riz通用解與概念因子分解重構(gòu)法

riz通用解與概念因子分解重構(gòu)法

0triz理論為我國具體的專業(yè)內(nèi)容分析轉(zhuǎn)化為特殊解的路徑thiz理論解決問題的過程是首先將領(lǐng)域問題轉(zhuǎn)化為triz標(biāo)準(zhǔn)問題，然后獲得標(biāo)準(zhǔn)問題的普遍解，最后將普遍解轉(zhuǎn)化為流程問題的特殊性解。TRIZ理論不能直接提供問題的創(chuàng)新解決方案,將通用解轉(zhuǎn)化為特殊解是有效運(yùn)用TRIZ理論的關(guān)鍵。針對(duì)這一過程的系統(tǒng)研究成果較少,本文提出概念因子分解重構(gòu)法,用于基于TRIZ理論的問題特殊解的概念搜索。1cai不同類型的問題轉(zhuǎn)化為特殊解應(yīng)用TRIZ理論解決問題的過程見圖1。在通常情況下,TRIZ通用解比較抽象。“40個(gè)發(fā)明原理”是最常用的問題通用解工具之一,如分離、分割、維數(shù)變化等,其高度概括性為工程人員提供了搜尋解決問題方法的方向,同時(shí),其抽象性又為將通用解有效利用、轉(zhuǎn)化為特殊解帶來了困難,這也是應(yīng)用TRIZ理論必須解決的問題。目前,將TRIZ通用解轉(zhuǎn)化為特殊解的過程中,主要依靠工程人員自身的領(lǐng)域知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)。基于TRIZ的CAI軟件對(duì)此過程可以提供相應(yīng)工程實(shí)例的說明,但由于領(lǐng)域問題的具體性,軟件所提供的工程實(shí)例通常無法直接借鑒,不能系統(tǒng)地指導(dǎo)解決問題的過程。因此,這一轉(zhuǎn)化過程對(duì)設(shè)計(jì)人員自身有較強(qiáng)的依賴性,它成為運(yùn)用TRIZ理論解決問題的瓶頸。為了有效地運(yùn)用TRIZ理論解決工程問題,需要建立一種系統(tǒng)化的思維方法,用于TRIZ理論通用解向特殊解的轉(zhuǎn)化。2創(chuàng)新思維的研究欲建立通用解向特殊解轉(zhuǎn)化的思維方法,必須對(duì)創(chuàng)新性思維有較為深刻的認(rèn)識(shí)。2.1非邏輯思維與研發(fā)思維的關(guān)系創(chuàng)新性思維是邏輯思維與非邏輯思維、發(fā)散思維與收斂思維的有機(jī)結(jié)合。創(chuàng)新過程需要知識(shí)的支持。邏輯思維與非邏輯思維在創(chuàng)新思維中,非邏輯思維的主要表現(xiàn)形式有聯(lián)想、幻想、靈感等,它對(duì)創(chuàng)新的實(shí)現(xiàn)有直接的推動(dòng)作用,沒有非邏輯思維,創(chuàng)新思維無法進(jìn)行。邏輯思維可提供符合邏輯的概念,從而構(gòu)成創(chuàng)新理論的基礎(chǔ)。發(fā)散思維與收斂思維首先,創(chuàng)新始于問題,問題是收斂思維的產(chǎn)物。其次,發(fā)散思維為高層次的思維收斂提供概念基礎(chǔ)。從哲學(xué)上講,創(chuàng)新具有無窮性,是人類駕馭發(fā)散思維和收斂思維、邏輯思維與非邏輯思維的辯證統(tǒng)一。2.2概念解的類型創(chuàng)新性解決問題的過程,也就是在解空間內(nèi),由問題出發(fā),搜尋概念解的過程。一切與問題有關(guān)的因素所組成的集合定義為概念解空間。問題的創(chuàng)新性解決即是相關(guān)因素的科學(xué)的集合過程。2.3cai的應(yīng)用人類作為認(rèn)識(shí)客觀事物的主體,其解決問題的基本思維過程見圖2。主體基于自身的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),在指導(dǎo)性思維方法的作用下,處理所輸入的關(guān)于客體的信息,得出解決問題的方案。目前,CAI技術(shù)的研究主要集中在知識(shí)的管理、數(shù)據(jù)庫的管理等方面,為人類存儲(chǔ)和檢索信息起到了一定的輔助作用。