許丹，雷小芳

(丹東黃海汽車有限責(zé)任公司，遼寧丹東 118000)

TRIZ理論的創(chuàng)新原理在汽車設(shè)計中的應(yīng)用

許丹，雷小芳

(丹東黃海汽車有限責(zé)任公司，遼寧丹東 118000)

TRIZ理論提供了如何科學(xué)分析問題的方法。通過舉例的方式闡述TRIZ理論的40個創(chuàng)新原理在汽車設(shè)計過程中的應(yīng)用，為解決瓶頸問題提供方法。

TRIZ理論；創(chuàng)新原理；汽車設(shè)計

0 引言

縱觀汽車設(shè)計行業(yè)，唯有不斷創(chuàng)新，才能立于不敗之地。發(fā)明是有規(guī)律的，創(chuàng)新亦有方法。TRIZ發(fā)明問題解決理論中的40個創(chuàng)新原理，為創(chuàng)新思維提供了工具，可以指導(dǎo)人們打破常規(guī)，突破慣性思維解決問題。本文通過舉例的方式闡述TRIZ理論的40個創(chuàng)新原理在汽車設(shè)計中的應(yīng)用，為解決瓶頸問題提供方法。

1 TRIZ理論

發(fā)明是指通過思維或?qū)嶒炦^程首先為一項科學(xué)或技術(shù)難題找到并發(fā)現(xiàn)了解決方案、解決方法[1]。TRIZ理論即發(fā)明問題解決理論。1946年，蘇聯(lián)人阿奇舒勒通過研究成千上萬的專利，發(fā)現(xiàn)了背后的模式，并形成了TRIZ理論的原始基礎(chǔ)。當(dāng)人們進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造、解決難題時，可以遵循科學(xué)的方法法則，迅速找到解決問題的方法。TRIZ理論以系統(tǒng)的觀點為新產(chǎn)品的發(fā)展指出了方向。TRIZ理論認(rèn)為任何一個產(chǎn)品或者客觀事物都可以看作一個系統(tǒng)，而任何一個系統(tǒng)都是按照一定的客觀規(guī)律進(jìn)化的，這并不取決于某一個人，新產(chǎn)品的產(chǎn)生是一種看似偶然的必然。因此，這個客觀規(guī)律就是可以被發(fā)現(xiàn)、認(rèn)知和利用的[2]。TRIZ理論體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其核心思想是技術(shù)進(jìn)化原理。發(fā)展都是遵循著客觀規(guī)律演變的，即具有客觀的進(jìn)化規(guī)律和模式。各種難題、沖突和矛盾的不斷解決是推動這種進(jìn)化過程的動力。對于一個具體問題，使用通常的方法不能直接找到此問題的具體解，那么就將此問題(通過通用工程參數(shù)或物-場模型描述)轉(zhuǎn)換并表達(dá)為一個TRIZ問題，然后利用TRIZ體系中的九大理論和工具進(jìn)行TRIZ問題的解決[3]。TRIZ理論問題的解決過程如圖2所示。

圖1 TRIZ理論體系結(jié)構(gòu)圖

圖2 TRIZ理論問題的解決過程[4]

2 TRIZ理論40條發(fā)明創(chuàng)新原理

功能是從技術(shù)實現(xiàn)的角度對產(chǎn)品的一種理解，是產(chǎn)品在特定約束條件下輸入輸出時參數(shù)或狀態(tài)變化的一種抽象描述[5]。阿奇舒勒對大量專利進(jìn)行研究、分析、總結(jié)，提出TRIZ理論中最重要的40條發(fā)明創(chuàng)新原理(見表1)，讓看起來只有天才才能搞的發(fā)明，成為每個人都可實現(xiàn)的目標(biāo)，為創(chuàng)新提供了理論依據(jù)。在具體化問題解決方案時，需要設(shè)計者依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)解指明的方向，結(jié)合工程實例，由已有系統(tǒng)的特定問題和設(shè)計約束條件，充分發(fā)揮本領(lǐng)域知識和實際經(jīng)驗[6]。

