表2-1 机械系统的基本组成形式 传动机构 执行机构 机械系统的输类 原动机 出运动 型 线性原动机 非线性原动机 线性机构 非线性机构 线性机构 非线性机构 简单机构 复杂机构 编 号 1 √ 2 √ 3 √ 4 √ 5 6 7 8 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 2. 机械系统的发展与演变
我们在学习专业知识时了解到，机械系统分为刚性机械系统和柔性机械系统，其划分的依据就是机械系统的运动是否具有可控制性。
1） 刚性机械系统
刚性机械系统一般是指机械装置与电器装置独立组合的机械系统，其特点就是不具有可控性。我们常见传统机械，例如：车床、铣床、刨床、钻床、起重机等都属于刚性机械系统。
2） 柔性机械系统
柔性机械系统即可借助传感器或控制电路，通过微机按位置、位移、速度、加速度、压力、温度等参数实施智能化控制的机械系统。其特点是具有可控性。数控机床和机器人都属于柔性机械系统。
3） 机械系统的发展
电子技术的飞速发展正在改变传统的机械系统，电子技术与机械技术
第 11 页
不断的紧密结合，并诞生了机械电子学这一新的学科。刚性机械系统也正向柔性机械系统演化，使机电一体化的机械系统发展很快。图2-7为机械系统的演变过程框图。图a为典型的刚性机械系统；图 b 为改进的刚性机械系统，以电子控制的调速电机取代了机械变速装置。图c所示框图已演化为柔性机械系统；图d所示框图为直接驱动式的柔性机械系统，由于该系统中省去了传动机构，有更高的运动精度，其应用日益广泛。
从机械系统的演变过程可以看出，随着机械电子学的诞生与发展，刚性机械系统正在向柔性机械系统发展，我们应该加快这一演化，把这个转换也作为机械创新设计的重点对象，推进机械系统发展水平的进一步提高。
普通电变速机减速机构 a)
执行机构 负载 电子调速系减速机构 调速电动机 b)
伺服控制系减速机构 伺服电动机 c) 执行机构 负载 执行机构 负载 伺服控制系负载 直接驱动电 d)
图2-7 机械系统的演变过程框图
第 12 页
3 创新基本原理
创新和创造是人类一种有目的、有约束探索活动，人们在长期的创新实践中总结了基本的创新原理，这些原理给从事机械创新设计的人员提供参考。下面系统的介绍几种创新原理：
3.1 综合创新原理
机器分解开来无非是一些机构要素（如齿轮、齿条、链轮、链条、皮带、连杆、螺丝、凸轮等）综合而成；但是，用上述的机构要素并不能随意的拼凑成一部机器，因为一部机器有其内在的组合、合成规律。而综合的真正意义就是指将研究对象的各个方面、各个部分和各种要素有机的联系起来，从而从整体上把握事物的本质和规律。
综合创新，是运用综合法则的创新功能去寻求新的创造。其基本模式如下图所示：
输入 已知事物A 综合 已知事物B 新事物C
我们在进行机械创新设计的过程中要注意：并不是任何的综合都能产生新的机械创新设计产品。比如将台钻用螺钉固定在车床的床头箱顶盖上，虽然是一种综合，但不是一种创新设计产品。因为综合不是将对象的各个构成要素的简单相加，而是按其内在联系合理的组合起来，使综合后的整体作用导致创新性的发现，这才实现了组合后的产品在性能上具有1+1＞1的效果，而在结构上则为1+1＜1。当然在机械创新设计实践中不乏综合创新的实例。
例如，现在广泛应用的同步带传动，就是将啮合传动与摩擦带传动技术综合而产生的，它具有传动功率大、传动准确等优点。
下面列举一些创新实践：综合已有的不同科学原理可以创造出新的原理，如：牛顿综合开普勒的天体运动定理和伽利略运动定律，创建了经典力学体系；
