【正文】 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)Tianjin University of Technology and Education畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)專 業(yè)： 機(jī)械制造工藝教育 班級(jí)學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 副教授 二〇一二 年 六 月天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于DE的仿生抓夾式夾具創(chuàng)新設(shè)計(jì)Innovative design ofBionic CatchClip type Fixture Based on DE專業(yè)班級(jí)：機(jī)制0711班學(xué)生姓名：鄭~~指導(dǎo)教師： 副教授學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院2012年 6月摘 要為了明確仿生抓夾式夾具技術(shù)目前和未來發(fā)展的研究思路，拓寬其研究領(lǐng)域，跳出仿生抓夾式夾具固有的技術(shù)范疇，從更高的理論層面對(duì)其進(jìn)行分析，為其未來發(fā)展領(lǐng)域?qū)で缶哂欣碚撝С值募夹g(shù)方向。本文將TRIZ的直接進(jìn)化理論引入到仿生抓夾式夾具中來，根據(jù)它的進(jìn)化模式和多條進(jìn)化路線來對(duì)仿生抓夾式夾具技術(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其進(jìn)化潛能。這里主要通過對(duì)反饋可控性、減少人為干預(yù)、動(dòng)態(tài)化三條路線進(jìn)行分析，對(duì)仿生抓夾式夾具技術(shù)將來可能的發(fā)展方向做出準(zhǔn)確判斷和預(yù)測(cè)。通過對(duì)仿生抓夾式夾具的預(yù)測(cè)，對(duì)其做出創(chuàng)新設(shè)計(jì)。運(yùn)用TRIZ理論中的沖突及發(fā)明創(chuàng)新原理，對(duì)問題進(jìn)行分析，得出技術(shù)沖突，即適應(yīng)性及多用性與系統(tǒng)的復(fù)雜性的沖突。根據(jù)沖突矩陣表，查出發(fā)明創(chuàng)新原理，運(yùn)用其中的動(dòng)態(tài)性和機(jī)械系統(tǒng)替代原理，設(shè)計(jì)出伸縮抓夾夾具和吸附式夾具。 關(guān)鍵詞：直接進(jìn)化理論；仿生抓夾式夾具；進(jìn)化模式；創(chuàng)新設(shè)計(jì) ABSTRACTFor present and future development of the fixtures’ technology clear thinking,broden the research field, jumped out of the inherent fixture technology category, from the theoretical level to analyze it, for the future development field of fixture looking for the technology trends of theory support. the paper quoted Directed evolution theory of TRIZ to the Bionic Catch Clip type to its Patterns of technological evolution and multiple evolutionary lines to analyze bionic catch clip type fixture technologies, and find its evolutionary potential. There mainly through feedback control, reducing human intervention, dynamic route for analysis, on the development direction of the possible future has made accurate judgment and the forecast.Through forecast about the bionic catch clip type fixture, to make its innovative design. Using the theory of conflict and inventive principles to analyze the problem, we conclude that technology conflicts, the conflict, namely is adaptability and the plexity of the system. according to the conflict matrix table, find out the principle invention and innovation, then, using the dynamic and mechanical system substitution principle, design the telescopic catch clip fixture and adsorptive fixture.Key Words: Directed evolution。 