产品创新设计若干问题研究进展

创新设计的过程是解决发明问题的过程,对该过程中确定用户需求的两种模式、功能分析的标准化、发明问题原理解的分级、发明问题求解中的知识利用、求解过程及计算机辅助创新设计软件开发等问题的研究进展进行了论述。     

基于问题求解的工艺创新设计研究

为了辅助工艺制定人员进行工艺创新设计,建立了一种基于问题求解的工艺创新设计模型。该模型以发现问题、分析问题、解决问题为流程,从获取工艺需求开始,利用任务分级规划的思想,分解工艺需求,结合TRIZ理论与约束理论中的当前实现树,寻求工艺设计中问题的本质,确定工艺冲突,然后应用TRIZ理论消除矛盾得到问题的原理解,并利用案例库的应用将原理解转化为问题的领域解,实现工艺创新设计。最后通过工程实例验证了该方法的有效性。     

采用物质—场的功能分析法

概念设计是产品创新的关键设计阶段,进行产品的功能分析和原理解求解是该阶段的主要任务,功能定义及功能分解是功能分析的前提。介绍了TRIZ理论中用于功能分析的物质—场分析法。提出了采用物质—场的功能分析用于产品创新设计的方法,举例说明了该方法的应用。     

基于共生进化原理的功能结构设计

从生物的共生进化模式得到启发,从设计认知的高度,系统地总结了基于共生进化原理的共生功能之间的关系,包括“提供作用条件”关系,“消除有害副作用”关系和“消除有害环境影响”关系三类。这些关系为系统地解决创新设计中基于可行原理解的功能结构设计问题奠定了基础。在此基础上提出了集成原理方案设计和功能结构设计的计算机辅助概念设计的进程模型。该进程模型能根据实际创新设计环境以及候选原理解的作用条件、副作用和环境影响,在求解过程中动态地生成待求产品的功能结构,符合设计师的思维习惯。最后给出了模型应用实例。     

融合功能倒推与裁剪法的系统创新设计方法*

裁剪法是产品改进创新的重要方法,而功能分析是实施裁剪的基础。对于复杂机械系统,功能分析常常面临组件层级难以确定的问题,依赖设计者个人理解和经验判断,操作上存在较大的主观性,不同设计者分析过程和结果往往差异较大。为提高功能分析客观可操作性,基于逆向工程思维,提出了由系统目标向系统内部组件逐步遍历的功能倒推分析法。该方法专注于接触界面,从系统主要功能的目标对象开始,通过相互作用分析倒推功能载体,逐层循环迭代倒推直至遍历所有组件。进一步,结合功能倒推分析法与裁剪法,运用TRIZ问题求解工具,建立系统重构创新设计过程模型。最后,以钢轨铣磨车磨装置为例进行系统重构创新设计,验证了功能倒推分析法和系统重构创新设计方法的实用性和有效性。     

设计过程复杂性理论与TRIZ理论集成复杂机电系统功能分解过程模型*

传统的功能分解是将产品的总功能分解到功能元,以每个功能元有确定的原理解作为功能分解结束的标志,传统的功能分解方法强调总功能可以分解为若干个功能元,若干个功能元组成一个总功能,体现了总功能和功能元之间的线性关系和还原性。传统的功能分解无法体现复杂机电系统非线性、时变特性、开放性和功能耦合等重要特征,因此急需一种适合于复杂机电系统的功能分解过程模型。将设计过程复杂性理论(Design-centric complexity,DCC)和TRIZ集成,对初步进行功能分解的结果,按照TRIZ理论中有效完整功能和非有效完整功能集对功能进行分类;应用提出的功能实现概率均值法和功能实现概率极值法,将TRIZ理论的有效完整功能和非有效完整功能,与DCC理论中重复功能集和组合集建立联系;经过TRIZ理论对问题功能进行转化后,以系统的重复功能集、组合集和组合辅助功能集作为复杂机电系统功能分解的结果;形成面向复杂机电系统的DCC与TRIZ集成功能分解过程模型。用一个工程实例验证该设计过程模型。     

TRIZ在林木生物质粉碎机创新设计中的应用

文中系统全面地应用TR IZ理论进行了林木生物质高效精细粉碎机创新设计。在对实际问题分析的基础上,进行了系统功能分析及根本原因分析,通过技术矛盾定义和创新原理应用、物理矛盾定义和分离方法应用、物场模型建立和标准解法应用确定了粉碎机结构创新设计方案。     

基于QFD与创新问题分类求解策略的创新设计研究

根据产品设计的特点,提出了融合质量功能配置(Quality Function Deployment,QFD)与创新问题分类求解策略的产品创新设计流程;论述了应用QFD确定创新设计问题类型与选择创新求解策略的方法;在上述理论方法的基础上,初步完成了计算机辅助创新设计软件中QFD模块的开发;最后,通过具体实例的应用说明并验证了提出的方法.     

