《TRIZ理論與》PPT課件.ppt

第十章 TRIZ理論與創(chuàng)新設計,TRIZ為俄文字母對應的拉丁字母縮寫，含義為發(fā)明問題的解決理論，也有人將其譯為技術沖突的解決原理。其英語名詞為：Theory of Inventive Problem Solving。TRIZ理論認為發(fā)明問題的核心是解決沖突，在設計過程中，不斷發(fā)現沖突，利用發(fā)明原理解決沖突，才能獲得理想的產品。,第一節(jié) TRIZ理論的概念,發(fā)明創(chuàng)造、創(chuàng)新過程是有規(guī)律的，運用這些規(guī)律可幫助我們進行創(chuàng)新設計。 1946年前蘇聯(lián)的里海海軍專利局的發(fā)明家阿奇舒勒發(fā)現任何領域的產品改進、技術的變革、創(chuàng)新和生物系統(tǒng)一樣，都存在產生、生長、成熟、衰老、消亡的過程，是有規(guī)律的。 阿奇舒勒提出了全新的創(chuàng)新設計理論體系發(fā)明問題解決理論（TRIZ），很有效。,一、解決產品設計面臨的方法 人們進行機械產品設計通常面臨兩類需要解決的問題：一類是知道一般的解決方法，一類是不知道解決方法。 對于知道一般的解決方法的問題，人們通?？梢酝ㄟ^查找書籍、技術文獻或相關專家提供信息來解決。,另一類問題是沒有解決方法的，這被稱為發(fā)明 問題。,二、發(fā)明的級別與應用前提概述 1發(fā)明的級別 G.S.Altshuller將發(fā)明問題的解決方法分為五級,發(fā)明的級別表,2、TRIZ的理論前提 TRIZ的理論前提和基本認識是： 1產品或技術系統(tǒng)的進化有規(guī)律可循； 2生產實踐中遇到的工程沖突重復出現； 3徹底解決工程沖突的發(fā)明原理容易掌握； 4其它領域的科學原理可解決本領域技術問題。,三、TRIZ解決發(fā)明問題的方法,第二節(jié) 技術系統(tǒng)及進化法則,一、產品的進化分析,1嬰兒期：嬰兒期代表產品處于原理實現階段,2成長期：成長期代表產品處于性能優(yōu)化和商 品化開發(fā)階段。,3成熟期：成熟期說明該產品技術發(fā)展已經比 較成熟。,4衰退期：衰退期表明應用于系統(tǒng)的技術已經 發(fā)展到極限，很難再進一步的突破,產品進化曲線,二、技術系統(tǒng)及其進化法則,1技術系統(tǒng),技術系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成，并通過子系統(tǒng)間的相互作用實現一定的功能。 子系統(tǒng)本身也是系統(tǒng)，是由元件和操作構成的。 系統(tǒng)的更高級系統(tǒng)稱為超系統(tǒng)。,如電冰箱這個技術系統(tǒng)，其壓縮機、散熱板、溫控管、照明燈、門、殼體等都是電冰箱的子系統(tǒng)。 電冰箱所處的環(huán)境，如房間就可以稱為電冰箱這個技術系統(tǒng)的超系統(tǒng)。,2技術系統(tǒng)進化法則 技術系統(tǒng)進化法則主要包含提高理想度法則，完備性法則，能量傳遞法則，提高柔性、移動性和可控性法則，子系統(tǒng)非一致性進化法則，向超系統(tǒng)升遷法則，向微觀系統(tǒng)升遷法則，協(xié)調法則等。這些技術系統(tǒng)進化法則基本涵蓋了各種產品核心技術的進化規(guī)律，每條法則又包含多種具體進化路線和模式。,1）完備性法則 要實現某項功能，一個完整的技術系統(tǒng)必須包含以下四個部件：動力裝置、傳輸裝置、執(zhí)行裝置和控制裝置。 例如汽車這個完整的技術系統(tǒng)，就包括動力總成、傳動總成、底盤總成和操作總成等裝置。,2）能量傳遞法則 技術系統(tǒng)要實現其功能，必須保證能量能夠從能量源流向技術系統(tǒng)的所有元件。 例如收音機在金屬屏蔽的環(huán)境（如汽車）中就不能正常收聽高質量廣播。盡管收音機內各子系統(tǒng)工作都正常，但電臺傳導的能量源（作為系統(tǒng)的組成部分）受阻，使整個系統(tǒng)不能正常工作，需要在汽車上增加車外天線來解決問題。,3）動態(tài)性進化法則 技術系統(tǒng)應該沿著結構柔性、可移動性、可控性增加的方向發(fā)展，以適應環(huán)境狀況和執(zhí)行方式的變化。 動態(tài)性法則包括三個子法則：,（1）提高柔性法則：提高系統(tǒng)柔性的進化過程為剛體單鉸鏈多鉸鏈柔性體液體/氣體場。例如門鎖進化過程為從掛鎖鏈條鎖電子鎖指紋鎖。