基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺構(gòu)建研究

余意平 楊勤

摘要：研究基于TTRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺的構(gòu)建方法，便于工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域能夠利FBTRIZ理論更好地進行創(chuàng)新工作。通過總結(jié)TRIZ理論在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用狀況，分析了工業(yè)設(shè)計活動中的需求和TRIZ理論的相關(guān)性，提出了基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺的需求模型?；谠撃Ｐ?，提出了基于TRIZ理論的平臺評價方法，構(gòu)建了平臺的創(chuàng)新輔助功能，建立了工業(yè)設(shè)計效應(yīng)庫。最終對平臺的功能進行了定義，確定了平臺架構(gòu)，制作出平臺原型，驗證了構(gòu)建方法的有效性。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計 平臺 TRIZ理論 創(chuàng)新設(shè)計

前言

TRIZ理論是目前世界上流傳廣泛的創(chuàng)新設(shè)計理論，最初TRIZ理論僅應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域，通過半個多世紀(jì)的發(fā)展，現(xiàn)在也逐步應(yīng)用于管理、設(shè)計、社會等其他領(lǐng)域。目前國內(nèi)和工業(yè)設(shè)計相關(guān)的服務(wù)平臺主要集中于信息服務(wù)，提供的功能主要是設(shè)計資訊、設(shè)計資源的介紹，設(shè)計活動的推廣等，并沒有針對工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新活動過程，幫助設(shè)計師進行創(chuàng)新設(shè)計的服務(wù)平臺?；诖?，文中首先分析TRIZ理論在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，提出一套基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計服務(wù)平臺的需求模型，結(jié)合TRIZ理論解決了平臺的關(guān)鍵技術(shù)，包括平臺的評價方法、創(chuàng)新輔助功能、工業(yè)設(shè)計效應(yīng)庫。最終構(gòu)建了平臺的架構(gòu)，開發(fā)出原型，驗證了平臺的有效性，

一、TRIZ理論與工業(yè)設(shè)計

（一）TRIZ理論概述

在20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)阿奇舒勒為TRIZ理論奠定了基礎(chǔ)。他本人是一位發(fā)明家和創(chuàng)造學(xué)家，20歲是成為一名專利審查員。他通過總結(jié)大量的專利，提出了一套體系化的用于解決創(chuàng)新發(fā)明問題的理論。TRIZ的核心是解決矛盾，運用技術(shù)系統(tǒng)進化理論，用系統(tǒng)化的流程來解決問題和矛盾。（如表1）總結(jié)出了TRIZ理論體系。

此外，TRIZ理論還有一些資源分析、功能分析、因果分析等內(nèi)容，但這些內(nèi)容研究的較少圓，高長青在《TRIZ一發(fā)明問題解決理論》中有提到相關(guān)內(nèi)容，這些內(nèi)容雖然不在系統(tǒng)骨干中，但在TRIZ應(yīng)用中能夠起到明顯的輔助作用。

（二）TRIZ理論在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用研究

TRIZ理論在經(jīng)歷半個多世紀(jì)的發(fā)展后，成為一套成熟的解決創(chuàng)新問題的理論體系和方法體系，應(yīng)用領(lǐng)域也從工程領(lǐng)域向社會科學(xué)、管理科學(xué)、經(jīng)濟科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)展。

在設(shè)計領(lǐng)域，TRIZ多被應(yīng)用在產(chǎn)品評價、生態(tài)設(shè)計等領(lǐng)域。Russo將TRIZ理論應(yīng)用在生態(tài)設(shè)計領(lǐng)域中，他運用TRIZ理論的相關(guān)概念和工具來評估技術(shù)系統(tǒng)，得到方案的改進方向。Giuditta Pezzotta將TRIZ理論應(yīng)用在產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)（PSS）中，通過技術(shù)系統(tǒng)進化法則和s一曲線來分析發(fā)展趨勢，Heikan lzumi利用TRIZ理論和信息集成方法提出了一個通過比較不同類型功能來提升設(shè)計過程的方法，艾險峰等將TRIZ理論中的理想度應(yīng)用在產(chǎn)品方案的篩選可評價上，劉曉敏將TRIZ理論和功能類比理論相結(jié)合設(shè)計出類比源設(shè)計求解模型，柳麗娟針對快遞包裝設(shè)計中的沖突問題，利用TRIZ理論中的發(fā)明原理進行了改進。