基于TRIZ理论的机电产品创新设计及应用研究

针对机电产品创新设计过程中原理方案建立困难、实现技术局限性大的缺点,采用基于TRIZ理论的机电产品创新设计技术路线,提出了将物-场分析方法和冲突矩阵相结合的方法应用于机电产品的创新设计之中,从概念阶段就将已有的产品知识引入设计过程中,并在产品功能分析和寻求问题解决原理两个方面运用TRIZ理论对产品创新设计进行探讨,最后以设计实例说明该技术路线的可行性.     

功能分解有向网络图构造及计算机化实现

受运动复合机构构成原理知识欠缺的制约,基于功能综合方法的运动复合机构创新设计仍是挑战性课题。基于分层递阶理论,建立功能分解商空间模型,根据功能分解层粒度要求以及属性函数对目的功能层的贴近度,采用模糊等价映射和改进的宽度优先求解算法,给出手段功能层最佳分解方案,通过逐层分解细化,得到以基本操作为功能单元的功能分解与或树。遍历功能分解与或树分支及叶节点,确定功能有向网络图拓扑结构。在商空间模型下,功能分解是一个不依赖于知识与专家经验的粒度细化求解过程,能够解决运动复合机构功能分解问题,为后续获得由基本机构巧妙组合创成新颖组合机构方案提供功能分解模型支持。结合干粉压片机机构功能要求,给出了功能分解的算法及功能分解有向网络图构建的计算机化实现。     

Function and principle innovative design of mechanical products based on TRIZ/FA

Function and principle innovation is the ultimate innovation of a product. To achieve Function and principle innovation design of mechanical products, a new process model of function and principle solving is proposed, based on TRIZ and FA. In this model, abstraction of general function, confirmation of principle solution to general function, and functional decomposition were included in FA. Confirmation of principle solution to general function was the premise of functional decomposition. To provide a dependable pattern for functional decomposition, a new functional analysis method was put forward based on the generalized process function along with the introduction of the input constraint function; and its five-decomposition-steps were also presented. To provide powerful support for innovation design tools in principle solution, some TRIZ tools in the model were imbedded, such as Su-field Analysis, Scientific Effects, and Contradiction Solving Principles so as to boost up the innovation of principle solution. As a case study, an innovative design of paint-bottling machine has been achieved with application of the proposed model. __________ Translated from Computer Integrated Manufacturing Systems, 2006, 12(2) (in Chinese)     

基于TRIZ的管道机器人自适应检测模块创新设计

针对管道检测机器人系统"Pipe Guard"的检测模块在检测过程中无法自适应检测不同直径的管道这一问题,提出一种基于发明问题求解理论(Theory of inventive problem solving,TRIZ)的自适应检测模块的创新设计方法,建立基于TRIZ物场模型和冲突解决理论的管道检测模块创新设计过程模型,实现了对不同直径管道的自适应检测。通过定义TRIZ问题,综合采用TRIZ物场分析模型的标准解以及冲突解决理论的分离原理和发明原理求解该设计问题。采用一种可分离的弹性鼓、膜实现了自适应检测不同直径的管道。当管道直径变大时,弹性鼓、膜通过弹簧的作用力而伸长以适应管道内壁并检测管道;当管道直径变小时,弹性鼓、膜可在管壁的作用下,自适应收缩。最后,通过力学分析和数学模型验证了方案的可行性,并给出了影响检测精度和检测灵敏度的因素以及控制检测精度和灵敏度的方法。     

基于公理设计的集成模型及其应用

提出了一种基于公理设计(axiomatic design,AD)理论与发明问题解决理论(theory of inventive problemsolving,TRIZ)的集成模型.公理设计的优势在于流程分解,TRIZ的优势在于冲突解决.通过集成获得无耦合或解耦设计的创新方案,再比较方案的信息量,优选最佳方案.废旧沥青混合料加热装置设计的应用实例说明,所提出的方法能有效指导工程机械产品的方案设计.     

