基于网络数据库技术的TRIZ设计模型

2012-08-15河南省科学技术信息研究院

河南科技 2012年12期

河南省科学技术信息研究院徐栋

基于网络数据库技术的TRIZ设计模型

河南省科学技术信息研究院徐栋

当今，传统的串行设计模式已被证明越来越不适应激烈的市场竞争需求，并行设计模式越来越显示出其巨大的优越性。例如我国早期第二汽车制造厂的汽车换型需要7 ～ 8年，而日本丰田只需半年。因此许多企业纷纷舍弃串行设计模式转而采用并行设计模式。但是，由于并行设计中，过程并行执行的特性将导致更多的工程冲突和物理冲突的同时出现。只有在尽可能短的时间内协调和解决这些冲突，才能体现出并行设计模式的优越性。

TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）方法，在我国称为发明问题解决理论，已经成功地解决了设计中的许多难题。尤其是它具有1套从250万件专利中总结出来的成熟的冲突解决理论。这套冲突解决理论不仅在前苏联得到广泛应用，在美国的许多大企业，如波音，通用，克莱斯勒，摩托罗拉等的新产品的开发中得到了应用，并创造了可观的经济效益。但是它在我国工矿企业中的应用以及我国学术界对它的研究还很少。由于这套理论的术语比较抽象，将其结合到设计中还需要设计者有着较丰富的冲突解决经验。这种情况导致了其应用推广的难度。本文，笔者提出了TRIZ（并行工程/发明问题解决理论）的设计模型，并通过数据库方法提供设计实例的信息化管理手段，以使设计者能够相互共享冲突解决经验，相互交流TRIZ的冲突解决方法，促进TRIZ设计模型在的推广应用。

一、并行工程理论（CE）

并行工程是对产品设计及其相关过程（包括设计过程，制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的系统化工作模式。这种工作模式力图使开发者一开始就考虑到产品全生命周期中的所有因素，包括质量，成本，进度与用户要求。并行工程的核心是并行设计，并行设计要求考虑的因素有：市场需求、制造、装配、维护、环境保护等，目的就是缩短新产品的开发周期、进一步压缩新产品的生产成本、提供优质的售前咨询服务和售后增值服务。并行设计过程中要处理大量相互依赖的制约关系，这些关系称为约束。并行设计的过程，可以看做是协调约束过程。通常情况下约束分为设计约束、可制造性约束、资源约束和时间约束4大类。并行设计的特点和这些约束决定了在设计过程中可能随时发生冲突。从某种程度上来说，设计的发展过程也就是冲突不断发生和解决的过程。

二、发明问题解决理论（TRIZ）

TRIZ是前苏联G.S.Ahshuler及其领导的一批研究人员所提出的发明问题解决理论。其核心是技术系统进化原理。按这一原理，产品向着理想解的方向进化，不断解决冲突是产品进化的推动力。在产品创新过程中，冲突是最难解决的一类问题。大量的工程实例表明，TRIZ的出发点是借助于经验发现设计中的冲突，冲突发现的过程也是通过对问题的定性描述来完成的。冲突可分为2类：技术冲突和物理冲突。

1.技术冲突。技术冲突是指系统一个方面得到改进时，削弱了另一方面的期望。如增加飞机发动机的功率，一般就增加发动机的质量，原机翼强度不一定足够，即削弱了机翼的强度。Ahshuler通过对冲突的深入研究已发现39个通用工程参数，任何一个技术冲突都可用其中的一对参数来描述；同时他还发现，由其中一对参数描述的任一技术冲突都有创新解，求解该创新解的方法是可确定的，这些方法或原理被归纳出40条。A ltshuler还发明了一种冲突矩阵，该矩阵的首行与首列元素都由39个标准参数组成，其他矩阵元素给出了解决相应技术冲突可用原理在这40条中的序号。A ltshuler的冲突理论似乎是产品创新的灵丹妙药，在实际应用该理论前的前处理与应用之后的后处理还是十分重要的。当针对具体问题确认了一个技术冲突后，要用该问题所处技术领域中的特定术语描述该冲突。并将冲突的描述翻译成一般术语，由这些一般术语选择标准冲突描述参数。标准参数决定的是一般问题，并可选择可用解决原理。一旦某一原理被选定后，必须根据特定的问题应用该原理以产生一个特定的解。对于复杂的问题，一条原理是不够的，原理的作用是使原系统向着改进的方向发展。在改进的过程中，对问题的深入思考、经验都是需要的。

2.物理冲突。物理冲突在产品设计中某一部分同时所表现出的2种相反状态称为物理冲突。物理冲突的1个经典例子是当增加1个零件的强度时，往往该零件的质量或尺寸增加，而设计者不希望增加零件的尺寸或质量，因此，出现了物理冲突。TRIZ中提供了如下物理冲突解的4条分离原理：从时间上分离相反的特性，在一时间段内物体表现为一种特性，在另一时间段内物体表现为另一种特性；从空间上分离相反的特性，物体的一部分表现为一种特性，另一部分表现为另一种特性；从整体与部分上分离相反的特性，整体具有一种特性，而部分具有相反的特性；在同一种物质中相反的特性共存：物质在特定的条件下表现为唯一的特性，在另一种条件下表现为另一种特性。当一个问题被深入地分析之后，往往首先采用分离原理解决冲突。