在現(xiàn)階段，對于TRIZ理論在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的研究主要集中在如何將TRIZ體系中的工具和方法和工業(yè)設(shè)計過程中的某項需求相結(jié)合，解決在設(shè)計過程中遇到的具體問題。從上述的研究內(nèi)容可以看出，TRIZ理論和工業(yè)設(shè)計上的創(chuàng)新有契合的地方，TRIZ理論體系在解決創(chuàng)新問題上有很大的優(yōu)勢。但是現(xiàn)在對于TRIZ理論在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用并沒有一個適用于工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)的體系，為了能夠幫助工業(yè)設(shè)計師更好地利用TRIZ方法和工具，本文通過對于工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)需求的分析，構(gòu)建一個基于TRIZ理論的適合工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新實踐的平臺，提升在設(shè)計實踐中的創(chuàng)新水平。

二、基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺需求分析

工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺的需求主要是在工業(yè)設(shè)計活動中產(chǎn)生。平臺用戶需求是平臺使用者期望在平臺能夠獲得的功能，用戶群體主要是和工業(yè)設(shè)計活動相關(guān)的人員，例如高校工業(yè)設(shè)計師生、制造業(yè)企業(yè)設(shè)計師等。最終通過分析工業(yè)設(shè)計活動的需求，總結(jié)出能夠利用TRIZ理論的理想解。

（一）工業(yè)設(shè)計活動中創(chuàng)新活動需求分析

工業(yè)設(shè)計在2015年更新了工業(yè)設(shè)計的新定義，提出工業(yè)設(shè)計是一種跨學(xué)科，將創(chuàng)新、技術(shù)、商業(yè)、研究及消費者緊密聯(lián)系在一起的創(chuàng)造性活動，而本文中提出的基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺中定義的主要是狹義上的工業(yè)設(shè)計，是面向制造業(yè)的服務(wù)。楊向東描述了工業(yè)設(shè)計的一般流程，在實踐中這些流程可能會有所改變，但是基本程序可以概括成（如圖1）中的步驟。由于產(chǎn)品設(shè)計范圍比較大，種類繁多，對于不同的產(chǎn)品，設(shè)計程序、方法都不盡相同。

通過針對流程中的分析，充分了解各個步驟在產(chǎn)品設(shè)計中的作用，總結(jié)出在工業(yè)設(shè)計各個流程中所需要的服務(wù)需求結(jié)果，（如表2）所示：

（二）基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺需求模型

在上文中分析了工業(yè)設(shè)計活動的服務(wù)需求，但并不是其中所有的需求都可以通過TRIZ理論來解決，通過分析各項需求與TRIZ理論的契合度，最終得到整體平臺的需求項，總結(jié)出符合基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺的需求模型，（如圖2）所示。

三、基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)研究

（一）平臺的評價體系

設(shè)計人員在進行工業(yè)設(shè)計活動時，在各個階段對于產(chǎn)品進行分析是必不可少的。TRIZ理論通過理想度的計算來對系統(tǒng)的總體效益進行評價。理想度的計算公式如下：

在上一節(jié)提出的基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺需求模型中，需要進行評價的主要內(nèi)容有產(chǎn)品競爭力分析、產(chǎn)品設(shè)計分析、CMF分析、產(chǎn)品性能分析，對這幾項的評價方法具體分析如下：

1.產(chǎn)品競爭力分析：在產(chǎn)品競爭力上，能夠帶來正向影響的因素包括產(chǎn)品所有的效益，例如產(chǎn)品的功能帶來使用上的便捷、產(chǎn)品的外觀帶來心理上的舒適，能夠帶來負面印象的因素包括在產(chǎn)品上的所有花費，包括產(chǎn)品的價格、產(chǎn)品的維護成本、產(chǎn)品的處理成本。平臺的產(chǎn)品競爭力計算公式如下：

2.產(chǎn)品設(shè)計分析：在前期調(diào)研工作結(jié)束，進入真正的創(chuàng)意設(shè)計階段，會產(chǎn)生很多創(chuàng)意方案，對于這些方案的評價，正面主要集中于產(chǎn)品的功能、外觀這亮點，負面評價主要集中與成本、危害這兩點。平臺的產(chǎn)品設(shè)計分析公式如下：

3.產(chǎn)品可行性分析

在方案設(shè)計結(jié)束之后，需要對篩選出來的方案進行樣機制作，驗證設(shè)計方案的可行性。產(chǎn)品可行性的正向影響包括產(chǎn)品的有用功能、產(chǎn)品的可靠性，產(chǎn)品的負面影響是產(chǎn)品的成本，這里的成本包括產(chǎn)品的原料成本、學(xué)習(xí)成本、使用成本等。產(chǎn)品的性能與可行性分析計算公式如下：