表1 TRIZ理論40條發(fā)明創(chuàng)新原理

3 TRIZ理論的40條發(fā)明創(chuàng)新原理在汽車中應(yīng)用的案例淺析

分割：遙控鑰匙。當(dāng)只有駕駛員一人上車時，遙控鑰匙將四門都打開，會帶來不安全因素。為了避免這個問題，利用分割原理，對中控盒進(jìn)行改進(jìn)，第一次按鍵，只打開主駕駛車門，第二次按鍵，四門才會全開。利用了分割原理，將主駕駛門分割出去解決問題。

抽?。豪渑痔紫?。部分中高檔車的手套箱除具備儲物作用外，還具有冷暖箱的功能，內(nèi)有空調(diào)出風(fēng)口，夏天可以冰鎮(zhèn)飲料，冬天可給食物保溫、加熱。將空調(diào)的冷暖氣抽取一部分出來，引入手套箱內(nèi)，方便實用。

局部質(zhì)量：汽車后行李箱。在后行李箱左右兩側(cè)，增加放置隨車工具袋、急救包等物品的分區(qū)，使行李箱擺放更加整齊、規(guī)范，急用時易找到。

非對稱：發(fā)動機凸輪軸。利用凸輪軸的不對稱性，控制發(fā)動機氣門的開關(guān)，實現(xiàn)四沖程。

合并：帶倒車影像內(nèi)后視鏡。當(dāng)汽車正常駕駛時，作為普通內(nèi)視鏡使用；當(dāng)?shù)管嚂r，內(nèi)視鏡起到了屏幕的作用，通過攝像頭，實現(xiàn)倒車可視。

普遍性：多功能方向盤。駕駛員在駕駛車輛過程中，想操作一些電子按鍵，但手又不能長時間離開方向盤，如果把這些按鍵集成在方向盤上，就成為目前流行的多功能方向盤。它集成了音響控制、車載電話、定速巡航、行車電腦等設(shè)置。

嵌套：安全帶卡扣。嵌套的應(yīng)用，使安全帶安裝牢靠、使用方便簡捷。

配重：油量顯示。油浮子漂浮在油面上，利用傳感器，監(jiān)測出油量反饋到儀表，簡潔直觀地查看油量的多少。

預(yù)先反作用：汽車鋼板彈簧。鋼板彈簧安裝后，自然狀態(tài)下成彎曲狀態(tài)。當(dāng)路面對輪子的沖擊力傳來時，鋼板產(chǎn)生變形，起到緩沖、減振的作用。

預(yù)先作用：預(yù)緊式安全帶。普通安全帶是在發(fā)生碰撞后，乘客身體前傾安全帶收緊，有時力度過大給乘客帶來傷害。為了避免這個問題，發(fā)明了預(yù)緊式安全帶。預(yù)緊式安全帶是在乘客因碰撞向前方移動前收緊，消除安全帶和人的間隙，且拉緊力度不會給乘客造成傷害。

預(yù)先應(yīng)急措施：安全氣囊。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，傳感器輸出信號，在身體碰撞前打開氣囊，避免了身體與方向盤、玻璃、儀表板的直接撞擊，降低車禍風(fēng)險。

等勢原則。換汽車輪胎時，用千斤頂把汽車有壞輪胎的一側(cè)頂起，方便裝卸輪胎。

逆向思維：逆向數(shù)據(jù)。在汽車開發(fā)前期，大多逆向標(biāo)桿車作為參照，利用逆向思維進(jìn)行零件正向開發(fā)。

曲面化：汽車外鈑金。利用流暢美觀的曲面造型，減少風(fēng)阻，提高車速。

動態(tài)化：記憶座椅。記憶不同駕駛員座椅角度位置，當(dāng)再次駕駛時，自動調(diào)節(jié)到記憶位置，避免變換駕駛員時每次都要調(diào)節(jié)座椅角度的問題。

