基于TRIZ理论的产品创新设计

作者：张维鹏 任云鹏 卢崇绍

欢迎访问e展厅 展厅 2 工业设计/产品设计展厅 产品设计, 工业设计, 样件打样, 手板制作, 模型制作, ... 1 引言 产品创新是制造业在市场竞争中取胜的关键。如果把产品设计分为产品定义、概念设计、技术设计及详细设计几个阶段，而概念设计则是与创新紧密相关的一个阶段，是产品开发过程中最重要的环节之一，是制造业的灵魂。产品的功能、造型、结构、质量、成本以及可制造性、可维修性、报废后的处理以及人-机(产品)-环境关系等等，原则上都是在产品的设计阶段确定的。据统计，产品生命周期成本的80%~90%是由设计阶段最早的10%~20%环节决定的。产品创新设计的能力已成为决定企业乃至国家在全球化竞争中地位的首要因素。 所谓创新是指新的可行解或概念，该解或概念与已有的解或概念相比应具有明显的竞争优势。为此，创新需要打破思维定势、跨领域综合运用各学科知识解决问题，需要为工程师从事产品创新提供可操作性的方法，给出解决问题的原理和方向。 2 TRIZ理论 TRIZ理论是“创造性解决问题的方法”的俄文简称，英文简称“TIPS”。该理论是前苏联G.S.Altshuller等人从1946年开始在研究大量专利产品的基础上提出的。经过50多年的发展,TRIZ已经形成了一套较为完整的理论体系和工具。 TRIZ理论认为创造性地解决的问题是指包含至少一个矛盾的问题。当技术系统某个特性或参数得到改善时，常常会引起另外的特性或参数劣化、该矛盾称为“技术矛盾”。 为了解决由参数变化引起的技术矛盾，Altshuller从他所研究的4万个专利解决方法中发现只有39个参数改进或劣化，每个问题可以描述为39个参数中任意2个参数间的冲突，过去的许多专利从不同领域多次重复地解决了这些矛盾，Altshuller根据这些解决方法总结了40条创新原理(见表1)用于解决这些矛盾。他把39个参数作为改善参数和劣化参数并分别作为一张表的行和列，由此组成了一个39x39矛盾矩阵(见表2)，并为行列交叉点形成的每个矛盾提供了最常用的创新原则。但值得注意的是并不是每个参数都构成矛盾。 3 工程实例 实例：波音737发动机引擎罩的创新设计。波音公司在开发737的改进型飞机时，为了提高飞机的飞行速度，要用功率更大的引擎代替原有的引擎。但引擎的功率越大，就需要有更多的空气，于是飞机引擎罩的直径就必须增大，而增大的引擎罩离地面的距离也就更近了，由此产生了技术矛盾。 在此，需要改进的参数是参数9——速度，对应于矛盾矩阵表中是第10行；同时发生恶化的参数是参数4——静止物体的体积，对应于矛盾矩阵表中是第5列。根据矛盾矩阵表推荐的发明原理为原理29、原理4、原理38和原理34。根据发明原理4——对称性原理提出了如下解决方法： (1)改变引擎罩的形状，或将对称改为不对称； (2)增加引擎罩不对称的程度。该问题的最终解决方案是增加引擎罩的直径，并且将其底部改成平面，从而使引擎罩远离地面。 4 计算机辅助创新(CAI) 基于TRIZ理论的计算机辅助创新CAI(Computer Aided Innovation)软件在发达国家的企业，特别是大企业应用效果较好，已成为CAI软件开发的一个热点。在美国，基于TRIZ理论方法的计算机软件也陆续开发出来，主要有Innovation Machine公司的TechOptimizer和Ideation International公司的Innovation Workbench(IWB)等。在欧美国家计算机辅助创新技术得到越来越广泛的研究和应用，一些著名的公司GE、Motorala、Ford、HP、GM、IBM等都已开始使用计算机辅助创新技术解决工程技术问题，并使之成为企业、尖端技术领域解决技术难题和实现创新的有效工具。新的软件还在不断出现，这些软件使TRIZ中的概念、原理、工具与知识库紧密结合，应用这些软件设计者能充分利用优秀的工程设计实例，为正在开发中的产品提供设计参考，使设计快速、有效、高质量地完成。 基于TRIZ理论的CAI软件Invention Tool 2.0已在国内开发成功。该软件主要包括发明原理、技术进化及效应3个模块，以及与之对应的3个工程实例库。操作者首先根据已确定的冲突在“搜索引擎”处选定表示冲突双方的两个标准工程参数；之后软件自动显示可用的发明原理；然后设计者选定原理，软件解释该原理的意义，同时显示与该原理对应的若干工程实例；最后设计者选择实例序号，软件显示工程实例的工作原理简图并解释该图。对应于每一条发明原理，有若干个工程实例，可通过浏览及研究这些实例，将一些特性传递给所从事的产品设计，提出创新的原始构思。 5 TRIZ技术的推广策略 在进一步推广应用TRIZ方法上，日本的中川提出了一套“ 慢而稳”的TRIZ企业引进策略： (1)培养企业TRIZ带头人。 (2)充分应用企业外部TRIZ资源。 (3)方法学的选择与学习。 (4)软件工具的尝试使用。 (5)TRIZ知识的传播与实践。 (6)建立更广、更健全的TRIZ实施环境 这套在日本行之有效的方法，笔者认为同样也适合于我国的装备制造业。 6 结束语 装备制造业是我国工业的支柱产业，但还存在着产品老化、技术创新能力不足等情况，关键是缺乏快速响应市场的新产品开发及制造技术创新的能力，迫切需要获得新产品开发技术的支持。而TRIZ理论和基于TRIZ理论的计算机辅助创新技术的研究和应用顺应了我国制造业发展的技术需求，具有广阔的应用前景。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/24/2008)