文/黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院 張穎 李 飛 劉文靈

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基于TRIZ理論的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計

文/黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院 張穎 李 飛 劉文靈

摘要：本文在對TRIZ理論的研究基礎(chǔ)上，論證其在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中發(fā)揮作用的可能性。在構(gòu)建產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程及步驟方面做出了初步的嘗試，將TRIZ理論工具應用于產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程中。以訂書機為實例，說明了基于TRIZ理論產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的應用過程，同時驗證了這種方法的有效性。最終使訂書機產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計由理論走向現(xiàn)實。

關(guān)鍵詞：TRIZ,產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，訂書機

TRIZ是基于邏輯和專利數(shù)據(jù)統(tǒng)計的創(chuàng)新問題解決理論，成功地揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，可以普遍適用于各種工程技術(shù)創(chuàng)新問題。它具有邏輯結(jié)構(gòu)嚴密，可重復性等特點，受到諸多國際知名企業(yè)的青睞，已經(jīng)成為幫助企業(yè)解決生產(chǎn)技術(shù)問題、提升企業(yè)核心競爭力的戰(zhàn)略“法寶”[1]。TRIZ理論傳入我國以來，日益受到學界的重視，取得了一定的科研成果：河北工業(yè)大學譚潤華教授利用TRIZ中的技術(shù)進化法則建立了一種產(chǎn)品過程的設(shè)計模型，并將其用于解決企業(yè)中遇到的實際技術(shù)問題[2]。陜西科技大學任工昌博士分析了TRIZ理論是以深度技術(shù)知識為基礎(chǔ)，建立了從專利中獲取啟發(fā)式原理和技術(shù)效應的方法[3]。

圖1　創(chuàng)新工具支持的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計步驟模型

我國社會經(jīng)濟高速發(fā)展，正處于“中國制造”到“中國創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)型期，結(jié)合“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略，大力開展TRIZ理論應用研究具有重要現(xiàn)實意義。本文著眼于工業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，探討TRIZ在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計實踐中的應用模式與支持作用，為更好地設(shè)計開發(fā)工業(yè)產(chǎn)品和TRIZ理論應用提高借鑒。

1.TIRZ理論為產(chǎn)品設(shè)計提供理論依據(jù)

產(chǎn)品設(shè)計的核心特點是創(chuàng)新，從本質(zhì)上說就是創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程，TRIZ理論的強大作用正在于它為創(chuàng)新過程提供系統(tǒng)的理論和方法工具。因此，近年來在產(chǎn)品設(shè)計的研究和應用領(lǐng)域很多應用。TRIZ理論實現(xiàn)產(chǎn)品由初始狀態(tài)通過單步或多步變換，最終實現(xiàn)或接近理想狀態(tài)，完成產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的過程，已經(jīng)成功地解決了產(chǎn)品設(shè)計中的許多難題。[4]

將TRIZ的理論成果應用于產(chǎn)品設(shè)計是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計方法及理論發(fā)展的需要。借助TRIZ是有助于提高設(shè)計效率、減少設(shè)計時間，又易于操作的設(shè)計理論。[5]至今國內(nèi)外還未形成專門針對產(chǎn)品設(shè)計利用的系統(tǒng)創(chuàng)新理論[6]，本文將TRIZ理論應用于產(chǎn)品創(chuàng)新過程中，對其創(chuàng)新工具進行歸納和整理，嘗試構(gòu)建基于TRIZ的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的過程和流程。

2.基于創(chuàng)新工具支持的產(chǎn)品設(shè)計流程構(gòu)建

產(chǎn)品設(shè)計的完整過程可劃分為四個關(guān)鍵步驟：設(shè)計計劃的提出（發(fā)現(xiàn)問題階段）、調(diào)研分析階段（尋找關(guān)鍵問題，完成設(shè)計定位）、設(shè)計展開階段（思維發(fā)散、創(chuàng)意激發(fā)）、設(shè)計實施階段（方案確定的評價及優(yōu)化階段）四個階段。分別將TRIZ工具融入產(chǎn)品設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)，恰當應用可以提高產(chǎn)品創(chuàng)新水平。

2.1設(shè)計計劃提出：將TRIZ理論中初始形勢分析應用其中，對產(chǎn)品原型問題情境進行整理，快速發(fā)現(xiàn)問題本質(zhì)，準確定義創(chuàng)新性問題。

2.2調(diào)研分析階段：應用九屏圖，因果分析、功能分析等分析問題工具，對創(chuàng)新問題進行系統(tǒng)的梳理，從更廣的視角看待問題，充分發(fā)掘關(guān)鍵問題，尋求解決方向和思路。

2.3設(shè)計展開階段：借助矛盾分析、物場分析工具，將產(chǎn)品設(shè)計將關(guān)鍵問題轉(zhuǎn)化成矛盾問題或缺陷；應用發(fā)明原理，打破思維定勢，激發(fā)創(chuàng)新思維，提供更合理的解決方案和更好的創(chuàng)意。

2.4設(shè)計實施階段：以技術(shù)系統(tǒng)進化規(guī)律準確確定探索方向，預測產(chǎn)品發(fā)展?jié)撡|(zhì)，以最終理想解的實現(xiàn)程度完成方案評價，實現(xiàn)技術(shù)突破，完成產(chǎn)品優(yōu)化。

