TRIZ理论在工业产品设计中的应用研究*

王晓娟，任小青

(青海大学 机械工程学院，青海 西宁 810016)



TRIZ理论在工业产品设计中的应用研究*

王晓娟，任小青

(青海大学 机械工程学院，青海 西宁 810016)

摘要：在全球化技术激烈的竞争中，如何快速开发具有自主知识产权的高新技术及产品，已成为提升企业综合竞争力的关键。TRIZ理论已被证明是一套先进的技术创新理论，在许多著名的高新技术企业获得成功的应用，创新效果显著。为提高国内产品的创新效率，介绍了TRIZ理论解决问题的基本原理，给出了基于TRIZ理论的产品设计流程。结合设计实例，应用TRIZ理论方法进行了组件功能分析、组件价值分析，并得出最终产品设计方案，证明了TRIZ理论在机械产品创新设计中可行性，为产品创新设计提出一种新的思路。采用与TRIZ理论体系相结合的创新模式，对提高企业自主创新能力有着十分重要的作用。

关键词：TRIZ； 创新设计；产品设计

为了适应市场竞争的需要，机械产品创新设计愈显迫切。传统的产品设计开发方法周期长、成本大，已不能满足现代市场的需求。机械产品设计的本质就是创新[1]。机械产品的设计应满足使用要求、经济性要求和社会要求。企业经济发展的关键的因素是如何获得创新产品，适应市场需求的产品，而创新方法是企业新产品成功开发的重要工具。

产品设计需要突破原有的模式方法， 这就是创新。创新方法是科技创新的手段，也是科技创新的内容，创新方法又聚焦TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)理论，运用TRIZ理论的多种工具是产生创意的重要手段。TRIZ创新理论作为现代工程技术领域的核心创新方法已被广泛应用于制造业[2]。

1TRIZ理论

TRIZ理论是前苏联G.S.Altshuler及其领导的一批研究人员提出的发明问题解决理论[3]。经过50多年的发展,TRIZ已成为技术问题或发明问题解决的强有力方法学，应用该方法学已解决了前苏联、美国、欧洲和日本等许多国家企业成千上万产品幵发中的难题[4]。

作为系统的方法论,TRIZ 理论成功揭示了创造发明的内在规律和原理, 将其应用在产品的设计开发之中，可很大程度上缩短产品设计开发的周期，加快工程创新的速度，提高企业的创新能力[5-6]。

2基于TRIZ理论的产品开发流程

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，上述各项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理论求解产品设计是一项系统的工程。

TRIZ理论作为系统的方法论成功地揭示了创造发明的内在规律和原理,将其融合在产品设计之中，作为产品创新设计的重要工具，可很大程度上提高工程创新的速度，同时缩短产品开发的周期，提高开发效率，在制造业中被广泛应用。基于TRIZ理论的产品开发流程如图1所示。

3基于TRIZ理论的机械产品创新实例

通过下述实例简要说明开发流程及TRIZ理论在产品开发中的应用。现代工业对环境的洁净度要求越来越严格，而螺杆泵以其优越的抽气性能得到了用户的青睐。干式螺杆真空泵具有可靠性高、寿命长、强制输气和多相混输等优点，其抽气的关键部件就是一对相啮合的阴阳转子。

3.1组件功能分析

现有真空泵单一的转子型线都会形成吸气封闭容积，导致螺杆真空泵功耗增加，效率降低，运转不平稳，噪声大。干式真空泵在吸入湿空气或者空气中的其他杂质时，转子表面在高温高压下易受到腐蚀，缩短转子的寿命；在高速旋转情况下，抽气和排气过程中产生大量的热，使得转子受热变形，转子可能产生干摩擦，破坏系统性能。

基于上述问题，应用TRIZ理论对真空泵系统进行组件的功能分析，通过组件模型分析(见图2)，描述了系统中的组件都有哪些，以及它们之间的相互关系，并得出影响真空泵工作性能的3个功能因素：1)转子无法得到良好的冷却；2)环境无法改变，转子表面强度需提高；3)齿轮的精确啮合直接影响转子的啮合。

3.2组件价值分析

组件价值分析如图3所示。通过对组件理想度进行诊断分析，为了简化和理想化的系统，给出系统裁剪思路:1)通过移除区域D中的冷却系统简化系统；2)通过增加其功能贡献来改进区域C中的系统组件——阳转子、齿轮和轴承。

