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1、冲突及冲突发现方法,目的：初步了解产品设计中的冲突及冲突的发现方法 用时：120分钟 讲师： 时间：2020年10月16日,第三讲,1,2,3,4,5,6,7,目录,1、概述,自然科学的重大理论突破，是在发现并确认理论与实际的冲 突基础上，经过长时间的争论及反复的实验验证才形成的。 如基于麦克斯韦经典电磁理论推演出的黑体辐射定律在长波 区的实验中暴露出了冲突，在原有的理论框架下解释这一冲 突的努力均未成功；普朗克提出了能量的变化不连续，引入 了普朗克常数的概念，导致了量子论的诞生。,1、概述,产品设计的规律,如能发现需求与已有产品或产品内部的冲突，开发新产品或改进已有的产品，解决这些已发现的冲
2、突，不仅满足社会日益增长的需求，同时为新产品生产企业带来效益。,1、概述,创新实例,解决冲突,冲突,1、概述,发明问题的核心是解决冲突。 未克服冲突的设计不是创新设计。,TRIZ理论,2、冲突的分类,冲突的一般分类,冲突 多种多样,2、冲突的分类,基于TRIZ的冲突分类,TRIZ的冲突,2、冲突的分类,为了避免某些现象或希望取得某些结果，需要做一些事情，但不知如何去做。管理冲突本身具有暂时性，而无启发价值。因此，不能表现出问题的解的可能方向。,系统,2、冲突的分类,子系统1,子系统2,技术冲突,技术冲突的表现,技术冲突常表现为一个系统中两个子系统之间的冲突。,2、冲突的分类,冲突出现的情况,技
3、术冲突,物理冲突,在一个子系统中引入一种有用功能，导致另一个子系统产生一种有害功能，或加强了已存在的一种有害功能。,消除一种有害功能导致另一个子系统有用功能变坏。,有用功能的加强或有害功能的减少使另一个子系统或系统变得太复杂。,一个子系统中有用功能加强的同时导致该子系统中有害功能的加强。,一个子系统中有害功能降低的同时导致该子系统中有用功能的降低。,2、冲突的分类,技术冲突实例,波音737改进设计,上述的改进设计中已出现了一个技术冲突，既希望发动机罩的直径要增大以吸入更多的空气，但又不希望发动机罩与地面的距离减少。,2、冲突的分类,技术冲突实例,自行车车闸总成,上述设计中的技术冲突为：将闸皮设
4、计成可更换型，增加了骑车人的安全性，但必须备有闸皮可用，还要更换，使操作复杂。,2、冲突的分类,技术冲突实例,飞机着陆灯的设计,飞机必须装有一盏着陆灯。假如将该灯安装在机身或机翼表面，空气阻力增加，将减小飞机的飞行速度。如果将该灯置于机翼内部，覆盖上透明的导流板，设计将变得太复杂，且降低了机翼的强度。,2、冲突的分类,技术冲突实例,织物印刷操作装置,上述的改进设计中已出现了一个技术冲突，既加快织物的染印速度，但印上的图案质量下降。,橡胶辊,待印花织物,已印花织物,刮刀,图案辊,染料槽,染料溶液,2、冲突的分类,物理冲突实例,侦查机敌区飞行,侦察机应飞行的很快，以便尽快离开被侦察的地区；但在被侦
5、察的地区上空又应飞行的很慢，以便多收集数据。,飞机机翼面积,飞机的机翼应有大的面积以便起飞与降落，但又要较小以便高速飞行。,汽车安全气囊系统,安全气囊应该安装以保护司机与乘客，但又不应该安装，目前的设计有时不能保护身材矮的司机及乘客。,2、冲突的分类,技术冲突与物理冲突的关系,技术冲突,总是涉及到两个基本参数A与B，当A得到改善时，B变得更差。,物理冲突,仅涉及系统中的一个子系统或部件，而对该子系统或部件提出了相反的要求。,相对于技术冲突，物理冲突是尖锐的冲突，往往技术冲突的存在隐含物理冲突的存在。,技术冲突,物理冲突,控制着技术冲突的两个基本参数A与B的参数或物体。,2、冲突的分类,冲突实例
6、,金属表面化学镀层,金属制品放置于充满金属盐溶液的池子中，溶液中含有镍、钴等金属元素，在化学反应过程中，溶液中的金属元素凝结到金属制品表面形成镀层。温度越高，镀层形成的速度越快，但温度高有用元素沉淀到池子底部与池壁的速度也越快。温度底又大大降低生产率。,技术冲突,加热溶液使生产率（A）提高，但材料浪费（B）增加。,物理冲突,选温度作为另一参数（C），溶液温度（C）增加，生产率（A）提高，材料浪费（B）增加；生产率（A）降低，材料（B）浪费减少；溶液温度即应该高，以提高生产率，又应该低，以减少材料消耗。,3、冲突问题的结构,冲突表现形式,A,B,A,B,A,B,A导致B,A需求B,A消除B,基本
7、符号,3、冲突问题的结构,问题结构,点问题,在一个子系统内部包含一个物理冲突为点问题。物理冲突是隐含的，但通常是导致问题的根本原因。,如在一个子系统中希望增加一种有用功能UF，但导致一种有害功能HF就构成一点问题。,子系统,UF,HF,点问题,3、冲突问题的结构,问题结构,对问题,在被两个子系统实现的功能之间存在一个技术冲突为对问题。,UFn 导致或需求HFk (kn, k与n为不同的子系统序号),子系统 n UFn,子系统 k HFk,对问题,3、冲突问题的结构,问题结构,线性问题,在多于两个子系统之间，存在“链”式关系的技术或物理冲突为线性问题。,UF n+1 需求UFn , UFn需求U
