基于TRIZ的绿色创新设计 - 文章

基于TRIZ的绿色创新设计

作者：费凡仲梁维

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目前的经济发展，人类往往只看重科技发展的创新性、经济利用性，而忽略产品对环境的影响。绿色设计方法是以产品整个生命周期的概念为其中心思想，来减少其对环境的影响。然而，这些方法关注的是对己有产品的再设计和优化。因此，非常有必要来开发一种环境友好型的绿色创新设计方法来应用于产品的创新。

本文以TRIZ理论为基础，从产品生命周期观点提出改良之绿色创新设计方法，利用 TRIZ新矩阵提出新的设计指引来协助设计者开发低环境影响与高创新价值的产品。针对产品生命周期各阶段提出相关的环境参数，并建立环境参数与工程参数之间的关系。研究了使用TRIZ理论来进行绿色创新设计的可行性。

为了协助设计者更快更方便的利用该绿色创新设计方法，本文通过案例分析确认，可以有效的协助设计者开发绿色创新产品，执行产品改良及解决一般的工程问题。

1 TRIZ概述

1.1 TRIZ发展背景

TRIZ是以英文方式将俄文中 (创新发明问题解决理论一Theory of lnventive Problem Solving)的首字母缩写。是由前苏联学者阿舒勒 ( Atshtlller，1929一1998)于1946年开始发展的一套能够系统地解决矛盾问题的方法。其整个系统如图1所示。当时Atshtlller服务于前苏联的专利审查机关，在多年与专利文件朝夕相处下，酝酿了这一系统化的发明问题解决理论。他从四十余万件的专利分析、统计与归类，提出了40条发明原理，并开发出用于改善创新设计问题的矛盾矩阵。在东西方冷战时代，TRIZ的研究一直被作为苏联的国家机密，西方国家知之甚少。但在苏联解体后，大批Atshtlller研究者移居美国等西方国家，TIRZ理论的研究与实践得以迅速普及和发展。如今，TRIZ方法已逐渐为西方国家广知，且是最具权威性的创新问题解决方法。

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1.2 TRIZ方法

系统的不兼容性和设计冲突是工程师最常遇到的两大问题。当改变某一特定参数，常常会引起系统中其他参数的消极变化。在一般情况下，这些设计过程中矛盾因素，阻碍了工程师的创新。TRIZ方法是设计人员用于解决创新设计过程中设计矛盾问题的工具。

当我们遇到设计上的问题并试图改善一个工程特性时，常发生的情况却是导致另外一个工程特性的恶化。根据Atshtlller的分析归纳，经常遇到技术矛盾的系统特征共有 93 个。在 2003 年 7月，Darell Mann，Simon Dewulf，Boris Zlotin，Alla Zusman等人，出版MaritxZoo3: UPadtinghteTRlCnoratidctinoMtarix一书，内容提及原93个工程参数已经无法满足目前产品发展的形势，他们提出了84 个工程参数，比原有的 93 个工程参数增加了个工程参数。有84 个工程参数的新矛盾矩阵简表如表 1所示，使用矛盾表解决问题的流程图由图2和图3所示。当工程师只知道要改善系统某一工程特性，或避免某一工程特性的恶化，而无法预测矛盾特性的发生时，将无法运用 TRZI 矛盾表和四十个创新法则来解决问题。

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图2 TRZI解决问题的模式

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图3 TRZI矛盾表解决问题的模式

2 绿色创新设计

2.1 生命周期的阶段

通过考虑产品的全生命周期来减少对环境的影响，绿色设计就是建立在这样一个概念的基础之上。在产品生命周期的每一个阶段都会对环境造成影响。这一生命周期开始于从自然界获取资源，经过原材料的生产、产品生产的过程、产品的使用和维护，一直到最终的废弃处理。在这些生命周期过程中，可以使用很多方法来进行回收再利用，以此来减小对环境所造成的影响。

