基于TRIZ理論的課件

9.1TRIZ理論概述9.2設(shè)計(jì)中的沖突及其解決原理

9.4計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)軟件9.3利用技術(shù)進(jìn)化模式實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新第9TRIZ理論的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

9.5TRIZ理論的發(fā)展趨勢(shì)一、TRIZ理論概念

9.1TRIZ理論概述

TRIZ(是俄文首字母的縮寫)意為解決發(fā)明創(chuàng)造問(wèn)題的理論，起源于蘇聯(lián)，英譯為TheoryofInventiveProblemSolving，英文縮寫為TIPS。

TRIZ理論是基于知識(shí)的、面向人的解決發(fā)明問(wèn)題的系統(tǒng)化方法學(xué)，其核心是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化原理圖9.1TRIZ理論的來(lái)源及主要構(gòu)成二、TRIZ理論主要內(nèi)容

1.產(chǎn)品進(jìn)化理論

發(fā)明問(wèn)題解決理論的核心是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論，該理論將產(chǎn)品進(jìn)化過(guò)程分為4個(gè)階段：嬰兒期、成長(zhǎng)期、成熟期和退出期。2.分析理論

分析是TRIZ理論的工具之一，是解決問(wèn)題的一個(gè)重要階段。它包括產(chǎn)品的功能分析、理想解的確定、可用資源分析和沖突區(qū)域的確定。

3.沖突解決原理

原理是獲得沖突解決所應(yīng)遵循的一般規(guī)律。TRIZ理論主要研究技術(shù)與物理兩種沖突。4.物質(zhì)-場(chǎng)分析

所有的功能可分解為兩種物質(zhì)和一種場(chǎng)，即一種功能由兩種物質(zhì)及一種場(chǎng)的三元件組成。4.技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的模式(規(guī)律)在不同的工程及科學(xué)領(lǐng)域交替出現(xiàn)。5.創(chuàng)新設(shè)計(jì)所依據(jù)的科學(xué)原理往往屬于其他領(lǐng)域。四、TRIZ理論解決發(fā)明創(chuàng)造問(wèn)題的一般方法

TRIZ理論解決發(fā)明創(chuàng)造問(wèn)題的一般方法是：首先將要解決的特殊問(wèn)題加以定義、明確；圖9.2TRIZ解決發(fā)明創(chuàng)造問(wèn)題的一般方法【例9.1】需要設(shè)計(jì)一臺(tái)旋轉(zhuǎn)式切削機(jī)器。該機(jī)器需要具備低轉(zhuǎn)速(100r/min)、高動(dòng)力以取代一般高轉(zhuǎn)速(3600r/min)的交流電動(dòng)機(jī)。

圖9.3設(shè)計(jì)低轉(zhuǎn)速高動(dòng)力機(jī)器的分析框圖五、TRIZ理論的應(yīng)用

TRIZ理論是專門研究創(chuàng)新和概念設(shè)計(jì)的理論，不僅在蘇聯(lián)得到了廣泛的應(yīng)用，而且在美國(guó)的很多企業(yè)特別是大企業(yè)，如波音、通用、摩托羅拉等公司的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中也得到了應(yīng)用。9.2設(shè)計(jì)中的沖突及其解決原理一、沖突的概念

產(chǎn)品是多種功能的復(fù)合體，當(dāng)提高產(chǎn)品某方面的性能時(shí)，可能會(huì)影響到與其相關(guān)聯(lián)的零部件，結(jié)果可能使產(chǎn)品或系統(tǒng)的另一些方面的性能受到影響。如果這些影響是負(fù)面影響，那么設(shè)計(jì)就出現(xiàn)了沖突。二、沖突的分類