8、Fn-1。,子系统n+1 Ufn+1,子系统n UFn,子系统n-1 Ufn-1,线性问题,3、冲突问题的结构,问题结构,网络问题,多个具有相互关系的技术或物理冲突，形成一冲突环。,UFn 导致 HFk， HFk 导致 UFl， UFl 导致 UFr, UFr 需求 UFn (nklr),子系统 n UFn,子系统 k HFk,子系统 UFl l,子系统 r UFr,网络问题,3、冲突问题的结构,问题结构,星型问题,当一个子系统的某一功能改善后，另几个子系统的功能均变差。,UFn导致HFk及HFp，UFn又需求UFq，UFn 消除 UFm(nkplm),子系统 k HFk,子系统 p HFp,
9、子系统 n UFn,子系统 m UFm,子系统 q UFq,4、技术冲突的一般化,TRIZ理论,冲突,39个通用工程参数,冲突描述,实际应用中，首先要把组成冲突的双方内部性能用该39个工程参数中的2个来表示。目的是把实际工程设计中的冲突转化为一般的或标准的技术冲突。,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,在重力场中运动物体的重量。,运动物体的重量,1,在重力场中静止物体的重量。,静止物体的重量,2,运动物体的任意线性尺寸，不一定是最长的，都认为是其长度。,运动物体的长度,3,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,静止物体的任意线性尺寸，不一定是最长的，都认为是其长度。,静止物体的长度,4,运动
10、物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。,运动物体的面积,5,静止物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。,静止物体的面积,6,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,运动物体所占有的空间体积。,运动物体的体积,7,静止物体所占有的空间体积。,静止物体的体积,8,物体的运动速度，过程或活动与时间之比。,速度,9,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,力是两个系统之间的相互作用。对于牛顿力学，力等于质量与加速度之积，在TRIZ中力是试图改变物体状态的任何作用。,力,10,单位面积上的力。,应力或压力,11,物体外部轮廓，或系统外貌。,形状,12,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,系统的
11、完整性，系统组成部分之间的关系。磨损、化学分解、拆卸都降低稳定性。,结构的稳定性,13,强度是指物体抵抗外力作用使之变化的能力。,强度,14,物体完成规定动作的时间、服务期。两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。,运动物体作用时间,15,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,物体完成规定动作的时间、服务期。两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。,静止物体作用时间,16,运动物体或系统所处的热状态，包括其它热参数。,温度,17,静止单位面积上的光通量，系统的光照特性。,光照强度,18,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,能量是物体做功的一种度量。在经典力学中，能量等于力与距离的乘积
12、。,运动物体的能量,19,能量是物体做功的一种度量。在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。,静止物体的能量,20,单位时间内所作的功。利用能量的速度。,功率,21,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,作无用功的能量。为了减少能量损失，需要不同的技术来改善能量的利用。,能量损失,22,部分或全部、永久或临时的材料、部件或子系统等物质的损失。,物质损失,23,部分或全部、永久或临时的数据损失。,信息损失,24,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,时间是指一项活动所延续的间隔。改进时间的损失指减少一项活动所花费的时间。,时间损失,25,材料、部件、子系统等的数量，他们可以被部分或全部、临时或永久
