第十章 TRIZ理论与创新设计

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1、第十章 TRI与创新设计,TRIZ为俄文字母对应的拉丁字母缩写，含义为发明问题的解决理论，也有人将其译为技术冲突的解决原理。其英语名词为：Theory of Inventive Problem Solving。TRI认为发明问题的核心是解决冲突，在设计过程中，不断发现冲突，利用发明原理解决冲突，才能获得理想的产品。,第一节 TRI的概念,发明创造、创新过程是有规律的，运用这些规律可帮助我们进行创新设计。 1946年前苏联的里海海军专利局的发明家阿奇舒勒发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、消亡的过程，是有规律的。 阿奇舒勒提出了全新的创新设计理论

2、体系发明问题解决理论（TRIZ），很有效。,一、解决产品设计面临的方法 人们进行机械产品设计通常面临两类需要解决的问题：一类是知道一般的解决方法，一类是不知道解决方法。 对于知道一般的解决方法的问题，人们通常可以通过查找书籍、技术文献或相关专家提供信息来解决。,另一类问题是没有解决方法的，这被称为发明问题。,二、发明的级别与应用前提概述1发明的级别G.S.Altshuller将发明问题的解决方法分为五级,发明的级别表,2、TRIZ的理论前提TRIZ的理论前提和基本认识是：1产品或技术系统的进化有规律可循； 2生产实践中遇到的工程冲突重复出现； 3彻底解决工程冲突的发明原理容易掌握； 4其它领域

3、的科学原理可解决本领域技术问题。,三、TRIZ解决发明问题的方法,第二节 技术系统及进化法则,一、产品的进化分析,1婴儿期：婴儿期代表产品处于原理实现阶段,2成长期：成长期代表产品处于性能优化和商 品化开发阶段。,3成熟期：成熟期说明该产品技术发展已经比 较成熟。,4衰退期：衰退期表明应用于系统的技术已经 发展到极限，很难再进一步的突破,产品进化曲线,二、技术系统及其进化法则,1技术系统,技术系统由多个子系统组成，并通过子系统间的相互作用实现一定的功能。 子系统本身也是系统，是由元件和操作构成的。 系统的更高级系统称为超系统。,如电冰箱这个技术系统，其压缩机、散热板、温控管、照明灯、门、壳体等

4、都是电冰箱的子系统。 电冰箱所处的环境，如房间就可以称为电冰箱这个技术系统的超系统。,2技术系统进化法则 技术系统进化法则主要包含提高理想度法则，完备性法则，能量传递法则，提高柔性、移动性和可控性法则，子系统非一致性进化法则，向超系统升迁法则，向微观系统升迁法则，协调法则等。这些技术系统进化法则基本涵盖了各种产品核心技术的进化规律，每条法则又包含多种具体进化路线和模式。,1）完备性法则 要实现某项功能，一个完整的技术系统必须包含以下四个部件：动力装置、传输装置、执行装置和控制装置。 例如汽车这个完整的技术系统，就包括动力总成、传动总成、底盘总成和操作总成等装置。,2）能量传递法则 技术系统要实

5、现其功能，必须保证能量能够从能量源流向技术系统的所有元件。 例如收音机在金属屏蔽的环境（如汽车）中就不能正常收听高质量广播。尽管收音机内各子系统工作都正常，但电台传导的能量源（作为系统的组成部分）受阻，使整个系统不能正常工作，需要在汽车上增加车外天线来解决问题。,3）动态性进化法则技术系统应该沿着结构柔性、可移动性、可控性增加的方向发展，以适应环境状况和执行方式的变化。动态性法则包括三个子法则：,（1）提高柔性法则：提高系统柔性的进化过程为刚体单铰链多铰链柔性体液体/气体场。例如门锁进化过程为从挂锁链条锁电子锁指纹锁。,（2）提高可移动性法则：技术系统的进化应该沿着提高系统整体可移动性增强的方

