劉志峰 高 洋 胡 迪 張敬東
合肥工業(yè)大學(xué),合肥,230009
近年來,產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法及理論的研究得到了充分的發(fā)展,尤其是發(fā)明問題解決理論(theory of inventive problem solving,TRIZ)和其他產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的集成,成為了很多學(xué)者研究的重點(diǎn)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)沖突消解研究方面,何川等[1]將TRIZ理論應(yīng)用于產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段的沖突消解,解決了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案的生成問題;劉曉敏等[2]將 TRIZ與約束理論(theory of constraints,TOC)相結(jié)合,利用所構(gòu)造的產(chǎn)品當(dāng)前實(shí)現(xiàn)樹、沖突解決圖表和TRIZ矛盾沖突矩陣解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)沖突問題。在基于知識(shí)的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究方面,姜亮等[3]將本體概念和語義網(wǎng)技術(shù)與TRIZ相結(jié)合,提出了基于本體的技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)了知識(shí)重用和知識(shí)共享在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用;為了實(shí)現(xiàn)客戶知識(shí)在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,楊育等[4]提出了基于TRIZ的客戶協(xié)同產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法,并建立了面向知識(shí)利用的協(xié)同產(chǎn)品創(chuàng)新框架,能夠?qū)崿F(xiàn)從客戶知識(shí)→產(chǎn)品工程參數(shù)→產(chǎn)品創(chuàng)新原理解的映射。在產(chǎn)品的快速創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究方面,張付英等[5]將TRIZ進(jìn)化理論集成到產(chǎn)品創(chuàng)新解的產(chǎn)生環(huán)節(jié),能夠預(yù)測(cè)未來技術(shù)的可能結(jié)構(gòu)狀態(tài),指導(dǎo)設(shè)計(jì)者沿著正確的方向產(chǎn)生創(chuàng)新解,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速創(chuàng)新設(shè)計(jì);高常青等[6]基于TRIZ中的問題解決工具及分解重構(gòu)原理,建立了支持原理、結(jié)構(gòu)集成化創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)例表達(dá)機(jī)制及其編碼規(guī)則,提出了支持產(chǎn)品原理、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的統(tǒng)一設(shè)計(jì)流程,能夠支持產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的快速創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)方面,王冀強(qiáng)等[7]將TRIZ工具作為構(gòu)建實(shí)例庫的規(guī)則,并據(jù)此開發(fā)了基于TRIZ與實(shí)例的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新系統(tǒng);楊伯軍等[8]根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)解方法在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用過程和已有標(biāo)準(zhǔn)解的方法流程,開發(fā)了基于標(biāo)準(zhǔn)解方法的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新軟件;鎮(zhèn)璐等[9]開發(fā)了基于TRIZ理論創(chuàng)新知識(shí)查詢平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了面向產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的知識(shí)查詢;黃兆飛等[10]從功能、結(jié)構(gòu)和作用原理三個(gè)方面研究了專利信息的獲取方法和規(guī)范描述,構(gòu)建了專利知識(shí)庫查詢系統(tǒng),用于支持產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
上述研究取得了一系列的研究成果,但是在產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)的研究上還較為匱乏,尤其是在利用TRIZ方法與實(shí)例知識(shí)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)的研究方面。本文將實(shí)例推理方法和TRIZ相結(jié)合,提出了基于TRIZ與實(shí)例推理原理的產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法,并在該方法指導(dǎo)下開發(fā)了產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持工具,用于產(chǎn)品的綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