1.通常的分類自然沖突社會(huì)沖突工程沖突2.基于TRIZ理論的沖突分類

管理沖突物理沖突技術(shù)沖突1)空間分離原理

所謂空間分離原理是指將沖突雙方在不同的空間上分離，以降低解決問(wèn)題的難度。

鏈條、鏈輪及飛輪的發(fā)明解決了這兩組物理沖突。首先，鏈條在空間上將鏈輪的運(yùn)動(dòng)傳給飛輪，飛輪驅(qū)動(dòng)自行車后輪旋轉(zhuǎn)；其次鏈輪直徑大于飛輪直徑，鏈輪以較慢的速度旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致飛輪以較快的速度旋轉(zhuǎn)。因此，騎車人可以以較慢的速度蹬踏腳蹬，自行車后輪將以較快的速度旋轉(zhuǎn)，自行車車輪直徑也可以較小，使乘坐舒適。

【例9.2】自行車采用鏈輪與鏈條傳動(dòng)是一個(gè)采用空間分離原理的典型例子。要求：在鏈輪與鏈條發(fā)明之前，自行車存在兩個(gè)物理沖突：其一為高速行走需要一個(gè)直徑大的車輪，而為了乘坐舒適，需要一個(gè)直徑小的車輪，車輪既要大又要小便形成物理沖突；其二騎車人既要快蹬腳蹬，以提高速度，又要慢蹬以感覺(jué)舒適。2)時(shí)間分離原理

所謂時(shí)間分離原理是指將沖突雙方在不同的時(shí)間段上分離，以降低解決問(wèn)題的難度。

一加工中心用快速夾緊機(jī)構(gòu)，在機(jī)床上加工一批零件時(shí)，夾緊機(jī)構(gòu)首先在一個(gè)較大的行程內(nèi)作適應(yīng)性調(diào)整，加工每一個(gè)零件時(shí)要在短行程內(nèi)快速夾緊與松開(kāi)以提高工作效率。同一子系統(tǒng)既要求快速又要求慢速，出現(xiàn)了物理沖突。因?yàn)樵谳^大的行程內(nèi)適應(yīng)性調(diào)整與在之后的短行程快速夾緊與松開(kāi)發(fā)生在不同的時(shí)間段，所以可直接應(yīng)用時(shí)間分離原理來(lái)解決沖突?！纠?.3】3)基于條件的分離原理

所謂基于條件的分離原理是指沖突雙方在不同的條件下分離，以降低解決問(wèn)題的難度。

對(duì)輸水管路而言，冬季如果水結(jié)冰，那么管路將被凍破。采用彈塑性好的材料制成的管路可以解決該問(wèn)題?！纠?.4】4)總體與部分的分離原理

所謂總體與部分的分離原理是指將沖突雙方在不同的層次上分離

自行車鏈條微觀層面上是剛性的，宏觀層面上是柔性的【例9.5】

四、技術(shù)沖突及其解決原理

1.技術(shù)沖突的概念

技術(shù)沖突是指一個(gè)作用同時(shí)導(dǎo)致有用及有害兩種結(jié)果，也可指有用作用的引入或有害效應(yīng)的消除導(dǎo)致一個(gè)或幾個(gè)子系統(tǒng)或系統(tǒng)變壞?！纠?.6】波音公司在改進(jìn)737的設(shè)計(jì)時(shí)，需要將使用中的發(fā)動(dòng)機(jī)改為功率更大的發(fā)動(dòng)機(jī)。而發(fā)動(dòng)機(jī)功率越大，工作時(shí)需要的空氣就越多，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩的直徑就必須增大。而發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩直徑的增大，使機(jī)罩離地面的距離就會(huì)減少，但該距離的減少是設(shè)計(jì)所不允許的?！纠?.9】可拆卸鏟斗唇緣設(shè)計(jì)(如圖9.6所示)。

一個(gè)挖掘機(jī)鏟斗的唇緣是由鋼板制成的。只要它的一部分磨損或損壞，就必須更換整個(gè)唇緣。這是一項(xiàng)既費(fèi)力又費(fèi)時(shí)的工作，而且挖掘機(jī)也不得不停止工作，可使用分割原理來(lái)解決這一問(wèn)題。將唇緣分割成單獨(dú)的可分離的幾部分，這樣，可以快速方便地將毀壞或磨損的部分更換。(2)分離原理如下

