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1、天津大学硕士学位论文基于TRIZ的机械产品创新设计方法研究姓名：安小凡申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：王凤岐20070101中文摘要产品创新是企业赖以生存和发展的基础，是企业创新体系中的重要组成部分，需要科学理论和方法的指导。作为产品创新的核心，概念设计日益受到人们的重视。概念设计方法当中很重要的一种理论叫R I Z(发明问题解决理论)是专门研究创新和概念设计的理论，它是由解决技术问题和实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，已经为工程问题的解提供了一系列的工具：如发明原理、分离原理、标准解、效应库等。本文对T R I Z 的理论及其在产品创新中的应用进行了研究，主
2、要进行了以下几方面的工作：1 在对T R I Z 基本原理、一般解题方法以及过程进行分析的基础上，研究了应用T R I Z 技术进化理论、矛盾解决理论、效应知识库进行产品创新的途径和具体方法。2 针对应用T R I Z 矛盾解决理论中矛盾问题无法确定的情况，提出了面向无矛盾产品创新方法。当产品无明显缺陷又需要改进时(即无矛盾问题)，引入“改善特定工程特性的创新法则表”来寻找创新解。3 基于计算机辅助创新设计软件T e c h O p t i m i z e r，提出面向无矛盾问题产品创新流程。包括产品基础功能模块的建立、运用“改善特定工程特性的创新法则表 产生创新概念、创新概念的表达、基础功能
3、与创新功能的集成、系统评价与修剪等，最终产生创新产品概念设计。应用实例证明了本方法的可行性，为产品设计方法提供了一种新的解题思路。关键词：概念设计发明问题解决理论(T R I Z)创新设计计算机辅助创新设计A BS T R A C TP r o d u c ti n n o v a t i o ni st h es u r v i v a la n dd e v e l o p i n gf o u n d a t i o no ft h ec o r p o r a t i o n B e i n gt h em a i np a r to fe n t e r p r i s ei n n
4、 o v a t i o ns y s t e m，p r o d u c ti n n o v a t i o nn e e d ss c i e n t i f i ct h e o r ya n dm e t h o d A st h ec o r eo fp r o d u c ti n n o v a t i o n，c o n c e p t u a ld e s i g nI Sp a i dm o r ea t t e n t i o n T R I Z(T h e o r yo fI n v e n t i v eP r o b l e mS o l v i n g)i sa
5、k i n do fv e r yi m p o r t a n tt h e o r i e si nt h ec o n c e p t u a ld e s i g nm e t h o d T R I Zi sat h e o r ya b o u ti n v e n t i o na n dc o n c e p t I ti sa l li n t e g r a t e dt h e o r yc o m p o s e do fa l lk i n d so fm e t h o d sf o rs o l v i n gt e c h n i c a lp r o b l
6、e ma n di n n o v a t i v ed e v e l o p m e n ta n da r i t h m e t i c I th a sp r o v i d e das e r i e so ft o o l sf o re n g i n e e r i n gp r o b l e m s，s u c h 勰i n v e n t i v ep r i n c i p l e s，s e p a r a t i o np r i n c i p l e s，s t a n d a r ds o l u t i o n sa n de f f e c t sd a
