1、No.1No.2No.38No.39No.1空35,3,24,37No.2空空No.38空No.3935,26,24,37空21世紀產品競爭日益激烈,世界各國普遍重視提高產品的設計水平,增強產品競爭力。產品設計的根本目的就是要創新產品,滿足市場需求和占領更大市場,因此,重視創新設計是增加機械產品競爭力的根本途徑。傳統的創新設計方法是利用頭腦風暴法或試錯法,但這些方法可視為設計人員的藝術創作,創新的程度與成敗主要取決于設計者的靈感和經驗,當問題的解決方案超出了一個人的經驗和技術領域時,頭腦風暴法和試錯法往往顯得無能為力。起源于前蘇聯的發明問題解決理論TRIZ 理論是指導創新活動的重要理論之一,它

2、可以幫助設計者在方案設計階段迅速地產生一個具有創造性的新概念,實現產品的快速創新。1TRIZ 理論TRIZ 是俄文“發明問題解決理論”的俄文簡稱。該理論是前蘇聯G.S.Altshuler 及其領導的一批研究人員,在分析研究世界各國250萬件專利的基礎上,提煉出的一套解決復雜技術問題的系統方法。主要目的是研究人類進行發明創造、解決技術難題過程中所遵循的科學原理和法則。TRIZ 理論是基于知識、面向人的發明問題解決系統化方法學,且適用于各行業。1.1TRIZ 理論的主要內容TRIZ 理論是由解決技術問題和實現創新開發的各種方法、算法組成的綜合理論體系,其主要內容包括:技術系統進化法則、40個發明創

3、造原理、39項技術特性、沖突矩陣、物質一場分析、76個發明問題標準解決方法、發明問題解決算法(ARIZ以及工程效應知識庫等。在產品設計過程中,上述各內容都能從不同方面對設計人員提供創新方案的指導。應用TRIZ 理論求解產品設計的創新解是一項系統的工程。由于篇幅關系,本文僅以沖突解決原理為例,介紹TRIZ 理論在產品設計中的應用。1.2沖突解決原理(1沖突的定義無論是新產品設計還是已有產品的改進,設計人員在設計過程中首先要保證或提高產品的某些性能,但這種提高往往會影響到產品其它的內部性能。如果這些影響是負面的,則設計出現了沖突。TRIZ 理論認為,產品創新的標志是解決或移走設計中的沖突,而產生新

4、的有競爭力的解,沒有克服沖突的解并不是創新設計。沖突的種類很多,與產品創新相關的沖突分為3類,即物理沖突、技術沖突及管理沖突。本文主要研究前兩類沖突及其解決原理。(2技術沖突及其解決原理技術沖突是指傳統設計中的折中,即由于系統本身某一部份的影響,所需的狀態不能實現。技術沖突常表現為一個系統中兩個子系統之間的矛盾。例如斜拉橋,希望提高橋的承重重量,但重量太大可能超過橋的強度范圍,降低橋的安全性。Altshuller 通過對250萬件專利的詳細研究,提出用39個技術特性來描述沖突。在解決實際沖突時,把組成沖突的兩個內部性能用39個標準的技術特性進行表示,即把實際工程沖突轉化為一般的或標準的技術沖突

5、(具體技術特性見參考文獻3。在此基礎上,Altshuller 又給出了40個發明創造原理(具體發明原理見參考文獻3,實踐證明這些原理對于指導設計人員的發明創造具有重要作用。通過多年的研究、分析和比較,Altshuller 將39個標準的技術特性與40條發明創造原理建立了對應關系。提出了合理選用發明原理的重要工具沖突解決矩陣。如表1所示。表1沖突解決矩陣簡表沖突解決矩陣為40行40列的一個矩陣,其中第1行和第1列為順序排列的39個描述沖突的技術特性序號;其余39行和39列形成一個矩陣,其元素為數字或為空,這些數字表示40條發明原理中推薦采用的原理序號。矩陣中行描述的技術特性為沖突中惡化的一方,列

6、代表改善的一方。TRIZ 理論及其在機械產品創新設計中的應用劉尚明1,2劉東亮1劉恒義2(1.天津大學機械工程學院,天津300072;2.本溪市化學工業學校,本溪117022摘要:介紹了TR IZ 理論的產生和發展、沖突的定義和相關的解決原理。并結合計算機輔助創新軟件,通過實例說明了其在機械產品創新設計中的應用。最后,提出了TR IZ 理論在我國制造企業的推廣策略。關鍵詞:機械產品TR IZ 理論創新設計設計與研究43(3物理沖突及其解決原理物理沖突是指系統同一部分或參數提出完全相反的要求。即對一個系統同時提出相反的要求就出現了物理矛盾。例如鋼筆的筆尖應很細以便畫出細線,但細筆尖易劃破紙。物理

