基于TRIZ的专利群规避方法研究与应用

目前专利规避设计主要是针对单一专利进行规避设计,然而单一专利规避设计只可规避特定的专利,规避结果仍然有侵犯该专利群中其它专利的风险。因此,集成TRIZ（teorija rezhenijia inzhenernyh zadach,发明问题解决理论）创新方法与专利群规避方法,提出一种系统化的专利群规避方法,用于产品创新设计。首先,通过关键词和IPC(international patent classification,国际专利分类)的布尔运算检索确定目标专利群;然后,通过TRIZ方法中的库组件将专利群中的各个专利联系起来,并通过组件-功能分析建立专利群总功能模型图来确定需规避的问题;接着,应用组件规避、功能规避以及TRIZ创新方法来获取初步解决方案,并进行专利侵权判定及专利组合申请;最后,以某公司玉米脱粒机专利群为实例,应用提出的方法进行专利群规避设计,改进了玉米脱粒机并申请相关专利。结果表明改进后玉米从进料斗由螺旋送料装置送至脱粒辊处,脱粒辊上螺旋分布的脱粒刺使玉米边前进边旋转,达到脱粒效果,改进后玉米脱粒机具备破碎率低、脱净率高及工作效率高的优点。实例验证表明基于TRIZ的专利群规避方法有效实现了对已有专利群的创新规避设计。     

集成AD和TRIZ的箱式电梯防疫功能创新设计

箱式电梯狭小空间内人员之间大量的间接接触给2019冠状病毒病的传播带来了隐患,如何抑制病毒在电梯中生存和传播成为亟待解决的问题。为此,通过分析公理化设计（axiomatic design,AD）和发明问题解决理论（Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch,TRIZ）这2种创新设计方法的优缺点,面向突破性设计、适应性设计和变参数设计等不同的设计类型,提出了集成AD和TRIZ的创新设计方法。首先,对产品的功能需求进行分析,以确定其归属的设计类型,并利用AD理论对功能需求进行分解,采用TRIZ构建功能-结构树。然后,对初步确定的设计方案进行耦合判断,并利用TRIZ进行解耦,经多次迭代求解后得到最终的设计方案。以传统箱式电梯的公共交互控制面板和密闭运载轿厢为研究对象,面向阻止病毒传播和消杀病毒的功能需求,采用集成AD和TRIZ的创新设计方法对箱式电梯的防疫功能模块进行设计,最终为传统箱式电梯设计了非接触式交互控制模块和分条件消毒灭菌模块。创新设计实例在从传统的机械结构设计拓展到新型的人机交互模式设计方面做了有益的尝试,验证了集成AD和TRIZ的创新设计方法的可行性。研究结果可为产品新功能模块的概念创新设计提供有效的理论支撑。     

基于RIR-MOO的定制产品优化设计方法研究

大规模定制是未来产品制造的发展方向,以低成本快速响应客户的个性化需求是定制产品设计的关键。以往对定制产品设计的研究缺少从个性化需求到产品参数的流程化设计指导方法,无法从定制产品个性化的客户需求出发,快速地关联设计目标并指导产品参数的设计。为此,提出了基于RIR-MOO （relative importance ratings and multi-objective optimization,相对重要性等级-多目标优化）的定制产品优化设计方法,从客户需求出发,将关键需求映射到相关的设计目标,再通过多目标优化（multi-objective optimization,MOO）方法快速求解产品参数,实现定制产品的快速响应和优化设计。首先,针对模糊、动态变化的客户需求,利用加权区间粗糙集分析方法对客户需求进行客观分析,排除争议性大的模糊需求,同时计算不同客户需求的相对权重,得到其相对重要性等级（relative importance ratings,RIR）;然后,提出一种基于转换矩阵的客户需求与设计目标关联的方法,根据关键需求与设计目标的关联度以及关键需求的RIR,对关键需求与设计目标进行匹配,实现关键需求到设计目标的转换;最后,基于MOO方法对设计目标对应的产品参数进行优化设计,实现约束条件下定制产品的多目标优化。以汽车发动机活塞机构优化设计为例,对基于RIR-MOO的优化设计方法的可行性进行验证。结果表明,所提出的方法可以快速响应定制产品的客户需求并指导其优化设计,可为定制化产品制造企业提供指导。     

基于功能表面驱动与可拓工具的产品人机工程问题确定方法研究

为了准确地确定产品人机工程问题,以提升人机交互性能,运用TRIZ (Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatc,发明问题解决理论)提出了基于功能表面驱动与可拓工具的冲突区域确定方法。首先,利用功能表面改进功能过程模型,识别人机工程问题的初始问题功能元,并结合可拓表达和相关分析完成初始问题功能元的转换及最终问题功能元的确定。然后,利用功能表面改进功能关系模型,识别产品的初始冲突区域,并结合可拓表达、相关分析、蕴含分析和优度评价完成初始冲突区域的转换及最终冲突区域的确定。最后,利用标准解对冲突区域中的不良作用进行求解,并通过优度评价完成方案的评价和筛选。通过割草机改进设计实例验证了所提出方法的可行性。研究表明,该方法有助于交互式产品冲突区域的确定,提高了其人机工程问题的解决效率。     

