如何选择适合新工艺系统的场地和设备头？

当需要构造的是尚不存在的新的工艺系统时，首先应广泛地探索可能对被加工对象实施作用的各种场的形式。例如，当需要构造用于消除空气中有害物质成分的工艺系统时，应首先广泛地探索对有害物质成分施加电场、磁场、声、光、加热，冷却、过滤及诱发化学反应等方法的可能性及方便程度，同时构思施加这种作用场的工作头的形状及运动方式。

美国人卡尔逊在发明复印机的过程中曾经历过多次失败，通过总结自己和前人的失败经历后发现，大家的探索努力都试图通过化学反应的方法实现复印功能，探索的失败说明在化学功能领域很难找到适合于实现复印功能的效应。卡尔逊转而在物理效应领域中探索复印功能的求解，最终发明了现在被广泛使用的静电复印技术。

卡尔逊发明的静电复印技术首先利用某些物质在光照条件下导电性质的改变（光导电性）形成静电图像，再通过静电对墨粉的静电吸引形成墨粉图像，最后将墨粉图像转印到纸张上，形成复印件。图2-8所示为卡尔逊发明的静电复印方法的简图。

在图2-8中，图a所示为在接地的锌板表面设置硫磺薄膜。图b所示为使用羊毛布摩擦硫磺表面，使表面携带静电。由于硫磺在这种状态下不导电，使得静电可以保持。图c所示为用强光透过印有图像的玻璃板照射布有静电的硫磺表面，由于硫磺具有光导电性，被光照射位置的静电荷通过接地的锌板而流失，未被光照射位置的静电荷保持不变，形成不可见的静电图像。图d所示为向锌板表面撒墨粉，再把多余的墨粉倒掉，有静电荷的位置处由于静电荷吸引墨粉，形成可见的墨粉图像。图e所示为通过加热蜡纸，将墨粉转印到蜡纸上。现代的复印机在光导电材料的选择及其他工艺细节上都有了很大的进步，但是基本的工艺功能仍采用光导电性原理。

在为新的工艺系统选择作用场和工作头时，既要积极地在相近似的工艺系统中寻求有益的技术要素，又要注意避免过分地受到这些已有的工艺系统解决问题方法的约束，限制设计者探索新方法的范围。例如，当需要用机械装置实现以前用手工完成的工艺功能时，不要将探索的范围局限在以前手工工艺系统的范围内，要充分发挥机械装置的优势条件，选择更适合于机械装置工作的作用场、工作头形状和运动方式。

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图2-8 卡尔逊静电复印方法的简图

例如，在人手工完成缝制布料的工艺过程中，一直采用的是头部有尖、尾部带孔的针作为工作头，通过用针尖反复穿透并穿过缝料的方法，引导缝线连接在缝料上。人类在发明缝纫机的过程中，最初也试图模仿人手工缝制缝料的方法，采用尾部穿孔的针引导缝线，但是由于这种设计方法无法解决机针的夹持问题，经过很长时间的探索都没有成功。实践表明，模仿人手工缝制缝料的方法构思机械缝纫工艺系统不一定是好的选择。现在普遍使用的缝纫机是通过针头穿孔的缝针所引导的面线与位于缝料底部的、由摆梭引导的底线互相绞合的方法实现缝纫工艺功能的。

人手工切碎不同种类的食物时大都通过人手驱动刀具进行直线往复的切削运动和进给运动完成，但是通过机械装置实现直线往复运动的成本和难度远大于实现连续的旋转运动的成本和难度，所以人类发明的绞肉机、食品切碎机、切肉片机等机械都更多地采用连续旋转运动代替直线往复运动。

作用场和工作头的选择还与设计者所追求的设计目标紧密相关。例如，在垃圾减量化处理设备中，有以减小垃圾体积为目的的垃圾压缩装置，也有以减少垃圾重量为目的的垃圾烘干装置。