6、向发展。如座椅进化过程为从四腿椅转椅滚轮椅。（3）提高可控性法则：技术系统的进化将沿着系统内各部件的可控性增加的方向发展。可控性的进化过程从直接控制间接控制反馈控制智能控制。 例如照相机进化过程为从手动调焦电动调焦自动调焦；,4）提高理想度法则 最理想的技术系统应该是作为物理实体时并不存在也不消耗任何的资源，却能够实现所有必要的功能。 例如最理想的汽车制动系统应该不占用任何空间、不需要能量、没有消耗磨损、不传递有害功能，但是却能够在任何需要的时间和场合实现其制动功能。,5）子系统不均衡进化法则每个技术系统都由多个实现不同功能的子系统组成。任何技术系统所包含的各个子系统都不会同步、均衡地进化，每

7、个子系统都是沿着自己的技术进化路径向前发展。这种不均衡的进化经常会导致子系统之间的冲突出现。整个技术系统的进化速度取决于系统中发展最慢的子系统的进化速度。找到关键的子系统，可以帮助人们及时发现并改进最不理想的子系统。,6）向超系统进化法则 技术系统的进化是沿着从单系统双系统多系统的方向发展。 例如多功能的瑞士军刀、单头牙刷双头牙刷多头牙刷电动牙刷等。,7）向微观级进化法则 技术系统的进化沿着减小其元件尺寸的方向发展，即元件从最初的尺寸向原子、基本粒子的尺寸进化，同时能够更好的实现相同的功能。 例如微机械系统（MEMS）、电子元器件的进化过程从真空管晶体管集成电路。,8）协调性法则 技术系统的进

8、化是沿着各个子系统相互之间更协调的方向发展，即系统的各个部件在保持协调的前提下，充分发挥各自的功能。这也是整个技术系统能发挥其功能的必要条件，子系统间协调性可以表现在结构上的协调、各性能参数的协调和工作节奏的协调。,例如网球拍重量与力量的协调，较轻的球拍更灵活，较重的球拍能产生更大挥拍力量。因此需要考虑两个性能参数的协调，设计师将球拍整体重量降低，提高了灵活性，同时增加球拍头部的重量，保证了挥拍的力量。,第三节 TRI及其应用,发明问题的核心就是解决冲突，而解决冲突所应遵循的规则是：改进系统中的一个零部件或性能的同时，不能对系统或相邻系统中的其他零部件或性能造成负面影响。 冲突可分为物理冲突和

9、技术冲突。对于物理冲突可以采用分离原理寻找解决方案。对于技术冲突，则依据冲突矩阵找到相应的发明原理，找出解决冲突的方法。,解冲突决流程,一、 发明原理,共40条,二、分离原理在总结解决物理冲突的各种方法的基础上，TRIZ提出了分离原理解决方法。空间分离：从空间上分离相反的特性物体的一部分表现为一种特性，而另一部则分表现为另一种特性。将冲突双方在不同的空间分离，以降低解决问题的难度。当关键子系统冲突双方在某一空间只出现一方时，空间分离是可能的。,2时间分离：从时间上分离相反的特性。 物体在一时间段内表现为一种特性，而在另一时间段内则表现为另一种特性。将冲突双方在不同的时间段分离，以降低解决问题的

10、难度。当关键子系统冲突双方在某一时间段只出现一方时，时间分离是可能的。,3基于条件的分离：从整体与部分上分离相反的特性。整体具有一种特性，而部分具有相反的特性。 是将冲突双方在不同条件下分离，以降低解决问题的难度。当关键子系统冲突双方在某一条件下只出现一方时，基于条件分离是可能的,4整体与部分的分离：在同一种物质中相反的特性共存。 物质在特定的条件下表现为唯一的特性，在另一种条件下表现为另一种特性。整体与部分的分离原理是将冲突双方在不同的层次分离，以降低解决问题的难度。当冲突双方在关键子系统层次只出现一方，而该方在子系统、系统或超系统层次内不出现时，整体与部分的分离是可能的。,分离原理与发明原

