付 敏，李 銳，范德林

(1.東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040;2.東北林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)在俄文中是發(fā)明問題解決原理的詞頭，它是由前蘇聯(lián)發(fā)明家Altshuller 及其領(lǐng)導(dǎo)的研究員們通過分析各個(gè)國(guó)家專利而提出的一種解決問題的創(chuàng)新性理論，其組成包括了解決相應(yīng)技術(shù)問題和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)的各種方法、工具以及算法，最終使TRIZ 成為人類在創(chuàng)新活動(dòng)中的理論指導(dǎo)方法.TRIZ 的理論基礎(chǔ)為技術(shù)系統(tǒng)的演化規(guī)律;具體分析工具包括預(yù)期失效判定分析、物質(zhì)場(chǎng)模型、矛盾分析、發(fā)明問題解決算法、理想解分析等;具體應(yīng)用工具包括標(biāo)準(zhǔn)解和知識(shí)效應(yīng)庫、技術(shù)參數(shù)、發(fā)明原理、分離原理、矛盾矩陣等［1］.

大量的應(yīng)用研究實(shí)例表明，TRIZ 更多的是幫助設(shè)計(jì)人員解決設(shè)計(jì)過程中具體出現(xiàn)的問題，但是沒有給出具體方法指導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)人員找出設(shè)計(jì)中存在的沖突，沒有具體的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)流程，同時(shí)，面對(duì)復(fù)雜多層次問題，TRIZ 也沒有合適的工具.而其他的公理化設(shè)計(jì)(AD)、質(zhì)量功能展開(QFD)、約束理論(TOC)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)、功能分析(FA )、田口方法等主流創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法能很好解決做什么的問題，因此將TRIZ 與其他創(chuàng)新理論相結(jié)合，建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)的集成創(chuàng)新模型，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論研究?jī)r(jià)值.

本文系統(tǒng)闡述了TRIZ 理論與其他創(chuàng)新理論結(jié)合用于產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對(duì)基于TRIZ 理論的集成創(chuàng)新方法研究進(jìn)行了總結(jié)及展望.

1 基于TRIZ的產(chǎn)品設(shè)計(jì)集成創(chuàng)新方法的研究現(xiàn)狀

1.1 TRIZ和公理化設(shè)計(jì)(AD)的結(jié)合

公理設(shè)計(jì)(AD)是由美國(guó)麻省理工學(xué)院的SUH N P 教授提出來的一種系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)理論，主要涵蓋域、層次結(jié)構(gòu)、映射以及兩條公理4 個(gè)概念.公理設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)的過程劃分為4 個(gè)主要域，即用戶域、工藝域、功能域和結(jié)構(gòu)域，為研究結(jié)構(gòu)域與功能域之間的關(guān)系，需要將每層的設(shè)計(jì)功能和設(shè)計(jì)參數(shù)加以定義，同時(shí)通過獨(dú)立公理和信息公理對(duì)設(shè)計(jì)合理性及最優(yōu)化進(jìn)行判斷［2］.