Bionic Catch Clip type Fixture 。 Patterns of technological evolution 。 innovative design 目 錄1 緒論 1 設(shè)計(jì)背景及意義 1 仿生設(shè)計(jì) 1 仿生設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 仿生設(shè)計(jì)原則 2 創(chuàng)新設(shè)計(jì) 32 TRIZ理論 4 TRIZ發(fā)明問題解決理論 4 TRIZ的三大進(jìn)化理論 4 直接進(jìn)化理論 6 進(jìn)化模式 6 進(jìn)化路線 7 進(jìn)化潛能 93 基于DE的仿生抓夾式夾具創(chuàng)新設(shè)計(jì) 10 夾具 10 夾具的分類 10 夾具的作用 11 夾具的組成 11 夾具的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 12 柔性夾具 13 柔性夾具的分類 14 仿生抓夾式夾具 14 仿生抓夾式夾具的進(jìn)化預(yù)測(cè) 15 進(jìn)化路線分析 15 預(yù)測(cè)結(jié)論 19 仿生抓夾式夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 19結(jié) 論 22參考文獻(xiàn) 23附錄1 技術(shù)沖突和發(fā)明原理表 25附錄2 英文資料及翻譯 27致 謝 4346 / 531 緒論 設(shè)計(jì)背景及意義機(jī)械制造的機(jī)械加工、焊接、熱處理、檢驗(yàn)、裝配等工藝過程中，為了安裝加工工件，使之占有正確的位置，以保證零件和產(chǎn)品的質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率，所采用的工藝裝備稱為夾具。夾具最早出現(xiàn)在18世紀(jì)后期。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。夾具按用途分類，可分為機(jī)床夾具、裝配夾具和檢驗(yàn)夾具等；按通用化程度分類，可分為通用夾具、專用夾具、成組夾具、組合夾具、隨行夾具。而仿生抓夾式夾具屬于其中機(jī)床夾具和通用夾具。在批量生產(chǎn)中，企業(yè)都習(xí)慣于采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3~4年就要更新50%~80%的專用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量?jī)H為10%~20%，這些夾具往往留下來又很難得到重復(fù)使用，拋棄他們又實(shí)在可惜，因此造成很大的浪費(fèi)。這些都是一直困擾企業(yè)的現(xiàn)實(shí)問題。近年來，數(shù)控機(jī)床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)機(jī)床夾具提出了如下新的要求：a) 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本；b) 能裝夾一組具有相似性特征的工件；c) 能使用于精密加工的高精度機(jī)床夾具；d) 能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具；e) 采用以液壓站等為動(dòng)力源的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；f) 提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。顯然，如何設(shè)計(jì)制造出更先進(jìn)的夾具是工業(yè)進(jìn)步的一大關(guān)鍵，因此研究仿生抓夾式夾具的進(jìn)化歷程和夾具技術(shù)的未來發(fā)展方向有著重要的意義。 仿生設(shè)計(jì) 仿生設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)中有著深厚歷史積淀與豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的，同時(shí)又是最新鮮、最具活力的設(shè)計(jì)創(chuàng)新方法，是設(shè)計(jì)回歸自然、追求人性化的具體、可行的方法，正逐漸成為設(shè)計(jì)發(fā)展過程中新的亮點(diǎn)。 仿生設(shè)計(jì)內(nèi)容由于仿生設(shè)計(jì)的研究領(lǐng)域非常廣泛，所以仿生設(shè)計(jì)的內(nèi)容可以從不同的角度產(chǎn)生不同的層次和方向?；谏锾卣髡J(rèn)知與產(chǎn)品的構(gòu)成要素的相關(guān)性，可以將仿生設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容歸納為：仿生物體形態(tài)的設(shè)計(jì)；仿生物表面肌理與質(zhì)感設(shè)計(jì)；仿生物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；仿生物功能的設(shè)計(jì)；仿生物色彩的設(shè)計(jì)；仿生物形式美感的設(shè)計(jì)；仿生物意象的設(shè)計(jì)等。（1）仿生物體形態(tài)的設(shè)計(jì)是在對(duì)自然生物體。包括動(dòng)物、植物、微生物、人類等所具有的典型外部形態(tài)的認(rèn)知基礎(chǔ)上，尋求對(duì)產(chǎn)品形態(tài)的突破與創(chuàng)新。