在工業(yè)設(shè)計活動是一種創(chuàng)造性的活動，在工業(yè)設(shè)計流程中，創(chuàng)新性無處不在。TRIZ理論作為創(chuàng)新問題解決方法，能夠應(yīng)用到工業(yè)設(shè)計流程中的步驟主要有三個部分：產(chǎn)品方案構(gòu)思階段，產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計階段，在設(shè)計完成之后產(chǎn)品優(yōu)化階段。平臺通過綜合TRIZ理論在平臺提供創(chuàng)新設(shè)計輔助功能。

1.產(chǎn)品構(gòu)思階段創(chuàng)新輔助方法

在產(chǎn)品構(gòu)思階段，平臺利用物質(zhì)場理論分析產(chǎn)品與人、環(huán)境之間的關(guān)系，來輔助設(shè)計構(gòu)思全新的產(chǎn)品。物質(zhì)一場功能模型（如圖3）所示，期中F為場，場泛指兩個物體之間的相互作用，S1是希望發(fā)生變化的物質(zhì)，s2是主動物體，圖中表示的是場F通過S2作用于S1并改變S1。物質(zhì)場分析法是描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系的符號語言，能夠直觀地顯示結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

具體應(yīng)用方法步驟為：1）模擬產(chǎn)品使用場景，列出相關(guān)的設(shè)計要素；2）定義產(chǎn)品的功能，分析設(shè)計要素之間關(guān)系的功能模型；3）利用物質(zhì)一場分析方法，建立產(chǎn)品的整體的功能模型；4）分析產(chǎn)品整體功能模型，觀察各個部件上創(chuàng)新的可能性；5）得到新的設(shè)計方向，尋求新的創(chuàng)新信息。

2.產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計輔助方法

在確定了產(chǎn)品設(shè)計方向之后，需要對產(chǎn)品進行具體的方案設(shè)計。在這個階段，需要創(chuàng)新思維來得到解決方案?，F(xiàn)階段常用的傳統(tǒng)思維方法有試錯法、頭腦風(fēng)暴法等。TRIZ理論提供了多種新的創(chuàng)新思維方法，例如小人法、多屏幕法、STC算子法等。這里以STC算子法為例，展示用戶如何在平臺通過該方法進行創(chuàng)意設(shè)計。

STC算子是一種比較簡單的思維實驗，它通過極限思維的方式來打破思維定勢，STC算子模型（如圖4）所示。具體的分析過程為：1）明確現(xiàn)有的產(chǎn)品的尺寸、時間和成本i 2）想像產(chǎn)品的尺寸無窮大（s->0），無窮?。⊿>0）；3）想像產(chǎn)品使用過程的時間無窮大（T->0），無窮?。═->0）；4）想像產(chǎn)品的成本無窮大（C->0），無窮?。–>0）。此外，還可以對產(chǎn)品的其他因素進行定義，然后運用極限的思維進行分析。

3.產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計輔助方法

在產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計階段，產(chǎn)品方案原型已經(jīng)確定，這時優(yōu)化主要集中在產(chǎn)品的技術(shù)性能上。產(chǎn)品的實現(xiàn)是由多個結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，當(dāng)改進某項部件，即提升產(chǎn)品某個方面性能的時候，可能會影響相關(guān)聯(lián)的部件，導(dǎo)致另—方面性能受到影響，當(dāng)這些影響是負面的時候，就需要進行優(yōu)化產(chǎn)品系統(tǒng)。而這種影響在TRIZ理論中就被稱為沖突。產(chǎn)品的優(yōu)化也可以視作矛盾緩和、解決的過程。

TRIZ理論中將矛盾分為技術(shù)矛盾與物理矛盾，技術(shù)矛盾即提升一項技術(shù)參數(shù)導(dǎo)致另一項惡化，物理矛盾即針對系統(tǒng)的某項參數(shù)有兩個不同的要求。技術(shù)矛盾可以用矛盾矩陣來解決，物理矛盾可以用分離方法來解決，（如圖5）即矛盾解決方案。

（三）工業(yè)設(shè)計效應(yīng)庫的構(gòu)建

效應(yīng)在TRIZ理論中基于知識的工具，分析專利技術(shù)實現(xiàn)過程中所利用到的科學(xué)原理之間的相關(guān)性上形成的。工業(yè)設(shè)計活動中，為了實現(xiàn)某項功能和感受，也會選擇相關(guān)的設(shè)計手法、設(shè)計材料等。為了便于用戶設(shè)計者能夠便捷地獲得某項需求相關(guān)的設(shè)計要素，可以通過分析大量不同產(chǎn)品的產(chǎn)品功能與設(shè)計要素之間的關(guān)系，構(gòu)建工業(yè)設(shè)計效應(yīng)庫。每個產(chǎn)品都可以從結(jié)構(gòu)、色彩、材料、表面處理方式等角度來分析該要素對產(chǎn)品的影響。