AHN Y J［3］和 LEE K W［4］認(rèn)為 AD 和 TRIZ 有很多概念存在內(nèi)在的聯(lián)系以及共同點(diǎn)，它們兩者可以進(jìn)行互相補(bǔ)充和借鑒.FREY D D［5］指出 TRIZ 中的矛盾與AD 中的耦合相互對(duì)應(yīng)，解決AD 中的耦合問題在很大程度上取決于合理地利用TRIZ 中的相關(guān)知識(shí)和工具.SHIRWAIER P A［6］等經(jīng)總結(jié)認(rèn)為AD 理論在設(shè)計(jì)活動(dòng)中幫助構(gòu)造一個(gè)完整且實(shí)用的框架，而獨(dú)立性公理和信息公理對(duì)設(shè)計(jì)活動(dòng)的優(yōu)劣性、合理性以及如何選擇方案提供了有效的判斷準(zhǔn)則，并使設(shè)計(jì)師可以不受傳統(tǒng)試錯(cuò)式方法具有耗時(shí)、過程反復(fù)等缺陷的困擾，進(jìn)而提高效率，而TRIZ 將技術(shù)系統(tǒng)的演化規(guī)律作為綱領(lǐng)，并應(yīng)用相應(yīng)的工具及算法來解決設(shè)計(jì)中存在的矛盾，讓創(chuàng)新設(shè)計(jì)變得有跡可循，此兩種理論擁有很強(qiáng)的互補(bǔ)性.MANN D 教授［7］在公理設(shè)計(jì)里功能域到結(jié)構(gòu)域的映射模型中，集成沖突解決原理，提出分解的設(shè)計(jì)方案，解決設(shè)計(jì)中的耦合問題，國(guó)內(nèi)的張路軍［8］、劉剛［9］等人也先后嘗試這種思路，同時(shí)進(jìn)行了具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例的驗(yàn)證;丁俊武［10］更進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充，并試圖將TRIZ 的知識(shí)庫工具以及分析工具集成到AD 功能域和物理域的映射過程當(dāng)中.

鑒于國(guó)內(nèi)外研究重點(diǎn)多數(shù)集中在僅僅運(yùn)用TRIZ 的矛盾沖突以及解決矛盾方法來解決AD 理論中的耦合問題，反而很少注意到TRIZ 理論對(duì)AD分解中的指導(dǎo)作用，田啟華［11］指出AD 理論的層次分解將TRIZ 理論的技術(shù)進(jìn)化法則作為指導(dǎo)，進(jìn)而減少分解過程的盲目性.基于此，余海亮在產(chǎn)品系統(tǒng)功能分解前使用TRIZ 進(jìn)化理論判斷其進(jìn)化趨勢(shì)，并將科學(xué)效應(yīng)知識(shí)庫以及專利知識(shí)庫中的創(chuàng)新知識(shí)應(yīng)用到公理設(shè)計(jì)中，創(chuàng)建一個(gè)集成設(shè)計(jì)功能結(jié)構(gòu)映射(AD-FPS)/TRIZ 模型.李博［12］以 AD 理論為整體架構(gòu)，將設(shè)計(jì)過程分為消除耦合和降低信息量?jī)蓚€(gè)階段，并選擇性地使用TRIZ 矛盾解決原理解決其中的矛盾，或者用TRIZ 標(biāo)準(zhǔn)解法消除有害功能.侯磊［13］以AD 理論為框架建立概念創(chuàng)新設(shè)計(jì)模型，應(yīng)用TRIZ 理論的多種工具進(jìn)行解耦，并且參考信息公理及理想化水平的共同作用，以選定最終方案.

1.2 TRIZ和質(zhì)量功能配置(QFD)的結(jié)合

質(zhì)量功能配置(QFD)［14］的核心思想是產(chǎn)品從可行性分析到投產(chǎn)，都應(yīng)該將市場(chǎng)的需求作為驅(qū)動(dòng)，著重把市場(chǎng)的需求轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品開發(fā)的各類信息，QFD 使用的基本工具是“質(zhì)量屋”(House of Quality，HOQ).QFD 主要關(guān)注的是產(chǎn)品的規(guī)劃以及問題的預(yù)防，并不是產(chǎn)品具體參數(shù)的設(shè)計(jì)，也就是說QFD 只能解決“做什么”，而TRIZ 用于解決“怎么做”.因此一些學(xué)者致力于將TRIZ 理論和 QFD集成的研究應(yīng)用方面:

DOMD 指出TRIZ 理論可以利用于質(zhì)量功能的各個(gè)階段，TRIZ 能夠在相關(guān)矩陣中加強(qiáng)質(zhì)量功能的展開;ELLEN D 博士嘗試將 TRIZ 中的某些工具引進(jìn)到QFD 中，同時(shí)對(duì)引進(jìn)到 QFD 中那些 TRIZ工具歸類;TERNINKO J［15］將 QFD 與 TRIZ 的理想解相結(jié)合;YAMASHINA［16］，LEE N［17］先后集成了QFD 和TRIZ，并利用“質(zhì)量屋”將顧客的需求映射到質(zhì)量特性改善中，運(yùn)用TRIZ 理論中的矛盾矩陣、物質(zhì)－場(chǎng)分析和效應(yīng)知識(shí)庫分別將零部件質(zhì)量特性進(jìn)行改善，使新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和技術(shù)的創(chuàng)新愈加有效.

華中生［18］考慮到用上述方法改進(jìn)后的零件之間可能會(huì)產(chǎn)生新的負(fù)相關(guān)問題，提出了改進(jìn)的QFD-TRIZ 集成方法.檀潤(rùn)華［19］指出運(yùn)用 QFD 中的第一個(gè)質(zhì)量屋，通過功能分析可以創(chuàng)建第二個(gè)質(zhì)量屋，由敏感矩陣的負(fù)相關(guān)項(xiàng)來明確設(shè)計(jì)沖突和類型，且用 TRIZ 中沖突解決原理解決沖突.管虹翔［20］為提升QFD 對(duì)問題表述的準(zhǔn)確度，引入了“相關(guān)關(guān)系”，并與TRIZ 結(jié)合提出了基于相關(guān)QFD 的技術(shù)評(píng)價(jià)、需求評(píng)價(jià)、質(zhì)量屋群評(píng)價(jià)方法以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型，提高了產(chǎn)品的開發(fā)速度.穆建華［21］主要從信息和應(yīng)用集成對(duì)QFD 和TRIZ 的理論集成進(jìn)行研究，創(chuàng)建了信息集成模型和應(yīng)用集成模型，同時(shí)把模型分成信息收集與分析、具體實(shí)施應(yīng)用這兩個(gè)階段.

廖枝平［22］運(yùn)用TRIZ 理論的沖突矩陣以及40條發(fā)明原理來處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中存在的技術(shù)沖突，提出了一個(gè)簡(jiǎn)化的質(zhì)量屋模型，從而使創(chuàng)新理論對(duì)中小型企業(yè)更加有可操作性與實(shí)用性.王浩倫［23］針對(duì)大規(guī)模定制生產(chǎn)模式下的企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新能力不足的問題，指出了在QFD 和TRIZ 基礎(chǔ)上的產(chǎn)品創(chuàng)新流程.

1.3 TRIZ和約束理論(TOC)的結(jié)合

約束理論(TOC)是Goldratt 博士提出的面向約束的管理理論，利用TOC 分析產(chǎn)品沖突問題，該理論關(guān)鍵是要找到約束和影響客觀實(shí)際系統(tǒng)的關(guān)鍵因素并加以解決.TOC 概念即運(yùn)用系統(tǒng)化方法建立問題的邏輯圖表，確認(rèn)根原因并形成解決根原因的過程，TOC 可以引導(dǎo)設(shè)計(jì)者構(gòu)建問題、確定問題、構(gòu)建求解模型、確認(rèn)系統(tǒng)產(chǎn)生約束以及約束的條件、找到約束的突破點(diǎn)、改良或解除確定的不合理約束、肯定要克服的阻礙以及實(shí)施解的過程，并打下了最終解決沖突問題的基礎(chǔ)［24］.

RIZZO［25］初步提出可以利用 TOC 中的矛盾解決圖，定義產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中的矛盾，然后再用TRIZ 解決沖突.STRATTON R［26］和MANND研究了由TRIZ與TOC集成的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用TOC中的當(dāng)前實(shí)現(xiàn)樹和沖突解決圖表為TRIZ 識(shí)別產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的主要問題，使用TRIZ 中的發(fā)明工具產(chǎn)生創(chuàng)新方案.此后，很多學(xué)者進(jìn)行實(shí)例研究，驗(yàn)證TOC幫助TRIZ 解決問題的可行性，但是這些研究并沒有為TOC 與TRIZ 的結(jié)合構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)的框架，形成普遍的方法［27］.