,（2）提高可移動性法則：技術系統(tǒng)的進化應該沿著提高系統(tǒng)整體可移動性增強的方向發(fā)展。如座椅進化過程為從四腿椅轉椅滾輪椅。 （3）提高可控性法則：技術系統(tǒng)的進化將沿著系統(tǒng)內各部件的可控性增加的方向發(fā)展?？煽匦缘倪M化過程從直接控制間接控制反饋控制智能控制。 例如照相機進化過程為從手動調焦電動調焦自動調焦；,4）提高理想度法則 最理想的技術系統(tǒng)應該是作為物理實體時并不存在也不消耗任何的資源，卻能夠實現所有必要的功能。 例如最理想的汽車制動系統(tǒng)應該不占用任何空間、不需要能量、沒有消耗磨損、不傳遞有害功能，但是卻能夠在任何需要的時間和場合實現其制動功能。,5）子系統(tǒng)不均衡進化法則 每個技術系統(tǒng)都由多個實現不同功能的子系統(tǒng)組成。任何技術系統(tǒng)所包含的各個子系統(tǒng)都不會同步、均衡地進化，每個子系統(tǒng)都是沿著自己的技術進化路徑向前發(fā)展。這種不均衡的進化經常會導致子系統(tǒng)之間的沖突出現。整個技術系統(tǒng)的進化速度取決于系統(tǒng)中發(fā)展最慢的子系統(tǒng)的進化速度。找到關鍵的子系統(tǒng)，可以幫助人們及時發(fā)現并改進最不理想的子系統(tǒng)。,6）向超系統(tǒng)進化法則 技術系統(tǒng)的進化是沿著從單系統(tǒng)雙系統(tǒng)多系統(tǒng)的方向發(fā)展。 例如多功能的瑞士軍刀、單頭牙刷雙頭牙刷多頭牙刷電動牙刷等。,7）向微觀級進化法則 技術系統(tǒng)的進化沿著減小其元件尺寸的方向發(fā)展，即元件從最初的尺寸向原子、基本粒子的尺寸進化，同時能夠更好的實現相同的功能。 例如微機械系統(tǒng)（MEMS）、電子元器件的進化過程從真空管晶體管集成電路。,8）協(xié)調性法則 技術系統(tǒng)的進化是沿著各個子系統(tǒng)相互之間更協(xié)調的方向發(fā)展，即系統(tǒng)的各個部件在保持協(xié)調的前提下，充分發(fā)揮各自的功能。這也是整個技術系統(tǒng)能發(fā)揮其功能的必要條件，子系統(tǒng)間協(xié)調性可以表現在結構上的協(xié)調、各性能參數的協(xié)調和工作節(jié)奏的協(xié)調。,例如網球拍重量與力量的協(xié)調，較輕的球拍更靈活，較重的球拍能產生更大揮拍力量。因此需要考慮兩個性能參數的協(xié)調，設計師將球拍整體重量降低，提高了靈活性，同時增加球拍頭部的重量，保證了揮拍的力量。,第三節(jié) TRIZ理論及其應用,發(fā)明問題的核心就是解決沖突，而解決沖突所應遵循的規(guī)則是：改進系統(tǒng)中的一個零部件或性能的同時，不能對系統(tǒng)或相鄰系統(tǒng)中的其他零部件或性能造成負面影響。 沖突可分為物理沖突和技術沖突。對于物理沖突可以采用分離原理尋找解決方案。對于技術沖突，則依據沖突矩陣找到相應的發(fā)明原理，找出解決沖突的方法。,解 沖 突 決 流 程,一、 發(fā)明原理,共40條,二、分離原理 在總結解決物理沖突的各種方法的基礎上，TRIZ提出了分離原理解決方法。 空間分離：從空間上分離相反的特性 物體的一部分表現為一種特性，而另一部則分表現為另一種特性。將沖突雙方在不同的空間分離，以降低解決問題的難度。當關鍵子系統(tǒng)沖突雙方在某一空間只出現一方時，空間分離是可能的。,2時間分離：從時間上分離相反的特性。 物體在一時間段內表現為一種特性，而在另一時間段內則表現為另一種特性。將沖突雙方在不同的時間段分離，以降低解決問題的難度。當關鍵子系統(tǒng)沖突雙方在某一時間段只出現一方時，時間分離是可能的。,3基于條件的分離：從整體與部分上分離相反的特性。整體具有一種特性，而部分具有相反的特性。 是將沖突雙方在不同條件下分離，以降低解決問題的難度。當關鍵子系統(tǒng)沖突雙方在某一條件下只出現一方時，基于條件分離是可能的,4整體與部分的分離：在同一種物質中相反的特性共存。 物質在特定的條件下表現為唯一的特性，在另一種條件下表現為另一種特性。整體與部分的分離原理是將沖突雙方在不同的層次分離，以降低解決問題的難度。當沖突雙方在關鍵子系統(tǒng)層次只出現一方，而該方在子系統(tǒng)、系統(tǒng)或超系統(tǒng)層次內不出現時，整體與部分的分離是可能的。,分離原理與發(fā)明原理的對應關系,三、 解決物理沖突,物理沖突的一般描述方法為： 為了實現關鍵功能，子系統(tǒng)要具有有用功能，但為了避免出現有害功能，子系統(tǒng)又不能具有該有用功能。 