7、 t a b a s e I nt h i sp a p e r,t h eT R I Zt h e o r ya n dt h ea p p l i c a t i o ni np r o d u c ti n n o v a t i o ni ss t u d i e d T h ef o l l o w i n gw o r k sa r ec o v e r e d：1 B a s e do na n a l y s i so ft h eb a s i cp r i n c i p l e s，g e n e r a ls o l u t i o na p p r o a c ha
8、n dp r o c e s so fT R I Z，t h ea p p r o a c ha n dm e t h o do fp r o d u c ti n n o v a t i o nu s i n gt e c h n o l o g ye v o l u t i o n。c o n f l i c tr e s o l v et h e o r i e s，e f f e c t sd a t a b a s eo fT R I Zi ss t u d i e d 2 A c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i o nt h a tw ec
9、 a n tc o n f n mt h ec o n t r a d i c t i o n si nt h ea p p l i c a t i o no fT R I Zt h e o r y,an e wm e t h o df o rn o c o n t r a d i c t i o n s。p r o d u c tw a sp u tf 0 刑砌，f u r t h e r m o r e，t h ei n n o v a t i o np r i n c i p l et a b l eo fi m p r o v e m e n tf o rt h es p e c i
10、f i e de n g i n e e r i n gc h a r a c t e r i s t i c sW a si n t r o d u c e d 3 B a s e dO i lt h ec o m p u t e ra i d e d i n v e n t i v ed e s i g ns o f t w a r eT e c h O p t i m i z e r,a ni n n o v a t i o np r o c e s sf o rn o c o n t r a d i c t i o np r o d u c tW a sp u tf o r w a r
11、 d I ti n c l u d e se s t a b l i s h i n gt h ep r o d u c tb a s i cf u n c t i o n sm o d u l e，p u t t i n gf o r w a r dt h ei n n o v a t i o nc o n c e p t si nu s eo fA B C，e x p r e s s i n gt h e i n n o v a t i o nc o n c e p t s，i n t e g r a t i n gt h eb a s i ca n di n n o v a t i o
12、nf u n c t i o n s，e v a l u a t i n ga n dt r i m m i n gt h es y s t e mm o d e l s A tl a s t,t h ec o n c e p td e s i g no f t h en e wp r o d u c ti sg e n e r a t e d F i n a l l y,w i t ha ne x a m p l et h ef e a s i b i l i t yw a sp r o v e d，a n dan e wp r o b l e ms o l v i n gm e t h o