13、的被改变。,物质或事物的数量,26,系统在规定的方法及状态下完成规定功能的能力。,可靠性,27,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,系统特征的实测值与实际值之间的误差。减少误差将提高测试精度。,测试精度,28,系统或物体的实际性能与所须性能之间的误差。,制造精度,29,物体对受外部或环境中的有害因素作用的敏感程度。,物体外部有害因素作用的敏感性,30,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,有害因素将降低物体或系统的效率、或完成功能的质量。这些有害因素是由物体或系统操作的一部分而产生的。,物体产生的有害因素,31,物体或系统制造过程中简单、方便的程度。,可制造性,32,要完成的操作应需要较少的
14、操作者、较少的步骤、使用尽可能简单的工具，一个操作的产出要尽可能多。,可操作性,33,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,对于系统可能出现失误所进行的维修要时间短、方便、简单。,可维修性,34,物体或系统响应外部变化等能力，或应用于不同条件下等能力。,适应性及多用性,35,系统中元件数目及多样性，若用户也是系统中的元素将增加系统复杂性。掌握系统的难易程度是其复杂性的一种度量。,装置的复杂性,36,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,若一个系统复杂、成本高、需要较长的时间建造及使用，或部件与部件之间关系复杂，都使得系统的监控与测试困难。测试精度高，增加了测试的成本也是测试困难的一种标志。,监
15、控与测试的困难程度,37,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,是指单位时间内所完成的功能或操作数。,生产率,39,指系统或物体在无人操作的情况下完成任务的能力。自动化程度的最低级别是完全人工操作。最高级别是机器能自动感知所须的操作、自动编程、对操作自动监控。中等级别的需要人工编程、人工观察正在进行的操作、改变正在进行的操作、重新编程。,自动化程度,38,4、技术冲突的一般化,39个工程参数,几何,资源,害处,物理,能力,操控,7项,7项,2项,8项,9项,6项,4、技术冲突的一般化,工程参数,通用物理及几何参数,通用技术负向参数,通用物理正向参数,1-12，17-18，21,15-16，19
16、-20，22-26，30-31,13-14，27-29，32-39,39个工程参数,负向参数指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变差。,正向参数指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变好。,4、技术冲突的一般化,法兰连接,应用实例,为了机器或设备维护，法兰连接处常常还要被拆开；有些连接处还要承受高温、高压，但要求密封良好。有的重要法兰需要很多个螺栓连接，如一些汽轮透平机械的法兰需要100多个螺栓为了满足密封良好的要求，设计过程中要采用较多的螺栓。但为了减少重量，或减少安装时间、或维修时减少拆卸的时间，螺栓越少越好。,4、技术冲突的一般化,技术冲突,如果密封性良好，则操作时间变长且结构的重量增
17、加,如果重量轻，则密封性变差,如果操作时间短，则密封变差,静止物体的重量,可操作性,装置的复杂性,应用实例,改进特性,结构稳定性,可靠性,降低特性,5、基于物质-场分析的冲突发现,物质-场分析基本符号,TRIZ功能定律,功能,物质1,物质2,场,物质可以是任何东西，太阳、地球、轮船、飞机、水、X射线、分子等。,能量的统称，如核能、电能、磁能、机械能、热能等。,物质,场,5、基于物质-场分析的冲突发现,物质-场分析基本符号,F,S1,S2,功能的基本图形表示,图中F为场、S1及S2均为物质，其意义为：场F通过物质S2作用于物质S1并改变S1，它使S1与S2相互作用。功能表示系统的输入和输出之间，
18、以完成任务为目的的总的相互关系。,一个待设计的系统可能有多个功能，在一个功能中作为被动元件的S1可能是另一功能中的主动元件S2。这些功能的总体构成了待设计系统的总功能。,5、基于物质-场分析的冲突发现,用图形表示待设计系统,用图形表示待设计系统是物质场分析的基础,标准作用,不足作用,过剩作用,有害作用,改变了的模型,5、基于物质-场分析的冲突发现,F: Me-机械 , Th-热, Ch-化学, E-电, M-磁, G-重力 U：有用效应； H：有害效应； S1：物质或元件，系统作用的接受者； S2：物质或元件，使场作用于S1的动作发出者； S3: 新物质。,用图形表示待设计系统,5、基于物质-