2.2 环境参数

出于减小对环境影响的考虑，在考虑到产品生命周期的早期设计过程中应考虑到环境参数的作用。在这里我们给出了8个环境参数:

A- 可减少性;
B- 节省能源性;
C- 可操作性;
D- 信息可获取性;
E- 安全性;
F- 可回收性;
C- 持久性;
H- 可分解性

在设计过程中，如果一个或者多个环境参数得以改善，那么设计人员将有可能设计出更具有绿色效率的产品。通过观察每一个环境参数和 TRIZ中的工程参数之间的关系，找到与环境参数相对应的合适的工程参数，以这样的方式来提高产品的绿色效率便转换成了TRIZ问题。

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2.3 基于TRIZ的绿色创新设计

我们以产品的在生命周期中的使用过程为例，简要说明TRIZ理论在绿色创新设计中的实现过程。第一，从8个环境参数中找出需要进行改善的参数;第二，表2为环境参数与工程参数对应关系表，表4为产品生命周期使用过程的环境参数与工程参数对应关系及改善工程参数推荐的发明原理。通过表4找出与环境参数相关的需要改善的工程参数;第三，由表 3找出该工程参数下所推荐的发明原理，每个参数都对应有6-8条发明原理，其排列方式按照该发明原理在矛盾矩阵中所重复的次数由前向后排列，排列靠前的发明原理重复的次数较多，能够得以使用并解决问题的几率较大，所以，一般优先考虑排列靠前的发明原理;第四，找到能够解决绿色创新设计问题的发明原理;第五，应用该发明原理解决绿色创新设计所存在的问题。其流程图如图4所示。其他各生命周期过程的绿色创新设计均可采用此方法。

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3 案例分析

案例一

计算机日益普及并已经成为人们工作、生活不可或缺的重要工具。在人们享受电脑所带来的方便的同时，却忽视了计算机所带来的负面影响:计算机辐射危害身体健康。虽然液晶显示器的广泛使用减少了显示器所带来的辐射，然而机箱的辐射也不容忽视;CPU频率的不断提高直接导致电脑耗电量的增加，浪费电力资源;电脑芯片的散热增大，造成电脑使用寿命的减少。在这里，我们通过采用基于TRIZ设计方法的绿色创新设计来解决以上负面影响所带来的问题。其过程可按照图4所示的流程图逐步完成。本案例中，所涉及的环境参数为节省能源性B、安全性 E、持久性 G，将以上的环境参数视为待改善的环境参数，按照图4所示的流程，逐步完成绿色创新的过程。为了便于分析，表2给出了环境参数、工程参数、发明原理之间的对应关系。选择#19 (周期性运动)、#53 (物理或化学性质的变化)、#82 (置换机械系统)这三条发明原理作为绿色创新设计的发明原理。比如，采用可变频率的CPU减少在系统占用较少时的CPU运算速度，以降低电能消耗;使用具有屏蔽电磁辐射功能的机箱，减少机箱内电子元件的电磁辐射对健康的危害;更换传统的铜板风扇式 CPU散热器为热管式换热器，增加散热效率，降低机箱内温度，延长机箱内电子元件的使用寿命。

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图4 绿色创新设计流程图

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案例二

手动发电手电筒是一种节能绿色环保产品，通过挤压发电手柄，可以带动微型发电机发电，为灯泡的发光提供电能。挤压手柄一分钟，可以持续稳定发光5min。可见，这种手电筒适合紧急情况下的使用。同时手动发电代替了电池供电，减少了废弃电池给环境带来的污染，也降低了能源的消耗。本案例中所涉及的环境参数为B:节省能源性，表4给出了环境参数、工程参数、发明原理之间的对应关系。由表5，经过分析筛选，选择#19 (周期性运动)、#28 (置换机械系统)。在这里，我们将电池替换为带微型发电机，通过手柄周期性运动进行发电的手动发电手电筒。起到了绿色环保节省能源的最终目的。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/30/2008)


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