不足或超額行動。主要指孔軸配合中的間隙配合、過盈配合。

一維變多維：油泥模型。使空洞的二維圖，變成三維立體的油泥模型。進(jìn)行1∶1的制作，更加直觀，方便更改。

機械振動：汽車?yán)葓缶b置。通過傳統(tǒng)的機械振動，達(dá)到警示的作用。

周期性動作：ABS。在制動時，ABS根據(jù)每個車輪速度傳感器傳來的速度信號，進(jìn)行抱死-松開-抱死-松開的周期性循環(huán)工作過程，使車輛始終處于臨界抱死的間隙滾動狀態(tài)。

有效作用的連續(xù)性：發(fā)動機飛輪。發(fā)動機工作時，飛輪旋轉(zhuǎn)存儲能量，實現(xiàn)發(fā)動機4個工作循環(huán)。

緊急行動：發(fā)動機冷卻。為了保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作，利用冷卻液，加速發(fā)動機冷卻，縮短冷卻時間。

變害為利：渦輪增壓發(fā)動機。利用發(fā)動機自身的廢氣能量，推動渦輪增壓器，實現(xiàn)渦輪增壓。

反饋：車速調(diào)整音量。根據(jù)車速大小、外部噪聲情況，收音機自動調(diào)節(jié)音量。

中介物：三元催化。借助三元催化器中鉑、銠、鈀等貴重金屬，將CO、HC和NOx等有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、N2。

自服務(wù)：自適應(yīng)彎道燈。車輛在進(jìn)入彎道時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的光型，給彎道以足夠的照明，減少盲區(qū)。

復(fù)制：行車記錄儀?？梢杂涗浶熊囘^程中道路上發(fā)生的影像和聲音，為交通事故提供證據(jù)。

廉價替代品：麻纖維板。汽車上的基材，可以選用新型的天然材料。例如采用以麻纖維做成的麻纖維板作為內(nèi)飾基材，環(huán)保低價。

機械系統(tǒng)替代：無鑰匙啟動系統(tǒng)。傳統(tǒng)的鑰匙開鎖已經(jīng)有幾千年的歷史了，如何不用鑰匙啟動汽車呢？機械系統(tǒng)的替代多使用電子設(shè)備，結(jié)合視覺、聽覺、觸覺、無線感應(yīng)的應(yīng)用。無鑰匙啟動系統(tǒng)采用無線射頻識別技術(shù)，車主隨身攜帶的智能卡可以發(fā)出信號，不用將鑰匙插在鎖孔內(nèi)，按下或擰動start鍵即可啟動汽車，方便安全，科技感強。

氣壓和液壓結(jié)構(gòu)：支撐桿。傳統(tǒng)機械式的支撐桿，手動支撐，對人的力氣和身高有一定限制。而液壓支撐桿利用了液壓原理，輕松地解決了這個問題，不費時、不費力，更安全牢靠。

柔性殼體或薄膜：玻璃防爆膜。汽車防爆膜具有隔熱、隔紫外線、防爆的作用，在不改動玻璃的情況下，利用一層薄膜，起到了防爆的作用。

多孔材料：鈑金減重孔。在鈑金符合使用要求范圍內(nèi)，進(jìn)行幾何切割，以減輕整車質(zhì)量。

顏色改變：反光條。在夜間反射周圍的光線，起到警示作用。

同質(zhì)性：焊接的焊條。利用材料的一致性，熔斷焊條，聯(lián)結(jié)鈑金。

拋棄或再生：空調(diào)暖風(fēng)。利用發(fā)動機的余熱，通過循環(huán)水引至駕駛室。

物理或化學(xué)參數(shù)改變：供油量調(diào)節(jié)。電噴發(fā)動機供油量通過傳感器，采集溫度、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等信號，精確地計算出供油時間和供油量，提高燃燒率。

