和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)流派及RIZ理論

第四章、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論

——發(fā)明問題解決理論（TRIZ

）4-1產(chǎn)品的進(jìn)化過程及進(jìn)化規(guī)律4-2設(shè)計(jì)中的可用資源4-3發(fā)明的級(jí)別——新概念分級(jí)4-4理想解4-5設(shè)計(jì)中的沖突4-6技術(shù)沖突解決原理4-7物理沖突解決原理4-8概念設(shè)計(jì)4-2設(shè)計(jì)中的可用資源設(shè)計(jì)中的可用資源對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)起著重要作用，問題的解越接近理想解(IdealFinalResult)，可用資源就越重要。任何系統(tǒng)，只要還未達(dá)到理想解，就應(yīng)具有可用資源。對(duì)資源進(jìn)行分類，詳細(xì)分析，深刻理解，對(duì)設(shè)計(jì)人員十分必要。一、資源分類二、資源分析三、資源利用一、資源分類設(shè)計(jì)中的產(chǎn)品是一個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)在特定的空間與時(shí)間中存在，要由物質(zhì)構(gòu)成，要應(yīng)用場(chǎng)以完成某種特定的功能。資源分類自然資源：太陽能電池。時(shí)間資源：廚房中米飯、炒菜一起做，節(jié)省了時(shí)間?？臻g資源：企業(yè)某種食品包裝中有企業(yè)其它食品的廣告。系統(tǒng)資源：掃描與打印的功能結(jié)合形成影印功能。物質(zhì)資源：掃雪車的廢氣用于被清掃雪的預(yù)處理。能量資源：煉鋼廠高爐余熱發(fā)電。信息資源：加工中心正在加工中的零件誤差用于在線補(bǔ)償。功能資源：按時(shí)間進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃的軟件應(yīng)用計(jì)算機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘。自然資源時(shí)間資源空間資源系統(tǒng)資源物質(zhì)資源能量/場(chǎng)資源信息資源功能資源太陽能電池米飯、炒菜一起做，節(jié)省時(shí)間食品包裝中印本企業(yè)其它食品廣告掃描與打印結(jié)合形成影印功能掃雪車廢氣用于被清掃雪的預(yù)處理煉鋼廠高爐余熱發(fā)電加工中心在加工的零件誤差用于在線補(bǔ)償按時(shí)間進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃的軟件應(yīng)用計(jì)算機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘設(shè)計(jì)過程中，合理地利用資源可使問題的解更容易接近理想解。如果利用了某些資源，還可能取得附加的、未曾設(shè)想的效益。二、資源分析資源分為內(nèi)部與外部資源。內(nèi)部資源是在沖突發(fā)生的時(shí)間、區(qū)域內(nèi)存在的資源。資源又分為直接應(yīng)用資源、導(dǎo)出資源、差動(dòng)資源。（一）直接應(yīng)用資源在當(dāng)前存在狀態(tài)下可被應(yīng)用的資源。如物質(zhì)、場(chǎng)(能量)、空間和時(shí)間資源都是可被多數(shù)系統(tǒng)直接應(yīng)用的資源。物質(zhì)資源：木柴可用作燃料。能量資源：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)既驅(qū)動(dòng)后輪或前輪，又驅(qū)動(dòng)液壓泵，使液壓系統(tǒng)工作。場(chǎng)資源：地球上的重力場(chǎng)及電磁場(chǎng)。信息資源：汽車運(yùn)行時(shí)所排廢氣中的油或其它顆粒，表明發(fā)動(dòng)機(jī)的性能信息?？臻g資源：倉(cāng)庫(kù)中多層貨架中的高層貨架。時(shí)間資源：雙向打印機(jī)。功能資源：人站在椅子上更換屋頂?shù)臒襞輹r(shí)，椅子的高度是一種輔助功能的利用。木柴可用作燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)既驅(qū)動(dòng)后輪或前輪，又驅(qū)動(dòng)液壓泵地球上的重力場(chǎng)及電磁場(chǎng)汽車運(yùn)行時(shí)所排廢氣中的油或其它顆粒，表明發(fā)動(dòng)機(jī)的性能信息倉(cāng)庫(kù)中多層貨架中的高層貨架雙向打印機(jī)人站在椅子上更換屋頂?shù)臒襞荩巫痈叨仁且环N輔助功能的利用

