最新TRIZ理论及其在机械产品创新设计中的应用(精).doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateTRIZ理论及其在机械产品创新设计中的应用(精)TRIZ理论及其在机械产品创新设计中的应用(精)No.1No.2No.38No.39No.1空35,3,24,37No.2空空No.38空No.3935,26,24,37空21世纪产品竞争日益激烈,世界各国普遍重视提高产品的设计水平,增强产品竞争力。产品设计的根本目的就是要创新产品,满足市场需求和占领更大市场,因此,重视

2、创新设计是增加机械产品竞争力的根本途径。传统的创新设计方法是利用头脑风暴法或试错法,但这些方法可视为设计人员的艺术创作,创新的程度与成败主要取决于设计者的灵感和经验,当问题的解决方案超出了一个人的经验和技术领域时,头脑风暴法和试错法往往显得无能为力。起源于前苏联的发明问题解决理论TRIZ 理论是指导创新活动的重要理论之一,它可以帮助设计者在方案设计阶段迅速地产生一个具有创造性的新概念,实现产品的快速创新。1TRIZ 理论TRIZ 是俄文“发明问题解决理论”的俄文简称。该理论是前苏联G.S.Altshuler 及其领导的一批研究人员,在分析研究世界各国250万件专利的基础上,提炼出的一套解决复杂

3、技术问题的系统方法。主要目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。TRIZ 理论是基于知识、面向人的发明问题解决系统化方法学,且适用于各行业。1.1TRIZ 理论的主要内容TRIZ 理论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,其主要内容包括:技术系统进化法则、40个发明创造原理、39项技术特性、冲突矩阵、物质一场分析、76个发明问题标准解决方法、发明问题解决算法(ARIZ以及工程效应知识库等。在产品设计过程中,上述各内容都能从不同方面对设计人员提供创新方案的指导。应用TRIZ 理论求解产品设计的创新解是一项系统的工程。由于篇幅关系,本文仅以

4、冲突解决原理为例,介绍TRIZ 理论在产品设计中的应用。1.2冲突解决原理(1冲突的定义无论是新产品设计还是已有产品的改进,设计人员在设计过程中首先要保证或提高产品的某些性能,但这种提高往往会影响到产品其它的内部性能。如果这些影响是负面的,则设计出现了冲突。TRIZ 理论认为,产品创新的标志是解决或移走设计中的冲突,而产生新的有竞争力的解,没有克服冲突的解并不是创新设计。冲突的种类很多,与产品创新相关的冲突分为3类,即物理冲突、技术冲突及管理冲突。本文主要研究前两类冲突及其解决原理。(2技术冲突及其解决原理技术冲突是指传统设计中的折中,即由于系统本身某一部份的影响,所需的状态不能实现。技术冲突

5、常表现为一个系统中两个子系统之间的矛盾。例如斜拉桥,希望提高桥的承重重量,但重量太大可能超过桥的强度范围,降低桥的安全性。Altshuller 通过对250万件专利的详细研究,提出用39个技术特性来描述冲突。在解决实际冲突时,把组成冲突的两个内部性能用39个标准的技术特性进行表示,即把实际工程冲突转化为一般的或标准的技术冲突(具体技术特性见参考文献3。在此基础上,Altshuller 又给出了40个发明创造原理(具体发明原理见参考文献3,实践证明这些原理对于指导设计人员的发明创造具有重要作用。通过多年的研究、分析和比较,Altshuller 将39个标准的技术特性与40条发明创造原理建立了对应

6、关系。提出了合理选用发明原理的重要工具冲突解决矩阵。如表1所示。表1冲突解决矩阵简表冲突解决矩阵为40行40列的一个矩阵,其中第1行和第1列为顺序排列的39个描述冲突的技术特性序号;其余39行和39列形成一个矩阵,其元素为数字或为空,这些数字表示40条发明原理中推荐采用的原理序号。矩阵中行描述的技术特性为冲突中恶化的一方,列代表改善的一方。TRIZ 理论及其在机械产品创新设计中的应用刘尚明1,2刘东亮1刘恒义2(1.天津大学机械工程学院,天津300072;2.本溪市化学工业学校,本溪117022摘要:介绍了TR IZ 理论的产生和发展、冲突的定义和相关的解决原理。并结合计算机辅助创新软件,通过

