張 鵬，楊伯軍，張換高，檀潤華

（河北工業(yè)大學(xué) 河北省制造業(yè)創(chuàng)新方法工程技術(shù)研究中心，天津 300130）

0 引言

計算機輔助創(chuàng)新（Computer－Aided Innovation，CAI）軟件多以發(fā)明問題解決理論（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ）為支撐，TRIZ 為CAI軟件提供了多種解決問題的工具及豐富的實例庫，為設(shè)計者應(yīng)用CAI軟件解決設(shè)計過程中的沖突提供了方便的途徑。解決設(shè)計中的沖突是產(chǎn)品創(chuàng)新的核心，而確定系統(tǒng)中的沖突是產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎(chǔ)，確定系統(tǒng)中沖突的方法是近年來的研究熱點?？偨Y(jié)已往的研究可歸納出四類［1］方法：物質(zhì)—場分析法、質(zhì)量 功 能 配 置 （Quality Function Deployment，QFD）分析法、公理設(shè)計分析法及約束理論（Theory of Constraints，TOC）分析法。

Suh提出的設(shè)計過程復(fù)雜性理論（Design－Centric Complexity，DCC）［2－4］是設(shè)計理論領(lǐng)域的最新成果，他將由系統(tǒng)功能實現(xiàn)概率低所引起的復(fù)雜性定義為設(shè)計過程復(fù)雜性，并對設(shè)計中遇到的復(fù)雜性進行了分類。以往關(guān)于設(shè)計過程復(fù)雜性理論的研究［5－9］多集中于對設(shè)計過程復(fù)雜性降低方法的研究，是從設(shè)計過程復(fù)雜性的角度分析系統(tǒng)中存在的問題，尋求降低系統(tǒng)設(shè)計過程復(fù)雜性、提高功能實現(xiàn)概率的方法。TRIZ中的沖突會導(dǎo)致系統(tǒng)功能實現(xiàn)概率低，功能實現(xiàn)概率低會提高系統(tǒng)的設(shè)計過程復(fù)雜性，因此應(yīng)用設(shè)計過程復(fù)雜性理論，根據(jù)設(shè)計過程復(fù)雜性類型來確定系統(tǒng)中存在的沖突，成為一種新的沖突確定方法。

本文從設(shè)計過程復(fù)雜性理論中對復(fù)雜性的定義及不同種類設(shè)計過程復(fù)雜性的分類方法入手，根據(jù)復(fù)雜性及復(fù)雜性與信息含量之間的關(guān)系，提出了設(shè)計過程復(fù)雜性的統(tǒng)一表示方法，并應(yīng)用該方法進行設(shè)計過程復(fù)雜性的類型判定，形成一類設(shè)計過程復(fù)雜性沖突的確定方法；分別討論不同信息含量下系統(tǒng)所含設(shè)計過程復(fù)雜性的異同，并將其與問題、矛盾和沖突等概念相對應(yīng)，形成設(shè)計過程復(fù)雜性沖突確定原理；最后，應(yīng)用工程實例驗證了設(shè)計過程復(fù)雜性沖突確定原理。

1 設(shè)計過程復(fù)雜性理論

1.1 復(fù)雜性定義

復(fù)雜性是實現(xiàn)功能需求不確定性的程度［2－3］，用設(shè)計范圍與系統(tǒng)范圍相交的共用范圍表示，如圖1所示。

如果系統(tǒng)需要更多的信息（共用范圍）才能滿足其功能需求，則系統(tǒng)的復(fù)雜性較高。若系統(tǒng)設(shè)計范圍與系統(tǒng)范圍相交的共用范圍小，則該系統(tǒng)設(shè)計成功的概率較低（共用范圍?。撛O(shè)計為復(fù)雜的設(shè)計。