7、沖突的解決方法一直是TRIZ的研究重點, Altshuller、Glazunov、Savransky曾提出了多種解決方法。現在TRIZ理論在總結上述研究方法的基礎上,提出4種分離原理來解決物理沖突,即:空間分離、時間分離、基于條件的分離、和整體和部分的分離。英國Bath大學的M ann通過研究提出,解決物理沖突的分離原理和解決技術沖突的發明原理之間存在關系,對于一條分離原理,可以有多條發明原理與之對應。表2是其研究結果。表2分離原理和發明原理的關系只要能確定物理沖突及分離原理的類型,40條發明原理及發明原理的工程實例可幫助設計人員盡快確定新的設計概念。(4沖突分析和解決的一般過程Altshul

8、ler所提出的TRIZ理論采用科學的思維方式,即采用一系列的工具,先將特定的問題抽象成為標準的或一般的問題,然后采用標準的方法解決,最后得到特定的解。具體過程如圖1所示:圖1TRIZ解決設計問題的一般過程2InventionTool2.0技術創新軟件InventionTool2.0是河北工業大學在跟蹤并采用TRIZ 理論最新研究成果,自主研發的第一套計算機輔助創新(CAI設計軟件系統。能幫助不同工程領域的設計人員在產品概念設計階段解決產品開發中的關鍵問題和產品發展戰略問題,高質高效的提出可行的創新設計方案,產生有競爭力的工作原理,大大加速企業產品創新的進程。該軟件包括發明原理、效應、技術進化3

9、個模塊和3個知識庫,可以將TRIZ理論中的概念、原理、工具與知識庫緊密結合。該軟件的主要特點是:幫助用戶預測技術進化規律,設計未來的產品;解決設計中存在的沖突,避免折中設計;擴展用戶的知識領域,提供各種功能解決方案;S 曲線引導操作,方便快捷;自動生成分析報告等。3機械產品創新設計實例機械產品的某一特性或參數的改進會不可避免的引起其他特性和參數的惡化,運用技術創新軟件可以解決此類技術沖突。下面以2個具體實例來闡述這個問題:實例1:開口扳手的創新設計開口扳手在擰緊或松開一個六角螺釘或螺母時,由于螺釘或螺母的受力集中在兩條棱邊,容易產生變形,導致其擰緊或松開困難。新的設計必須克服目前設計中的該缺點

10、(如圖2。現利用技術創新軟件來解決該問題。首先從39個標準技術特性中選擇并確定技術沖突的一對技術特性:(1質量提高的特性:物體產生的有害因素(N0.31。(2帶來負面影響的特性:可制造性(No.32。使用軟件進行搜索,InventionTool2.0確定了4種可用的發明原理:No.4不對稱;No.17維數變化;No.32拋棄或修復;No.32復制。對No.17和No.4兩條原理的分析表明,扳手工作面的一些點要與螺母/螺釘的側面接觸,而不僅是與其棱邊接觸就可以解決該沖突(該例是美國的一項發明專利。如圖2圖2改進前以及改進后的扳手實例2:波音737發動機引擎罩的創新設計波音公司改進737設計過程中

11、,出現的技術沖突為:即希望發動機吸入更多的空氣,但又不希望發動機罩與地面的距離減少。將其轉變為物理沖突:發動機罩的直徑應該加大,以吸入更多的空氣,但機罩直徑又不能太大,防止路面和機罩的間距減少。現利用空間分離原理來解決該物理沖突。空間分離對應的發明原理中有No.4不對稱原理。按該原理,可以將對稱設計改為不對稱設計,如圖3所示。分離原理發明原理空間分離1,2,3,4,7,13,17,24,26,30時間分離9,10,11,15,16,18,19,20,21,29,34,37整體與部分分離12,28,31,32,35,36,38,39,40條件分離17,25,27,5,22,23,33,6,8,1