7、实例说明了其在机械产品创新设计中的应用。最后,提出了TR IZ 理论在我国制造企业的推广策略。关键词:机械产品TR IZ 理论创新设计设计与研究43(3物理冲突及其解决原理物理冲突是指系统同一部分或参数提出完全相反的要求。即对一个系统同时提出相反的要求就出现了物理矛盾。例如钢笔的笔尖应很细以便画出细线,但细笔尖易划破纸。物理冲突的解决方法一直是TRIZ的研究重点, Altshuller、Glazunov、Savransky曾提出了多种解决方法。现在TRIZ理论在总结上述研究方法的基础上,提出4种分离原理来解决物理冲突,即:空间分离、时间分离、基于条件的分离、和整体和部分的分离。英国Bath大学

8、的M ann通过研究提出,解决物理冲突的分离原理和解决技术冲突的发明原理之间存在关系,对于一条分离原理,可以有多条发明原理与之对应。表2是其研究结果。表2分离原理和发明原理的关系只要能确定物理冲突及分离原理的类型,40条发明原理及发明原理的工程实例可帮助设计人员尽快确定新的设计概念。(4冲突分析和解决的一般过程Altshuller所提出的TRIZ理论采用科学的思维方式,即采用一系列的工具,先将特定的问题抽象成为标准的或一般的问题,然后采用标准的方法解决,最后得到特定的解。具体过程如图1所示:图1TRIZ解决设计问题的一般过程2InventionTool2.0技术创新软件InventionToo

9、l2.0是河北工业大学在跟踪并采用TRIZ 理论最新研究成果,自主研发的第一套计算机辅助创新(CAI设计软件系统。能帮助不同工程领域的设计人员在产品概念设计阶段解决产品开发中的关键问题和产品发展战略问题,高质高效的提出可行的创新设计方案,产生有竞争力的工作原理,大大加速企业产品创新的进程。该软件包括发明原理、效应、技术进化3个模块和3个知识库,可以将TRIZ理论中的概念、原理、工具与知识库紧密结合。该软件的主要特点是:帮助用户预测技术进化规律,设计未来的产品;解决设计中存在的冲突,避免折中设计;扩展用户的知识领域,提供各种功能解决方案;S 曲线引导操作,方便快捷;自动生成分析报告等。3机械产品

10、创新设计实例机械产品的某一特性或参数的改进会不可避免的引起其他特性和参数的恶化,运用技术创新软件可以解决此类技术冲突。下面以2个具体实例来阐述这个问题:实例1:开口扳手的创新设计开口扳手在拧紧或松开一个六角螺钉或螺母时,由于螺钉或螺母的受力集中在两条棱边,容易产生变形,导致其拧紧或松开困难。新的设计必须克服目前设计中的该缺点(如图2。现利用技术创新软件来解决该问题。首先从39个标准技术特性中选择并确定技术冲突的一对技术特性:(1质量提高的特性:物体产生的有害因素(N0.31。(2带来负面影响的特性:可制造性(No.32。使用软件进行搜索,InventionTool2.0确定了4种可用的发明原理

11、:No.4不对称;No.17维数变化;No.32抛弃或修复;No.32复制。对No.17和No.4两条原理的分析表明,扳手工作面的一些点要与螺母/螺钉的侧面接触,而不仅是与其棱边接触就可以解决该冲突(该例是美国的一项发明专利。如图2图2改进前以及改进后的扳手实例2:波音737发动机引擎罩的创新设计波音公司改进737设计过程中,出现的技术冲突为:即希望发动机吸入更多的空气,但又不希望发动机罩与地面的距离减少。将其转变为物理冲突:发动机罩的直径应该加大,以吸入更多的空气,但机罩直径又不能太大,防止路面和机罩的间距减少。现利用空间分离原理来解决该物理冲突。空间分离对应的发明原理中有No.4不对称原理

12、。按该原理,可以将对称设计改为不对称设计,如图3所示。分离原理发明原理空间分离1,2,3,4,7,13,17,24,26,30时间分离9,10,11,15,16,18,19,20,21,29,34,37整体与部分分离12,28,31,32,35,36,38,39,40条件分离17,25,27,5,22,23,33,6,8,14,25,35,13(下转第84页4TRIZ 理论的推广应用策略TRIZ 理论引入我国只不过是近几年的事,我国对TRIZ 理论的研究和教学工作还处于起步阶段,对其应用还需进一步推广。在如何将TRIZ 理论引入制造企业的方法上,日本的中川提出了一套“慢而稳”的TRIZ 企业引

