集成的技术创新方法简化应用思路

使技术创新方法便于使用者实际应用是创新方法研究的主要任务，在构建集成技术创新方法的基础上，构建简化应用方案也需要深入研究。

简化应用的关键是方法的简化及其选择机制。创新方法简化要解决的是实际问题到标准问题快速映射的问题，创新方法是面对一般问题（标准问题），而工程实际中是面临的特殊问题（实际问题），需要将实际问题转换成标准问题，进而根据标准问题找到解决方案，再回溯到实际问题。这个需要领域知识（专业知识）的支持，也要快速对照（应用）案例检索的协助，并经过长期的实践检验才能构建。

选择机制就是如何快速选择合适的创新工具进行实际问题的求解，需要分类建立索引（或对应表），即针对什么样的问题，可以从哪些方法选择合适的方法进行求解。

根据上述分析，初步构建的集成技术创新方法简化应用思路如图6−12 （a）所示。另外，集成技术创新方法也需要得到其他专业的创新方法协助，如AD（公理化设计）、QFD（质量功能展开）、再生链杆机构设计方法等。求解流程如图6−12（b）所示。

图6−12 集成创新方法的简化应用方案

实例分析：设计一个供卧躺者阅读书籍的卧式翻书机，能够帮助处于卧床情况下的病人自动翻阅书籍。

针对这个问题，采用可拓学的拓展分析有明显的优势，故先建立翻书机的物元M，即

M= (翻纸机,功能,自纸翻纸)=(Om,cm,vm)

根据对人手翻书动作过程的剖析，对翻书机物元进行功能分解，有搓纸、翻页、压纸、支撑子功能，其物元为：

M//{M1 ,M2 ,M3 ,M4}={搓纸机构,翻页机构,压纸机构,支撑机构}

搓纸机构的功能是提供一个摩擦力，使其与页面之间保持相对静止。只要搓纸机构与书页之间的摩擦力达到一定值，就可以将书页掀起，为后面的翻书做好准备。

对搓纸机M1进行拓展分析，有

M1−|{M11,M12,M13,M14}

其中，M11=(搓纸机构,原理,连杆机构)=(Om11,cm11,vm11)；

M 12=(搓纸机构,原理,曲柄滑块机构)=(Om12,cm12,vm12)；

M 13=(搓纸机构,原理,摩擦凸轮机构)=(Om13,cm13,vm13)；

M 14=(搓纸机构,原理,吸附机构)=(Om14,cm14,vm14)。

现对其上述四种搓纸机构进行评价，选出较优的设计方案。方案一连杆机构，由于摇杆的存在，装置的尺寸及运动的范围较大，需要较大的安装空间；曲柄滑块机构用滑块替代了摇杆，减小了结构的尺寸，且其行程范围占用空间也大大缩小，相比连杆机构较优；摩擦凸轮机构由于凸轮受力较集中，会降低机构的使用寿命，同时，凸轮曲线的加工成本较高；吸附机构是先利用吸力将纸张吸起，断电后，纸张与吸口分离进而自由落下，然后再由翻页机构将其翻页，该装置的优点是可靠性较好，但需要设计相应的控制装置，会使装置的复杂性提高。综合分析，选择曲柄滑块机构M12作为搓纸机构。

当搓纸机构将书页掀起时，就需要依靠翻页机构进行翻页。翻页机构主要是实现将掀起的书页翻到另一页的作用，只要翻书手柄插入掀起的书页与新的书页的缝隙之间，可用转动或移动两种方式将书页翻到另一面。它执行的是一个往复的周期运动，可由齿轮机构、曲柄摇杆机构或凸轮机构来实现。

根据这个思路，对翻页机构M12进行拓展分析，有

M2−|{M21,M22,M23}

其中，M21=(翻页机构,原理,连杆齿轮机构)=(Om21,cm21,vm21)；

M 22=(翻页机构,原理,曲柄摇杆机构)=(Om22,cm22,vm22)；

M 23=(翻页机构,原理,移动凸轮机构)=(Om23,cm23,vm23)。

对上述三种方案进行比较分析。方案一连杆齿轮，使用一连杆与齿轮固连，结构简单，装置的尺寸较为紧凑；方案二曲柄摇杆机构，运动范围相对较大；方案三移动凸轮机构，传动平稳，但由于存在高副，装置的使用寿命降低。综合考虑各方案，选择连杆齿轮机构M21作为翻页机构。

当翻页机构将书页翻落后，还需要压纸装置将其固定，避免阅读书页弹性复位。压纸机构的原理是靠夹紧手臂的上下移动来起到离开旧书页和夹紧新书页的作用，即我们需要设计一机构使其在厚度方向上能运动一定的行程。根据机械原理知识，能实现该功能的机构包括：凸轮机构、曲柄移动导杆机构和齿轮齿条机构等。

则对压纸机构M3进行拓展分析，有

M3−|{M31,M32,M33}，

其中，M31=(压纸机构,原理,凸轮传动)=(Om31,cm31,vm31)；

M 32=(压纸机构,原理,曲柄移动导杆机构)=(Om32,cm32,vm32)；

M 33=(压纸机构,原理,齿轮齿条机构)=(Om33,cm33,vm33)。

对上述三种方案进行分析。方案一为直动滚子凸轮机构，传动平稳，结构紧凑，但不能承受较重的负载；方案二为曲柄移动导杆机构，由于滑块与导杆之间是移动副接触，其传递力的可靠性不高；方案三为齿轮齿条传动，其传动平稳，精度较高，但齿条的上下运动需依靠齿轮的正反转来实现。综合比较以上三种方案，由于压纸机构只需实现对书页的压紧，其承受的作用力不大，因此选用直动滚子凸轮机构M33来实现。

同理，也可对支撑机构进行发散分析，可以采用伸缩支撑杆机构、压紧摩擦角度调整机构、齿轮机构等，这里选用简单的伸缩支撑杆机构。通过对翻书机的搓纸机构、翻页机构和压纸机构、支撑机构的拓展分析，而且每个功能选出了较优的设计方案。再对各个机构的组成及其执行的动作进行协调，尽量保证装置整体的紧凑性和简易性，就建立起翻书机最终的设计方案，如图6−13所示。

图6−13 自动翻书机的整体结构与关键机构图

（a）整体结构；（b）搓纸机构；（c）翻页机构；（d）压纸机构；（e）支撑机构

1—搓纸机构；2—翻书机构；3—压纸机构；4—书；5—支撑架