1.2 設(shè)計過程復(fù)雜性理論對復(fù)雜性的分類

Suh認(rèn)為存在復(fù)雜性的系統(tǒng)是由不良結(jié)構(gòu)（不良設(shè)計）或?qū)ο到y(tǒng)缺乏了解造成的。復(fù)雜性是系統(tǒng)范圍和設(shè)計范圍決定的函數(shù)，即系統(tǒng)范圍和設(shè)計范圍所包含的信息含量。復(fù)雜性由給定設(shè)計范圍內(nèi)能夠滿足所有功能需求的能力來確定。設(shè)計過程復(fù)雜性理論把各種實踐中遇到的復(fù)雜性歸類為時間無關(guān)復(fù)雜性和時間相關(guān)復(fù)雜性兩大類。復(fù)雜性可能是時間的函數(shù)，也可能與時間不相關(guān)，這取決于系統(tǒng)范圍是否隨時間發(fā)生變化［2］。當(dāng)系統(tǒng)范圍隨時間移動即為時間相關(guān)復(fù)雜性時，若系統(tǒng)范圍不隨時間變化，則為時間無關(guān)復(fù)雜性。時間無關(guān)復(fù)雜性又包括真實復(fù)雜性和虛構(gòu)復(fù)雜性。時間相關(guān)復(fù)雜性包括組合復(fù)雜性和周期復(fù)雜性，如圖2所示。

時間無關(guān)真實復(fù)雜性定義為由于系統(tǒng)范圍沒有完全在設(shè)計范圍內(nèi)，使?jié)M足功能需求的概率小于1時的不確定性程度。在圖1中，系統(tǒng)概率密度函數(shù)下的陰影面積為不確定性。設(shè)計中真實復(fù)雜性的存在是因為實際的設(shè)計方案在任何時間都不能在設(shè)計范圍內(nèi)滿足功能需求。

實現(xiàn)給定功能需求的概率由設(shè)計范圍和系統(tǒng)范圍之間的重疊部分確定。如果系統(tǒng)范圍與設(shè)計范圍不一致，那么即使設(shè)計滿足獨立公理，真實復(fù)雜性仍會存在。因此，真實復(fù)雜性與信息含量有關(guān)。如果用CR表示真實復(fù)雜性，則有CR＝I。

時間無關(guān)虛構(gòu)復(fù)雜性定義為由于設(shè)計者缺乏對具體設(shè)計本身的了解而出現(xiàn)的非真實不確定性［3］。甚至當(dāng)設(shè)計是一個滿足獨立公理和信息公理的優(yōu)良設(shè)計時，由于對設(shè)計不了解，時間無關(guān)虛構(gòu)復(fù)雜性依然存在。時間無關(guān)虛構(gòu)復(fù)雜性不是真的復(fù)雜，其存在是由于缺乏對系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)行為的了解。即使在時間無關(guān)真實復(fù)雜性為0時（系統(tǒng)范圍完全在設(shè)計范圍內(nèi)），時間無關(guān)虛構(gòu)復(fù)雜性也可能存在。例如裝配一個玩具，由于不了解裝配順序，裝配第一個會花費很多時間，當(dāng)完成一個裝配后，后面的就很簡單了。由于時間無關(guān)虛構(gòu)復(fù)雜性，裝配第一個會很困難，換句話說，缺乏對它的了解使它變得復(fù)雜了。時間無關(guān)虛構(gòu)復(fù)雜性僅存在于多個功能需求必須按一定順序才能實現(xiàn)，或者多個功能需求是耦合的情況，改變一個功能需求，需要調(diào)整所有其他的功能需求。當(dāng)一個系統(tǒng)的功能需求完全相互獨立，即解耦設(shè)計時，時間無關(guān)虛構(gòu)復(fù)雜性為0。

當(dāng)系統(tǒng)范圍相對于設(shè)計范圍隨時間發(fā)生移動時，系統(tǒng)中存在時間相關(guān)復(fù)雜性。時間相關(guān)復(fù)雜性包括時間相關(guān)組合復(fù)雜性和時間相關(guān)周期復(fù)雜性。

組合復(fù)雜性指由于組合的數(shù)量隨時間不斷增加，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性增加的復(fù)雜性。組合指導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜性增加的一組事物，這組事物可能是設(shè)計參數(shù)、物理過程，也可能是噪聲。組合復(fù)雜性最終導(dǎo)致一種混亂的狀態(tài)或使系統(tǒng)出現(xiàn)故障。組合復(fù)雜性表現(xiàn)為隨著時間的推移，系統(tǒng)的功能實現(xiàn)概率越來越小，最終趨近于0。