13、进策略。(1培养企业TRIZ 带头人。(2充分应用企业外部TRIZ 资源。(3方法学的选择与学习。(4软件工具的尝试使用。(5TRIZ 知识的传播与实践。(6建立更广、更健全的TRIZ 实施环境这套在日本行之有效的方法,笔者认为同样也适合于我国的机械制造业。5结束语我国机械制造业普遍存在产品落后、技术创新能力不足、市场低迷等情况,关键在于企业缺乏快速响应市场的新产品开发及制造技术创新的机制和能力。特别是我国广大的中小型企业新产品更新开发能力差、资金匮乏,迫切需要获得新产品具体开发技术的支持。而TRIZ 理论和基于TRIZ 理论的计算机辅助创新技术的研究和应用顺应了我国制造业发展的技术需求,具有

14、广阔的应用前景。参考文献1张卫国,张国全,何海等.运用TRIZ 理论解决复杂机电产品的创新设计问题J.机械设计与研究,2005,21(3:15-18.2牛占文、徐燕申、林岳等.基于CAI 的产品创新关键技术及应用研究J.天津大学学报,2003,36(6:663667.3檀润华.创新设计TRIZ:发明问题解决理论M.北京:机械工业出版社,2002.TRIZ and Its Application in Creative Design of Mechanical ProductLIU Shangming 1,2,LIU Dongliang 2,LIU Hengyi 2(1.Tianjin Univ

15、ersity School of M echanical Engineering,Tianjin300072;2.Benxi Chemical Industry School,Benxi 117022Abstract :This paper discussed the history and development of TRIZ,the definition of contradiction and its solve principles.Based on the research of computer aided innovation,two examples were introdu

16、ced in mechanical product creative design.At last,the author presented the application strategy of TRIZ in manufacturing company.Key words:M echanical product,TRIZ,Creative design!(上接第44页在火力发电过程中,粉尘、二氧化硫、二氧化碳等是其污染物的主要成分。最近几年,燃油、燃煤电厂的加速发展,是我国“十五”期间环保指标中二氧化硫“不降反升”的主要原因。作为空气污染的重要源头,二氧化硫与汽车尾气污染“精诚合作”,合谋

17、毁坏城市的空气质量。二氧化硫是酸性的,它过量排放到大气中,会形成“酸沉降”,遇水可形成酸雨和酸雾;不遇上水也会以“干沉降”的形式聚集在植物和土壤,与土壤中的水会合后,能形成浓度更大的硫酸。“酸沉降”导致土壤、河流酸化,腐蚀金属,损害土地健康,破坏动植物的生长,严重伤害生态环境。因此,继除尘之后,烟气脱硫已成为火电厂所必经的环保“门槛”,而几乎所有的火电企业都认定这道“门槛”成本过高,难以逾越。其中一个重要的原因,就是环保设备的国产化率偏低。脱硫技术在国外已经有多年的发展历史,技术成熟,脱硫效率高,但其设备投资昂贵,运行费用高。近年来,我国对烟气脱硫技术十分重视,在引进国外脱硫技术的同时,应该进

18、一步开发高效、低投资、符合我国国情的工艺技术。参考文献1柴诚敬.化工原理M.北京:高等教育出版社,20052赵鹏高.火电厂烟气脱硫关键技术与设备国产化规划J.电力环境保护,2000,16(2:2832.3曾庭华,杨华,马斌,王力.湿法烟气脱硫系统的安全性及优化M.北京:中国电力出版社,2004.4晏玉清,范安祥.烟气脱硫技术及方案选择原则(四-电子束氨法(EBA 法烟气脱硫技术J.四川电力技术,2000,(5:4143.5关多娇,徐有宁.适合我国国情的烟气脱硫技术探讨J.工程与技术,2005,810.6王小明,薛建明,等.火电厂烟气脱硫工艺的选择J.电力设备,2005,6(5:69.Progr

19、ess 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 desulfurization were reviewed at home and abroad in recent years.The principles and characteristics of several processes were analyzed.The essential problems are remained and direction of study is proposed in the end.Key words:flue gas desulfurization ,wet desulfurization ,dry desul-furizatio-