物質(zhì)資源能量資源場(chǎng)資源信息資源空間資源時(shí)間資源功能資源（二）導(dǎo)出資源通過某種變換，使不能利用的資源成為可利用的資源，稱為導(dǎo)出資源。原材料、廢棄物、空氣、水等，經(jīng)過處理或變換都可在設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中采用，變成有用資源。在變成有用資源的過程中，必要的物理狀態(tài)變化或化學(xué)反應(yīng)也是需要的。導(dǎo)出物質(zhì)資源：由直接應(yīng)用資源，如物質(zhì)或原材料變換或施加作用得到的物質(zhì)。如毛坯是通過鑄造得到的材料，相對(duì)于鑄造的原材料是導(dǎo)出資源。導(dǎo)出能量資源：通過對(duì)直接應(yīng)用能量資源的變換或改變其作用的強(qiáng)度、方向及其它特性得到的能量資源。如變壓器將高壓變?yōu)榈蛪?，這種低電壓的電能為導(dǎo)出資源。

導(dǎo)出場(chǎng)資源：通過對(duì)直接應(yīng)用場(chǎng)資源的變換或改變其作用的強(qiáng)度、方向及其它特性所得到的場(chǎng)資源。

導(dǎo)出信息資源：通過變換設(shè)計(jì)不相關(guān)的信息，使之與設(shè)計(jì)相關(guān)。如地球表面電磁場(chǎng)的微小變化可用于發(fā)現(xiàn)礦藏。

導(dǎo)出空間資源：由于幾何形狀或效應(yīng)的變化所得到的額外空間。雙面磁盤比單面磁盤存儲(chǔ)信息的容量更大。導(dǎo)出時(shí)間資源：由于加速、減速或中斷獲得的時(shí)間間隔。被壓縮的數(shù)據(jù)在較短的時(shí)間內(nèi)可傳遞完畢。

導(dǎo)出功能資源：經(jīng)過合理變化后，系統(tǒng)完成輔助功能的能力。鍛模適當(dāng)修改后，鍛件本身可帶有企業(yè)商標(biāo)；帶原產(chǎn)地商標(biāo)的土特產(chǎn)品。（三）差動(dòng)資源通常，物質(zhì)與場(chǎng)的不同特性是一種可形成某種技術(shù)的資源，稱為差動(dòng)資源。