根據(jù)調(diào)查,產(chǎn)品設(shè)計(jì)活動(dòng)中大約有75%左右的設(shè)計(jì)是基于實(shí)例的產(chǎn)品設(shè)計(jì)[11]?;趯?shí)例推理方法(case-based reasoning,CBR)將知識(shí)的表達(dá)與實(shí)例庫建立相結(jié)合,以過去實(shí)例屬性為特征來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì),所以CBR方法成為近年來人工智能領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)[5]?;趯?shí)例推理的過程如圖1所示,主要分為4個(gè)步驟,即檢索、重用、修正和保存。CBR的優(yōu)點(diǎn)主要有:①能夠迅速檢索相關(guān)成功案例并解決新的問題,縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間;②具有學(xué)習(xí)能力,通過學(xué)習(xí)將新的案例存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中,便于下次案例的檢索和使用。但是將CBR方法應(yīng)用于產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)中存在一些不足:①當(dāng)案例庫中沒有相似案例時(shí),不能給出問題的解決方案;②目前的CBR技術(shù)多針對(duì)某類產(chǎn)品和特定領(lǐng)域的應(yīng)用而展開,不涉及所有的技術(shù)領(lǐng)域[5];③CBR是基于以前成功案例來解決問題的,創(chuàng)新水平不高,不能系統(tǒng)地指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì);④缺乏有效的實(shí)例表達(dá)機(jī)制。
圖1 基于實(shí)例的推理過程
以 Altshuller[12-13]為首的研究人員在分析世界各國250萬件專利的基礎(chǔ)上,提出了發(fā)明問題解決理論,即TRIZ,它是一種創(chuàng)新性解決問題的理論。在TRIZ理論中,設(shè)計(jì)過程遇到的問題是用沖突來描述的,設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中首先要保證或提高產(chǎn)品的某些內(nèi)部性能,但這種提高往往導(dǎo)致產(chǎn)品其他內(nèi)部性能的下降,即設(shè)計(jì)中往往存在沖突[7],TRIZ解決沖突的流程如圖2所示。TRIZ的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在它為創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中矛盾問題的解決提供了新思路,能夠系統(tǒng)地進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),而且最重要的是TRIZ涉及各種技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新。但是其缺點(diǎn)是:①從零開始創(chuàng)新,解決問題的時(shí)間較長(zhǎng);②沒有自我學(xué)習(xí)能力,不能積累成功的案例;③設(shè)計(jì)人員需要具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí),以及具備能夠使用TRIZ解決實(shí)際問題的能力。
圖2 TRIZ求解的一般過程
基于CBR與TRIZ的產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì),是在CBR方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合TRIZ理論,利用兩者的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)相互的不足(兩種方法的比較見表1[14])從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)?;贑BR與TRIZ的產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程如圖3所示,其具體步驟如下:
表1 CBR與TRIZ的比較
(1)相似案例的檢索。根據(jù)待改進(jìn)的綠色性能查找案例庫中的相似案例,套用案例的解決辦法,或者借鑒案例的思路對(duì)其進(jìn)行修改以形成產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)的解決方案。
(2)設(shè)計(jì)問題向TRIZ工程參數(shù)轉(zhuǎn)化。當(dāng)案例庫中沒有相似案例時(shí),需要TRIZ工具的指導(dǎo)來進(jìn)行系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。分析設(shè)計(jì)問題,確定沖突并明確要改進(jìn)和惡化的設(shè)計(jì)屬性,然后利用關(guān)聯(lián)表將其轉(zhuǎn)化成沖突矩陣相應(yīng)的工程參數(shù)。
(3)利用沖突矩陣進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。針對(duì)上步得到的工程參數(shù),利用TRIZ沖突矩陣中相應(yīng)的發(fā)明原理消解沖突,形成創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。
(4)方案的可行性分析。當(dāng)有多個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案滿足沖突消解的要求時(shí),需要從創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、拆卸性和回收性上對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià),來確定最優(yōu)的創(chuàng)新方案。
圖3 基于CBR與TRIZ的綠色產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程
