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21世纪产品竞争日益激烈,世界各国普遍重视提高
产品的设计水平,增强产品竞争力。产品设计的根本目的就是要创新产品,满足 市场需求和占领更大市场,因此,重视创新设计是增加机械产品竞争力的根本途径。 传统的创新设计方法是利用头脑风暴法或试错法,但这些方法可视为设计人员的艺 术创作,创新的程度与成败主要取决于设计者的灵感和经验,当问题的解决方案超出 了一个人的经验和技术领域时,头脑风暴法和试错法往往显得无能为力。起源于前苏 联的发明问题解决理论——
—TRIZ 理论是指导创新活动的重要理论之一,它可以帮助
设计者在方案设计阶段迅速地产生一个具有创造性的新概念,实现产品的快速 创新。
1TRIZ 理论
TRIZ 是俄文“发明问题解决理论”的俄文简称。该理
论是前苏联G..S.Altshuler
及其领导的一批研究人员,在分析研究世界各国250万件专利的基础上,提炼出的一套 解决复杂技术问题的系统方法。主要目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题 过程中所遵循的科学原理
和法则。TRIZ 理论是基于知识、面向人的发明问题解决系
统化方法学,且适用于各行业。
1.1TRIZ 理论的主要内容
TRIZ 理论是由解决技术问题和实现创新开发的各种
方法、算法组成的综合理论体系,其主要内容包括:技术
系统进化法则、40个发明创造原理、39项技术特性、冲突矩阵、物质一场分析、7 6个发明问题标准解决方法、发明
问题解决算法(ARIZ以及工程效应知识库等。在产品设计过程中,上述各内容都 能从不同方面对设计人员提供创新方案的指导。应用TRIZ
理论求解产品设计的创新解是一项系统的工程。由于篇幅关系,本文仅以冲突解决原 理为例,介绍TRIZ 理论在产品设计中的应用。
1.2冲突解决原理
(1冲突的定义
无论是新产品设计还是已有产品的改进,设计人员在设计过程中首先要保证或 提高产品的某些性能,但这种提高往往会影响到产品其它的内部性能。如果这些影响 是负面的,则设计出现了冲突。
TRIZ 理论认为,产品创新的标志是解决或移走设计
中的冲突,而产生新的有竞争力的解,没有克服冲突的解并不是创新设计。冲突 的种类很多,与产品创新相关的冲突分为3类,即物理冲突、技术冲突及管理冲突。本 文主要研究前两类冲突及其解决原理。
(2技术冲突及其解决原理
技术冲突是指传统设计中的折中,即由于系统本身某一部份的影响,所需的状态 不能实现。技术冲突常表现为一个系统中两个子系统之间的矛盾。例如斜拉桥,希望 提高桥的承重重量,但重量太大可能超过桥的强度范围,降低桥的安全性。
Altshuller
通过对250万件专利的详细研究,提出用39个技术特性来描述冲突。在解决实际冲突 时,把组成冲
突的两个内部性能用39个标准的技术特性进行表示,即把实际工程冲突转化为 一般的或标准的技术冲突(具体技术特性见参考文献3。
在此基础上,Altshuller
又给出了40个发明创造原理(具体发明原理见参考文献3,实践
证明这些原理对于指导设计人员的发明创造具有重要作用。
通过多年的研究、分析和比较,Altshuller
将39个标准的技术特性与40条发明创造原理建立了对应关系。提出了合理选用发明 原理的重要工具———冲突解决矩阵。如表1所示。
表1冲突解决矩阵简表
冲突解决矩阵为40行40列的一个矩阵,其中第1行和第1列为顺序排列的39个描 述冲突的技术特性序号;其余39行和39列形成一个矩阵,其元素为数字或为空,这些数 字表示40条发明原理中推荐采用的原理序号。矩阵中行描述的技术特性为冲突中恶 化的一方,列代表改善的一方。
TRIZ 理论及其在机械产品创新设计中的应用
刘尚明1,2
刘东亮1
刘恒义2
(1.天津大学机械工程学院,天津300072;2.本溪市化学工业学校,本溪117022
摘要:介绍了TR IZ
理论的产生和发展、冲突的定义和相关的解决原理。并结合计算机辅助创新软件,通 过实例说
明了其在机械产品创新设计中的应用。最后,提出了TR IZ 理论在我国制造企业的推广策略。
关键词:机械产品
TR IZ 理论创新设计
设计与研究
43
(3物理冲突及其解决原理
物理冲突是指系统同一部分或参数提出完全相反的要求。即对一个系统同时提 出相反的要求就出现了物理矛盾。例如钢笔的笔尖应很细以便画出细线,但细笔尖易 划破纸。
物理冲突的解决方法一直是TRIZ的研究重点,
Altshuller、Glazunov、Savransky曾提出了多种解决方法。现在TRIZ理论在总结上述
研究方法的基础上,提出4种分离原理来解决物理冲突,即:空间分离、时间分离、基于 条件的分离、和整体和部分的分离。
英国Bath大学的M
ann通过研究提出,解决物理冲突的分离原理和解决技术冲突的发明原理之间存在关 系,对于一条分离原理,可以有多条发明原理与之对应。表2是其研究结果。
表2分离原理和发明原理的关系
只要能确定物理冲突及分离原理的类型,40条发明原理及发明原理的工程实例 可帮助设计人员尽快确定新的设计概念。
(4冲突分析和解决的一般过程
Altshuller所提出的TRIZ理论采用科学的思维方式,即采用一系列的工具,先将特 定的问题抽象成为标准的或一般的问题,然后采用标准的方法解决,最后得到特定的 解。具体过程如图1所示:
图1TRIZ解决设计问题的一般过程
2InventionTool2.0技术创新软件
InventionTool2.0是河北工业大学在跟踪并采用TRIZ
理论最新研究成果,自主研发的第一套计算机辅助创新(CAI设计软件系统。能帮助不 同工程领域的设计人员在产品概念设计阶段解决产品开发中的关键问题和产品发展 战略问题,高质高效的提出可行的创新设计方案,产生有竞争力的工作原理,大大加速 企业产品创新的进程。该软件包括发明原理、效应、技术进化3个模块和3个知识库, 可以将TRIZ理论中的概念、原理、工具与知识库紧密结合。该软件的主要特点是:帮 助用户预测技术进化规律,设计未来的产品;解决设计中存在的冲突,避免折中设计; 扩展用户的知识领域,提供各种功能解决方案;S 曲线引导操作,方便快捷;自动生成分析报告等。
3机械产品创新设计实例
TRIZ理论及其在机械产品创新设计中的应用