13、 di sp r o v i d e df o rp r o d u c td e s i g n K E YW O R D S：c o n c e p t u a ld e s i g n,T h e o r yo fI n v e n t i v eP r o b l e mS o l v i n g，i n n o v a t i o nd e s i g n,C o m p u t e rA i d e d-i n v e n t i v eD e s i g n独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中
14、不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者躲妥矿U 签字眺叩年月伽学位论文版权使用授权书本学位论支作者完全了解丞叠盘翌有关保留、使用学位论文的规定。特授权叁鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。0 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名普oB签字日期：2 卯7 年，月另日日导师签名：签字日期：_
15、7 年r 月，矿t|第一章绪论第一章绪论在全球经济一体化大潮下，企业正面临着巨大的挑战和机遇。科学技术发展的日新月异，产品个性化需求的日益广泛，设备和产品的功能与结构日趋复杂，产品更新换代速度加快，产品市场竞争加剧。如何提高机械产品创新设计水平是世界各国普遍重视的研究热点。论文以T R I Z 创新设计方法为基础，通过功能分析，结合无矛盾问题解决原理最终实现新的概念设计。通过对本方法的研究与验证，期望能够得到一种新的产品创新设计方法，以提高企业的产品创新设计水平，进而提高产品的竞争力。1 1 产品创新简介1 1 1 产品创新内涵及重要性产品创新是企业得以生存和发展的基础，是现代企业发展的焦点，
16、是企业创新体系中的重要组成部分。全面的产品创新的定义为：建立在产品整体概念基础上以市场为导向的系统工程。从单个项目来看，它表现为产品某项技术经济参数质和量的突破与提高，包括新产品开发和老产品改造；从整体考虑，它贯穿产品构思、设计、试制、营销的全过程。它是功能创新、形式创新、服务创新多维交织的组合创新。针对不同类型的新产品，对应着不同类型的产品创新，包括全新型产品创新，改进型产品创新【h 幻；改进型产品创新是指企业基于市场需要对现有产品所作的功能的扩展和技术上的改进。全新型产品创新是相对改进型产品创新而言的，是指产品用途及其应用原理有显著变化的产品创新。在此类产品创新过程中，技术含量较高，完成也
17、比较困难。一般是科学技术有重大突破后转换成产品后形成的，如杜邦公司推出的尼龙材料。根据创新来源的不同，产品创新也可分为技术推动型产品创新和市场拉动型产品创新。其中技术推动型产品创新是由有目的或偶然的技术突破或科研成果启动的创新，是一种为“寻求问题而研究问题”的创新。这里所说的技术是指研究与开发过程或实验室的产出。所谓市场拉动型产品创新是源于市场需求变化而产生的创新。它是最常见的，最有效果的创新。产品创新的重要性口1 在于以下几个方面。1 产品创新是推动技术进步的力量第一章绪论美国科技管理专家曼斯费尔德认为，创新是一项发明的首次应用，从发明到创新的周期越来越短。只有不断创新，知识才能得以完善，技
18、术才能进步。2 产品创新是企业生存和发展的内在要求有资料表明，创新与企业的成败有明显的相关性。利润大的企业往往新产品储备丰富、创新性强，而且有相当强的产品创新作支撑。相反，缺乏创新的企业经常面临市场变化的沉重打击。只有进行产品创新，才能使企业的产品永远占领市场，适应不断变化的市场需求。3 产品创新能满足市场竞争的客观需要产品竞争的激烈，消费者消费方式变化加速，消费需求复杂化、多样化、精益化都要求设计人员不得不进行进行产品创新，以满足市场竞争的客观需要。1 1 2 产品创新的核,b-概念设计设计的过程一般分为：概念设计、具体设计和细节设计三个阶段。对于机械设计而言，具体设计与细节设计的重点就是用
19、工程图学、机零、机原、理力、材力等基础知识完成产品的总装图、部件装配图、零件图及有关的设计与计算。这些可认为是常规设计内容。概念设计是构思及选择产品工作原理的阶段；对于已有产品的改进设计，主要是改进部分工作原理；对于新设计，要构思与选择全新的原理。因此，产品创新的核心就是概念设计旧。概念设计是产品设计中的关键阶段，其重要性体现在两个方面嘲：首先概念设计阶段在很大程度上决定着最终产品的性能、创造性、价格、市场响应速度和效率等。此外，据有关资料显示，虽然概念设计阶段实际投入的费用只占产品开发总成本的5，却决定了产品总成本的7 0，而且详细设计阶段很难甚至不能纠正概念设计阶段的设计缺陷和错误。1 2