1．差動(dòng)物質(zhì)資源：結(jié)構(gòu)各向異性

不同的材料特性

2．差動(dòng)場(chǎng)資源1．差動(dòng)物質(zhì)資源（1）結(jié)構(gòu)各向異性

物質(zhì)在不同的方向上物理性能不同。這種特性有時(shí)是設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)某種功能的需要。光學(xué)特性：金剛石只有沿對(duì)稱面做出的小平面才能顯示出其亮度。電特性：石英板只有當(dāng)晶體沿某一方向被切斷時(shí)才具有電致伸縮的性能。聲學(xué)特性：一個(gè)零件內(nèi)部由于其結(jié)構(gòu)有所不同，表現(xiàn)出不同的聲學(xué)性能，使超聲探傷成為可能。機(jī)械特性：劈木柴時(shí)沿最省力的方向劈。化學(xué)性能：晶體的腐蝕往往在有缺陷的點(diǎn)處首先發(fā)生。幾何性能：只有球形表面符合要求的藥丸才能通過藥機(jī)的分檢裝置。（2）不同的材料特性可在設(shè)計(jì)中用于實(shí)現(xiàn)有用功能。2．差動(dòng)幅場(chǎng)資源場(chǎng)在系統(tǒng)援中的不均反勻可以在面設(shè)計(jì)中實(shí)捏現(xiàn)某些新爐的功能。（1）場(chǎng)梯醉度的利千用在煙囪鼠的幫助頭下，地腥球表面居與320到0米高空讀中的壓冒力差，短使?fàn)t子耗中的空港氣流動(dòng)雜。（2）空間赤不均勻漂場(chǎng)的利料用為了改侍善工作版條件，袖工作地覽點(diǎn)應(yīng)處拒于聲場(chǎng)膊強(qiáng)度低行的位置欣。（3）利用場(chǎng)烏的值與標(biāo)淡準(zhǔn)值的偏直差病人的芳脈搏與街正常人埋不同，盟醫(yī)生通堆過對(duì)這莊種不同登的分析渾為病人浮看病。三、資源埋利用設(shè)計(jì)過程熟中用到的虛資源不一怠定明顯，滴需認(rèn)真挖階掘才能成省為有用資細(xì)源。一些通慨用的建去議（1）將所有都的資源首集先集中于利最重要的勝動(dòng)作或子惜系統(tǒng)。（2）合理、女有效地利意用資源，臭避免資源特?fù)p失、浪峰費(fèi)。（3）將資源榮集中到特既定的空間搜與時(shí)間。（4）利用筐其它過織程中損誕失或浪習(xí)費(fèi)的資喝源。（5）與其它沃子系統(tǒng)分娘享有用資俊源，動(dòng)態(tài)蟲調(diào)節(jié)這些如子系統(tǒng)。（6）根據(jù)子壓系統(tǒng)隱含興的功能，綱利用其它芹資源。（7）對(duì)其翁它資源蕉進(jìn)行變遲換，使睬其成為培有用資右源。不同類疤型資源蝦（空間鳳、時(shí)間姨、材料歸、能量利等）的特殊性能幫助設(shè)假計(jì)者克服資概源的限遺制?？臻g資源（1）選擇疊最重要賠的子系玻統(tǒng)，將飾其它子娘系統(tǒng)放咸在空間慈不十分馬重要的言位置上寄。（2）最大宣限度地澡利用閑摘置空間氏。（3）利用科相鄰子喊系統(tǒng)的吐某些表瀉面，或亡一表面皮的反面碎。（4）利用空姓間中的某誰些點(diǎn)、線失、或體積底。（5）利用擇緊湊的鐘幾何形勿狀，如驚螺旋線綁。（6）利用暫稀時(shí)閑置的疼空間。時(shí)間資煉源（1）在最鎮(zhèn)有價(jià)值花的工作宣階段，申最大限彎度地利隔用時(shí)間光。（2）使過程射連續(xù)，消球除停頓、理空行程。（3）變換順濫序動(dòng)作為檔并行動(dòng)作間，節(jié)省時(shí)舅間。材料資意源（1）利用薄訓(xùn)膜、粉末想、蒸汽，透將少量物牙質(zhì)擴(kuò)大到掀一個(gè)較大臉的空間。（2）利用繳與子系州統(tǒng)混合輪的環(huán)境褲中的材暮料。（3）將環(huán)境鴉中的材料謊如水、空卷氣等，轉(zhuǎn)游變成有用蓬的材料。能量資源（1）盡可能亭提高核心線部件的能趣量利用率口。（2）限制攻利用成優(yōu)本高的購(gòu)能量，濁盡可能囑采用低扯廉的能深量。（3）利用最鑰近的能量沿。（4）利用跟附近系僵統(tǒng)浪費(fèi)路的能量平。（5）利用環(huán)邀境提供的徐能量。在設(shè)計(jì)中虧認(rèn)真考慮高各種資源煎有助于設(shè)裳計(jì)者開闊辦眼界，跳厲出問題本逃身。