王曉娟，任小青

(青海大學 機械工程學院，青海 西寧 810016)

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TRIZ理論在工業(yè)產(chǎn)品設計中的應用研究*

王曉娟，任小青

(青海大學 機械工程學院，青海 西寧 810016)

摘要：在全球化技術激烈的競爭中，如何快速開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的高新技術及產(chǎn)品，已成為提升企業(yè)綜合競爭力的關鍵。TRIZ理論已被證明是一套先進的技術創(chuàng)新理論，在許多著名的高新技術企業(yè)獲得成功的應用，創(chuàng)新效果顯著。為提高國內(nèi)產(chǎn)品的創(chuàng)新效率，介紹了TRIZ理論解決問題的基本原理，給出了基于TRIZ理論的產(chǎn)品設計流程。結合設計實例，應用TRIZ理論方法進行了組件功能分析、組件價值分析，并得出最終產(chǎn)品設計方案，證明了TRIZ理論在機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計中可行性，為產(chǎn)品創(chuàng)新設計提出一種新的思路。采用與TRIZ理論體系相結合的創(chuàng)新模式，對提高企業(yè)自主創(chuàng)新能力有著十分重要的作用。

關鍵詞：TRIZ； 創(chuàng)新設計；產(chǎn)品設計

為了適應市場競爭的需要，機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計愈顯迫切。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計開發(fā)方法周期長、成本大，已不能滿足現(xiàn)代市場的需求。機械產(chǎn)品設計的本質(zhì)就是創(chuàng)新[1]。機械產(chǎn)品的設計應滿足使用要求、經(jīng)濟性要求和社會要求。企業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的關鍵的因素是如何獲得創(chuàng)新產(chǎn)品，適應市場需求的產(chǎn)品，而創(chuàng)新方法是企業(yè)新產(chǎn)品成功開發(fā)的重要工具。

產(chǎn)品設計需要突破原有的模式方法， 這就是創(chuàng)新。創(chuàng)新方法是科技創(chuàng)新的手段，也是科技創(chuàng)新的內(nèi)容，創(chuàng)新方法又聚焦TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)理論，運用TRIZ理論的多種工具是產(chǎn)生創(chuàng)意的重要手段。TRIZ創(chuàng)新理論作為現(xiàn)代工程技術領域的核心創(chuàng)新方法已被廣泛應用于制造業(yè)[2]。

1TRIZ理論

TRIZ理論是前蘇聯(lián)G.S.Altshuler及其領導的一批研究人員提出的發(fā)明問題解決理論[3]。經(jīng)過50多年的發(fā)展,TRIZ已成為技術問題或發(fā)明問題解決的強有力方法學，應用該方法學已解決了前蘇聯(lián)、美國、歐洲和日本等許多國家企業(yè)成千上萬產(chǎn)品幵發(fā)中的難題[4]。

作為系統(tǒng)的方法論,TRIZ 理論成功揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理, 將其應用在產(chǎn)品的設計開發(fā)之中，可很大程度上縮短產(chǎn)品設計開發(fā)的周期，加快工程創(chuàng)新的速度，提高企業(yè)的創(chuàng)新能力[5-6]。

2基于TRIZ理論的產(chǎn)品開發(fā)流程

TRIZ理論是由解決技術問題和實現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)的各種方法、算法組成的綜合理論體系，其主要內(nèi)容包括:技術系統(tǒng)進化法則、40個發(fā)明創(chuàng)造原理、39項技術特性、沖突矩陣、物質(zhì)一場分析、76個發(fā)明問題標準解決方法、發(fā)明問題解決算法(ARIZ)以及工程效應知識庫等。在產(chǎn)品設計過程中，上述各項內(nèi)容都能從不同方面對設計人員提供創(chuàng)新方案的指導。應用TRIZ理論求解產(chǎn)品設計是一項系統(tǒng)的工程。

