基于TRIZ理論的機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計研究

沈元元，葉 松

九江職業(yè)技術(shù)學院，江西九江 332000

基于TRIZ理論的機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計研究

沈元元，葉 松

九江職業(yè)技術(shù)學院，江西九江 332000

在分析TRIZ的發(fā)明問題、解決問題理論基礎(chǔ)之上，結(jié)合實際應(yīng)用，探討了實際設(shè)計案例應(yīng)用，利用TRIZ思想應(yīng)用在自行車剎車裝置的設(shè)計中，希望能對于工業(yè)設(shè)計的理論工作者會有所幫助。

TRIZ理論；機械產(chǎn)品設(shè)計；創(chuàng)新設(shè)計；理論應(yīng)用

創(chuàng)新能力的核心問題就是進行創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，相比于西方發(fā)達國家，我們在知識、技術(shù)創(chuàng)新、工業(yè)化發(fā)展水平方面，還具有較大的差距。所以，只有依靠不斷的創(chuàng)新，才能保證進一步縮短發(fā)達國家和中國之間的差距，使得中華民族能夠再次騰飛于世界之林，這就需要提升人民群眾的創(chuàng)新能力。中華民族應(yīng)該全力發(fā)揮其自身的創(chuàng)新精神，不斷地對于知識、技術(shù)的發(fā)展進行探索。創(chuàng)新在我國黨和國家領(lǐng)導人中的報告中多次進行強調(diào)，所以，對于青年一代，更應(yīng)該不斷探索，充分重視創(chuàng)造力的訓練和培養(yǎng)。

1 TRIZ：發(fā)明問題、解決問題理論

在具體的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計理論、方法具有重要特殊作用，世界很多國家都在從事這方面的研究工作，并且探討了多方面的設(shè)計方法理論。對于技術(shù)系統(tǒng)進化原理來說，則是表現(xiàn)為發(fā)現(xiàn)問題解決理論的核心內(nèi)容，根據(jù)這一原理的具體要求，可以看出，技術(shù)系統(tǒng)則一直體現(xiàn)出進化的特點，要想保證進化不斷推進，就應(yīng)該有效解決沖突問題?？梢钥闯?，進化速度則是隨著技術(shù)系統(tǒng)的沖突問題的有效解決，而變得進一步降低，要想能夠讓進化速度產(chǎn)生一定的突變效果，就應(yīng)該有效地對于阻礙其進化的深層次沖突進行完全的處理解決[1-2]。

1.1 TRIZ概述、定義

Theory of Inventive Problem Solving則是TRIZ的英文表達，一般也稱作TIPS，這也是屬于發(fā)明問題的解決理論范疇。其主要是由前蘇聯(lián)的學者Genrich. S. Altshuller等人所提出，則是在經(jīng)過分析世界上250萬多件具有高水平的發(fā)明專利的基礎(chǔ)上，得到了有效理論，通過深入的分析和思考，能夠有效對于發(fā)明創(chuàng)造解決技術(shù)問題中的相關(guān)40個基本的法則和原理。這種理論體系結(jié)構(gòu)，能夠有效保證技術(shù)問題的解決，實現(xiàn)各種方法的創(chuàng)新，涉及到一系列的40個法則和原理。

一般來說，關(guān)于TRIZ的統(tǒng)一的定義，則是由著名的專家學者Savransky博士所給出，所謂的TRIZ系統(tǒng)，則是基于知識體系結(jié)構(gòu)，面向發(fā)明人的有效解決問題的系統(tǒng)方法學，具體包括以下幾個方面的內(nèi)容[3]。

第一，TRIZ是基于知識的方法。主要表現(xiàn)在，TRIZ系統(tǒng)大量采用了相關(guān)在自然科學以及工程學的中效應(yīng)知識；TRIZ系統(tǒng)則是能夠體現(xiàn)發(fā)明問題來進行啟發(fā)式方法解決的知識；TRIZ系統(tǒng)則是有效進行出現(xiàn)問題領(lǐng)域的知識。

第二，TRIZ是面向人的方法。在應(yīng)用TRIZ系統(tǒng)中，啟發(fā)式的方法的對象則是設(shè)計者，而并不是機器。通過TRIZ理論，能夠有效將系統(tǒng)進行分解處理，分解成為多個子系統(tǒng)，有效地對于有害、有益的功能進行區(qū)分和實踐，這樣的分解過程則是受到環(huán)境以及問題的影響，具有較強的隨機性的特點。在這樣的條件下，設(shè)計者能夠快速有效地應(yīng)用到具體的設(shè)計過程中。

第三，TRIZ是系統(tǒng)化的方法，具體表現(xiàn)在：一是，在TRIZ系統(tǒng)中，在具體的問題分析過程中，主要應(yīng)用詳細且通用的模型，應(yīng)該充分重視該模型中間題的系統(tǒng)化知識；二是，對于解決問題的過程進行分析，可以看出，這是一個系統(tǒng)化的，能夠方便對于已經(jīng)掌握知識的應(yīng)用的過程。

第四，TRIZ是發(fā)明問題解決理論，具體表現(xiàn)在：一是，虛構(gòu)的理解可以有效代替未知所需要的情況；二是，通過對于設(shè)計中的沖突的有效解決，獲得創(chuàng)新解，但是，沖突中的某些步驟則是不清楚的；三是，利用有效的環(huán)境或系統(tǒng)本身的資源可以得到一般情況下的理想解；四是，利用已知的系統(tǒng)進化趨勢能夠有效推斷一般情況下的理想解。