12、4,25,35,13(下轉第84頁4TRIZ 理論的推廣應用策略TRIZ 理論引入我國只不過是近幾年的事,我國對TRIZ 理論的研究和教學工作還處于起步階段,對其應用還需進一步推廣。在如何將TRIZ 理論引入制造企業的方法上,日本的中川提出了一套“慢而穩”的TRIZ 企業引進策略。(1培養企業TRIZ 帶頭人。(2充分應用企業外部TRIZ 資源。(3方法學的選擇與學習。(4軟件工具的嘗試使用。(5TRIZ 知識的傳播與實踐。(6建立更廣、更健全的TRIZ 實施環境這套在日本行之有效的方法,筆者認為同樣也適合于我國的機械制造業。5結束語我國機械制造業普遍存在產品落后、技術創新能力不足、市場低迷等

13、情況,關鍵在于企業缺乏快速響應市場的新產品開發及制造技術創新的機制和能力。特別是我國廣大的中小型企業新產品更新開發能力差、資金匱乏,迫切需要獲得新產品具體開發技術的支持。而TRIZ 理論和基于TRIZ 理論的計算機輔助創新技術的研究和應用順應了我國制造業發展的技術需求,具有廣闊的應用前景。參考文獻1張衛國,張國全,何海等.運用TRIZ 理論解決復雜機電產品的創新設計問題J.機械設計與研究,2005,21(3:15-18.2牛占文、徐燕申、林岳等.基于CAI 的產品創新關鍵技術及應用研究J.天津大學學報,2003,36(6:663667.3檀潤華.創新設計TRIZ:發明問題解決理論M.北京:機械

14、工業出版社,2002.TRIZ and Its Application in Creative Design of Mechanical ProductLIU Shangming 1,2,LIU Dongliang 2,LIU Hengyi 2(1.Tianjin University School of M echanical Engineering,Tianjin300072;2.Benxi Chemical Industry School,Benxi 117022Abstract :This paper discussed the history and development of T

15、RIZ,the definition of contradiction and its solve principles.Based on the research of computer aided innovation,two examples were introduced in mechanical product creative design.At last,the author presented the application strategy of TRIZ in manufacturing company.Key words:M echanical product,TRIZ

16、,Creative design!(上接第44頁在火力發電過程中,粉塵、二氧化硫、二氧化碳等是其污染物的主要成分。最近幾年,燃油、燃煤電廠的加速發展,是我國“十五”期間環保指標中二氧化硫“不降反升”的主要原因。作為空氣污染的重要源頭,二氧化硫與汽車尾氣污染“精誠合作”,合謀毀壞城市的空氣質量。二氧化硫是酸性的,它過量排放到大氣中,會形成“酸沉降”,遇水可形成酸雨和酸霧;不遇上水也會以“干沉降”的形式聚集在植物和土壤,與土壤中的水會合后,能形成濃度更大的硫酸。“酸沉降”導致土壤、河流酸化,腐蝕金屬,損害土地健康,破壞動植物的生長,嚴重傷害生態環境。因此,繼除塵之后,煙氣脫硫已成為火電廠所必經的環

17、保“門檻”,而幾乎所有的火電企業都認定這道“門檻”成本過高,難以逾越。其中一個重要的原因,就是環保設備的國產化率偏低。脫硫技術在國外已經有多年的發展歷史,技術成熟,脫硫效率高,但其設備投資昂貴,運行費用高。近年來,我國對煙氣脫硫技術十分重視,在引進國外脫硫技術的同時,應該進一步開發高效、低投資、符合我國國情的工藝技術。參考文獻1柴誠敬.化工原理M.北京:高等教育出版社,20052趙鵬高.火電廠煙氣脫硫關鍵技術與設備國產化規劃J.電力環境保護,2000,16(2:2832.3曾庭華,楊華,馬斌,王力.濕法煙氣脫硫系統的安全性及優化M.北京:中國電力出版社,2004.4晏玉清,范安祥.煙氣脫硫技術

18、及方案選擇原則(四-電子束氨法(EBA 法煙氣脫硫技術J.四川電力技術,2000,(5:4143.5關多嬌,徐有寧.適合我國國情的煙氣脫硫技術探討J.工程與技術,2005,810.6王小明,薛建明,等.火電廠煙氣脫硫工藝的選擇J.電力設備,2005,6(5:69.Progress in Flue Gas Desulfurization Technology of Pow-er PlantDAI Chaohui 1,SUN Liping2(1.Shandong Yankuang Jisan Power Limited Company,Jining 273169;2.Shandong Vocational College of Industry &Trade,Zoucheng 273515Abstract :Some dominative processes of flue gas desu