20、 概念设计及研究现状1 2 1 概念设计自从P a t h&B e i t z 于1 9 8 4 年在其(E n g i n e e r i n gD e s i g n)一书中提出概念设计这一名词以来，人们对概念设计进行了二十几年的研究。通常将概念设计定义为：概念设计是根据产品生命周期各个阶段的要求，进行产品功能创造、功能分解以及功能和子功能的结构设计；进行满足功能和结构要求的工作原理求解和进行实现功能结构的工作原理求解和进行实现功能结构的工作原理载体方案的构思和系统化设计晦一。第一章绪论概念设计是产品开发过程中最重要的环节。据统计，产品设计成本的7 0 以上是在概念设计阶段确定的【刀。一个
21、设计不好的概念产品到了详细设计阶段，即使详细设计再好，也无法弥补和纠正概念设计的错误。概念设计的过程是一个发散思维和创新设计的过程，是一个求解实现功能的，满足各种技术和经济指标的，可能存在的各种方案并最终确定综合最优方案的过程。概念设计应包括两部分内容：方案构思和方案设计与验证。方案构思包括功能创新，功能分析和功能结构图设计，工作原理解的搜索和确定等工作：而方案设计与验证指的是结构方案设计和方案的评价与决策。其中方案构思是概念设计中最能发挥设计者创造力的阶段，也是最能体现概念设计创新性的阶段，这也是方案构思成为当前创新设计研究重点的主要原因。概念设计创新性、多样性、层次性等方面的特点嘲。在概念
22、设计的过程中，要求设计人员掌握现代设计技术方法、先进制造技术、专业理论等方面的知识。1 2 2 研究现状1 国外研究现状在概念设计方法学方面，S t u r g e s 通过定义功能之间的关系，使功能图的语义更加完善嘲：H a n b u r g 提出了设计人员交互工作的问题和在不确定状态下的决策技术；B r a c e w e l l 提出分层的信息结构，实现计算机辅助的功能一载体映射。在知识表达和建模方面，Q i a n 通过对功能行为结构的表达，由交互方式在领域内产生创新方案n 以；U m e d a 将设计知识表达为功能一一行为一一状态的组合关系，以产生新方案n；C u l l e y
23、 建立了一个产品装配模型，以快速找出所需部件。在知识表达和建模方面，人们借助人工智能(A I)技术和数据库技术来推动概念设计的智能化。h d z h i e v 提出面向代理的方法，有利于并行设计环境下使各种设计变量保持高度一致性；T a b e l-B e n d i a b 应用基于实例推理和机器学习的技术学习设计实例并存储起来；L i 利用定性启发式搜索方法，辅助机构的概念设计埘。在基于计算机的设计环境方面，T w e n t e 建立了一个机电一体化产品的设计支撑环境，支持多模型状态；T o m i y a m a 利用大型数据库建立了一个概念设计开发环境；S h a r p e 主持
24、开发的环境着重于集成，同时利用了超媒体和超文本技术。2 国内研究现状上海交通大学机械学与设计自动化研究所邹慧君教授等人自1 9 8 9 年开始进行机械运动方案设计专家系统的研究，结合机械产品概念设计开展了较为系统第一章绪论的研究u 铂。他们以机械运动系统作为概念设计的对象，用组合分类法对机构分类，建立相应的存储和编码规则，以二元逻辑推理和模糊综合评价相结合的方法建立推理机制，得出可行方案解，开发了“机构系统方案设计专家系统n 5 1 6】。孔凡国将方案创新设计过程划分为两个主要阶段：基于实例功能推理的原始机械方案生成阶段和基于结构推理的方案创新设计阶段，开发了机械方案创新设计智能支持系统(M
25、c I D I S S)1 7 1 0 在这个基础上，他们还提出了功能一行为一结构的概念设计模型和基于样体知识表达和推理相结合的方法，使领域知识和基础知识相互融合，以便产生多层次的创新解。华中科技大学周济教授等人的研究主要集中在基于实例的基础上，将之应用于工程中的再设计问题及实例检索与重用上羽，在相控雷达的方案设计支持系统中应用了这一方法。这种方法可以在设计中找出相近实例。浙江大学潘云鹤教授等人，提出了基于原型的知识表示和推理方法n 9】，并将其应用于广告的方案设计和椅子的方案设计中，冯培恩教授提出了基于设计目录的方案选择智能方法，并将其应用到了固液分离设备当中嘲。得出适当的方案原理解。同济大
