基于TRIZ效应理论的机电产品创新设计研究

作者：苗新强 任工昌 刘丹

欢迎访问e展厅 展厅 3 管理咨询与服务展厅 企业文化, 战略管理, 生产管理/工业工程, 营销管理, 知识管理, ... 1引言 随着机械电子技术的快速发展，机电系统的智能化、柔性化、多功能化成为机械产品的重要发展方向。面对世界市场的激烈竞争，单纯靠模仿国外产品或者对老式产品的改进将使企业失去市场竞争力。只有通过机电系统的创新设计，才能解决新产品研发的根本问题；只有通过创新，才能从根本上解决企业的生存和发展问题。产品创新需要更多跨学科的知识，更复杂的技术支撑和更完善的创新理论。创新设计就是要构思出新的产品工作原理，为产品的目标功能找出新的具有市场竞争能力和实际实现可能性的原理解。发明问题的解决理论TRIZ由前苏联海军部专利局专家Altshuller创立，它是一种建立在技术系统演变规律基础上的问题解决系统。效应，即TRIZ中基于知识的问题解决工具，是由于某种原因而产生的一种特定的科学现象。科学效应在设计中起着重要的作用，每—个效应都可能对应—个设计问题的解决方案。对同—个设计问题，采用不同的科学效应求解，可能产生新颖的设计方案。 2效应的基本理论 2．1关联、控制效应 单一效应模式：是基本的功能实现形式，—个功能与—个效应相对应。 关联效应模式：将几个效直结合起来实现—个特定功能，这种模式表示为与选定效应相互作用的效应链。关联效应又可分为串联效应链、并联效应链、混联效应链和反馈效应链。 控制效应链：通过其它效应的输出最控制另—个效应的技术参数，以改变该效应的实现形式。 2．2 FEE模型 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具有明显的竞争优势。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，概念设计是与创新紧密相关的—个设计阶段。概念设计从需求功能分析开始，然后进行功能分解，建立功能结构，寻求适当的效应及其组合，再进行实现功能结构的实例的构思和系统化设计，确定出基本求解途径，得出满足需求功能的原理解。此设计过程可用FEE(Function-Effect—Example)模型来描述，如图1所示。 3基于关系数据库的效应知识库的建立 效应知识库是TRIZ中最容易使用的一种工具。在对其进行研究的早期阶段，Altshuller就己验证翌：对于—个给定的难题，运用各种物理、化学和几何效应可以使解决方案更理想和简单地实现，而要实现这—点必须开发出—个大型的知识库。知识量是衡量效应知识库的尺度，效应知识的多少与好坏直接影响系统的问题求解能力，知识越多、越精，则系统求解问题能力就越强，效率就越高。 知识库的主要功能是对知识进行存储和管理，而数据库则是对数据进行存储和管理，因此它们在功能上是相似，在处理对象上则有所不同。数据库的大部分管理技术对知识库同样适用，例如知识库将知识从应用程序中分离出来，交给知识系统程序处理。数据库则是将数据从应用程序中分离出来，交给数据库系统程序处理。两者都需研究大容量信息处理的理论和技术，诸如可恢复性、安全性、保密性和一致性等内容。 3．1数据库概念设计 在E—R模型图中，用方框表示实体，用菱形表示联系，用椭圆表示属性。根据在产品概念设计阶段确立的FEE模型最终建立的效应知识库E-R图，如图2所示。 3．2数据库逻辑结构设计 3．2．1 E—R图到关系模式的转化 在完成了效应知识库E—R模型图以后，就可以将模型图转换成真正的数据表结构了。在E—R模型图向数据表转换的过程中，首先需要将实体转换为一个独立的数据表，然后将实体的属性转换为数据表中的字段，最后根据实体之间的关系建立数据表之间的关联。由图2中的效应知识库E—R图转化得到的数据表，如图3所示。 3．2．2逻辑模式的性能优化和规范化 由E—R图得到的数据库逻辑模型还只是逻辑模式的雏形，要成为逻辑模式，还需要对其进行性能优化和规范化处理。对数据库性能、存储空间的优化措施包括：减少连接运算和减少关系的大小等；减少每个属性所占的空间，采用假属性来减少重复数据所占的存储空间。数据库逻辑模型的规范化需要根据范式理论来进行。数据库范式理论是数据库设计的一种理论指南和基础，是数据库设计过程中要依据的准则，数据库结构设计必须满足这些准则，才能保证数据的准确性和可靠性。这屿准则被称为规范化形式，即范式。在效应知识库设计过程中，对最初得到的逻辑模式进行性能优化和规范化处理，最终得到的数据库逻辑模式，如图4所示(图中后面带钥匙形状的字段代表该字段是数据表中的主键)。 4利用效应解决问题的一般过程 设计者在进行创新设计时，可能不知道用何种方法或原理来实现某一功能，或者可能知道某种方法或原理可以实现该功能，但却不能满足产品设计的其他要求。寻找某一功能实现方法的关键在于利用不同学科、甚至表面看来不相关学科的知识交叉和综合去解决某一特定领域的问题。效应知识库的建立过程是以解决用户存在的问题为根本出发点，应用效应解决问题的一般过程，如图5所示。 5结论 随着科学技术的迅速发展，新产品不断涌现，产品的创新己经成为增强现代产品竞争力焦点。机电产品的设计己不再仅仅满足于适应性设计和变形设计，进行产品的创新设计已成为机电产品设计的重点和难点。本文从概念设计过程建模出发，阐明了功能、效应与实例的关系，并基于FEE模型建立了一个初步的科学效应库系统。科学效应库为机电产品创新设计过程提供大量的效应支持，有利于设计者在产品的概念设计阶段高质量地提出创新设计方案，从而达到提高产品竞争力的目的。

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/13/2010)