TRIZ理論作為系統(tǒng)的方法論成功地揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理,將其融合在產(chǎn)品設計之中，作為產(chǎn)品創(chuàng)新設計的重要工具，可很大程度上提高工程創(chuàng)新的速度，同時縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期，提高開發(fā)效率，在制造業(yè)中被廣泛應用?；赥RIZ理論的產(chǎn)品開發(fā)流程如圖1所示。

3基于TRIZ理論的機械產(chǎn)品創(chuàng)新實例

通過下述實例簡要說明開發(fā)流程及TRIZ理論在產(chǎn)品開發(fā)中的應用?，F(xiàn)代工業(yè)對環(huán)境的潔凈度要求越來越嚴格，而螺桿泵以其優(yōu)越的抽氣性能得到了用戶的青睞。干式螺桿真空泵具有可靠性高、壽命長、強制輸氣和多相混輸?shù)葍?yōu)點，其抽氣的關鍵部件就是一對相嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子。

3.1組件功能分析

現(xiàn)有真空泵單一的轉(zhuǎn)子型線都會形成吸氣封閉容積，導致螺桿真空泵功耗增加，效率降低，運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，噪聲大。干式真空泵在吸入濕空氣或者空氣中的其他雜質(zhì)時，轉(zhuǎn)子表面在高溫高壓下易受到腐蝕，縮短轉(zhuǎn)子的壽命；在高速旋轉(zhuǎn)情況下，抽氣和排氣過程中產(chǎn)生大量的熱，使得轉(zhuǎn)子受熱變形，轉(zhuǎn)子可能產(chǎn)生干摩擦，破壞系統(tǒng)性能。

基于上述問題，應用TRIZ理論對真空泵系統(tǒng)進行組件的功能分析，通過組件模型分析(見圖2)，描述了系統(tǒng)中的組件都有哪些，以及它們之間的相互關系，并得出影響真空泵工作性能的3個功能因素：1)轉(zhuǎn)子無法得到良好的冷卻；2)環(huán)境無法改變，轉(zhuǎn)子表面強度需提高；3)齒輪的精確嚙合直接影響轉(zhuǎn)子的嚙合。

3.2組件價值分析

組件價值分析如圖3所示。通過對組件理想度進行診斷分析，為了簡化和理想化的系統(tǒng)，給出系統(tǒng)裁剪思路:1)通過移除區(qū)域D中的冷卻系統(tǒng)簡化系統(tǒng)；2)通過增加其功能貢獻來改進區(qū)域C中的系統(tǒng)組件——陽轉(zhuǎn)子、齒輪和軸承。

3.3組件優(yōu)化

通過對組件功能和組件價值進行分析，得出目前市場上真空泵的主要缺點和進一步改進措施，具體如下。

1)泵轉(zhuǎn)子的型線有理論型線和實際型線之分,其理論型線要求保證轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中,2個轉(zhuǎn)子始終保持互相嚙合,故轉(zhuǎn)子的理論型線應做成共扼曲線,但是干式泵實際工作時,2個轉(zhuǎn)子的表面是不接觸的,要求轉(zhuǎn)子之間保持一定的間隙；因此，應該在轉(zhuǎn)子的理論型線的基礎上去掉間隙，得到轉(zhuǎn)子的實際型線。

2)在吸入濕度大的空氣或工業(yè)廢氣時，轉(zhuǎn)子表面易被腐蝕，使其表面強度降低，壽命縮短；同時轉(zhuǎn)子由于質(zhì)量不均勻，旋轉(zhuǎn)時還會發(fā)生振動。 在泵的吸入端設置干燥和過濾系統(tǒng)，可降低轉(zhuǎn)子的腐蝕程度。

3)轉(zhuǎn)子在不斷旋轉(zhuǎn)過程中，會壓縮空氣，產(chǎn)生熱量，致使轉(zhuǎn)子溫度升高，易受熱變形，轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生摩擦振動。可從轉(zhuǎn)子的結構和材料入手，設計散熱性好的轉(zhuǎn)子。