26、学王小同等将人工神经网络与传统人工智能相结合，提出智能设计系统I D S 模型及其实现的关键技术。其侧重点在结构设计上，开发了机翼结构方案智能设计系统脚1。河北工业大学檀润华教授提出了技术进化驱动的产品概念设计宏观过程模型，将T R I Z 中的技术进化理论、矛盾解决理论与Q F D、A D 集成形成技术进化过程驱动的产品概念设计宏观过程模型，该模型既适用于新一代产品的概念创新，也适用于产品的改进设计。目前理论界及企业广泛采用用户或市场驱动的设计过程，这是一种被动式设计过程，即企业被动的适应市场。进化过程驱动的概念设计过程为一种主动适应市场的设计过程，是被动适应市场设计过程的一种有力补充。如企
27、业能够应用，则使其在市场竞争中处于更有力的位置。从上述中可以看出，机械产品概念设计的研究主要集中在概念设计建模方面的研究，也即主要集中在概念功能和概念形状设计建模上目前，建立设计目录，实例或原型知识库，然后通过基于实例推理等方法得到概念产品是目前机械产品概念设计研究和应用的常用技术路线。如何支持产品创新设计，解决从需求到功能再到结构的映射机制：如何使概念设计更加符合设计者的设计习惯，使概念设计充分表现出创新性等方面，是目前机械产品概念设计研究的难点和方向，尚有待于产品设计理论和方法学研究。第一章绪论1 3I R I Z 理论及研究现状T R I Z 是俄文英译T e o r i y aR e
28、s h e n i y aI z o b r e t a t e l s k i k hZ a d a t c h 的缩写，英文翻译成T h e o r yo fI n v e n t i v eP r o b l e mS o l v i n g(以下简称为T I P S)，是指发明问题的解决理论(即发明解题理论)。它是一种系统化的发明工程方法论，原意是要帮助发明家透过系统、规则的方法来解决发明过程中可能碰到种种问题的方法之一。简单地说，就是针对问题点加以分析考虑，并寻找出其中的矛盾，再将矛盾归类为物理矛盾与技术矛盾，再进一步采取不同的解决方式。自1 9 4 6 年开始，G S A l t
29、s h u l e r 及其领导的一批研究人员花费1 5 0 0 人年的时间，在分析研究世界各国2 5 0 万件专利的基础上提出了发明问题解决理论。2 0 世纪8 0 年代中前期，该理论对其它国家保密，2 0 世纪8 0 年代中期，随一批科学家移居美国等西方国家，逐渐把该理论介绍给世界产品开发领域，对该领域已产生了重要的影响。1 3 1T RIZ 的发展T R I Z 的发展经历了3 个阶段嘲。第1 个阶段称为古典时期(1 9 4 6 -1 9 8 0)，在这个时期，建立了T R I Z 的概念基础，但概念没有集成；大量的工程知识只能用描述的方式表达，只适合手工使用T R I Z。第2 个阶段
30、起源B o r i s Z l o t i n 和A I l a Z u s m a n在K i s h i n e v 创办的一所T R I Z 技术学校，称为K i s h i n e v 时期。这所学校的目标是集成T R I Z 的方法、工具和积累的知识，并对T R I Z 计算机化。第3 个阶段开始于1 9 9 2年，由于I d e a t i o n 公司要调整和开发T R I Z 使之应用于美国工程研究，故称为I d e a t i o n 时期。其发展历程如图卜1。这项技术已从分析发明创造问题发展到开发基于I T 的知识驱动方法，现已将进入发明工程阶段。图1 1T R I Z 理
31、论的发展过程第一章绪论1 3 2T RIZ 的主要组成T R I Z 的组成崩1 如图卜2 所示，为了解决矛盾问题(矛盾)，T R I Z 建立了一系列的工具和原则，它们大致可以分为三类：T R I Z 的理论基础、分析工具和知识数据库。图1 2 T R I Z 理论体系结构1 T R I Z 理论工具技术系统的进化模式是T R I Z 方法论的基础。这些模式包含用于工程系统进化的基本规律，理解这些模式可以增强人们解决问题的能力。这里有八种进化模式，每一种进化模式都包含有子模式或子路线伫司。模式和路线可以描述系统在进化空间的生命曲线。据此，如果当前系统的结构己经给定，就可以可靠地计算或预测出系