時間相關(guān)周期復(fù)雜性為在一個有限周期內(nèi)，有限組合產(chǎn)生的時間相關(guān)復(fù)雜性［3］，是一種比組合復(fù)雜性更容易減小的時間相關(guān)復(fù)雜性。時間相關(guān)周期復(fù)雜性在初始狀態(tài)時的功能實現(xiàn)概率高，可以滿足功能需求，但是在有限的時間內(nèi)，系統(tǒng)的功能實現(xiàn)概率會經(jīng)歷先減小再增大，并最終恢復(fù)到初始狀態(tài)的過程。雖然在有限的時間內(nèi)并不能完全實現(xiàn)功能需求，但是最終能夠恢復(fù)到初始狀態(tài)，即功能需求實現(xiàn)概率高的時刻。系統(tǒng)最終能夠恢復(fù)到功能需求實現(xiàn)概率高的時刻，是時間相關(guān)周期復(fù)雜性的重要特征。

在一定的約束下，實現(xiàn)系統(tǒng)所需的功能需求是一個成功設(shè)計所必需的，設(shè)計的失敗是由于系統(tǒng)中含有設(shè)計過程復(fù)雜性。如果真實復(fù)雜性、虛構(gòu)復(fù)雜性、組合復(fù)雜性和周期復(fù)雜性均等于0，則整個系統(tǒng)的復(fù)雜性為0。復(fù)雜性為0的設(shè)計是系統(tǒng)永遠(yuǎn)能夠滿足功能需求，具有零復(fù)雜性的設(shè)計是理想的設(shè)計。而由于設(shè)計者自身水平的局限，無法保證每個設(shè)計的復(fù)雜性均為0。

2 設(shè)計過程復(fù)雜性與沖突

設(shè)計過程復(fù)雜性理論從復(fù)雜性的視角審視系統(tǒng)中存在的各種問題，這些問題中有一部分是常規(guī)問題，比較好解決，但是解決這些問題不能實現(xiàn)創(chuàng)新；另一部分問題是發(fā)明問題，這些問題是創(chuàng)新的障礙，解決了這些問題就可以達到創(chuàng)新的目的，而沖突是發(fā)明問題中重要的一部分，解決沖突也被視為進行創(chuàng)新設(shè)計的重要特征。首先需要明確問題、矛盾和沖突三個概念及其之間的關(guān)系。

2.1 問題、矛盾和沖突間的區(qū)別與聯(lián)系

問題是指系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)和所希望的狀態(tài)之間存在的距離，可以通過改變問題的一方或者兩方來解決。矛盾指反映事物內(nèi)部或事物之間對立和統(tǒng)一及其關(guān)系的基本哲學(xué)范疇，矛盾是事物之間的關(guān)系，即雙方之間的關(guān)系。系統(tǒng)中存在的矛盾相對較緩和，雙方的矛盾客觀存在或潛在，但未引發(fā)正面交鋒；而沖突是矛盾激化的結(jié)果，且達到非解決不可的地步。

通過改變事物的一方來縮短系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)和所希望狀態(tài)之間的距離，且改變這一方并不影響系統(tǒng)的其他部分，如果解題的步驟已知，則系統(tǒng)中存在的問題屬于常規(guī)問題，不能稱為沖突；如果解決的步驟中至少有一個步驟未知，則這時系統(tǒng)中存在的問題屬于發(fā)明問題。

如果系統(tǒng)中事物的雙方存在對立統(tǒng)一的關(guān)系，雙方可以共處且不影響系統(tǒng)，則系統(tǒng)中可能存在矛盾，但不是沖突。系統(tǒng)中存在矛盾且矛盾未被激化時不需要加以解決，沖突是矛盾激化的產(chǎn)物，是不可調(diào)和的矛盾。系統(tǒng)中存在沖突必須加以解決。消除沖突的設(shè)計是創(chuàng)新設(shè)計，沖突是發(fā)明問題的重要特征之一。

2.2 復(fù)雜性與沖突的關(guān)系

設(shè)計過程復(fù)雜性理論中指出，存在復(fù)雜性的系統(tǒng)的功能需求在某一時間或者空間無法被滿足，即系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)在某一時間或者空間與所希望的狀態(tài)之間存在一定的距離。因此，所有復(fù)雜性不為0的系統(tǒng)均可以被認(rèn)為存在問題。但不是所有復(fù)雜性導(dǎo)致的問題都是發(fā)明問題，當(dāng)然更不可能都是沖突。