在飛機(jī)場(chǎng)環(huán)境中，為了驅(qū)趕各種鳥(niǎo)，采用播放刺激鳥(niǎo)類的聲音是一種方便的方法，這種特殊的聲音使鳥(niǎo)飛離機(jī)場(chǎng)，將產(chǎn)生噪聲的空氣壓縮機(jī)放于室外。(3)局部質(zhì)量原理

如帶有橡皮的鉛筆、帶有起釘器的榔頭。瑞士軍刀帶有多種常用工具，如螺釘起子、尖刀、剪刀等；電纜電視集電話、上網(wǎng)、電視功能于一體(4)不對(duì)稱原理【例9.10】考慮到外觀美觀，電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的底座一般都設(shè)計(jì)成對(duì)稱的形狀。但是，因?yàn)樗鼈冃枰D(zhuǎn)，左右底座所承受的載荷是不對(duì)稱的。為減少機(jī)器的質(zhì)量，節(jié)約材料，不翻轉(zhuǎn)部件所對(duì)應(yīng)的底座可以設(shè)計(jì)的小一些，能支持它們實(shí)際上所必須承受的載荷就可以了。圖9.7具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)(5)合并原理【例9.11】在運(yùn)輸過(guò)程中，先用紙將玻璃片隔開(kāi)，然后用紙片將其保護(hù)好放到一個(gè)木箱子里。雖然有這些預(yù)防措施，但是也經(jīng)常發(fā)生玻璃的破損事件。為減少玻璃的破損，每片玻璃上都涂上一層油(如圖9.8所示)，然后將玻璃片粘在一起形成一個(gè)玻璃塊，比起每片玻璃，玻璃塊的強(qiáng)度要大很多。圖9.8易于運(yùn)輸?shù)摹安ＡK”(9)預(yù)加反作用原理【例9.13】用割草機(jī)修剪的草坪不是很平整，因?yàn)椴萦幸欢ǖ挠捕?，而且割草機(jī)在工作時(shí)其刀片接觸到了即將要割的草，使草向前傾斜，這樣就會(huì)使草在不同的高度上被修剪，當(dāng)然修剪的草坪就會(huì)參差不齊

為得到平整的草坪，可以在即將修剪的草上預(yù)加反作用力，使其向前傾斜，這樣割草機(jī)的刀片接觸到的草就是直立的草，所有的草都是在同一垂直高度上被修剪的，所以修剪的草坪就會(huì)很平整。圖9.10改進(jìn)后的割草機(jī)可以修剪出平整的草坪(10)預(yù)操作原理【例9.14】預(yù)著色(如圖9.11所示)。代替手工用刷子對(duì)塑料件進(jìn)行著色，其中一種方法是機(jī)械著色。圖9.11預(yù)著色(11)預(yù)補(bǔ)償原理【例9.15】汽車安全氣囊(如圖9.12所示)。如果碰撞發(fā)生在車前部，安全帶可以保護(hù)駕駛員。然而，安全帶對(duì)側(cè)面碰撞不起作用，所以建議使用側(cè)面安全氣囊。緊縮的氣囊放在座位的后面。當(dāng)側(cè)面碰撞時(shí)，氣囊因充氣而膨脹，這樣可以避免乘客受傷。圖9.12安全氣囊

筒可以成為一個(gè)旋轉(zhuǎn)的雙曲面體，這個(gè)雙曲面由兩個(gè)直立的盤子組成，用木棍通過(guò)圓周上的點(diǎn)互相連接起來(lái)。兩個(gè)盤子可以相對(duì)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)機(jī)械軸可以將這兩個(gè)盤子和收割機(jī)連接起來(lái)。當(dāng)盤子相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾筒外部的輪廓就會(huì)隨著地形的改變而改變。圖9.14與地形保持一致的滾筒(15)動(dòng)態(tài)化原理【例9.18】螺旋角可變的螺桿輸送機(jī)(如圖9.15所示)。(16)未到達(dá)或超過(guò)的作用原理