三、基于网络数据库技术的CE/TRIZ设计模型

1.CE/TRIZ设计模型。并行设计中冲突的同时涌现迫切地要求设计者能够尽快地协调和解决这些冲突。然而，创新设计的要求和并行设计的约束决定了大量的冲突可能是极其复杂的。设计者可能经过很多次挫折仍然无法找到冲突的合适解，这要求设计者有非常扎实的理论根基和丰富的冲突解决经验，因而对设计者提出了极高的要求。TRIZ作为1门有着50年历史且不断发展的科学，形成了一套结构化的知识，可以很快集中创新能力于直接关系到最终结果的特定问题上，快速找到解决问题的最佳途径。因此将TRIZ方法用于并行设计中协调和解决冲突问题的CE/TRIZ设计模型将是一种很好的设计模型。然而，TRIZ方法要求设计者用该问题所处技术领域中的特定术语描述该冲突。而且要将冲突的描述转换成一般术语来选择标准冲突描述参数。并用这些标准参数选择可用的解决原理。一旦某一原理被选定后，必须根据特定的问题应用该原理以产生一个特定的解。这要求设计者对TRIZ方法的标准冲突描述参数和冲突解决原理有较深刻的理解和应用。TRIZ方法解决冲突问题的实际经验将成功地应用TRIZ方法解决冲突问题的工程实例并存储到网络数据库中以供设计者参考，学习和相互交流将很好地解决这个问题，并能促进这种方法在我国的广泛应用和深入研究。

2.网络数据库总体设计思想。由于设计实例可能来自各个不同的企业或科研单位，它们在物理上是分布的，因此必须采用Web技术。M icrosoft的SQL SERVER2000有很好的安全性、伸缩性、可靠性、易用性并能提供数据仓库技术，可将其作为数据库后台开发工具。为支持开发和插接复杂的业务应用程序或规则，可采用基于CORBA技术的客户机/应用程序服务器/数据库服务器3层模式。

（1）对异构数据库要采用ODBC（Open Database Connectivity）驱动。

（2）数据库中应尽可能多地包括冲突的全方位信息：包括冲突描述、冲突所用发明原理或分离原理、冲突解决过程、冲突所在项目、冲突负责人信息。以使设计者对各个实例有很清晰的了解并能被设计者所用或为设计者提供灵感。为了方便设计者之间的交流，提供负责人信息。而且采用各种方式：如数字、字符、文本、图形、图像等存储信息。

（3）为支持网上访问，可采用PHP脚本语言制作动态交互式网页。必须安排系统管理员对系统进行管理和维护，给不同的人员分配不同的权限和角色并建立各种视图以确保数据库的安全性。为确保数据的正确性，新数据的插入需经过专家的审核，对原有数据的删除和修改只限于管理员，专家等少数拥有权限的人或数据所有者本人，并须经过专家的审核。

（4）支持按冲突标志、负责人、项目、发明原理、分离原理以及它们的混合模式对表和视图进行查询，支持全文索引。

3.数据库模型。Web分布式动态数据库建立后，就可以实现数据的各种操作：插入、查询、修改、删除等，并可以实现各个分布式数据库间的导入、导出等功能。该Web数据库访问分4个步骤：

（1）连接。Web浏览器与Web服务器建立连接。

（2）请求。Web浏览器通过socket向Web服务器提交请求。

（3）应答。Web浏览器提交请求后，通过http协议传送给Web服务器，Web服务器接到后进行事务处理，处理结果又通过http传回给Web浏览器，从而在Web浏览器上显示出所请求的页面。

（4）关闭连接。当应答接触后，断开Web浏览器和Web服务器之间的连接。

4.数据库表的设计。根据以上的要求，在SQL SERVER2000中建立数据库进行数据管理。包括9张表：技术冲突表、物理冲突表、负责人表、项目表、发明原理意义查询表、分离原理意义查询表、冲突矩阵查询表、物理冲突意义查询表、通用工程参数意义查询表。各表存储的数据如下：

（1）技术冲突表。主要存储技术冲突描述和将具体问题一般化后得到的通用工程参数、理想解以及对可行解进行选择、综合、优化后得到的最终冲突解决方案。其中选用的发明原理2、3、4可为空。冲突的图形描述可用S–Feld（物质场）模型图或其他图片。可以通过通用工程参数对与冲突矩阵查询表的连接获得对应的可用发明原理ID。

（2）物理冲突表。主要存储物理冲突描述和将具体问题一般化后得到的物理冲突lD、理想解以及对可行解进行选择、综合、优化后得到的最终冲突解决方案。其中，选用的分离原理2、3、4可为空。冲突的图形描述可以是S.Feld（物质一场）模型图或其他图片。

（3）负责人表。主要存储冲突负责人的联系信息。

（4）项目表。主要存储冲突所在项目所用资源信息：作用于系统的物质、场、时间、空间等。

（5）发明原理意义查询表。主要存储40条发明原理的意义。可以通过与技术冲突表的连接获得对应的工程实例。

（6）分离原理意义查询表。主要存储4条分离原理的意义，可以通过与物理冲突表的连接获得对应的工程实例。

（7）冲突矩阵查询表。主要存储39x39个冲突矩阵元素，矩阵对角和一部分元素为空。

（8）物理冲突意义查询表。主要存储物理冲突24种分类。

（9）通用工程参数意义查询表。主要存储39个通用工程参数的意义。可以通过与技术冲突表的连接获得对应的工程实例。