19、场分析的冲突发现,功能分类及技术冲突模型,三个元件都存在且都有效，是设计者追求的效应。其模型由图（a）表示。,不完整功能,非有效完整功能,过剩完整功能,有害功能,有效完整功能,组成功能的三元件部分元件不存在，需要增加元件来实现有效完整功能，或用一种新功能代替。,功能中的三元件都存在，但设计所追求的作用未完全实现。需要改进以达到要求。如图（b）。,功能中的三元件都存在，但设计者所追求的作用已超过。需要改进以达到要求。如（c）所示。,三元件都存在，但产生与设计者所追求的结果相冲突。 创新过程要消除有害功能。如（d）示。,5、基于物质-场分析的冲突发现,功能分类及技术冲突模型,冲突实例,5、基于物质
20、-场分析的冲突发现,一个产品或系统往往是多个功能的实现。如果用上图所示的符号系统来表示这些功能时，图（d）存在，则可判断系统或产品存在技术冲突。,功能分类及技术冲突模型,技术冲突,系统中同时存在有效完整功能及有害功能，如果要消除有害功能的副面作用，则可能影响有效完整功能，因此，存在技术冲突。,系统中同时存在非有效完整功能及有害功能，如果改善非有效完整功能，则可能加剧有害功能的副面作用，因此，存在技术冲突。,A,B,5、基于物质-场分析的冲突发现,工程实例,在炼钢时，添加剂通过钢水搅拌器的入口进入到内部，通过旋转的叶片与钢水充分混合。,钢水,添加剂,叶片,混合器,S1：叶片 S2：钢水 FTh：
21、钢水中的热能,FTh,S2,S1,6、基于质量功能配置( QFD)的冲突发现,QFD,QFD (Quality Function Deployment) 即质量功能布置，在60年代末由日本学者提出，是一种用户驱动的产品开发方法，即将得到的顾客需求转换成为产品特征、零部件特征、工艺特征、等技术需求信息，使所设计和制造的产品能真正满足顾客需求。,QFD 通过质量屋（HOQ，House of Quality）建立用户需求与设计要求之间的关系。设计者根据这些需求明确设计要求，作为设计的出发点以缩短产品设计周期。,6、基于质量功能配置( QFD)的冲突发现,QFD识别冲突,每一个质量屋都有一敏感矩阵，如
22、果该矩阵中的元素出现负相关，就可能存在技术冲突或物理冲突。,质量屋,工程实例,加工中心专用夹具是某企业的主导产品之一，原设计中的夹紧及松开动作由操作者手工完成，用户提出需要一种快速夹紧装置。,用户需求与质量要素或称设计参数之间的关系。经功能分析，确定该复合机构的各支持功能，并建立第二张HOQ表。,6、基于质量功能配置( QFD)的冲突发现,工程实例,按TRIZ理论，该机构设计中出现了如下的一对物理冲突：机构既要在长距离内作适应性调整，以适应不同尺寸零件的要求，又要在短距离内调整，以适相同尺寸批量零件的高效加工要求。,6、基于质量功能配置( QFD)的冲突发现,7、基于公理设计（AD）的冲突发现
23、,公理设计介绍,用户域,功能域,结构域,设计问题,工艺域,产品设计过程就是彼此相邻两个域之间参数相互转换的过程。,相邻的两个设计域是紧密联系在一起的，两者的设计元素均有一定的映射关系，每相邻的两个领域之间的关系可以表示成如下：左侧设计领域表示要完成的或是想要完成的工作，右侧设计领域表示实现要求的方法。,7、基于公理设计（AD）的冲突发现,公理设计通过相邻的两个设计域之间进行“之字形”映射变换进行产品设计。,以功能域和结构域的变换为例，从功能要求出发划分成子功能要求，功能要求就可以分解并形成一个功能层次模型，相应的设计参数也可以划分为不同的级别。,冲突发现,7、基于公理设计（AD）的冲突发现,如
24、果A为上三角或下三角阵，设计是可解耦的，按AD理论设计也是可接受的。如果A为一般阵，说明功能与物理参数之间存在耦合，不满足AD中的独立公理，可能存在冲突，通过进一步的分析确定是否存在冲突并解决冲突。,公理设计的之字型分解过程及该过程分析是确定冲突的可用方法。该方法适用于新设计及已有产品的再设计。,冲突发现,7、基于公理设计（AD）的冲突发现,混水阀由冷水阀与热水阀组成，为了获得特定流量及特定温度的热水，需要不断的调节两阀。,工程实例,7、基于公理设计（AD）的冲突发现,现应用第一公理建立其设计矩阵： FR1：调节流量 FR2：调节温度 DP1：热水阀 DP2：冷水阀,工程实例,热水阀与混水阀输
25、出的流量及热水的温度都有关系，冷水阀与混水阀的输出流量及温度也都有关系。,7、基于公理设计（AD）的冲突发现,工程实例,耦合设计,设计冲突,调节冷水阀使输出流量增加或降低时，输出水的温度也增加或降低；调节热水阀使输出水的温度增加或降低时，使流量也增加或降低。,混水阀的用户只能使冷、热水阀处于能接受折衷位置。,7、基于公理设计（AD）的冲突发现,工程实例,解决方案,确定产品设计中冲突的三种方法：基于物质-场分析的方法、基于QFD的方法及基于AD的方法。,第一种方法特别适用于已有产品冲突的确定，第二、三种方法既使用于全新产品开发，也适用于已有产品的改进设计。,总结,7、基于公理设计（AD）的冲突发现,概述,冲突分类,冲突问题的结构,技术冲突的一般化,基于物质场分析的冲突发现,基于质量功能配置（ QFD ）的冲突发现,基于公理设计（AD）的冲突发现,课程总结,本节课程到此结束 谢谢！,课程总结,