產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)是人類在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律。任何產(chǎn)品設(shè)計(jì)都是利用一定的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)、從定性到定量,綜合運(yùn)用各種知識(shí)的過程[15]。因此實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)知識(shí)的有效利用,能夠支持產(chǎn)品快速設(shè)計(jì),縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間,提高產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)水平。產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例知識(shí)的表達(dá)是基于實(shí)例推理的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法中的關(guān)鍵部分之一,但是當(dāng)前產(chǎn)品實(shí)例知識(shí)表達(dá)不能很好地滿足產(chǎn)品功能、行為等語義信息描述,不能有效地支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
本體論(ontology)是一種概念化的說明,是對(duì)客觀存在的概念及其關(guān)系的一種描述[16]。本體定義了共享的詞匯,提供了概念的分類和關(guān)系,有力地支持了知識(shí)的表達(dá)。另外本體能夠從形式化上描述知識(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)跨學(xué)科和跨領(lǐng)域的應(yīng)用和共享[17]。因此基于本體的實(shí)例設(shè)計(jì)知識(shí)表示方法可以彌補(bǔ)CBR方法在實(shí)例表達(dá)機(jī)制上的欠缺,有效地支持綠色產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例的表示。文獻(xiàn)[16]給出了本體的定義。
定義1 本體是某一領(lǐng)域D的概念化描述,它可以用一個(gè)四元組Ont=(D,Con,Att,Ass)表示。其中,D 為本體應(yīng)用的領(lǐng)域集;Con為領(lǐng)域D中的概念實(shí)體的有限集;Att為概念實(shí)體屬性的有限集;Ass是概念實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)函數(shù)。
產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)屬性的改進(jìn)一般通過產(chǎn)品系統(tǒng)、部件或零件的綠色性能的改進(jìn)而實(shí)現(xiàn),而系統(tǒng)、部件綠色性能的改進(jìn)最終也歸結(jié)于零件綠色性能的改進(jìn),因此可以用基本元和復(fù)合元來描述產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例的組成,圖4給出了綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例本體結(jié)構(gòu)。
定義2 基本元(basic unit)。基本元是描述實(shí)例的最小基本單元,不可再分,用BU來表示。
定義3 復(fù)合元(complex unit)。復(fù)合元由若干個(gè)基本元組成,可以再分,用CU來表示,其中CU=(BU1,BU2,…,BUn)
定義4 復(fù)合元本體的描述。復(fù)合元是由若干個(gè)基本元組成的復(fù)合體,其描述如下:
其中,CU_D 為綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例的復(fù)合元域;CU_Con為綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例復(fù)合元的概念實(shí)體,具體組成見表2;CU_Att為綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例復(fù)合元的概念實(shí)體屬性,具體組成見表2;CU_Ass為綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例復(fù)合元的概念實(shí)體關(guān)聯(lián),具體組成見圖4。
表2 復(fù)合元概念實(shí)體的組成
定義5 基本元的本體描述。根據(jù)本體的概念,用4元組來定義基本元的本體:
圖4 面向綠色設(shè)計(jì)的產(chǎn)品實(shí)例本體結(jié)構(gòu)
其中,BU_D 為綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例的基本元域;BU_Con為綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例基本元的概念實(shí)體,主要由基本信息(BC_Con)、綠色設(shè)計(jì)屬性(GDA_Con)和技術(shù)沖突消解(TCR_Con)三類概念構(gòu)成,具體組成見表3;BU_Att為綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例基本元的概念實(shí)體屬性,具體組成見表3;BU_Ass為綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例基本元的概念實(shí)體關(guān)聯(lián),具體組成見圖4。
表3 基本元概念實(shí)體的組成
為了提高檢索效率,本文采用檢索機(jī)制和過濾機(jī)制兩種機(jī)制(圖5)相結(jié)合的方法來進(jìn)行綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例的檢索。
圖5 綠色產(chǎn)品實(shí)例檢索模型
2.3.1 基于XML的實(shí)例檢索機(jī)制
本文采用XML技術(shù)表示本體,采用XMLQL查詢語言實(shí)現(xiàn)實(shí)例檢索。基于XML格式的表示方法具有很強(qiáng)的表達(dá)能力,易于閱讀,便于組織、管理、維護(hù)和搜索知識(shí)點(diǎn),而且可以利用XML結(jié)構(gòu)中的元素類型和屬性表示本體對(duì)象和屬性,利用XML的嵌套結(jié)構(gòu)描述本體中的層次關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域本體在XML結(jié)構(gòu)中的映射,形成領(lǐng)域本體知識(shí)的XML表示[18]。