基于虚拟再现行为的VR空间认知研究

为了研究虚拟环境下人对空间大小和空间距离的认知机理,提出一种基于虚拟再现行为的知觉匹配法。从虚拟现实（virtual reality,VR）空间对真实空间的再现性角度出发,构建VR空间与真实空间的知觉匹配模型,设计并开展VR空间认知系列实验,分析虚拟环境下人对空间大小和空间距离的认知倾向与认知偏差等。通过VR空间大小认知实验发现：在高度感和宽度感的认知上,分别以±1.9%和±1.4%的标准认知偏差度基本再现了与在真实空间中相同的认知;在深度感的认知上,存在距离被低估与判断力下降的现象,其标准认知偏差度约为±3.4%。通过自我中心距离认知实验发现：在VR空间中,自我中心距离的标准认知偏差度为±（0%~2.5%）;人对侧方向区域的距离认知明显优于正方向,同时对正前方和侧下方区域表现出更加稳定的距离认知,波动幅度小于0.5%,但对上方区域的距离认知具有不稳定性。通过尺寸-距离关系认知实验发现：添加尺寸参照可优化对正方向区域约1%的认知偏差;同时,可将标准认知偏差度缩小为±（0.5%~1.5%）,有效提升了人在VR空间中对空间距离的判断能力。研究结果可为VR空间制作与虚拟人机交互设计提供理论支持,在一定程度上有利于用户交互体验的优化。     

基于CFD的新型表面织构仿真分析

摩擦、磨损是导致运动副失效的主要因素,而表面织构化是一种改善运动副摩擦学性能的有效手段。为此,在传统圆形和三角形表面织构的基础上,设计了几种新型表面织构,并分别建立其二维和三维模型;利用CFD（computational fluid dynamics,计算流体力学）软件Fluent对新型表面织构进行仿真分析,研究了表面织构的几何参数（圆弧状凸起高度和三角形形状）和分布角度对其表面的速度场和承载力的影响。结果表明：对于圆形表面织构,底部有圆弧状凸起的普遍具有更大的承载力,且当凸起高度为0.6 mm时,其承载力达到最大;对于三角形表面织构,所设计的新型三角形Ⅰ表面织构的承载力较大;表面织构的分布角度对其承载力的影响显著,当分布角度为75°时,表面织构的承载力最大。研究结果可为运动副表面织构的设计及优化提供一定的理论参考。     

基于CFD-DEM耦合的水平井PDC钻头水力结构研究

钻采深层页岩气的水平井段多为泥岩、页岩等黏性地层,为提高钻井效率和减少钻头泥包的发生,必须保证井底岩屑被快速运移,这对PDC （polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片）钻头的水力结构提出了要求。为此,基于CFD-DEM （computational fluid dynamics-discrete element method,计算流体动力学-离散单元法）耦合方法,对水平井PDC钻头井底流场进行数值模拟分析,并以岩屑滞留量和岩屑运移比作为评价指标,对直径为152.4 mm的五刀翼PDC钻头的流道形状、喷嘴数量、喷嘴排布方式及喷嘴直径等水力结构参数进行分析。最后,对水力结构改进后的PDC钻头进行现场应用。数值模拟结果表明：流道形状为抛物线型的PDC钻头具有更好的携岩性能;在总喷射面积相同的情况下,PDC钻头应采用较少数量的喷嘴;喷嘴等径排布的PDC钻头的携岩性能优于非等径排布的;在一定范围内,适量减小PDC钻头喷嘴直径有利于岩屑运移。现场应用结果表明,在同区块、同地层的多个水平井段钻进时,水力结构改进后PDC钻头的钻井效率更高。研究结果可为PDC钻头结构优化提供参考。     

基于人机工程的汽车设计方法

主要讲述在汽车设计开发过程中,以人机工程常用工具为基础进行设计分析,使得设计出的汽车产品能更好地满足乘员使用舒适性。重点介绍了人机工程学主要的应用方面,主要包括整车视野设计、坐姿舒适性、进出方便性、机盖背门开启舒适性等。结合自己的工作经验积累,提出了一些设计经验参考,该文章对新产品的开发具有指导意义。     

Research on solving method of product ergonomics problem based on virtual simulation and TRIZ

In order to quickly and accurately solve the ergonomics problems and improve the human-machine performance of products, a solving method of product ergonomics problem based on the virtual simulation and TRIZ (Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch) is proposed. Firstly, the evaluation of human-machine performance for the product was carried out by the virtual simulation tool, and the product area correlation was performed based on the obtained human body data to determine product areas with ergonomics problems. The root causes of product ergonomics problems were found by using the functional model and causal analysis. Then, according to the product ergonomics design cases and expert questionnaire survey results, a correlation table of TRIZ standard engineering parameters and ergonomics design criteria was constructed, and design schemes that could solve the product ergonomics problems were obtained through the correlation table and conflict analysis tool of TRIZ; based on the concept of ideality, the ideality evaluation method of product human-machine performance was proposed and the evaluation for obtained design schemes was carried out to determine the best design scheme. The proposed method was applied to solve the ergonomics problem of electric jig saw, which not only solved the problem quickly,but also improved the usability of electric jig saw. The results show that the proposed method can improve the innovation design efficiency and the ergonomics performamce of products, which provides a new idea for solving product ergonomics problems.     