3.3组件优化

通过对组件功能和组件价值进行分析，得出目前市场上真空泵的主要缺点和进一步改进措施，具体如下。

1)泵转子的型线有理论型线和实际型线之分,其理论型线要求保证转子在旋转过程中,2个转子始终保持互相啮合,故转子的理论型线应做成共扼曲线,但是干式泵实际工作时,2个转子的表面是不接触的,要求转子之间保持一定的间隙；因此，应该在转子的理论型线的基础上去掉间隙，得到转子的实际型线。

2)在吸入湿度大的空气或工业废气时，转子表面易被腐蚀，使其表面强度降低，寿命缩短；同时转子由于质量不均匀，旋转时还会发生振动。 在泵的吸入端设置干燥和过滤系统，可降低转子的腐蚀程度。

3)转子在不断旋转过程中，会压缩空气，产生热量，致使转子温度升高，易受热变形，转子之间产生摩擦振动。可从转子的结构和材料入手，设计散热性好的转子。

再结合TRIZ理论的小人法，以改善转子的型线、增强表面强度以及降低转子的温度为着手点，形成解决方案。但是，这些方案都可能带来系统的复杂性增加等不可预测的问题。

4结语

在制造业高速发展的时代，TRIZ理论是制造业实现快速产品创新设计的重要途径之一，而TRIZ理论通过中间工具建立了问题模型和结果模型之间的联系，是一种程式化的创新设计手段。TRIZ理论、创新方法和工具的合理应用，可实现企业的创新目标，提高自身的创新能力，缩短产品的开发创新周期，推动企业经济的增长。

组件功能分析仅仅是创新设计的初步阶段，在此基础上进行组件价值分析，组件结构再设计、再分析，从而实现重大改型的创新设计，这才是产品创新设计的真正价值和意义所在；因此，应用TRIZ理论进行集成，进行现代产品创新设计是产品设计的新的发展方向，也是现代产品创新设计的需要，在企业中应对TRIZ创新方法实施推广和应用。

参考文献

[1] 王亮申. TRIZ创新理论与应用原理[M]. 北京:科学出版社,2010.

[2] 赵敏,史晓凌,段海波. TRIZ入门及实践[M]. 北京:科学出版社, 2008.

[3] 吕欣. 基于TRIZ理论中39矛盾矩阵与40创新原则的产品创新设计研究[J]. 包装工程,2009,30(5): 211-213.

[4] 刘江南,刘秋平. 基于冲突分析的工程车路面除雪装置创新研究[J]. 湖南大学学报:自然科学版,2011,38(6):33-36.

[5] HAN B B, WANG J. Statistic analysis and visualization of Triz research articles in china[J]. Library&Information Studies,2011,4(2):54-59.

[6] 高长青．TRIZ——发明问题解决理论[M]. 北京：科学出版社,2011.

* 教育部春晖计划项目(Z2012090)

科技部创新方法工作专项项目(2012IM020800)

责任编辑彭光宇

The Applied Research of TRIZ Theory in Product Design

WANG Xiaojuan， REN Xiaoqing

(School of Mechanical Engineering of Qinghai University， Xining 810016， China)

Abstract：In the fiercer global competition, rapidly developing high and new technology and its product which has its own intellectual property rights has becomes the key for enterprise to enhance their comprehensive competence.TRIZ theory is a set of advanced innovation theory system,which has been successfully applied in many well-known enterprise, and the innovation effect is remarkable.To improve product innovation efficiency， based on TRIZ theory of the basic principle to solve the problem and the product design process is illustrated. Applying TRIZ theory, product component function and value are analyzed in the example of product design， and a solution of product design is proposed. With the example feasibility is proved, a new problem sovling method is provided for product creative design.Applying innovation pattern and method that matches with TRIZ theory is necessary and important to enhance the innovation capability of enterprise.

Key words:TRIZ， creative design， product design

中图分类号：TH 122

文献标志码:A

作者简介：王晓娟(1974-)，女，副教授，硕士，主要从事机械产品创新、计算机辅助几何设计和计算机图形学等方面的研究。

收稿日期：2015-06-05