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)TRIZ 與TOC 集成的方法的研究，主要是通過對(duì)TOC 的改進(jìn)，以便有效地找出產(chǎn)品系統(tǒng)中要解決的矛盾，接著用TRIZ 中的工具形成解決問題的方案，如苑彩云［28］，華中生［29］使用TRIZ 與TOC 的方法進(jìn)行產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì);韋子輝［30］創(chuàng)建的關(guān)于 TRIZ 與 TOC 的多沖突問題解決過程模型.宋開紅［31］以 TOC 和 TRIZ 理論為根本，通過一個(gè)實(shí)例論述了兩種方法相結(jié)合形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的詳細(xì)步驟.

1.4 TRIZ和專利研究及仿生學(xué)的結(jié)合

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)TRIZ 與專利結(jié)合的研究表現(xiàn)在三個(gè)層面:利用TRIZ 進(jìn)行專利回避以及優(yōu)化專利權(quán)利、利用專利數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品進(jìn)化趨勢(shì)預(yù)測(cè)、建立面向TRIZ 的專利數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)，但是很少涉及TRIZ 與專利相結(jié)合致力于產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的研究.劉振峰［32］從多個(gè)環(huán)節(jié)比較詳細(xì)地建立了基于TRIZ和專利的產(chǎn)品創(chuàng)新模式;黃偉［33］提出以專利分析法和TRIZ 為基礎(chǔ)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與優(yōu)化設(shè)計(jì)流程.

柴亞楠［34］，李林強(qiáng)［35］嘗試將 TRIZ 理論和仿生學(xué)結(jié)合以共同解決工程技術(shù)問題，即將工程技術(shù)問題轉(zhuǎn)換為TRIZ 的標(biāo)準(zhǔn)問題，用物－場(chǎng)模型描述問題，探討問題的理想解，明確問題解所在的方向和位置，找出可以利用的資源，為仿生學(xué)方法從工程技術(shù)問題到生物模型起到橋梁作用，最后依據(jù)仿生學(xué)研究路徑設(shè)計(jì)出相關(guān)的技術(shù)裝置.

1.5 TRIZ和多種創(chuàng)新方法的結(jié)合

針對(duì)已有產(chǎn)品的改良創(chuàng)新設(shè)計(jì):錢煒苗［36］提出一種功能分析(FA)和TOC 共同作用輔助TRIZ的產(chǎn)品改進(jìn)方法;李陽［37］提出一種綠色設(shè)計(jì)模型，即用TOC 找出問題，TRIZ 解決問題，用實(shí)例推理(CBR)將特殊解轉(zhuǎn)化為具體解;張建軍［38］提出使用TOC 發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品的重要矛盾，并用TRIZ 找出解決問題的通用辦法，最終，結(jié)合模糊評(píng)價(jià)理論得出此問題的最優(yōu)解.