3.訂書機產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計實例分析

3.1基于初始形式分析的設(shè)計計劃提出：訂書機作為常用辦公品在生活中使用范圍很廣，目前的訂書機在裝訂時需要反復擺放訂書機位置，裝訂深度難以控制，也很難將訂書釘裝訂整齊，經(jīng)常出現(xiàn)裝訂歪斜，裝訂深度不齊等現(xiàn)象，影響裝訂文本的整齊和統(tǒng)一，對于較為正式的文件更是影響其權(quán)威性。初始形式分析有助于發(fā)現(xiàn)易被忽略的問題，為創(chuàng)新設(shè)計提供更多機會。

圖3　原因鏈分析

圖2　裝訂不整齊文件

3.2應用因果鏈條進行調(diào)研分析整理：

利用TRIZ工具因果分析，可以全面分析文件裝訂不整齊現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，梳理思路，并找到兩次操作是導致裝訂不整齊的關(guān)鍵，進而明確產(chǎn)品設(shè)計方向，很大程度上提高了創(chuàng)新效率。

3.3借助解決問題工具實現(xiàn)方案展開

技術(shù)矛盾表述：

a 如果為了保持裝訂效果整齊的要求，就需要增加組件，提高訂書機的一次性出針數(shù)。

b 如果系統(tǒng)組件不增加，裝訂效果不佳。

確定工程參數(shù)為：

改善的參數(shù)為：No.35可靠性

No.34可操作性

惡化的參數(shù)為：No.45裝置的復雜性

No.46控制的復雜性

通過查詢2003版矛盾矩陣，得知可能的解集是M35-45=[5,35,13,33,15,29,03,17]和M34-46=[1,25,37,2,3,10]。經(jīng)過評估和應用假設(shè)實驗，確定符合本問題的創(chuàng)新原理有：1分割原理、5組合原理、15動態(tài)化原理。

分離原理的應用：

將訂書機的某些系統(tǒng)組件進行分離，實現(xiàn)在不同距離下同時裝訂的功能要求；

組合原理的應用：

1) 增加一個訂書機系統(tǒng)，并讓增加的系統(tǒng)能夠始終保證與與原系統(tǒng)在一條直線上運動。

2)將訂書機分離為可拆卸和組裝的系統(tǒng)，增加適應性的同時，保證了其系統(tǒng)的簡潔性；

動態(tài)化原理的應用：

1) 將訂書機的某些組件（如托板和手柄）設(shè)計成兩層，并同時支持兩層組件左右移動；

2) 連接支架設(shè)計為伸縮結(jié)構(gòu)，可調(diào)整裝訂距離，保證整齊性。

技術(shù)矛盾配合發(fā)明原理完成思維發(fā)散，提出可行方案。

3.4最終理想解及技術(shù)進化法則完成最終方案評價

以最終理想解中消除矛盾程度、是否產(chǎn)生新的危害、成本、復雜性、可行性等屬性為評價標準，幫助篩選出最終方案：將兩個訂書機以可伸縮支架連接，可拆卸組合，調(diào)整距離，訂書機按壓把手可旋轉(zhuǎn)，并通過鍵槽卡位，一次按壓完成雙釘裝訂，整齊定位。拆分后不影響訂書機單獨使用，規(guī)格適中便于存放。

用動態(tài)性進化法則驗證鉸鏈連接、可伸縮結(jié)構(gòu)的可行性，完備性法則幫助完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)細節(jié)。

4.結(jié)論：

TRIZ理論是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的有效開發(fā)工具。本文將TRIZ工具應用于產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計流程中，形成TRIZ理論支持產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的應用模式。產(chǎn)品設(shè)計前期建立系統(tǒng)問題分析情境，產(chǎn)品設(shè)計中期快速發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵問題本質(zhì)和矛盾，明確問題探索方向，突破思維慣性，形成創(chuàng)新概念解，產(chǎn)品設(shè)計后期以全面視角對方案進行評價，提供系統(tǒng)評價標準，實現(xiàn)定性與定量評價的統(tǒng)一，并對技術(shù)系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢進行預測。通過訂書機產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計實踐表明，該創(chuàng)新設(shè)計流程可以有效引導創(chuàng)新思路的形成，提高創(chuàng)新效率和創(chuàng)新程度。

責編/劉紅偉

圖4　產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計最終方案

參考文獻：

[1]周美玉，黃妮，王倩，張俊偉.TRIZ理論在產(chǎn)品感性設(shè)計中的應用研究《包裝工程》[J].2011,（4）:62-65

[2]譚潤華，苑彩云，張瑞紅等.基于技術(shù)進化的產(chǎn)品設(shè)計過程研究[J].機械工程學報，2002，38（12）：60-65.

[3]任工昌,張優(yōu)云,劉永紅.面向產(chǎn)品創(chuàng)新的深度技術(shù)知識的獲取與研究[J].機械設(shè)計，2003，20（10）：14-16.

[4]劉亮，陳濤.在產(chǎn)品設(shè)計中TRIZ理論的應用[J]．《湖南農(nóng)機》,2012,39（7）:23-25

[5]李敏，張明勤，張瑞軍，蘇謙.《起重運輸機械》,2010,（03）:20-23

[6]牛占文，徐燕申，林岳，等．發(fā)明創(chuàng)造的科學方法論—TRIZ[J]．中國機械工程，1999（1）：84-89.