相變：LNG。LNG以液體形式存在于氣瓶內(nèi)，易儲存、容量大，使用時氣化成天然氣，參與發(fā)動機燃燒。

熱膨脹：空調(diào)溫度開關(guān)。溫控開關(guān)內(nèi)部有個雙金屬片，具有不同的熱膨脹系數(shù)，這樣就能在達(dá)到一定范圍的臨界點溫度時發(fā)生形變使觸點結(jié)合，達(dá)到通電的目的。

加速氧化：增壓發(fā)動機。發(fā)動機增壓系統(tǒng)就是將空氣預(yù)先壓縮后供入氣缸，以提高空氣密度、增加進(jìn)氣量、提高空燃比，改善燃油經(jīng)濟(jì)性。

惰性環(huán)境：輪胎。氮氣是惰性氣體,汽車在高速運行的時候,氮氣不會隨著輪胎溫度的升高而膨脹,從而避免爆胎引發(fā)的交通事故。

復(fù)合材料：碳纖維。汽車輕量化可以節(jié)能減排，一些新型輕量化材料，例如碳纖維、鎂鋁合金近年來得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用在汽車后尾翼、可潰縮轉(zhuǎn)向管柱、汽車車身。

4 結(jié)論

TRIZ理論提供了如何科學(xué)分析問題的方法，在汽車設(shè)計過程中，通過40個創(chuàng)新原理，創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題，突破性的解決問題。大量的實踐表明：合理應(yīng)用TRIZ理論，能夠?qū)栴}情境進(jìn)行系統(tǒng)分析，盡快觸到問題本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)存在的矛盾，并確定正確的研究方向，而且有利于突破定式思維的束縛，從多個新的角度分析問題矛盾，并估測其未來趨勢，在提升創(chuàng)新速度和產(chǎn)品質(zhì)量等方面都大有裨益[7]。

[1]趙敏，胡鈺.創(chuàng)新的方法[M].北京：當(dāng)代中國出版社,2008.

[2]張簡一， 郭艷玲， 楊樹財，等.基于TRIZ理論的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計[J].機械設(shè)計,2009,26(2):35-38.

ZHANG J Y,GUO Y L,YANG S C,et al.Innovation Design of Products Based on TRIZ Theory[J].Journal of Machine Design,2009,26(2):35-38.

[3]冷崇杰，項輝宇，閆曉玲.基于TRIZ理論的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計[J].制造業(yè)自動化,2010,32(8):27-30.

LENG C J,XIANG H Y,YAN X L.Creative Design of Product Structure Based on TRIZ Theory[J].Manufacturing Automation,2010,32(8):27-30.

[4]高常青，黃克正，王國鋒，等.由TRIZ理論的通用解求問題的特殊解[J].中國機械工程,2006,17(1):84-88.

GAO C Q,HUANG K Z,WANG G F,et al.From Generic Solution to Specific Solution of TRIZ[J].China Mechanical Engineering,2006,17(1):84-88.

[5]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.

[6]盧希美，張付英，張青青.基于TRIZ理論和功能分析的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計[J].機械設(shè)計與制造,2010(12):260-262.

LU X M,ZHANG F Y,ZHANG Q Q.Product Innovation Design Based on the Theory of TRIZ and Functional Analysis[J].Machinery Design amp; Manufacture,2010(12):260-262.

[7]安國.科技創(chuàng)新方法(TRIZ)在企業(yè)的應(yīng)用[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2015(14):71-72.

ApplicationofInnovationPrincipleofTRIZTheoryinAutomotiveDesign

XU Dan，LEI Xiaofang

(Dandong Huanghai Automotive Co.,Ltd.,Dandong Liaoning 118000,China)

A scientific method has been provided by a way of TRIZ theory in analyzing relevant problem.Through a way of example, the application of 40 TRIZ theory innovation principle in the design process of automobile was described, which provided a method for solving the bottleneck problem.

TRIZ theory;Innovation principle;Automobile design

U462

A

1674-1986(2017)11-080-03

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.11.020

2017-06-23

許丹(1987—)，女，學(xué)士，工程師，研究方向為汽車總布置。E-mail:xudan_sj@126.com。