仿生物形態(tài)的設(shè)計(jì)是仿生設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)對(duì)生物外部形態(tài)美感特征與人類審美需求的表現(xiàn)。（2）仿生物表面肌理與質(zhì)感設(shè)計(jì)自然生物體的表面機(jī)理與質(zhì)感，不僅僅是一種觸覺或視覺的表象，更代表某種內(nèi)在功能的需要，具有深層次的生命意義，通過對(duì)生物表面肌理與質(zhì)感的設(shè)計(jì)創(chuàng)造，增強(qiáng)仿生設(shè)計(jì)產(chǎn)品形態(tài)的功能意義和表現(xiàn)力。（3）仿生物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)生物結(jié)構(gòu)是自然選擇與進(jìn)化的重要內(nèi)容，是決定生命形式與種類的因素，具有鮮明的生命特征與意義。結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)通過對(duì)自然生物由內(nèi)而外的結(jié)構(gòu)特征的認(rèn)知，結(jié)合不同產(chǎn)品概念與設(shè)計(jì)目的進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新，使人工產(chǎn)品具有自然生命的意義與美感特征。（4）仿生物功能的設(shè)計(jì)功能仿生設(shè)計(jì)主要研究自然生物的客觀功能原理與特征，從中得到啟示以促進(jìn)產(chǎn)品功能改進(jìn)或新產(chǎn)品功能的開發(fā)。（5）仿生物色彩的設(shè)計(jì)自然生物的色彩首先是生命存在的特征與需要，對(duì)設(shè)計(jì)來說更是自然美感的主要內(nèi)容，其豐富、紛繁的色彩關(guān)系與個(gè)性特征，對(duì)產(chǎn)品的色彩設(shè)計(jì)具有重要意義。（6）仿生物形式美感的設(shè)計(jì)從人類的審美要求出發(fā)，發(fā)現(xiàn)和歸納自然生物所蘊(yùn)含的美感規(guī)律，更好的進(jìn)行產(chǎn)品美感與意義的整合設(shè)計(jì)。（7）仿生物意象的設(shè)計(jì)生物的意象是在人類認(rèn)識(shí)自然的經(jīng)驗(yàn)與情感積累的過程中產(chǎn)生的，仿生物意象的設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品語義和文化特征的體現(xiàn)具有重要作用。 仿生設(shè)計(jì)原則 作為工業(yè)設(shè)計(jì)的一種創(chuàng)新思維與方法，仿生設(shè)計(jì)首先應(yīng)該遵循工業(yè)設(shè)計(jì)的一下原則。①藝術(shù)性與科學(xué)性相結(jié)合：尊重客觀審美規(guī)律的同時(shí)，應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品化與商品化。②功能性：產(chǎn)品合理、有效的基本功能和方便、安全、宜人等多層次功能的綜合體現(xiàn)。③經(jīng)濟(jì)性：滿足標(biāo)注化、批量生產(chǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，同時(shí)延長(zhǎng)使用壽命、方便運(yùn)輸、維修及回收。④創(chuàng)造性：在概念、思維、方法、表現(xiàn)、使用等方面的獨(dú)創(chuàng)性。⑤需求性：對(duì)不同時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境、年齡、人群等多元化需求的差異性設(shè)計(jì)，滿足并創(chuàng)造需求。⑥系統(tǒng)性：是對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)、把握與創(chuàng)造。⑦資源性：通過設(shè)計(jì)追求自然資源、設(shè)計(jì)資源的無限可逆性循環(huán)利用。對(duì)仿生設(shè)計(jì)來說更加強(qiáng)調(diào)以下幾個(gè)方面：①設(shè)計(jì)的合理性與合目的性：對(duì)自然生物相關(guān)概念分析、概括與設(shè)計(jì)應(yīng)用的合理。②設(shè)計(jì)的創(chuàng)造與再造：對(duì)自然生物模擬及更高層次設(shè)計(jì)應(yīng)用的可持續(xù)性、可逆性創(chuàng)造。③設(shè)計(jì)的多義性：理解自然生物有意義的形式，賦予產(chǎn)品更多樣化的美感和含義。 創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)是指充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力，利用人類已有的相關(guān)科技成果進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思，設(shè)計(jì)出具有科學(xué)性、創(chuàng)造性、新穎性及實(shí)用性的一種實(shí)踐活動(dòng)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)是創(chuàng)新理念與設(shè)計(jì)實(shí)踐的結(jié)合。