針對(duì)于比較完整的產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)新流程——產(chǎn)品功能確定、原理設(shè)計(jì)、方案選擇評(píng)價(jià)，張翔建立了公理設(shè)計(jì)(AD)、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)和TRIZ 理論的集成設(shè)計(jì)模型，對(duì)三種方法的缺陷進(jìn)行互補(bǔ)，進(jìn)一步改善設(shè)計(jì)方法體系.徐起賀［39］則以TRIZ 理論為設(shè)計(jì)原理框架，用QFD 得到用戶需求與產(chǎn)品技術(shù)之間的聯(lián)系，確定產(chǎn)品功能，用基于實(shí)例推理(CBR)方法解決了將TRIZ 解的模型轉(zhuǎn)化為工程解的難題.紀(jì)國(guó)華［40］提出了將 TRIZ 理論當(dāng)做各種沖突的解決工具，利用工藝設(shè)計(jì)(CAPP)加強(qiáng)工藝編制質(zhì)量與效率，基于QFD 分析得出的各種參數(shù)特性，依托實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)優(yōu)化參數(shù)組合，四者相結(jié)合引導(dǎo)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)全過程的輔助模型 .劉曉敏［41］通過集成各種設(shè)計(jì)方法，如TRIZ、未預(yù)見發(fā)現(xiàn)(UXD)、約束理論(TOC)、類比設(shè)計(jì)(ABD)等，創(chuàng)建一種產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)集成過程模型，最終完成產(chǎn)品設(shè)計(jì).

石貴龍［42］提出一種“基于QFD 中的質(zhì)量屋工具、把TRIZ 當(dāng)做問題解決工具、并將田口方法中的損失函數(shù)作為度量標(biāo)準(zhǔn)的問題解決理論”，使產(chǎn)品憑最小的風(fēng)險(xiǎn)滿足顧客需求，解決產(chǎn)品參數(shù)上的問題，使產(chǎn)品性能更穩(wěn)定.TEMNINKO J 博士［43］，金瑩［44］，高清振［45］前后創(chuàng)建了以 QFD，TRIZ 和田口方法為基礎(chǔ)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型，將三種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ).馬懷宇［46］利用 QFD，F(xiàn)A 和 TRIZ 三種方法，為從需求分析到生成方案的設(shè)計(jì)流程，給出了具體的方法和工具處理各個(gè)環(huán)節(jié)的問題.

2 結(jié)論與展望

將TRIZ 理論與其他設(shè)計(jì)理論的比較和整合，進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面，主要表現(xiàn)在公理化設(shè)計(jì)(AD)、質(zhì)量功能布置(QFD)、約束理論(TOC)三大方法.利用AD 可以為設(shè)計(jì)過程提供一個(gè)良好的構(gòu)架，讓設(shè)計(jì)者有清晰的設(shè)計(jì)流程，并且信息公理可以指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員通過方案評(píng)價(jià)選擇最終方案;利用QFD 可以幫助設(shè)計(jì)人員從顧客需求的角度確定要設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品需滿足的功能結(jié)構(gòu);利用TOC 可以幫助設(shè)計(jì)人員更清晰地確定需要解決的沖突問題.同時(shí)，一些學(xué)者將專利方法、仿生法、田口方法等創(chuàng)新方法與TRIZ 融合，建立了設(shè)計(jì)模型，并經(jīng)過驗(yàn)證證明了其可行性.然而，這些基于TRIZ 理論與其他創(chuàng)新理論融合用于產(chǎn)品創(chuàng)新的研究，很多處于概念階段，很多學(xué)者只是提出了一個(gè)大致的模型，對(duì)于具體的細(xì)節(jié)操作還有很多不明確的地方，而且很多模型中僅僅結(jié)合了TRIZ 理論中的矛盾解決方法，忽略了TRIZ 理論中其他強(qiáng)大的理論體系.

所以未來基于TRIZ 的產(chǎn)品設(shè)計(jì)集成創(chuàng)新方法的研究有如下趨勢(shì):一是盡量細(xì)化模型操作步驟，讓大多數(shù)工程技術(shù)人員很容易學(xué)習(xí)接受這種整合的理論，并盡快地運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中去;二是盡量挖掘TRIZ 本身的開發(fā)產(chǎn)品的能力，強(qiáng)化它自身的作用，減輕設(shè)計(jì)人員為了研發(fā)新產(chǎn)品而學(xué)習(xí)過多的創(chuàng)新方法的負(fù)擔(dān);三是盡量多地嘗試與其他創(chuàng)新方法的結(jié)合，以期開發(fā)出一套適用于大多數(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)流程.

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