32、统进一步的结构。2 分析工具(1)解决技术矛盾的矛盾矩阵为了解决由参数变化引起的技术矛盾，A l t s h u l l e r 从他所研究的4 万个专利解决方法中发现只有3 9 个参数改进或劣化，每个问题可以描述为3 9 个参数中任意2 个参数间的矛盾，过去的许多专利从不同领域多次重复地解决了这些矛盾，根据这些解决方法总结了4 0 条创新原则用于解决这些矛盾。他把3 9 个参数分别作为改善参数和劣化参数作为一张表的行和列，由此组成了一个3 9 3 9 矛盾矩阵，并为行列交叉点形成的每个矛盾提供了最常用的创新原则。但值得注意的是并不是每个参数都构成矛盾。(2)物质一场分析：所有的功能都可分解为
33、两种物质及一种场，物质通过能量作用于另一物质(3)发明问题解决算法(A R I Z)：A R I Z 是为复杂问题提供简单化解决方法的逻辑结构化过程，是T R I Z 的核心分析工具。它随着时间推移，出现了多个版本，主第一章绪论要的有1 9 7 7、1 9 8 5 和1 9 9 1 版本，各版本之间差异在于设计步骤数目不同。(4)需求功能分析。3 知识库工具(1)4 0 个创新原则；(2)解决物理矛盾的分隔原则(时间分隔：空间分隔；部分与整体间的分隔；按条件分隔)；(3)7 6 个标准解决方法：为了快速构造物质场模型并解决基于技术系统演化模式的标准问题，T R I Z 提供了7 6 个标准建模
34、和解决方法，并将这些方法分为五类：1)建立或破坏物质场：2)开发物质场；3)从基础系统向高级系统或微观等级转变；4)度量或检测技术系统内一切事物；5)描述如何在技术系统引入物质或场。发明者首先要根据物质一场模型识别问题的类型，然后选择相应的标准方法集。4 科学和技术效应数据库由能够被科学和数学法则模型化的物理、化学、生物现象和相应得工程应用组成。1 3 3 研究现状经J 血l t s h u l l e r 的研究团队5 0 多年的不断研究和发展，T R I Z 在传入西方国家之前，己经成为较完整的理论体系。J a m e sK o w a l i c k 曾撰文指出嘲，“T R I Z 虽然
35、于西方国家比较新，但它己经是一个欠发展且应用了5 0 多年的旧系统，处在S 曲线的i 成熟位置刀，因此应该有一个新的突破性的方法来取代T R I Z 方法的全部或部分。T R I Z 理论的研究与应用已建立良好的可操作性、系统性和实用性，目前在全球的创新研究的领域中是占有一席之地，能解决新产品开发问题的理论和方法，且工程技术也扩展到管理和社会等方面，T R I Z 理论也在西方工业国家引用及发展中，被多家知名企业的使用和验证获得诸多重大的经济效益及社会效益。目前西方国家关于T R I Z 理论和方法的研究主要集中在两个方面：(D T R I Z的现代化研究；(室)T R I Z 与其它设计方法
36、的比较和整合。(1)在T R I Z 的现代化方面，最重要的问题就是开发一个容易应用A l t s h u l l e r提出的各种方法的过程，以便企业可以高效率的应用这些方法。T R I Z 真正的现代化研究从1 9 8 5 年开始的，并且现在仍是T R I Z 发展的热点趋势之一。目前T R I Z现代化研究己经形成了I I I(I d e a t i o nI n t e r n a t i o n a lI n c)模式和I M C(I n v e n t i v eM a c h i n eC o r p)模式等为代表的四种模式。(2)在与其它设计方法比较和整合方面，田口方法、Q F
37、 D 和T R I Z 是目前三大设计方法，它们在整个设计过程的不同方面有不同的贡献，如果将三者结合起来将成为产品设计强有力的工具。它们之间的融合和比较是最近的研究热点和第一章绪论趋势。1 4 论文主要工作论文首先对产品创新以及概念设计等知识进行简单介绍；然后对概念设计中常用到的T R I Z 理论进行较为深入的研究。针对在T R I Z 中有些矛盾问题无法确定的情况，引入无矛盾问题解决原理帮助确定创新法则。通过分析产品的需求、确定功能。利用创新法则使设计者方便地找到产品改进和创新的问题所在和改进方向，同时借助T e c h O p ti m iz e r 软件进行评估和决策，解决机械产品改进