時間無關(guān)虛構(gòu)復(fù)雜性是因設(shè)計者對系統(tǒng)不了解而造成的復(fù)雜性，該類型的復(fù)雜性不是因為事物兩個方面的矛盾激化產(chǎn)生的，所以時間無關(guān)虛構(gòu)復(fù)雜性不會造成沖突，降低系統(tǒng)虛構(gòu)復(fù)雜性的設(shè)計不屬于創(chuàng)新設(shè)計。

時間相關(guān)周期復(fù)雜性是由有限的組合導(dǎo)致的時間相關(guān)復(fù)雜性，在有限的時刻會導(dǎo)致系統(tǒng)范圍離開設(shè)計范圍，從而降低系統(tǒng)功能的實現(xiàn)概率。隨后系統(tǒng)的系統(tǒng)范圍會再移入設(shè)計范圍內(nèi)，以提高系統(tǒng)的功能實現(xiàn)概率，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。時間相關(guān)周期復(fù)雜性是由事物的兩個方面相互斗爭產(chǎn)生的，但是因為其斗爭的程度還沒有達到激化的程度，所以時間相關(guān)周期復(fù)雜性是由系統(tǒng)中存在的矛盾引起的，不會造成沖突，降低系統(tǒng)時間相關(guān)周期復(fù)雜性的設(shè)計不屬于創(chuàng)新設(shè)計。

時間無關(guān)真實復(fù)雜性是由于設(shè)計方案不能保證其系統(tǒng)范圍總在設(shè)計范圍內(nèi)造成的。如果不考慮科技水平的約束，則時間無關(guān)真實復(fù)雜性屬于發(fā)明問題，功能耦合是造成系統(tǒng)出現(xiàn)時間無關(guān)真實復(fù)雜性的主要原因之一。功能耦合指兩個或兩個以上的功能相互影響，導(dǎo)致其功能需求無法被實現(xiàn)，功能耦合是系統(tǒng)中矛盾激化的表示，存在功能耦合的系統(tǒng)一定存在沖突。存在真實復(fù)雜性的系統(tǒng)可能存在沖突。

對于時間相關(guān)組合復(fù)雜性，是指因組合的數(shù)量隨時間不斷增加，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性增加的復(fù)雜性。時間相關(guān)組合復(fù)雜性體現(xiàn)了系統(tǒng)中的矛盾不斷累積并最終爆發(fā)出來的過程，是被激發(fā)了的矛盾，即沖突。

綜上所述，不同類型的設(shè)計過程復(fù)雜性與沖突存在一定聯(lián)系，通過判定設(shè)計過程復(fù)雜性的類型確定系統(tǒng)中存在的沖突是可行的，但是設(shè)計過程復(fù)雜性理論中只能依靠不同類型設(shè)計過程復(fù)雜性的定義進行判斷，過程比較繁瑣，由于沒有一個判斷流程，給設(shè)計過程復(fù)雜性的判定帶來了一定的困難。

本文以設(shè)計過程復(fù)雜性理論中復(fù)雜性的概念和四種類型復(fù)雜性的定義為基礎(chǔ)，構(gòu)造設(shè)計過程復(fù)雜性描述模型并建立設(shè)計過程復(fù)雜性類型的判定過程，通過進行設(shè)計過程復(fù)雜性的描述及類型判定來確定系統(tǒng)中可能存在的沖突。

3 復(fù)雜性描述模型與類型判定

3.1 設(shè)計過程復(fù)雜性描述模型

在設(shè)計過程復(fù)雜性理論中，信息含量［10－11］是衡量系統(tǒng)復(fù)雜性的重要指標(biāo)。因為信息含量隨時間的變化是區(qū)分不同種類復(fù)雜性的重要因素，所以需要從系統(tǒng)信息含量隨時間的變化入手建立四類復(fù)雜性的統(tǒng)一描述模型。用信息含量I對時間求和表示全時間周期的總信息含量：

3.2 復(fù)雜性類型判定方法

根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜性描述模型，提出三判據(jù)復(fù)雜性種類確定方法。

三判據(jù)復(fù)雜性種類確定方法指設(shè)計者至多只需要進行三次判斷就可以確定系統(tǒng)中所含復(fù)雜性的種類，這三個判據(jù)依次是：①判斷是否存在時刻t，使I（t）＝0；②系統(tǒng)復(fù)雜性函數(shù)C（t）是否趨于0；③系統(tǒng)復(fù)雜性函數(shù)C（t）是否趨于無窮。