基于TRIZ进化理论和TOC必备树的冲突发现与解决方法

提出一种基于TRIZ进化理论和TOC必备树确定设计冲突的方法。根据TRIZ进化模式确定产品的进化目标,TOC中的必备树(PRT)用于确定设计障碍,建立了基于障碍分析的冲突确定流程和模板以确定设计冲突,然后运用TRIZ的分离原理和冲突矩阵予以解决。通过一个工程实例验证了上述过程。     

以TRIZ进化理论为基础的产品技术预测支持系统研究

产品技术预测是使企业保持长久竞争优势的有效方法之一,而TRIZ的技术进化理论恰恰是众多产品技术预测理论中最具优势和生命力的。以TRIZ的技术进化理论为基础,运用先进的计算机软件编程技术--基于Windows2000环境, 以Visual Basic 6.0为开发语言,Access作为后台数据库,采用DAO数据库访问技术,构建了基于TRIZ进化理论的产品技术预测支持系统。该系统由8个模块组成,分别是系统维护、待预测产品数据库、产品技术成熟度预测、技术进化路线分析、技术进化知识库、工程报表、编辑和学习帮助模块,通过系统的应用可以实现产品技术成熟度的预测分析,为产品提供可能的技术进化模式或进化路线,将以前手工完成的工作软件化,从而使企业快速、准确地把握产品的技术走向,实现产品和技术的创新。     

基于TRIZ的AFD失效分析方法

预期失效分析(anticipatory failure determination,AFD)是在TRIZ基础上发展起来的一种失效分析方法,通过反向思维将TRIZ中的发明问题解决算法(ARIZ)逆向应用于失效分析,并集成应用了TRIZ中的冲突分析与解决工具消除失效隐患。AFD主要应用于产品设计中的失效预测分析。给出了AFD方法的原理及应用于失效预测的详细工作流程,分析了在中药滴丸机设计过程中应用AFD进行失效预测分析的一个实例。     

基于TRIZ和仿生技术的产品创新集成模型及其应用

为利用TRIZ和仿生技术两类系统化创新方法来提高产品原理解的产生效率,提出一种基于TRIZ和仿生技术的产品创新集成过程模型.整合了基于生物功能的创新原理,结合Matrix 2003冲突矩阵表,应用Matlab软件实现仿生模本寻找的可视化操作,并建立生物原型树形模型及产品仿生耦合模型.利用所提出的产品创新集成过程模型对风扇叶片进行创新设计,对改进前、后风扇叶片的性能进行了Fluent仿真分析.仿真结果表明:仿生创新风扇叶片在监测面和监测点处质量流率提高了6％,A级噪声值降低了7.8％.风扇叶片的创新设计验证了所建立的集成过程模型的可行性与有效性.     

基于TRIZ理论的采矿方法创新设计

针对传统采矿方法设计中出现的不足,将TRIZ理论引入采矿方法的创新设计中,在对实际问题分析的基础上,确定了技术和物理矛盾,并运用TRIZ理论的创新原理所提供的思路与线索,对采矿方法进行了创新设计.以广西某矿山的采矿方法设计为实例,详细介绍了TRIZ理论在采矿方法设计中的应用流程,高效率地解决了采矿方法选择中的创新性设计难题,充分表明了TRIZ理论应用于采矿领域进行创新设计的可行性和高效性,为拓宽和创新传统工程领域的设计思路提供了新的工具,将会有广阔的应用前景.     

基于案例的文化创意产品设计方法研究

针对文化产品的造型设计,将与产品造型相关的设计元素细分为功能、行为、文化、情感和构造法五个方面,结合基于案例的设计(case-based design,CBD)技术、遗传算法以及形状文法知识,建立文化创意产品设计概念原型系统并对文化创意产品进行引导设计。提出产品造型相关设计元素多目标优化模型,对用户需求进行匹配操作。提出文化产品造型设计方法模型,结合产品基因树交叉操作与形状文法知识,将现代类产品与文化器物类产品的设计元素进行交叉重组。通过对产品造型相关设计元素进行深入研究,并在文化创意产品设计概念原型系统中融入基于案例的设计技术、遗传算法和形状文法的知识,辅助设计师对文化产品进行创意设计。以小音箱为例,验证了该方法的可行性,为文化产品设计提供了一种有效方法。     

集成鱼骨分析与进化法则的产品失效预测及问题求解

 基于传统FMEA在失效问题分析与解决方面的不足,提出了一种集成鱼骨图、FMEA和进化法则的创新设计方法．利用鱼骨图层次化分析辅助FMEA全面挖掘可能发生的失效模式,按照FMEA的规范表达分析失效模式并确定风险优先指数RPN,然后运用进化法则针对失效问题进行有效的解决,提高了解决问题的效率．最后通过铁路减振的示例验证了该集成方法的可行性．