第 13 页
综合已有的事实材料可以发现新规律，如：门捷列夫综合已知元素的原子属性与原子量、原子价的关系的事实和特点，发现了元素周期表；综合已有的不同科学方法创造出新方法，如：笛卡尔引进了坐标系综合几何学方法和代数法，创立了解析几何。这些都证明了综合就是创造，而且综合创新比起开发创新在技术更具有可行性，是一种使用的创新思路。
3.2 分离创新原理
分离创新原理与综合创新原理相对应，思路相反。它是把某个创造对象分离或离散为有限个简单的局部，把问题分解，使主要矛盾从复杂现象中分离出来解决的思维方法。分离原理的创新模式如下图：
输入
已知事物A 分离 输出
新事物B或C
分离创新原理在数学、力学和机械行业等领域得到广泛应用。例如在机械行业，组合夹具、组合机车、模块化机床就是分离创新原理的运用。
机械设计过程中，一般都是将问题分解为许多子系统和单元，对每一个子系统和单元进行分析和设计，然后综合，分离创新原理则是与其思路相反。脱卸式衣服、隐形眼镜都是分离创新的实例，还有很多的例子告诉了我们分离创新原理的方法和可行性。然而我们在实际创新设计过程中要知道，分离与综合虽思路相反，但往往要相辅相成，要考虑局部与局部、局部与整体的关系，分中有合，合中有分。
3.3 移植创新原理
把一个研究对象的概念，原理和方法等运用与或渗透到其他研究对象，而取得成果的方法，就是移植创新。
移植方法一直都应用于植物的移植嫁接、医疗领域的人体器官移植等。同样，在科学技术的发展过程中，移植方法也是一种应用广泛的创新原理。在实际创新设计中，我们通过把某一科学领域的新发现、新技术或基本原理移植到
第 14 页
另一科学领域或者是将一门或几门科学的理论和研究方法综合、系统的移植到其他学科领域之中，以获得科学技术的发展，从而得到更多创新的成果。
我们还应该明确移植创新的定义，比如拉链广泛应用于服装领域，如过将拉链应用于书包上，这并不能算得上是移植创新。因为这是显而易见的事，而且两个领域跨度很小。一般来说，在移植创新过程中两个技术领域相距越远，移植的难度越大，就相应的会产生更高水平的创新设计。
移植的原理方法和大量的创新实践证明：移植原理能促进思维发散，只要某种科技原理转至新的领域具有可行性，通过新的结构或新的工艺，就可以产生创新。
例：人们不断地设计新型高效节能的发动机，前几年，人们开发出了陶瓷发动，它以高温陶瓷制成燃气涡轮的叶片、燃烧室等部件，或以陶瓷部件取代传统发动机中的汽缸内衬、活塞帽、预燃室、增压器等。陶瓷发动机具有耐腐蚀、耐高温性能，可以采用廉价燃料，可以省去传统的水冷系统，减轻了发动机的自重，因而大幅度地节省能耗、降低成本，增大了功效，是动力机械和汽车工业的重大突破。
3.4 逆向创新原理
我们在进行机械创新设计的过程中，逆向思维也占据其非常重要的地位。我国自古流传司马光砸缸的故事，就是逆向思维方法的经典例子。
逆向创新原理是从反面，从构成要素中对立的另一面思考，将通常思考问题的思路反转过来，寻求解决问题的新途径、新方法。逆向创新法又称反向探求法。
反向探求法一般有三个主要途径：功能性反向探求、结构性反向探求和因果关系反向探求。
创新思维具有独创性、连动性、多向性、综合性、和洞察力五个特点。其中的逆向连动思维形式十分重要。习惯性思维是人们创新设计中的障碍，它往往束缚人的思路。我们应该能突破这种习惯的束缚，多问为什么，发现问题，我们可以试着把问题颠倒，反向探求，也许可以得到创新性的收获。例如：18世纪初，人们发现了通电导体可使磁针转动的磁效应，法拉第运用逆向思维探
第 15 页