這對(duì)于將頌全部精力示集中于特貧定子系統(tǒng)早、工作區(qū)總間、特定榴空間與時(shí)驕間的設(shè)計(jì)鉤者解決問炮題特別重吳要。第五講祝開始4-3發(fā)明的級(jí)因別——TRI型Z新概念侮分級(jí)人類的新設(shè)想，僅有極觀少數(shù)經(jīng)過刃不斷完善捷構(gòu)成一種新概念，經(jīng)過后區(qū)續(xù)的實(shí)現(xiàn)路變成一種新產(chǎn)品。機(jī)械工房誠(chéng)程領(lǐng)域姜所謂的新概念是指新觸的工作耽原理，旱按照該如原理工妥作的機(jī)腐器、設(shè)冠備、儀糊器具有冷市場(chǎng)競(jìng)頂爭(zhēng)力，賊能為生脫產(chǎn)企業(yè)賣帶來效聰益，能統(tǒng)為用戶擦提高生第產(chǎn)效率析、或降杠低生產(chǎn)竹成本、煌或減少叼生產(chǎn)周扭期。傳統(tǒng)的設(shè)扒計(jì)方法產(chǎn)賣生新的工侵作原理的奇過程，為試湊法或試驗(yàn)糾懶錯(cuò)法。第一個(gè)特新的工效作原理瘋往往不做一定采念用，需年要不斷補(bǔ)產(chǎn)生新鞠工作原向理的設(shè)漸想，最熱終選定良一種工另作原理葡。復(fù)雜家程度不么同、技抹術(shù)含量捎不同的隆產(chǎn)品所洋需的設(shè)想數(shù)也不同。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)燈方法的一階項(xiàng)成功的嫂設(shè)計(jì)往往甚歷時(shí)較長(zhǎng)曠、花費(fèi)較譯多，且主聯(lián)要取決于姓設(shè)計(jì)人員跨的經(jīng)驗(yàn)和蒙素質(zhì)等因素。TRIZ根據(jù)產(chǎn)溫生工作價(jià)原理的糟設(shè)想數(shù)浙對(duì)產(chǎn)品雜進(jìn)行分省級(jí)。TRIZ的新概念偶分級(jí)TRIZ的一個(gè)攻重要成差果是認(rèn)為產(chǎn)蜻品有級(jí)勒別，產(chǎn)品由低級(jí)向忘高級(jí)的方繭向發(fā)展。由于傲這種發(fā)幸展，產(chǎn)忙品才一環(huán)直占領(lǐng)郊老市場(chǎng)晉或又贏境得新市鵲場(chǎng)。Alts朽hull故er通過研究順表明，問城題的解或鹿概念分為5個(gè)級(jí)別。設(shè)計(jì)人罵員采用試撞湊法，從追產(chǎn)生最初盤的工作原若理，到最擺終選定工中作原理，燙根據(jù)所產(chǎn)庭生工作原兄理的個(gè)數(shù)啞，即解的圾個(gè)數(shù)決定固解的級(jí)別吳。產(chǎn)品從偉低級(jí)向會(huì)高級(jí)進(jìn)桃化的過輛程中，悠高級(jí)別鏡解的產(chǎn)隆生需要站更多的滅知識(shí)。產(chǎn)品的隊(duì)級(jí)別還子與問題謝的難易狡程度、酬知識(shí)來闊源等有待密切關(guān)幟系。通常的予設(shè)計(jì)問繞題，或掠對(duì)已有昌系統(tǒng)的路簡(jiǎn)單改蒜進(jìn)。憑設(shè)計(jì)竄人員自寇身經(jīng)驗(yàn)浩即可解專決，不確需要?jiǎng)?chuàng)崖新。大約32%的解屬退于該范弦圍。如用厚隔褲熱層減少件熱量損失凍，用載重踐量更大的會(huì)卡車改善玩運(yùn)輸?shù)某赏氡九c效益牢比。(1)1級(jí)（Lev登el快1）如小型混凡凝土攪拌巖機(jī)的滾筒哲轉(zhuǎn)速較低仔，如果攪小拌機(jī)采用慮電動(dòng)機(jī)驅(qū)蔬動(dòng)，電動(dòng)軋機(jī)轉(zhuǎn)速較旅高，需要貢將電動(dòng)機(jī)臨的轉(zhuǎn)速降例低到與滾會(huì)筒的轉(zhuǎn)速堡相匹配。螺試解決該發(fā)問題。該例中設(shè)岡計(jì)需要解松決的問題僻是如何實(shí)猜現(xiàn)減速。界根據(jù)經(jīng)驗(yàn)圾及已有的尊研究成果捆可知，減漠速器就是啟該問題的樓解，設(shè)計(jì)落人員可以綱借助手冊(cè)笑或機(jī)械設(shè)本計(jì)教材完島成減速器疑的設(shè)計(jì)，索也可向有終關(guān)減速器新生產(chǎn)企業(yè)奶直接定購(gòu)噸與該設(shè)計(jì)達(dá)相匹配的木產(chǎn)品。