但是,僅有工具的輔助作用是不夠的,面向人類主體的創(chuàng)新思維方法是提升工程人員創(chuàng)新能力的核心。基于TRIZ理論的問題解決過程,是發(fā)散思維和收斂思維相互作用的過程,是運(yùn)用邏輯思維和非邏輯思維的過程,解的收斂方向由TRIZ通用解決定,具體環(huán)節(jié)的思考又充分利用各種創(chuàng)新思維方法,如圖3所示。3創(chuàng)造發(fā)明的一般原理從創(chuàng)新設(shè)計(jì)這一人類智能的最高境界出發(fā),黃克正指出:科學(xué)發(fā)現(xiàn)是對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí),它擴(kuò)大了人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)能力,而創(chuàng)造發(fā)明則是產(chǎn)生物質(zhì)世界不曾存在的物品,其本質(zhì)是已有物品的分解與重新組合構(gòu)造,也就是說,新發(fā)明是現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)構(gòu)的重構(gòu)。我們稱之為分解重構(gòu)原理。在對(duì)創(chuàng)新思維的認(rèn)識(shí)和分解重構(gòu)原理的基礎(chǔ)上,筆者提出概念因子分解重構(gòu)法,用于問題特殊解的搜索過程。3.1概念因子:能信息主體思維的客體概念解空間中的概念解和客觀世界中的事物一樣,具有可分解和可重構(gòu)性。概念因子是存在于概念解空間中具有相對(duì)獨(dú)立性的信息單元,記錄了客體存在的不同方面的特征,這些信息單元是保證思維以各種方式進(jìn)行的信息載體,是思維作用的對(duì)象。概念因子具有以下性質(zhì):(1)無限可分性概念因子可以無限分解,逐層細(xì)化。(2)多樣性劃分概念因子的角度具有多樣性,對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)、制造問題而言,通常按問題的物理、化學(xué)、幾何特性劃分,概念因子的分解也收斂于該層次的特性。(3)可重構(gòu)性不同概念因子以不同的方式集合,可形成不同的方案。3.2基本維度間的概念因子針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造問題,我們把概念解空間分為空間(space)、時(shí)間(time)、客體(object)3個(gè)基本維度,基本維度互不隸屬。每一個(gè)維度又可以根據(jù)問題的具體形式進(jìn)一步細(xì)分。通常,空間維度又分為形狀(幾何特征)、位置(空間關(guān)系)一級(jí)從屬維度,具有局部、整體屬性;時(shí)間維度主要考慮序列性,具有過去、現(xiàn)在、將來屬性;客體維度包括材料、信息、功能、條件等因素。這樣即可得到如空間形狀(局部)、空間形狀(整體)、時(shí)間序列、客體材料等概念因子,如圖4所示?；揪S度間的概念因子存在以下三個(gè)可能的相互關(guān)系:(1)F(O→S):客體隨空間的變化。(2)F(O→T):客體隨時(shí)間的變化。(3)F(S→T):空間隨時(shí)間的變化。3.3將可能解的形式轉(zhuǎn)化為可重構(gòu)的設(shè)計(jì)過程,引起一般意義的應(yīng)用。為了能概念解空間中問題的不同的解就是相關(guān)因素的不同集合形式。設(shè)在解空間中,對(duì)于問題P存在未知解E,表示為[P]E(S,T,O)。為了有效地得到問題的解,可從3個(gè)基本維度分析問題(空間、時(shí)間、客體),即分解問題。解的分解因素可表示為ED(SD,TD,OD)。該過程表示為E(S?T,O)D(E)?[P]ED(SD,TD,OD)E(S?Τ,Ο)D(E)?[Ρ]ED(SD,ΤD,ΟD)(1)式中,D(E)為分解過程。