如當(dāng)缸筒外壁需要刷涂料時(shí)，可將缸筒浸泡在盛涂料的容器中完成，但取出缸筒后，其外壁粘涂料太多，通過(guò)快速旋轉(zhuǎn)可以甩掉多余的涂料。(17)維數(shù)變化原理圖9.16進(jìn)入垂直面的礦車(18)振動(dòng)原理電動(dòng)雕刻刀具具有振動(dòng)刀片、電動(dòng)剃須刀(19)周期性作用原理【例9.21】控制振動(dòng)的方法圖9.18控制切削振動(dòng)(20)有效作用的連續(xù)性原理【例9.22】連續(xù)工作圖9.21應(yīng)用“變有害為有益”原理確定切割線(23)反饋原理【例9.25】軋鋼機(jī)鋼板厚度控制圖9.22軋機(jī)控制(24)中介物原理機(jī)械傳動(dòng)中的惰輪(25)自服務(wù)原理【例9.26】自服務(wù)挖掘機(jī)圖9.23自服務(wù)挖掘機(jī)(26)復(fù)制原理

通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)未來(lái)的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行研究；通過(guò)對(duì)模型的試驗(yàn)來(lái)代替對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的試驗(yàn)；通過(guò)看一名教授的講座錄像可代替親自參加他的講座；利用紅外線成像可探測(cè)熱源。(27)低成本、不耐用的物體代替貴重、耐用的物體原理

用一些低成本物體代替昂貴物體，用一些不耐用物體代替耐用物體，如一次性的紙杯子、一次性的餐具、一次性尿布、一次性拖鞋等(33)同質(zhì)性原理

如存放在一般容器里的高純度銅都很容易被污染，進(jìn)而降低本身所固有的屬性。為避免出現(xiàn)這種情況，可以將高純度銅存儲(chǔ)在以同質(zhì)材料制成的容器里，以保證被存儲(chǔ)的高純度銅不被污染。(34)拋棄與修復(fù)原理【例9.30】某些零部件，其內(nèi)部流道非常復(fù)雜，有很多復(fù)雜的凹槽，這些凹槽是很難加工的圖9.27利用“拋棄與修復(fù)”原理形成復(fù)雜凹槽(35)參數(shù)變化原理【例9.31】通過(guò)將顆粒材料和液體相混合的方法圖9.28利用凍結(jié)的方法移走分離層(36)狀態(tài)變化原理【例9.32】水凍結(jié)的時(shí)候體積膨脹很大，但是產(chǎn)生的壓力很有限圖9.29利用狀態(tài)變化原理實(shí)現(xiàn)增壓(37)熱膨脹原理

為控制溫室天窗的閉合，在天窗上連接了雙金屬板。當(dāng)溫度改變時(shí)雙金屬板就會(huì)相應(yīng)地彎曲，這樣就可以控制天窗的閉合。(38)加速?gòu)?qiáng)氧化原理【例9.33】當(dāng)用乙炔切割鋼板時(shí)，在氣體壓力下熔化的金屬會(huì)帶著火星飛濺出來(lái)。圖9.30利用純氧消除火星(39)惰性環(huán)境原理【例9.34】清潔過(guò)濾器圖9.31清潔過(guò)濾器(40)復(fù)合材料原理【例9.35】一般使用輕且薄的材料制造防火服。然而，輕薄材料的隔熱性能一般都比較低。圖9.32復(fù)合材料制造的防火服五、沖突矩陣

1.沖突矩陣的組成圖9.33沖突矩陣簡(jiǎn)圖2.利用沖突矩陣實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新【例9.36】呆扳手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

當(dāng)針對(duì)具體問(wèn)題確認(rèn)了一個(gè)技術(shù)沖突后，要用該問(wèn)題所處的技術(shù)領(lǐng)域中的特定術(shù)語(yǔ)來(lái)描述該沖突。然后，要將沖突的描述翻譯成一般術(shù)語(yǔ)，由這些一般術(shù)語(yǔ)選擇通用工程參數(shù)。由通用工程參數(shù)在沖突矩陣中選擇可用的解決原理。一旦某一個(gè)或某幾個(gè)發(fā)明創(chuàng)造原理被選定后，必須根據(jù)特定的問(wèn)題將發(fā)明創(chuàng)造原理轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生一個(gè)特定的解。