11、理的对应关系,三、 解决物理冲突,物理冲突的一般描述方法为：为了实现关键功能，子系统要具有有用功能，但为了避免出现有害功能，子系统又不能具有该有用功能。2关键子系统的特性必须是以大值以能取得有用功能，但又必须是以小值避免出现有害功能3关键子系统必须出现以取得有用功能，但又不能出现以避免出现有害功能。,物理冲突,四、解决技术冲突 技术冲突是指系统中一个部分性能的增强导致了有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致其他的一个或几个子系统性能的劣化。 技术冲突常表现为一个系统中两个子系统之间的冲突。技术冲突出现的几种情况：,1在一个子系统中引入一个有用功能，导致另 一子系统产生一个

12、有害功能；2消除一个有害功能导致另一个子系统有用功 能劣化； 3有用功能的加强或有害功能的减少使另一个 子系统或系统变得太复杂；,在TRI中，不同领域中相互冲突的特性经过高度概括，被抽象为39个技术特性参数，它们可对不同问题中所包含的各种冲突进行统一、明确的描述，如下表所列。,解决冲突矩阵,39项通用技术特性参数描述了问题的技术特性，40条发明原理表明了问题的解决方法。TRI研究人员通过长时间的分析与研究，提出了冲突解决矩阵的概念。,例如，将卫星送入太空时希望卫星的重量越小越好。但若要减小卫星的重量，势必要缩小尺寸，卫星的性能就会受到影响。这样在使卫星更易于运载时，卫星的重量和尺寸之间就产生了

13、冲突，卫星的重量参数和尺寸参数分别对应冲突解决矩阵中行参数2“运动物体的重量”（要改善的技术特性参数）和列参数3“运动物体的尺寸”（恶化的技术特性参数）。冲突解决矩阵在上述两特性的交叉处向我们提供了4个发明原理供参考，分别为第15、8、29和34号发明原理,第四节 计算机辅助创新设计简介,亿维讯公司（IWINT）根据TRI开发的CAI技术包括两大软件平台：1计算机辅助创新设计平台（Pro/Innovator，The Computer Aided Innovation Solution）2创新能力拓展平台（CBT/NOVA，Computer Based Trning for innovation

14、）。,计算机辅助创新设计平台（Pro/Innovator，The Computer Aided Innovation Solution）将TRIZ创新理论、本体论、多领域解决技术难题的技法、现代设计方法、自然语言处理系统和计算机软件技术融为一体，成为设计人员的创新工具。它含有问题分析、方案生成、方案评价、成果保护和成果共享五个内容。是快速、高效解决问题的良好软件平台。,创新能力拓展平台（CBT/NOVA）含有基于创新理论、创新方法的创新能力拓展平台、培养创新能力的教学平台、创新能力测试平台和咨询机构的创新培训平台。可帮助使用者在短期打破定势思维，学会主动创新的培训平台。,应用实例,应用背景：在

15、温度较低时，或伴有雨、雾、雪等天气，飞机的机身、机翼等部位容易界冰，从而影响飞机的升力或飞行安全。因此起飞之前必须对飞机表面除冰。,问题描述： 在飞机表面喷洒稀释的乙二醇溶液，可除去飞机表面的霜、雪和冰。但喷洒乙二醇溶成本高，而且该溶液有毒性，会污染环境，反复的喷洒加剧了环境的污染。采用更加合理的方法为飞机除冰就成为一个待解决的问题。,3问题分析： 很多领域都有除冰的问题，且都有各自的解决方案。因此首先要了解各领域中的除冰方案。应用Pro/Innovator软件，输入问题“remove ice covering”，得到一系列解决方案。从备选方案中选择几个对比。,精确方案：施加电荷去除表面的冰。在表面涂电解质涂层、安置传感器和直流电源。当传感器检测到冰层及其冰层电荷极性后，自动启动直流电源，使表面电解质涂层产生与冰层相同的电荷。同性电荷的排斥力使冰层松动脱落。图示为施加电荷除冰示意图，该方案结构复杂。,类比方案：激光束去除金属表面的氟碳树脂基涂层。金属表面的涂层在特定波长的激光束加热作用下会从金属表面脱落。激光具有辐射加热作用，冰可被加热蒸发。该方案提示我们，可采用二氧化碳和一氧化碳激光束发生器作为激光辐射源。图左为金属表面涂层示意图，图右为激光束去涂层示意图。,