對于一個存在復(fù)雜性的系統(tǒng)，如果不存在時刻t使得I（t）＝0，則系統(tǒng)中存在時間無關(guān)的真實復(fù)雜性；如果任意時刻t使得I（t）＝0，且系統(tǒng)復(fù)雜性函數(shù)C（t）趨于0，則系統(tǒng)中可能存在時間無關(guān)虛構(gòu)復(fù)雜性；當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜性函數(shù)C（t）趨于無窮時，系統(tǒng)存在時間相關(guān)組合復(fù)雜性；當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜性函數(shù)C（t）不趨于0也不趨于無窮時，系統(tǒng)存在時間相關(guān)的周期復(fù)雜性。系統(tǒng)復(fù)雜性判定過程如圖3所示。通過對

（1）若 ?t，I（t）＝0，則Itotal＝ ∑I（t）＝0，系統(tǒng)不存在復(fù)雜性。

（2）若 ?t，0≤I（t）＜1，至少 ?ti，I（ti）≠0，則Itotal＝ ∑I（t）＝m（m為一個有限值），系統(tǒng)存在時間相關(guān)周期復(fù)雜性。

（3）若 ?t1，I（t1）→ ∞ ，則Itotal＝ ∑I（t）＝ ∞。系統(tǒng)存在復(fù)雜性。

由于I（t）＝∞時無法區(qū)分系統(tǒng)中具體所含的復(fù)雜性的種類，定義了系統(tǒng)復(fù)雜性隨時間變化的函數(shù)：系統(tǒng)進行設(shè)計過程復(fù)雜性描述，依照三判據(jù)可以判定系統(tǒng)設(shè)計過程復(fù)雜性的類型。

4 基于設(shè)計過程復(fù)雜性沖突確定原理

4.1 系統(tǒng)功能與復(fù)雜性類別

根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜性函數(shù)C（t）極限取值的不同，系統(tǒng)的功能可表示為

（1）F1表示系統(tǒng)的復(fù)雜性函數(shù)C（t）趨于0，在F1類功能中存在三種不同的可能，F(xiàn)1可以表示為

（2）F2表示系統(tǒng)的復(fù)雜性函數(shù)C（t）總是小于1且大于0，F(xiàn)2類功能所對應(yīng)的設(shè)計過程復(fù)雜性類型并不唯一，因此F2可以表示為

通過上述分類方法，根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜性函數(shù)C（t）的極限取值對系統(tǒng)功能進行分類，與四類復(fù)雜性有如下對應(yīng)關(guān)系：

綜上所述，可以應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜性函數(shù)C（t）作為統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型，判斷系統(tǒng)中可能含有的不同種類的復(fù)雜性。

4.2 沖突確定原理

基于設(shè)計過程復(fù)雜性沖突確定原理如圖4所示，具體步驟如下：

步驟1 確定問題系統(tǒng)，建立描述系統(tǒng)設(shè)計過程復(fù)雜性的C（t）函數(shù)。

步驟2 根據(jù)設(shè)計過程復(fù)雜性三判據(jù)確定系統(tǒng)所含設(shè)計過程復(fù)雜性的類型。

步驟3 若系統(tǒng)含有時間相關(guān)組合復(fù)雜性或者時間無關(guān)真實復(fù)雜性∞），則可以確定系統(tǒng)含有沖突，進而可以使用TRIZ中的沖突解決工具降低系統(tǒng)的設(shè)計過程復(fù)雜性；若系統(tǒng)存在非沖突類的時間無關(guān)真實復(fù)雜性，則可以使用TRIZ中的非沖突解決工具，如效應(yīng)、資源或技術(shù)進化等工具降低系統(tǒng)的設(shè)計過程復(fù)雜性；若系統(tǒng)中含有時間無關(guān)虛構(gòu)復(fù)雜性或者時間相關(guān)周期復(fù)雜性，則可以選用常規(guī)問題解決方法來降低系統(tǒng)設(shè)計過程的復(fù)雜性。

步驟4 確定導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)計過程復(fù)雜性的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，并用其中的一個技術(shù)參數(shù)或者一組技術(shù)參數(shù)來表示系統(tǒng)中所含的設(shè)計過程復(fù)雜性，以便用TRIZ中的沖突求解工具降低其設(shè)計過程的復(fù)雜性。