該例所示慣問題求解愛過程的每鞠一步都是章已知的，感問題本身毛是常規(guī)問寨題，設(shè)計(jì)翼也屬于常非規(guī)設(shè)計(jì)。(2)英2級(jí)通過解決轟一個(gè)技術(shù)鴨沖突對(duì)已舅有系統(tǒng)進(jìn)唇行少量的顫改進(jìn)。采用行業(yè)談中已有的輪方法即可糠完成。解決該類止問題的傳裙統(tǒng)方法是罷折衷法。大約有45%的解屬同于該范茄圍。如Boei榮ng73仿7飛機(jī)發(fā)秤動(dòng)機(jī)罩洞的改進(jìn)蘆。(3)3級(jí)對(duì)已有系兼統(tǒng)有根本呈性的改進(jìn)嶺。要采用服本行業(yè)較以外已級(jí)有的方旅法解決坊，設(shè)計(jì)色過程中倆要解決宅沖突。大約有18%的解屬于槽該范圍。如計(jì)算機(jī)院鼠標(biāo)，山傷地自行車惑。(4)4級(jí)采用全新積的原理完危成已有系語統(tǒng)基本功柴能的新解刪。解的發(fā)寫現(xiàn)主要潮是從科靈學(xué)的角堅(jiān)度而不上是從工澤程的角株度出發(fā)湊。大約有4%的解屬抗于該類窯。如內(nèi)燃機(jī)僑，集成電森路，個(gè)人炕計(jì)算機(jī)，策充氣輪胎門，虛擬現(xiàn)劇實(shí)。如飛行汽切車：世界粉各大城市廈，特別是嗓亞洲某些凱國(guó)家的大膨城市，交進(jìn)通擁擠是筆常見的問辛題，需要易一種能在示公路上起肉飛的汽車頸，以躲過圈塞車帶。胡莫勒正在敵開發(fā)飛行請(qǐng)汽車M400，該型越號(hào)汽車釀能垂直駛起降，及能運(yùn)載4名乘客貫，時(shí)速買達(dá)500公里，汁爬高100葬00米，使用窗普通的汽室油。該產(chǎn)品率在世界兼首次開組發(fā)，設(shè)嚷計(jì)制造猜過程中暢要遇到赴很多世廉界上從束未解決憑的問題票。(5)扔5級(jí)罕見的爐科學(xué)原賢理導(dǎo)致柏一種新抓系統(tǒng)的鵲發(fā)明。大約有1%屬于該蚊類。如飛機(jī)收，計(jì)算蠅機(jī)，形宅狀記憶翠合金，世蒸汽機(jī)敲。解的級(jí)厭別越高嘗，獲得耽該解所慢需知識(shí)凳越多，完知識(shí)所喝處的領(lǐng)贏域越寬粥，搜索幕有用知釣識(shí)的時(shí)凱間就越昂長(zhǎng)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)西中所遇到棵的絕大多冤數(shù)問題或澤相似問題紅已被前人旱在其它地?zé)挿交蝾I(lǐng)域肯解決了。假如設(shè)霞計(jì)人員嘴能按正墊確路徑比，從低繡級(jí)開始懇，依據(jù)級(jí)自身的亦知識(shí)與某經(jīng)驗(yàn)，仰向高級(jí)圾方向努痛力，可離從本企澤業(yè)、本肥行業(yè)及子其它行丸業(yè)已存徑在的知粉識(shí)與經(jīng)閃驗(yàn)中獲湖得大量旨的解，殖有意識(shí)桑地去發(fā)糧現(xiàn)這些叢解，將卷節(jié)省大脈量時(shí)間閱，降低帆產(chǎn)品開嚇發(fā)成本鵝。例1為壓縮空花氣的儲(chǔ)氣洋罐設(shè)計(jì)一供新型防護(hù)驢罩。目前為的防護(hù)罩檔是金屬制崗成的，成來本高。新罩在己滿足安槳全性要禁求的前額提下，嚼要降低靈成本。——1級(jí)例2波音公聯(lián)司改進(jìn)737的設(shè)計(jì)時(shí)坡，需要將廳發(fā)動(dòng)機(jī)改憶為功率更疏大的發(fā)動(dòng)咐機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)憐功率越破大，工獸作時(shí)需噴要的空營(yíng)氣越多擱，發(fā)動(dòng)拍機(jī)罩的住直徑相趟應(yīng)要增浪大。發(fā)惑動(dòng)機(jī)罩薪增大，錦機(jī)置離腰地面的垂距離就請(qǐng)會(huì)減小歡，而距問離的減溪小是不賄允許的棵。增加發(fā)動(dòng)熄機(jī)功率產(chǎn)既生了技術(shù)鳳沖突，要擴(kuò)求解決該振問題。——2級(jí)例3自行車鏈嶼條必須做鐘環(huán)行運(yùn)動(dòng)耀，又必須如有足夠的溫剛度以傳騎遞來自腳朋蹬的