38、创新设计中的技术难题，最终实现创新设计。然后根据具体的工程应用实例对本论文提出的方法进行验证。实践证明本方法确实可以针对原有产品改进方面有其可行性，为以后的产品设计方法提供了一种新的解题思路。综合考虑上述情况，本文所进行的研究工作重点是在分析和掌握T e c h O p t i m i z e r 软件的基础上，结合T R I Z 理论和产品创新设计方法开发出一个基于T R I Z 的适合机械产品改进型的创新方法。第二章基于T R I Z 的产品创新途径2 1T RIZ 概述第二章基于T R I Z 的产品创新2 1 1T R I Z 的定义和主要内容1 T R I Z 定义T R I Z 是
39、基于知识的、面向人的发明问题解决系统化的方法学。(1)T R I Z 是基于知识的方法T R I Z 是发明问题解决启发式方法的知识。这些知识是从全世界范围内的专利中抽象出来的，T R I Z 仅采用为数不多的基于产品进化趋势的客观启发式方法；T R I Z 大量采用自然科学及工程中的效应知识：T R I Z 利用出现问题领域的知识。这些知识包括技术本身、相似或相反的技术或过程、环境、发展及进化。(2)T R I Z 是面向人的方法T R I Z 中的启发式方法是面向设计者的，不是面向机器的。T R I Z 理论本身是基于将系统分解为子系统、区分有益及有害功能的实践，这些分解取诀于问题及环境，
40、本身就有随机性。计算机软件仅起支持的作用，而不能完全代替设计者。需要为处理这些随机问题的设计者们提供方法与工具。(3)T R I Z 是系统化的方法在T R I Z 中，问题的分析采用了通用及详细的模型，该模型中问题的系统化知识是重要的；解决问题的过程系统化，以方便的应用己有的知识。(4)T R I Z 是发明问题解决理论为了取得创新解，需要解决设计中的矛盾，但解决矛盾的某些步骤是未知的；未知所需要的情况往往可以被虚构的理想解代替；通常理想解可通过环境或系统本身的资源获得；通常理想解可通过己知的系统进化趋势推断。2 T R I Z 理论的主要内容T R I Z 理论内容丰富，从公元1 9 4
41、0 年起开始出现第一个构想，分别在妇G e n r i c hS a u l o v i c hA l t s h u l l e r 与T a i g u c h i 的努力之下，不断地发展成为一套内容多而实用的知识，且都朝向“理想化 迈进。其主要内容见表2-1。第二章基于T R I Z 的产品创新途径表2 1 眦理论的主要内容序主要内容说明号1创新思维方法1 可提供系统分析问题的科学方法，如：多屏幕法。问题分析方法2 复杂问题的分析，可由科学的问题分析建模方法一物场分析法，快速助于确认问题的核心，发现根本矛盾的所在。2技术系统进化法则1 技术系统进化的演变规律，是经由大量的专利分析基础上，
42、找到T R I Z 理论的8 个基本进化法则。2 它可分析确认目前产品的技术状态，可预测未来及可开发具有竞争力的新产品上3工程矛盾解决原理1 在不同的发明创造中，分析归类中找到可遵循的共同规律。2 T R I Z 理论可以把共同的规律概括成4 0 个创新发明原理。3 T R I Z 理论可以把共同的规律概括成1 1 个分离原理。4 具体地矛盾，可利用创新原理找到具体的解决方案。4发明问题标准解法具体问题物场模型有不同的特征，而T R I Z 会分别对应有标准的模型处理方法，包括模型的修整、转换和物质与场的添加等。5发明问题的主要以问题情境的复杂性、矛盾及相关部份之间不明确的技术解决演算法系统，
43、开始进行问题之一系列演变及再定义等非计算性的逻辑，在过程中会确实对问题逐步深入分析和转移，直到最终解决问题。2 1 2T RIZ 解决问题的流程在解决一个工程问题时，可能使用T R I Z 的一个工具或者是更多。如图2-1所示是问题解决的流程图。该图不仅描述了各个工具之间的关系，也描述了产品创新中的问题。应用T R I Z 的第一步是对给定的问题进行分析；如果发现存在矛盾则应用原理去解决；如果问题明确但不知道如何解决；则应用效应去解决：第三种选择是对待创新的技术系统进行进化过程的预测。之后是评价，确定是否满足要求。如果满足要求，则进行后序的设计工作，反之，要对问题进行再分析。第二章基于T R
44、I Z 的产品创新途径图2-1T R I Z 流程图2 2 利用技术进化模式实现技术创新2 2 1T RIZ 进化理论T R I Z 进化理论是由G S，A l t s h u l l e r 经过多年研究提出的专门研究技术系统进化预测的重要分支蚓。随着T R I Z 进化理论的发展，它先后经历了传统T R I Z进化理论、传统T R I Z 进化理论的发展和直接进化理论三个阶段，并有技术进化理论(E T)、技术进化引导理论(G T E)和直接进化理论等几种形式。1 产品的进化过程研究T R I Z 理论认为任何产品都是由核心技术支撑的技术系统，基于同一核心技术的产品的进化规律满足S 一曲线呦