發(fā)揮創(chuàng)造性的思維，將科學(xué)、技術(shù)、文化、藝術(shù)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)融匯在設(shè)計(jì)之中，設(shè)計(jì)出具有新穎性、創(chuàng)造性和實(shí)用性的新產(chǎn)品。創(chuàng)新設(shè)計(jì)可以從以下幾個(gè)側(cè)重點(diǎn)出發(fā)： 從用戶需求出發(fā)，以人為本，滿足用戶的需求。 從挖掘產(chǎn)品功能出發(fā)，賦予老產(chǎn)品以新的功能、新的用途。 從成本設(shè)計(jì)理念出發(fā)，采用新材料、新方法、新技術(shù)，降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。創(chuàng)新是設(shè)計(jì)本質(zhì)的要求，也是時(shí)代的要求。作為“為傳達(dá)而設(shè)計(jì)”的視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)，如何正確充分地傳達(dá)信息是每一個(gè)設(shè)計(jì)者始終要面臨的中心問題。但是，在當(dāng)今社會(huì)，僅僅把傳達(dá)信息的關(guān)鍵詞定位于正確和充分顯然是不夠的。必須要把視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新重視起來，從設(shè)計(jì)理念、視覺語言和技術(shù)表現(xiàn)方式的創(chuàng)新入手，正確充分地傳達(dá)信息。2 TRIZ理論TRIZ是一種發(fā)明問題解決理論，由前蘇聯(lián)學(xué)者根里奇阿奇舒勒創(chuàng)建于1946年。TRIZ理論成功地揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，著力于澄清和強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中存在的矛盾，其目標(biāo)是完全解決矛盾，獲得最終的理想解。實(shí)踐證明，運(yùn)用TRIZ理論，可大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程而且能得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品。 TRIZ發(fā)明問題解決理論在利用TRIZ解決問題過程中，設(shè)計(jì)者首先將待設(shè)計(jì)的產(chǎn)品表達(dá)成為TRIZ問題，然后利用TRIZ中的工具，如發(fā)明原理、技術(shù)進(jìn)化理論等，求出該TRIZ問題的普通解，最后設(shè)計(jì)者再把該解轉(zhuǎn)化為特定解。技術(shù)沖突是指一個(gè)作用同時(shí)導(dǎo)致有用及有害兩種結(jié)果。技術(shù)沖突場(chǎng)表現(xiàn)為一個(gè)系統(tǒng)中兩個(gè)子系統(tǒng)之間的沖突。通過對(duì)250萬件專利研究的詳細(xì)研究，TRIZ理論提出39個(gè)通用工程參數(shù)（見附錄表一）描述沖突。實(shí)際應(yīng)用中，首先要把組成沖突的雙方內(nèi)部性能用該39個(gè)工程參數(shù)中的兩個(gè)來表示，然后在沖突矩陣中找出解決沖突的“發(fā)明原理”。TRIZ中的發(fā)明原理是由專門研究人員對(duì)不同領(lǐng)域的已有創(chuàng)新成果進(jìn)行分析、總結(jié)，得到的具有普遍意義的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)指導(dǎo)不同領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng)新都有重要的參考價(jià)值。在對(duì)全世界專利進(jìn)行分析，阿奇舒勒提出了40條發(fā)明原理（見附錄表二）。實(shí)驗(yàn)證明這些原理對(duì)于指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員的發(fā)明創(chuàng)造具有重要的作用圖21所示就是應(yīng)用沖突解決問題的流程。具體化應(yīng)用40條原理應(yīng)用39個(gè)參考將問題一般化一般問題特定問題特定解一般解圖21 應(yīng)用沖突解決問題的流程 TRIZ的三大進(jìn)化理論TRIZ理論包含著許多系統(tǒng)的、科學(xué)的而又富有可操作的創(chuàng)造性思維方法和發(fā)明問題的分析方法，而TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論是其中的一部分，其認(rèn)為技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化存在著客觀規(guī)律而不同領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)化規(guī)律是可以相互移植的。隨著TRIZ進(jìn)化理論的發(fā)展，不同的研究者提出了不同的進(jìn)化模式體系。有技術(shù)進(jìn)化理論（Evolution of Technique， ET）、技術(shù)進(jìn)化引導(dǎo)理論（Guided Technology Evolution， GTE）、直接進(jìn)化理論（Directed Evolution， DE）：1）技術(shù)進(jìn)化理論ET理論側(cè)重