建立工業(yè)設(shè)計效應(yīng)庫的目的是建立設(shè)計項目的功能和設(shè)計要素之間的關(guān)系，使設(shè)計師在產(chǎn)品設(shè)計過程中可以根據(jù)與目標(biāo)選擇設(shè)計要素。（如表3）是工業(yè)設(shè)計效應(yīng)庫的一部分，平臺通過大量分析現(xiàn)有產(chǎn)品的功能與設(shè)計要素之間的關(guān)系，構(gòu)建出工業(yè)設(shè)計效應(yīng)庫，并不斷完善。

四、基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺的構(gòu)建與運行

（一）平臺的功能定義

基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計服務(wù)平臺構(gòu)建的第一步就是要有明確的定義，定義的合理與否會直接影響未來平臺運行的效果。本文構(gòu)建的基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺是面向各類有在工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)方面有需求的主體，例如廣大企業(yè)、高校師生，利用TRIZ理論和工具向他們提供在工業(yè)設(shè)計方向上的創(chuàng)新服務(wù)的公共服務(wù)平臺。

本平臺通過整合各類創(chuàng)新資源、論文、專利，依托TRIZ理論下的沖突矩陣、發(fā)明原理等工具為核心，運用最終理想結(jié)果IFR為評價體系，通過互聯(lián)網(wǎng)、APP平臺為渠道，為工業(yè)設(shè)計需求方提供包括研發(fā)設(shè)計服務(wù)、TRIz創(chuàng)新服務(wù)、產(chǎn)品平臺進化分析服務(wù)、技術(shù)支撐服務(wù)、專利分析與規(guī)避服務(wù)等創(chuàng)新服務(wù)，平臺功能定義框架（如圖6）所示。

（二）平臺總體架構(gòu)

本節(jié)依據(jù)前一小節(jié)的功能定義，設(shè)計了基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計服務(wù)平臺的總體架構(gòu)，平臺的總體架構(gòu)分為四個層次：平臺接入層、平臺功能層、平臺支撐層、平臺資源層。架構(gòu)（如圖7）所示：

（三）平臺開發(fā)

基于平臺架構(gòu)，開發(fā)了基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)意服務(wù)平臺的原型系統(tǒng)，通過對于原型系統(tǒng)的開發(fā)來驗證平臺的有效性。文章使用Dreamweaver作為開發(fā)工具，SQL Server作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)初步實現(xiàn)平臺的原型。平臺采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）的架構(gòu)，用戶通過計算機網(wǎng)頁端、移動端APP使用本平臺，在這種情況下，服務(wù)器完成數(shù)據(jù)運算、收集、分析等業(yè)務(wù)，客戶端只處理少部分結(jié)果獲取、網(wǎng)頁渲染等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)，可以有效減少客戶端負載，降低用戶投入，提升用戶體驗。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)框架（如圖8）所示。

五、平臺運行效果

平臺首頁（如圖9）所示，平臺的首頁是平臺整體功能的導(dǎo)航頁，也是其他功能的入口。網(wǎng)站首頁整體采用了藍綠色為主色調(diào)，體現(xiàn)了技術(shù)性和科技性。

為了便于用戶能夠快速找到其需要的功能，首頁將各類服務(wù)進行分類匯總，將重點信息進行首屏推薦。

用戶通過登錄來使用平臺的服務(wù)，平臺功能使用界面（如圖10）所示。左側(cè)為用戶信息和平臺功能導(dǎo)航區(qū)域，中間最大的區(qū)域為用戶操作區(qū)域，右側(cè)可以查看歷史工作方案。

六、總結(jié)

本文通過分析TRIZ理論在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，結(jié)合目前工業(yè)設(shè)計產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的需求，研究了可應(yīng)用在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的TRIZ工具，提出了基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺需求模型。再通過分析需求模型，研究了平臺構(gòu)建中的關(guān)鍵技術(shù)，闡述了平臺的功能定位，構(gòu)建了基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺架構(gòu)，并設(shè)計實現(xiàn)了基于TRIZ理論的工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新服務(wù)平臺原型。未來平臺的發(fā)展可以進一步整合網(wǎng)絡(luò)資源。對平臺工具的使用流程進行優(yōu)化，提升平臺的使用效率。

本平臺通過整合資源，能夠?qū)⒏鞣N創(chuàng)新資源進行集中，通過平臺統(tǒng)一進行分配使用，再通過TRIZ工具和方法進行分析應(yīng)用，能夠幫助設(shè)計產(chǎn)業(yè)鏈上各個層級的用戶進行有效的設(shè)計創(chuàng)新，為制造業(yè)升級助力。