45、1(如图2-2 a 所示)。产品的进化过程是靠设计者推动的，当前的产品如没有设计者引入的新技术，它将停留在当前的水平上，新技术的引入使其不断的沿某些方向进化，产生功能更好的产品，因此产品进第二章基于T R I Z 的产品创新途径化的过程伴随着技术系统的发展。l t s h u l l e r 把S 一曲线简化成如图2-2 b 所示的几个相连接的线性阶段，相应的每段对应着一代产品的一个进化阶段，分别为婴儿期、成长期、成熟期和退出期。这四个阶段组成了产品的“技术生命周期。处于前两个阶段的产品，企业应加大投入，尽快使其进入成熟期，以便企业获得更大效益。处于成熟期的产品，企业应对其替代技术进行研究，使
46、产品取得新的替代技术，以应对未来市场竞争。处于退出其的产品使企业利润急剧下降，应尽快淘汰。这些可以为企业产品规划提供具体的、科学的支持。(a)(a)S-曲线l。、L墨儿期成长期成熟期沮出期(b)图2 2S 曲线和分段线性S 曲线(b)分段线性s 曲线2 技术进化规律和进化路线的研究技术系统的进化模式是T R I Z 方法论的基础。这些模式包含用于工程系统进化的基本规律，理解这些模式可以增强人们解决问题的能力。A 1 L s h u l l e r 提出八种进化模式，每一种进化模式都包含有子模式或子路线：(1)技术系统的生命周期为出生、成长、成熟和退出；(2)向增加系统理想化水平方向进化；(3)
47、技术系统组成的不均衡进化；(4)向增加系统的动态性和可控性方向进化；(5)通过集成以增加系统功能；(6)部件的匹配与不匹配交替出现；(7)由宏观系统向微观系统进化和向增加场的应用方向进化；(8)增加自动化程度，减少人的介入。3 技术系统进化的潜能研究技术系统的进化潜能是为了实现T R I Z 进化模式与现代产品设计方法学的融合而提出的新概念，技术系统的进化潜能是指当前技术系统的相对成熟度与其第二章基于T R I Z 的产品创新途径能够达到的进化极根之间的差值。进化潜能可通过图2-3 所示的进化潜能图直观地表示给定技术系统进化情况嘲。技术进化潜能图是产品结构开发目标决策的理论依据。针对当前进化潜
48、能理论存在的问题，对技术进化潜能图可作如下改进：1)产品的进化模式用带箭头的径向射线表示，代表技术进步的开放性、2)外边界线表示目前技术条件下，T R I Z 预测的极限点，随着技术环境的改善，外边界是可移动的。3)产品沿各进化模式现有技术状态点构成的封闭阴影区与预测边界的距离，表示产品改进发展的可能空间。改进后的技术进化潜能图如图2 4 所示。从图中可直观看出目前产品的进化情况，在产品改进发展的可能空间中对所有进化路线的进化过程分析，就可获得产品结构创新的方向。系件的毳薹耋蟛件已进化o的路线y9研究发展后的进化极限图2 3 进化潜能图图2-4 改进后的技术进化潜能图2 2 2 基于T R I
49、 Z 进化理论的产品创新技术1 产品的核心技术文献 3 0 3 中首次提到核心技术(C o r eT e c h n o l o g y)，其意义为产品功能的实现技术，或为某种物理、化学、几何等科学原理的实现。产品进化的过程就是其核心技术不断被替代的过程。核心技术是影响产品进化曲线形状的主要因素，它以多种方式改变企业的竞争地位。随着产品生命周期的缩短，新产品替代老产品的速度加快，选择准确的核心技术已成为企业获得持续成功的重要保证。2 新产品开发技术策略分析产品的核心技术确定后，为了准确预测新产品开发不同时期应采取的相应策略，可构建图2 5 所示的不同创新技术在产品进化历程中的应用策略模型，该模
50、型可辅助企业技术管理者从系统的观点，考虑不同时期用户需求环境的变一|第二章基于T R I Z 的产品创新途径化，预测选定的核心技术开发潜力并确定新产品开发的技术策略。(1)最大理想度策略提高产品的理想度是企业新产品开发过程中追求的最终目标，有两种方法可提高产品理想度，即提高产品功能和降低产品成本。1)提高产品功能当产品技术进化处于婴儿期时，其功能很不完善，企业面临的主要问题就是通过完善产品的有用功能使产品尽快进入市场。2)增加功能或功能集成在技术进化的生长期，主要功能已基本完善，但实现基本功能的参数限制成为技术系统发展的主要障碍，因此企业此时应进行系统和环境的资源分析，通过增加功能或功能集成提