采用XML-QL查詢語言實(shí)現(xiàn)實(shí)例檢索,該語言基本語法結(jié)構(gòu)是 WHERE/CONSTRUCT,其中WHERE指明要檢索的對(duì)象、變量以及條件,而CONSTRUCT部分指明要檢索出的結(jié)果。
2.3.2 基于三角模糊數(shù)的過濾機(jī)制
通過檢索機(jī)制檢索到的實(shí)例雖然從綠色設(shè)計(jì)屬性和沖突消解方面滿足要求,然而這些實(shí)例可能在回收性、拆卸性、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性方面不能滿足用戶的要求,因此本文建立一個(gè)基于三角模糊數(shù)的過濾機(jī)制對(duì)檢索到的實(shí)例進(jìn)行篩選,提高檢索的效率?;厥招浴⒉鹦缎?、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性的語言變量的三角隸屬函數(shù)如圖6所示,表4給出了三角模糊數(shù)及其與語言變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。假設(shè)通過檢索機(jī)制得到的綠色設(shè)計(jì)實(shí)例集合為Mf。
圖6 語言變量的三角隸屬函數(shù)圖
表4 語言變量及對(duì)應(yīng)的三角模糊數(shù)
(1)定義一個(gè)閾值δ,δ∈ [0,1]。
(2)定義目標(biāo)實(shí)例過濾指標(biāo)集合Pf,Pf=;定義待檢索實(shí)例過濾指標(biāo)集合 Qf, Qf=。
(3)確定目標(biāo)實(shí)例與檢索實(shí)例的相似度SimPQ:
其中,L()表示取三角模糊數(shù)左邊的數(shù)值,M()表示取三角模糊數(shù)中間的數(shù)值,R()表示取三角模糊數(shù)右邊的數(shù)值。D(~a,~b)為兩個(gè)三角模糊數(shù)間的距離,距離越小說明兩個(gè)三角模糊數(shù)越相似,如圖7所示。
圖7 三角模糊數(shù)的距離
(4)從實(shí)例集合Mf中過濾不滿足要求的實(shí)例,得到實(shí)例集Jf,Jf={Mf|SimPQ≥δ}。
如果案例庫中沒有找到相似案例,那么需要利用TRIZ來解決產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)過程中遇到的沖突,從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)?;赥RIZ的綠色設(shè)計(jì)沖突消解,需要先將綠色設(shè)計(jì)屬性轉(zhuǎn)化成TRIZ沖突矩陣的工程參數(shù)(表5),然后根據(jù)工程參數(shù)利用TRIZ沖突矩陣表獲得發(fā)明原理。在綠色設(shè)計(jì)屬性向TRIZ工程參數(shù)的轉(zhuǎn)化中,文獻(xiàn)[19]把世界企業(yè)可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)(world business council for sustainable development,WBCSD)提出的7個(gè)環(huán)境效率要素與TRIZ的工程參數(shù)相關(guān)聯(lián),建立了環(huán)境效率要素與TRIZ工程參數(shù)的關(guān)聯(lián)表。在此基礎(chǔ)上,筆者建立了綠色設(shè)計(jì)屬性與TRIZ工程參數(shù)的關(guān)聯(lián)表(表6),可方便、快速地將綠色設(shè)計(jì)屬性轉(zhuǎn)化為TRIZ工程參數(shù)??紤]產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)際情況,可能會(huì)出現(xiàn)無法確定TRIZ工程參數(shù)和遇到空矩陣(沒有發(fā)明原理)的情形,此時(shí)可以利用文獻(xiàn)[20-21]中的方法解決該問題。
表5 TRIZ沖突矩陣的39個(gè)工程參數(shù)
創(chuàng)新方案的可行性評(píng)價(jià)有兩個(gè)作用:第一,作為過濾指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果;第二,可能有多個(gè)創(chuàng)新方案可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)沖突的消解,因此需要對(duì)創(chuàng)新方案進(jìn)行可行性評(píng)價(jià),選取最優(yōu)的方案給予實(shí)施。綠色產(chǎn)品創(chuàng)新方案的可行性評(píng)價(jià)矩陣如表7所示,用Sco表示綠色產(chǎn)品創(chuàng)新方案的可行性評(píng)價(jià)結(jié)果:
式中,w1、w2、w3、w4分別為指標(biāo) C1、C2、C3、C4的權(quán)重;w1i、w2j、w3k、w4l分別為子指標(biāo)C1i、C2j、C3k、C4l的權(quán)重;ScoC1i、ScoC2j、ScoC3k、ScoC4l分 別 為 子 指 標(biāo) C1i、C2j、C3k、C4l的評(píng)分。
表6 綠色設(shè)計(jì)屬性與TRIZ工程參數(shù)的關(guān)聯(lián)表
表7 產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)創(chuàng)新方案的可行性評(píng)價(jià)矩陣
采用打分法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估,各指標(biāo)的評(píng)分范圍為1(差)~9(優(yōu))。指標(biāo)權(quán)重由模糊層次分 析 法 (fuzzy analytic hierarchy process,F(xiàn)AHP)確定,其步驟可見參考文獻(xiàn)[22]。
筆者以上述方法為基礎(chǔ),利用可擴(kuò)展標(biāo)記XML語言,開發(fā)了產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持平臺(tái)(其基本框架組成如圖8所示),用于綠色產(chǎn)品的開發(fā),以某型號(hào)洗碗機(jī)零部件為例闡述創(chuàng)新過程。