為了使分解因素收斂,得到可能解的形式,需要對(duì)ED進(jìn)行重構(gòu),該過程表示為ED(SD?TD,OD)R(E)?[P]E′(SDR,TDR,ODR)ED(SD?ΤD,ΟD)R(E)?[Ρ]E′(SDR,ΤDR,ΟDR)(2)具體到以TRIZ理論為指導(dǎo)的創(chuàng)新思維過程中,重構(gòu)過程R(E)應(yīng)以TRIZ標(biāo)準(zhǔn)解為約束,基于基本維度間的相互關(guān)系,綜合運(yùn)用各種創(chuàng)新思維方法。過程D(E)、R(E)可反復(fù)進(jìn)行,得到一個(gè)有啟發(fā)意義的可能解E′。一般地,E′與未知解E具有更進(jìn)一步的相關(guān)性,易于使主體產(chǎn)生有效的概念解,即E′(SDR,TDR,ODR)≈E(S,T,O)(3)3.4快速篩選解方案概念因子分解重構(gòu)法工作流程如圖5所示。對(duì)問題進(jìn)行分析后,選擇相關(guān)的概念因子,在TRIZ通用解的約束下,基于基本維度間的相互關(guān)系和各種創(chuàng)新性思維方法,搜索概念解方案,獲得方案后進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)價(jià),如對(duì)方案不滿意,可重新回到問題分析,進(jìn)行新的概念因子的選擇、重構(gòu),直到獲得滿意的方案?；谝陨险撌?建立了以概念因子分解重構(gòu)法為基礎(chǔ)的,由TRIZ通用解求問題特殊解的方法。4理論及概念因子的分解重構(gòu)法我們針對(duì)工程人員中的新手及高校學(xué)生,推廣TRIZ理論及概念因子分解重構(gòu)法,解決工程問題,效果顯著?，F(xiàn)以鈑金件設(shè)計(jì)及折彎工藝問題為例,說明基于概念因子分解重構(gòu)法,由TRIZ通用解求問題特殊解的過程。4.1展開圖的展開欲得到的鈑金件如圖6所示,其折彎前的展開圖如圖7所示。但是,按上述設(shè)計(jì)方案進(jìn)行加工時(shí),由于折彎拐角處局部變形,通常尺寸H或W精度無法保證,如圖8所示。4.2解決問題的過程4.2.1標(biāo)準(zhǔn)化與解決方案選用TRIZ理論的沖突解決工具來分析該問題。運(yùn)用39個(gè)工程參數(shù)將問題描述標(biāo)準(zhǔn)化,再根據(jù)推薦的發(fā)明原理尋求解決方案,見表1。經(jīng)對(duì)比,選用發(fā)明原理1(分割)作為解決問題的通用解。4.2.2零件局部分析為了得到該問題的特殊解,運(yùn)用概念因子分解重構(gòu)法進(jìn)行可能概念解的搜索?；诟拍罱饪臻g中基本維度,對(duì)該具體問題進(jìn)行分解,步驟如下:(1)在時(shí)間維度上,將折彎考慮為一系列的動(dòng)作過程,分為折彎前、折彎中和折彎后三個(gè)階段。(2)在空間維度上,零件在折彎過程中,以現(xiàn)有的折彎設(shè)備和工藝方法,零件位置不宜作空間形式的變動(dòng),形狀不宜整體改變,可以考慮作局部改變。(3)在客體維度上,零件材料沒必要改變,其他金屬材料均存在變形問題。信息、功能等概念因子與該問題相關(guān)度較小,暫不考慮。這樣,在客體維度上,沒有可選的概念因子。(4)由于客體維度沒有概念因子,F(O→S)與F(O→T)不存在。基于上述分析,F(S→T)表示(局部)形狀在時(shí)間維度上的變化。由于解決局部變形問題的方法實(shí)施于折彎前會(huì)使后續(xù)加工簡(jiǎn)化,免去消除局部變形的工序,故(局部)形狀的變化應(yīng)在折彎前。如圖9所示,陰影部分為挑選的概念因子。在分割原理的指導(dǎo)下,綜合各種概念因子,運(yùn)用各種創(chuàng)新性思維(聯(lián)想、推理、類比等)進(jìn)行概念因子的重構(gòu),易于得到概念解——折彎前,局部切除拐角處的材料。根據(jù)此概念解得到的問題解決方案具有顯著效果,通過局部切除拐角處的材料,避免了折彎過程中拐角局部材料塑性變形導(dǎo)致的尺寸精