對(duì)No.17及No.4兩條發(fā)明原理進(jìn)行深入分析表明：如果呆扳手工作面的一些點(diǎn)能與螺母/螺栓的側(cè)面接觸，而不是與其棱邊接觸，問(wèn)題就可解決。美國(guó)專利USPatent5406868正是基于這兩條原理設(shè)計(jì)出如圖9.35所示的新型呆扳手。圖9.34呆扳手受力情況

圖9.35美國(guó)專利新型呆扳手

9.3利用技術(shù)進(jìn)化模式實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新

技術(shù)進(jìn)化的過(guò)程不是隨機(jī)的，通過(guò)研究表明：技術(shù)的性能隨時(shí)間變化的規(guī)律呈現(xiàn)出S形曲線，但進(jìn)化過(guò)程是靠設(shè)計(jì)者推動(dòng)的(a)S曲線(b)分段S曲線二、技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化定律一、概述(1)在新發(fā)明階段，一項(xiàng)新的、物理的、化學(xué)的、生物的發(fā)現(xiàn)被設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品。

(2)在上一階段結(jié)束時(shí)，很多企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，基于該發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品有很好的市場(chǎng)潛力，應(yīng)該大力開(kāi)發(fā)，因此將投入很多的人力、物力和財(cái)力用于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，新產(chǎn)品的性能參數(shù)會(huì)快速增長(zhǎng)，這就是技術(shù)改進(jìn)階段。(3)隨著產(chǎn)品進(jìn)入成熟階段，所推出的新產(chǎn)品性能參數(shù)只有少量的增長(zhǎng)，繼續(xù)投入，進(jìn)一步完善已有技術(shù)所產(chǎn)生的效益減少，企業(yè)應(yīng)研究新的核心技術(shù)以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間替代已有產(chǎn)品的核心技術(shù)。三、技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化定律(1)定律1：組成系統(tǒng)的完整性定律。(2)定律2：能量傳遞定律。(3)定律3：交變運(yùn)動(dòng)和諧性定律。(4)定律4：增加理想化水平定律。(5)定律5：零部件的不均衡發(fā)展定律。(6)定律6：向超系統(tǒng)傳遞的定律。(7)定律7：由宏觀向微觀的傳遞定律。(8)定律8：增加物質(zhì)-場(chǎng)的完整性定律。四、技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化模式1.技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化概述2.各種技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化模式分析(1)進(jìn)化模式1：技術(shù)系統(tǒng)的生命周期為出生、成長(zhǎng)、成熟、退出。(2)進(jìn)化模式2：增加理想化水平。(3)進(jìn)化模式3：系統(tǒng)元件的不均衡發(fā)展導(dǎo)致沖突的出現(xiàn)。(4)進(jìn)化模式4：增加系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性和可控性。(5)進(jìn)化模式5：通過(guò)集成以增加系統(tǒng)的功能，然后再逐漸簡(jiǎn)化系統(tǒng)。(6)進(jìn)化模式6：系統(tǒng)元件匹配與不匹配的交替出現(xiàn)(7)進(jìn)化模式7：由宏觀系統(tǒng)向微觀系統(tǒng)進(jìn)化。技術(shù)系統(tǒng)總是趨向于從宏觀系統(tǒng)向微觀系統(tǒng)進(jìn)化。圖9.43從宏觀系統(tǒng)向微觀系統(tǒng)進(jìn)化的7個(gè)階段(9)進(jìn)化模式9：系統(tǒng)的分割。(10)進(jìn)化模式10：系統(tǒng)進(jìn)化從改善物質(zhì)的結(jié)構(gòu)入手。(11)進(jìn)化模式11：系統(tǒng)元件的一般化處理。3.技術(shù)進(jìn)化理論的應(yīng)用1.定性技術(shù)預(yù)測(cè)2.產(chǎn)生新技術(shù)3.市場(chǎng)創(chuàng)新9.4計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)軟件1.概述目前以TRIZ理論為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)軟件(CAI，ComputerAidedInnovation)其中TechOptimizer由6個(gè)功能模塊組成：①問(wèn)題分析定義模塊；②整理模塊；