基于TRIZ及功能类比的产品概念设计创新*

介绍了类比源设计与功能类比作用原理,从两者作用原理及发明问题求解理论(Theory of inventive problem solving,TRIZ)的相关性描述得到启发,提出基于TRIZ的类比源设计求解过程模型。首先,借助于所建立的产品功能结构模型,找出用户需求与产品各功能之间的关联性。其次,将用户需求权重值赋予相关的产品各分功能,从而得到产品功能相似度矩阵,再利用Matlab工具对该矩阵进行标准化,这有利于类比源设计与待设计问题之间相关性的定量化表示。最后,构建出一种基于TRIZ及功能类比的概念设计过程模型。以紫外光油烟净化机为例,对其功能类比源设计的功能相似度进行分析,并利用有效价值分析法对所获得的功能原理解方案进行评价,验证了所构建模型的正确性。     

TRIZ工具集用于驱动产品创新及生态设计方法研究

为提高创新设计的效率和改善产品的生态性能,提出一种面向产品创新及生态性改进的设计方法。该方法以发明问题解决理论(Theory of inventive problem solving,TRIZ)的对标分析、功能导向搜索和特征传递等现代工具为基础,对产品进行创新设计,快速构建多个初步方案。根据TRIZ的48个工程参数,建立工程参数与生态设计效率参数的关联表,提出了利用该关联表和TRIZ冲突分析工具对初步方案进行生态性改进的措施。基于TRIZ理想度概念,提出综合运用功能性理想度和生态性理想度对系统方案进行评价的新方法,评估设计方案的理想度。根据这些方法,构建了流程化的产品创新及生态性改进设计过程模型。将该模型应用于设计示例,快速得到一系列初步方案及生态性改进方案,并方便有效地对不同方案进行定量评估,实现方案优选,从而验证了该设计方法提高创新效率及改善生态性能的明显效果。     

基于QFD与TRIZ技术工具的产品概念设计方法

为消除产品概念设计过程中可能产生的二层问题的负面影响，提出了一种基于质量功能配置与创造性解决问题理论的三种技术工具综合的产品概念设计方法。该方法通过质量功能配置的质量屋分析确定需要改善的零部件；在对零部件进行负相关分析的基础上，应用创造性解决问题理论技术工具提出解决一对质量特性负相关的方案；然后通过多次循环的质量功能配置分析与创造性解决问题理论技术工具应用，预测可能产生的二层问题并降低其负面影响，进而形成有效的产品概念设计方案。通过在某全自动洗衣机研发过程中的实际应用，验证了该方法的有效性和实用性。     

基于TRIZ的可拆卸连接结构设计研究

针对绿色设计中可拆卸设计问题,提出运用TRIZ冲突解决原理和TRIZ物质—场分析原理进行产品零部件间连接结构的可拆卸设计。通过构建连接结构可拆卸属性与新TRIZ冲突矩阵48个工程参数之间的关联表,并建立连接结构的TRIZ物质—场模型,分别给出了利用TRIZ冲突解决原理和TRIZ物质—场分析原理进行可拆卸设计的两种方法,以提高产品零部件的可拆卸性能。设计实例证明了方法的可行性。     

功能分析与约束理论集成驱动产品改进设计研究

提出了一种功能分析(FA)和约束理论(TOC)相结合的问题分析及确定方法。该方法首先基于FA创建产品的功能明细表(FL)和系统模块图(SMD),然后结合TOC中的当前现实树(CRT)和冲突解决图表(CRD)对问题进行分析,从而及时明确解决问题的方向并确定产生问题的根本原因。利用TRIZ工具产生解决方案。太阳能组件接线盒设计实例说明FA与TOC相结合的方法用于驱动产品改进设计是切实可行的。     

基于TRIZ的机械产品突破性创新设想产生过程研究

为解决机械产品突破性创新设想产生的问题,将发明问题解决理论（TRIZ）应用于新产品开发的模糊前端阶段。在建立产品技术系统主功能物质-场模型的基础上,提出了机械产品突破性创新的方法;基于TRIZ全局理想化,对实现产品主功能的技术子系统进行了功能裁剪及可用资源分析,进而利用技术进化理论对实现产品主功能的技术子系统进行了技术预测,并应用计算机辅助创新软件（CAI）工具建立了机械产品突破性创新设想产生过程模型。中药滴丸机创新设想的产生验证了该方法的有效性。