再結合TRIZ理論的小人法，以改善轉(zhuǎn)子的型線、增強表面強度以及降低轉(zhuǎn)子的溫度為著手點，形成解決方案。但是，這些方案都可能帶來系統(tǒng)的復雜性增加等不可預測的問題。

4結語

在制造業(yè)高速發(fā)展的時代，TRIZ理論是制造業(yè)實現(xiàn)快速產(chǎn)品創(chuàng)新設計的重要途徑之一，而TRIZ理論通過中間工具建立了問題模型和結果模型之間的聯(lián)系，是一種程式化的創(chuàng)新設計手段。TRIZ理論、創(chuàng)新方法和工具的合理應用，可實現(xiàn)企業(yè)的創(chuàng)新目標，提高自身的創(chuàng)新能力，縮短產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)新周期，推動企業(yè)經(jīng)濟的增長。

組件功能分析僅僅是創(chuàng)新設計的初步階段，在此基礎上進行組件價值分析，組件結構再設計、再分析，從而實現(xiàn)重大改型的創(chuàng)新設計，這才是產(chǎn)品創(chuàng)新設計的真正價值和意義所在；因此，應用TRIZ理論進行集成，進行現(xiàn)代產(chǎn)品創(chuàng)新設計是產(chǎn)品設計的新的發(fā)展方向，也是現(xiàn)代產(chǎn)品創(chuàng)新設計的需要，在企業(yè)中應對TRIZ創(chuàng)新方法實施推廣和應用。

參考文獻

[1] 王亮申. TRIZ創(chuàng)新理論與應用原理[M]. 北京:科學出版社,2010.

[2] 趙敏,史曉凌,段海波. TRIZ入門及實踐[M]. 北京:科學出版社, 2008.

[3] 呂欣. 基于TRIZ理論中39矛盾矩陣與40創(chuàng)新原則的產(chǎn)品創(chuàng)新設計研究[J]. 包裝工程,2009,30(5): 211-213.

[4] 劉江南,劉秋平. 基于沖突分析的工程車路面除雪裝置創(chuàng)新研究[J]. 湖南大學學報:自然科學版,2011,38(6):33-36.

[5] HAN B B, WANG J. Statistic analysis and visualization of Triz research articles in china[J]. Library&Information Studies,2011,4(2):54-59.

[6] 高長青．TRIZ——發(fā)明問題解決理論[M]. 北京：科學出版社,2011.

* 教育部春暉計劃項目(Z2012090)

科技部創(chuàng)新方法工作專項項目(2012IM020800)

責任編輯彭光宇

The Applied Research of TRIZ Theory in Product Design

WANG Xiaojuan， REN Xiaoqing

(School of Mechanical Engineering of Qinghai University， Xining 810016， China)

Abstract：In the fiercer global competition, rapidly developing high and new technology and its product which has its own intellectual property rights has becomes the key for enterprise to enhance their comprehensive competence.TRIZ theory is a set of advanced innovation theory system,which has been successfully applied in many well-known enterprise, and the innovation effect is remarkable.To improve product innovation efficiency， based on TRIZ theory of the basic principle to solve the problem and the product design process is illustrated. Applying TRIZ theory, product component function and value are analyzed in the example of product design， and a solution of product design is proposed. With the example feasibility is proved, a new problem sovling method is provided for product creative design.Applying innovation pattern and method that matches with TRIZ theory is necessary and important to enhance the innovation capability of enterprise.

Key words:TRIZ， creative design， product design

中圖分類號：TH 122

文獻標志碼:A

作者簡介：王曉娟(1974-)，女，副教授，碩士，主要從事機械產(chǎn)品創(chuàng)新、計算機輔助幾何設計和計算機圖形學等方面的研究。

收稿日期：2015-06-05