步驟5 對于已經(jīng)應(yīng)用沖突求解工具降低系統(tǒng)設(shè)計過程復(fù)雜性的系統(tǒng)，建立其描述系統(tǒng)設(shè)計過程復(fù)雜性的C（t）函數(shù)，來判斷系統(tǒng)設(shè)計過程的復(fù)雜性是否有效降低，若效果不佳則返回步驟2，重復(fù)上述步驟。

5 工程實例

某企業(yè)在進行散狀物料（如煤塊）的傳輸過程中，散裝物料需要經(jīng)過一個由鋼板制成的斜面滑行傳輸?shù)搅硪晃恢?，圖5a所示為理想情況下的傳輸過程示意圖。但是散裝物料因長時間與該斜面接觸造成該斜面磨損嚴(yán)重，一旦將鋼板磨透就會造成停產(chǎn)維修的嚴(yán)重后果，圖5b所示為傳輸斜面磨損后的示意圖。

針對當(dāng)前系統(tǒng)存在的問題，應(yīng)用基于設(shè)計過程復(fù)雜性沖突確定原理進行分析。

步驟1 系統(tǒng)存在問題可以表達為 ?t1，I（t1）→∞，則Itotal＝I（t）＝∞，系統(tǒng)存在復(fù)雜性，建立當(dāng)前系統(tǒng)的設(shè)計過程復(fù)雜性描述函數(shù)C（t）＝

步驟2 根據(jù)設(shè)計過程復(fù)雜性三判據(jù)來確定系統(tǒng)所含設(shè)計過程復(fù)雜性的類型，圖5a所示初始狀態(tài)系統(tǒng)傳輸是可以實現(xiàn)的，系統(tǒng)的功能需求實現(xiàn)概率高，因此系統(tǒng)的信息含量為0，即當(dāng)t＜t1，I（t1）＝0隨著系統(tǒng)運行磨損的加劇，由鋼板制成的斜面已經(jīng)無法傳輸散裝物料，傳輸散裝物料的功能需求完全無法滿足，即當(dāng)t≥t2，系統(tǒng)的信息含量I（t2）＝ ∞ 時，limC（t2）＝t2→∞為常數(shù)。綜上所述，通過分析系統(tǒng)的三個不同時段，其值可以確定，當(dāng)即系統(tǒng)中包含時間相關(guān)組合復(fù)雜性。

步驟3 因為系統(tǒng)中存在時間相關(guān)組合復(fù)雜性，所以系統(tǒng)中存在的問題認(rèn)定為沖突，可以應(yīng)用TRIZ中的沖突解決工具來降低系統(tǒng)所含的設(shè)計過程復(fù)雜性。

步驟4 確定導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)計過程復(fù)雜性的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，通過分析系統(tǒng)中所含的設(shè)計過程復(fù)雜性，即哪些技術(shù)參數(shù)會導(dǎo)致運輸物料和斜面產(chǎn)生摩擦，可知影響兩者之間摩擦程度的主要技術(shù)參數(shù)有三個，分別是產(chǎn)生摩擦的雙方及其之間的作用。針對本實例可以確定，傳輸物料的質(zhì)量、鋼板制成的斜面耐磨性以及散裝物料的位移是導(dǎo)致該系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)計過程復(fù)雜性的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

步驟5 降低系統(tǒng)的設(shè)計過程復(fù)雜性。針對傳輸物料的質(zhì)量，如果傳輸物料質(zhì)量減輕，則兩者之間的摩擦?xí)p小，但是改變散裝物料的質(zhì)量會影響物料運輸上游和下游的諸多設(shè)備，這種解決方案是不可取的。針對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)“耐磨性”，很容易得到一個方案就是加大制成該斜面鋼板的耐磨性，即使用耐磨性更高的鋼板制作該斜面，如圖6a所示。該方案提高了系統(tǒng)制造成本，雖然對磨損有所減輕、使用壽命有所延長，但是不能徹底地解決物料與滑面磨損的問題，依然會出現(xiàn)滑面被磨漏而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障的情況（如圖6b），因此針對關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)“耐磨性”所得到的方案的設(shè)計過程復(fù)雜性依舊較高，需返回重新尋找新方案。