圖8 產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持平臺(tái)基本框架組成
洗碗機(jī)屬于EuP(eco-design requirements for energy-using products directive)指令監(jiān)管的第十四類產(chǎn)品,因此對(duì)產(chǎn)品綠色性能有較高的要求。產(chǎn)品維修商和回收商對(duì)洗碗機(jī)底板的拆卸性提出了要求,洗碗機(jī)銷售商要求廣東某洗碗機(jī)制造企業(yè)改進(jìn)其出口洗碗機(jī)底板的拆卸性能,使其能夠?qū)崿F(xiàn)非工具拆卸,并且成本變動(dòng)范圍要小。洗碗機(jī)的關(guān)鍵零部件(如水杯、洗滌泵和電熱管等)位于洗碗機(jī)底部,原洗碗機(jī)的底板與下前橫檔和側(cè)板用螺釘連接(圖9)。改進(jìn)前的拆卸順序?yàn)樽笥覀?cè)板→前提腳板→下前橫檔→下后橫檔→底板,而且洗碗機(jī)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后螺釘容易銹死,因此不便于洗碗機(jī)的維護(hù)和維修以及廢棄后的拆卸回收處理。
圖9 底板零件的三維模型及其連接關(guān)系
首先運(yùn)用產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持平臺(tái)的實(shí)例檢索模塊,通過借鑒以往成功案例的經(jīng)驗(yàn)對(duì)洗碗機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。為了借鑒其他類別產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識(shí),擴(kuò)大實(shí)例檢索范圍,不限定產(chǎn)品類別、功能等參數(shù),將材料設(shè)定為“鋼材”,將綠色設(shè)計(jì)原則設(shè)定為“拆卸設(shè)計(jì)”,設(shè)計(jì)屬性設(shè)定為“連接類型”。為了滿足成本和拆卸性能的要求,在過濾條件中,將拆卸性能和經(jīng)濟(jì)性設(shè)定為“很好”,技術(shù)性能和回收性能設(shè)定為“良好”,然后進(jìn)行實(shí)例檢索。從實(shí)例庫中搜索出的實(shí)例為電腦機(jī)箱側(cè)板,特征是將螺釘連接改為卡槽連接,實(shí)現(xiàn)了非工具手工拆卸,目前卡槽連接在很多產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用,技術(shù)十分成熟,因此本文借鑒該類型實(shí)例。
主機(jī)箱側(cè)板的卡槽不承受主機(jī)箱的重量,主要保證連接的可靠性,而洗碗機(jī)底板需要承受洗碗機(jī)以及餐具的重量,其強(qiáng)度要求較高,需要對(duì)原有實(shí)例進(jìn)行修改后再用。利用TRIZ對(duì)原有實(shí)例進(jìn)行修改,可將其對(duì)應(yīng)為改善的工程參數(shù)No14“強(qiáng)度”,惡化的工程參數(shù)No11“應(yīng)力或壓力”。調(diào)用基于TRIZ的沖突消解模塊對(duì)這一技術(shù)沖突進(jìn)行問題求解,發(fā)現(xiàn)可采用發(fā)明原理3“局部特性”來進(jìn)行求解,即將一物體或外在環(huán)境(動(dòng)作)由相同成分組成的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成由不同成分組成的結(jié)構(gòu)。由此產(chǎn)生的綠色創(chuàng)新方案即在底板的左邊和右邊增加卡槽,使其共同承擔(dān)洗碗機(jī)的重量,從而改善底板應(yīng)力狀況。為了驗(yàn)證改進(jìn)后底板的可靠性,在Abaqus的環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)力分析,卡槽受到的最大應(yīng)力為286MPa,小于底板材料的抗拉強(qiáng)度500MPa,滿足強(qiáng)度要求。改進(jìn)后,只需將洗碗機(jī)底板直接從洗碗機(jī)底部抽出就可完成拆卸操作。
利用表7對(duì)綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià),其評(píng)價(jià)結(jié)果見表8。根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大值和最小值以及表4中的語言變量,建立語匯轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn),將評(píng)價(jià)結(jié)果轉(zhuǎn)換為評(píng)價(jià)語匯。最后根據(jù)綠色設(shè)計(jì)實(shí)例存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)將該設(shè)計(jì)案例存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。
(1)將TRIZ與實(shí)例推理方法有效地集成,提出了基于TRIZ與實(shí)例推理原理的產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法,能夠很好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
(2)以本體論為基礎(chǔ),結(jié)合TRIZ工具,給出了綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例的描述模型和檢索模型,實(shí)現(xiàn)了綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例的檢索、重用和修正。
(3)建立了綠色設(shè)計(jì)屬性與TRIZ工程參數(shù)的關(guān)聯(lián)表,便于設(shè)計(jì)人員將綠色設(shè)計(jì)屬性轉(zhuǎn)化為TRIZ工程參數(shù),縮短綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)的時(shí)間。
表8 綠色產(chǎn)品創(chuàng)新方案的可行性評(píng)價(jià)
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