1.2 TRIZ的研究內(nèi)容

TRIZ則是一種有效的方法學，能夠保證對于新設(shè)計、設(shè)計改進以及二次設(shè)計的設(shè)計者，提供有效的過程模型、方法、以及具體的工具。

1.3 發(fā)明問題解決理論

利用有效的科學思維方式，TRIZ系統(tǒng)能夠利用一系列工具[4]，第一步，把特定抽象問題進行有效轉(zhuǎn)換，能夠變?yōu)橐话阋饬x上的標準或者一般性的問題，第二步，利用標準方式進行求解，第三步，得到特定的有效解。

2 實際設(shè)計案例應(yīng)用——自行車剎車裝置的設(shè)計

在實際應(yīng)用中，自行車的剎車裝置很多，用來減慢或者阻止自行車速度。從方便或者經(jīng)濟角度進行考慮，一般來說，杠桿式以及卡鉗式的剎車較為常見，在操作者按壓下手柄的過程中，就能讓剎車裝置卡住自行車邊緣，這種裝置主要是依靠安裝在剎車構(gòu)架中的兩塊橡膠皮的作用，其主要是相對地在輪緣的兩側(cè)，通過輪緣接觸剎車片，利用摩擦力而達到剎車的效果。

對于自行車剎車過程來說，設(shè)計標準則是干燥的地面或者是潮濕的地面。所以，應(yīng)該通過有效設(shè)計，能夠適應(yīng)于任意天氣的要求，能有效實現(xiàn)安全行駛的剎車功能。為了解決自行車剎車問題適用于任何天氣情況，可以從兩個方面進行思考。一是，剎車裝置則是由一種條件下的材料制成，能滿足干燥的條件，或者能滿足潮濕的條件，需要使用者在不同的天氣下進行剎車裝置的更換；二是，如果輪緣被水膜或者沙礫覆蓋的情況，則會在不同的條件下（干或濕）產(chǎn)生不同的性能。因此，對于這個問題的分析，要想解決核心問題并不容易，可以有效利用TRIZ來解決系統(tǒng)矛盾。

對于解決含有矛盾問題的方法，經(jīng)過整理，可以進行如下的簡單陳述：1）進行相應(yīng)的剎車裝置的調(diào)整或者置換處理，能夠提高潮濕或者干燥條件下的可靠性能，但是，使用存在一定的不方便性；2）通過有效的技術(shù)參數(shù)的調(diào)整工作，能夠提升剎車、輪緣的穩(wěn)定性。

所以，這樣就可以得到相應(yīng)的概念設(shè)計。根據(jù)系統(tǒng)要求，類似于“復合材料”和“媒介”的概念去解決問題。對于“復合材料”來說，則是把均勻性的材料用復合性質(zhì)的材料進行替代；對于“媒介”來說，則是利用有效的中間物體來實現(xiàn)功能的轉(zhuǎn)移，短時間內(nèi)，實現(xiàn)物體同另外一個容易移除的物體相聯(lián)。

在此基礎(chǔ)上，提出了一種分離式的剎車結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，也就是具體的復合材料原理的表現(xiàn)。能夠有效地解決“可靠性/方便性”矛盾的問題，通過有效組合，變得到了較為合理的理想設(shè)計。具體的原理如下：在剎車的前端安裝一個能夠進行移動的軟橡膠，利用彈簧能夠進行傾斜度的調(diào)節(jié)問題。保證輪緣和移動橡膠的面具有一定的預設(shè)距離。在進行剎車的情況下，保證移動橡膠能夠首先接觸到輪緣，能夠有效地把塵土、水膜、沙礫進行抹去。這樣的基礎(chǔ)上，剎車皮接觸輪緣能夠?qū)崿F(xiàn)在任何天氣條件下的效果。所以，這就是利用TRIZ系統(tǒng)，有效解決其中的矛盾。

3 結(jié)論

創(chuàng)新能力的核心問題就是培養(yǎng)創(chuàng)造思維的能力，在進行產(chǎn)品創(chuàng)新的過程中，往往都是在產(chǎn)品的概念設(shè)計階段，這就要求具有有競爭力、嶄新思維的工作原理。根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計理論有缺點的分析和探究，在研究全世界專利的基礎(chǔ)上所提出的TRIZ系統(tǒng)理論，具有較強的實用性和可操作性。對于工業(yè)設(shè)計的理論工作者來說，應(yīng)該盡快掌握TRIZ系統(tǒng)，并在企業(yè)中國進行有效的推廣應(yīng)用，保證其在我國企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新中發(fā)揮更大的作用。

[1]周建軍，李明富，陳木勝.TRIZ、VE及在創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2009，44（5）.

[2]路鑫，黃維，王子灝.現(xiàn)代機械設(shè)計中創(chuàng)新設(shè)計TRIZ理論的應(yīng)用[J].科協(xié)論壇（下半月），2013（12）.

[3]崔福霞.創(chuàng)新設(shè)計（TRIZ理論）在機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].大眾科技，2010（2）.

TH11

A

1674-6708（2015）145-0117-01