返回步驟2繼續(xù)進行分析，其中步驟2和步驟3的分析與之前相同，這里不再贅述。按照步驟4中的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，“位移”進行求解。關(guān)于技術(shù)參數(shù)“位移”，一方面由于該斜面實現(xiàn)散裝物料傳輸需要散裝物料與斜面之間存在位移；另一方面希望減小散裝物料與斜面的摩擦，需要散裝物料與斜面之間不存在位移。對于關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，“位移”系統(tǒng)中出現(xiàn)了相反的要求，既希望“位移大”，又希望“位移小”，這種由于系統(tǒng)出現(xiàn)相反要求導(dǎo)致發(fā)明問題的現(xiàn)象在TRIZ中稱為物理沖突，因此可以確定系統(tǒng)中的設(shè)計過程復(fù)雜性是由于物理沖突造成的，從而通過分析系統(tǒng)的設(shè)計過程復(fù)雜性來確定系統(tǒng)中可能含有的沖突。上述物理沖突根據(jù)分離原理可以得到如圖7a所示的方案，采用空間分離原理將原來平滑的表面分割為若干個單元，系統(tǒng)開始運轉(zhuǎn)時先加入較小體積的物料，使其填滿表面的各個單元，系統(tǒng)正式運行后傳輸?shù)纳⒀b物料不與斜面直接接觸，而是與先前加入的小體積散裝物料接觸，從而最大限度地減小了散裝物料與斜面的摩擦，降低了系統(tǒng)中存在的設(shè)計過程復(fù)雜性。

6 結(jié)束語

解決沖突是創(chuàng)新的核心，沖突確定原理是解決沖突的前提，也是CAI的重要研究內(nèi)容之一。本文從設(shè)計過程復(fù)雜性理論中的復(fù)雜性分類出發(fā)，討論了不同種類設(shè)計過程復(fù)雜性與沖突之間的聯(lián)系，建立了設(shè)計過程復(fù)雜性的統(tǒng)一描述方法，確定了系統(tǒng)所存在的沖突，形成了基于設(shè)計過程復(fù)雜性理論的沖突確定原理，并應(yīng)用工程實例驗證了其科學(xué)性。若將基于設(shè)計過程復(fù)雜性理論的沖突確定原理應(yīng)用于CAI軟件，則可使設(shè)計者更加方便快捷地確定系統(tǒng)所含的沖突。

［1］ TAN Runhua.Innovation design—TRIZ：theory of innovation problem solving［M］Beijing：China Mechanic Press，2002（in Chinese）.［檀潤華.創(chuàng)新設(shè)計——TRIZ：發(fā)明問題解決理論［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.］

［2］ SUH 段 .Complexity：theory and applications［M］.New York，N.Y.，USA：Oxford University Press，2005.

［3］ LEE T.Complexity theory in axiomatic design［D］.Cambridge，Mass.，USA：Massachusetts Institute of Technology，2003.

［4］ LU 段 Y，SUH Y S.Complexity in design of technical systems［J］.CIRP Annals－Manufacturing Technology，2009，58（1）：157－160.

［5］ MATT 段 .Achieving operational excellence through systematic complexity reduction in manufacturing system design［J］.Key Engineering Materials，2007，344：865－872.

［6］ TENG Hongfei，WANG Yishou，SHI Yanjun.Key supporting techniques of human－computer cooperation［J］.Chinese Journal of Mechanical Engineering，2006，42（11）：1－9（in Chinese）.［滕弘飛，王奕首，史彥軍.人機結(jié)合的關(guān)鍵支持技術(shù)［J］.機械工程學(xué)報，2006，42（11）：1－9.］

［7］ ZHANG Peng，TAN Runhua.A study of the rapid acquirement method on ideal result for the complexity of system ［J］.Computer Integrated Manufacturing Systems，2010，16 （4）：746－754（in Chinese）.［張 鵬，檀潤華.系統(tǒng)復(fù)雜性理想解快速獲取方法研究［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2010，16（4）：746－754.］

［8］ SUH 段 ，LEE T.System integration based on time－dependent periodic complexity：USA，6701205B2［P］.2004－03－02.

［9］ SUH 段 .A theory of complexity，periodicity，and design axioms［J］.Research in Engineering Design，1999，11（2）：116－131.

［10］ FREY 段 ，JAHANGIR E，ENGELLHARDT F.Computing the information content of decoupled designs［J］.Research in Engineering Design，2000，12（10）：90－102.

［11］ HILARIO 段 .Amending axiom II to achieve a six sigma design［EB／OL］.［2012－01－05］.http：／／www.axiomaticdesign.com／technology／icad／icad2006／icad2006＿02.pdf.