2關鍵子系統(tǒng)的特性必須是以大值以能取得有用功能，但又必須是以小值避免出現有害功能 3關鍵子系統(tǒng)必須出現以取得有用功能，但又不能出現以避免出現有害功能。,物理沖突,四、解決技術沖突 技術沖突是指系統(tǒng)中一個部分性能的增強導致了有用及有害兩種結果，也可指有用作用的引入或有害效應的消除導致其他的一個或幾個子系統(tǒng)性能的劣化。 技術沖突常表現為一個系統(tǒng)中兩個子系統(tǒng)之間的沖突。技術沖突出現的幾種情況：,1在一個子系統(tǒng)中引入一個有用功能，導致另 一子系統(tǒng)產生一個有害功能； 2消除一個有害功能導致另一個子系統(tǒng)有用功 能劣化； 3有用功能的加強或有害功能的減少使另一個 子系統(tǒng)或系統(tǒng)變得太復雜；,在TRIZ理論中，不同領域中相互沖突的特性經過高度概括，被抽象為39個技術特性參數，它們可對不同問題中所包含的各種沖突進行統(tǒng)一、明確的描述，如下表所列。,解決沖突矩陣,39項通用技術特性參數描述了問題的技術特性，40條發(fā)明原理表明了問題的解決方法。TRIZ理論研究人員通過長時間的分析與研究，提出了沖突解決矩陣的概念。,例如，將衛(wèi)星送入太空時希望衛(wèi)星的重量越小越好。但若要減小衛(wèi)星的重量，勢必要縮小尺寸，衛(wèi)星的性能就會受到影響。這樣在使衛(wèi)星更易于運載時，衛(wèi)星的重量和尺寸之間就產生了沖突，衛(wèi)星的重量參數和尺寸參數分別對應沖突解決矩陣中行參數2“運動物體的重量”（要改善的技術特性參數）和列參數3“運動物體的尺寸”（惡化的技術特性參數）。沖突解決矩陣在上述兩特性的交叉處向我們提供了4個發(fā)明原理供參考，分別為第15、8、29和34號發(fā)明原理,第四節(jié) 計算機輔助創(chuàng)新設計簡介,億維訊公司（IWINT）根據TRIZ理論開發(fā)的CAI技術包括兩大軟件平臺： 1計算機輔助創(chuàng)新設計平臺（Pro/Innovator，The Computer Aided Innovation Solution） 2創(chuàng)新能力拓展平臺（CBT/NOVA，Computer Based Trning for innovation）。,計算機輔助創(chuàng)新設計平臺（Pro/Innovator，The Computer Aided Innovation Solution）將TRIZ創(chuàng)新理論、本體論、多領域解決技術難題的技法、現代設計方法、自然語言處理系統(tǒng)和計算機軟件技術融為一體，成為設計人員的創(chuàng)新工具。它含有問題分析、方案生成、方案評價、成果保護和成果共享五個內容。是快速、高效解決問題的良好軟件平臺。,創(chuàng)新能力拓展平臺（CBT/NOVA）含有基于創(chuàng)新理論、創(chuàng)新方法的創(chuàng)新能力拓展平臺、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的教學平臺、創(chuàng)新能力測試平臺和咨詢機構的創(chuàng)新培訓平臺?？蓭椭褂谜咴诙唐诖蚱贫▌菟季S，學會主動創(chuàng)新的培訓平臺。,應用實例,應用背景： 在溫度較低時，或伴有雨、霧、雪等天氣，飛機的機身、機翼等部位容易界冰，從而影響飛機的升力或飛行安全。因此起飛之前必須對飛機表面除冰。,問題描述： 在飛機表面噴灑稀釋的乙二醇溶液，可除去飛機表面的霜、雪和冰。但噴灑乙二醇溶成本高，而且該溶液有毒性，會污染環(huán)境，反復的噴灑加劇了環(huán)境的污染。采用更加合理的方法為飛機除冰就成為一個待解決的問題。,3問題分析： 很多領域都有除冰的問題，且都有各自的解決方案。因此首先要了解各領域中的除冰方案。應用Pro/Innovator軟件，輸入問題“remove ice covering”，得到一系列解決方案。從備選方案中選擇幾個對比。,精確方案：施加電荷去除表面的冰。在表面涂電解質涂層、安置傳感器和直流電源。當傳感器檢測到冰層及其冰層電荷極性后，自動啟動直流電源，使表面電解質涂層產生與冰層相同的電荷。 同性電荷的排斥力使冰層 松動脫落。圖示為施加 電荷除冰示意圖，該方案 結構復雜。,類比方案：激光束去除金屬表面的氟碳樹脂基涂層。金屬表面的涂層在特定波長的激光束加熱作用下會從金屬表面脫落。激光具有輻射加熱作用，冰可被加熱蒸