利用TRIZ理论优化产品设计的案例思考

徐淑琴 王志松

【摘 要】产品的优化是一个长期的过程，是一个不断地从实践中发现问题、解决问题的过程。在企业新产品研发或产品改进的过程中应用TRIZ理论等创新方法可以提高创新效率。本文以纯铜辫子线为例，通过运用TRIZ理论分析现有产品中所存在的问题，挖掘创新的突破点，对产品进行更合理的优化改造。应用TRIZ理论解题的过程，带给我们思考与启迪。

【关键词】TRIZ理论 优化设计 思考

产品的优化是一个长期的过程，是一个不断地从实践中发现问题、解决问题的过程。在新产品研发或产品改进的过程中注重利用优秀的创新方法，可获得事半功倍的效果，提高产品的竞争力，满足不断发展变化的市场需求。以纯铜辫子线为例，通过运用TRIZ理论（发明问题解决理论）分析现有产品中所存在的问题，挖掘创新的突破点，对产品进行更合理的优化改造。

1 TRIZ理论简介

自从“TRIZ之父”——前苏联发明家兼工程师阿奇舒勒1946年创立TRIZ理论以来，TRIZ被广泛应用于各个领域创造性的解决问题，尤其是在技术创新和产品创新方面。TRIZ理论是创新思维、创新方法、创新工具的综合体。TRIZ作为一套解决发明问题的理论，通过系统本身的资源解决各要素间的冲突，或者通过已知的信息进行合理科学的推断来解决冲突；TRIZ同时也是一套方法，利用TRIZ理论里面提供的分析模型可有效处理实践中的问题。TRIZ理论通过自身设计的规律和原理，应用创新思维，解决系统中存在的矛盾，获得最终的理想解。

2 利用TRIZ理论优化产品设计的案例分析

2.1纯铜辫子线及其应用

纯铜辫子线是由很多根很细的纯铜线编制的像麻花辫一样的粗铜线束，图1为铜辫子线原线见，图2为铜辫子线成品线。这样设计的好处在于：与单根截面积为A平方毫米的铜线或者铜片相比，总截面积同样为A平方毫米的辫子线，电流密度更高，也就是说可以流过更大的电流，或者说流过同样的电流，可以使用更少的铜线；且辫子线具有更好的柔性来吸收这根粗铜线两端连接件的零价制造误差和装配误差，便于顺利地进行装配。纯铜辫子线的应用范围很广，比如有刷电机的碳刷线（见图3）等等。

图1 铜辫子线原线 图2 铜辫子线成品线 图3 电机碳刷线

2.2问题环境描述与原因分析

因为铜辫子线的上述优点，在有刷电机上使用铜辫子线很有必要。但使用中常常会存在这样的现象：一个功率几千瓦的有刷电机的铜辫子线在振动测试的时候通不过测试，辫子线根部会部分断裂或者整个断掉。这是因为纯铜线本身强度很低，很细的铜线编织的辫子线很软，而辫子线铜材密度大，质量不轻，振动剧烈的时候，摆动引起变形，不可避免会产生应力。振动得久了，就会出现局部断线的问题。

很显然，如果改动设计，相当困难；如果改动模具零件，需要重新做很多测试。假定设计、各种模具等都已经定型了，各种其他功能试验已经测试完毕且都通过了，如何解决这一问题呢？

2.3利用TRIZ理论定义理想解和设计解决方案

解决问题的设计思想是：在同样的外部振动激励下，保留铜辫子线柔软又能导通大电流的优点，同时减小其振动时变形量，从而减小应力，最终达到延长寿命的目的。

利用TRIZ理论做因果分析，锁定子系统为纯铜辫子线本身。同样的外力，变形减小，应变减小，也就是强度需要提高。而强度提高，势必需要材料变粗，导致材料重量增加，也就是运动物体的重量增加，这又会削弱强度提高带来的优势。也就是说，理想解的基本矛盾是“强度提高”和“运动物体的重量减小”之间的矛盾，提炼出来的基本矛盾对是“强度”和“运动物体的重量”。通过查矛盾矩阵，获得可能的发明原理为“1分割”、“8浮力和反重力”、“15动态最优”、“40复合材料”。经过简单筛选，很容易发现“40复合材料”很适合本问题。“复合材料”简言之就是增加一种新材料，基于基本矛盾“强度提高”和“运动物体的重量减小”考虑，增加高强度低密度材料，结合设计选定符合条件且性价比很高的新材料弹簧钢。故提出可能的解决方案如下：在纯铜线束中加入少许弹簧钢丝或者薄的弹簧钢片，在保持足够柔性的同时，大幅度增加了强度，同时只轻微增加了运动物体的重量，从而使得在同样的外力下，变形量减小，应变减小，寿命增加。铜辫子线线束截面结构示意图见图4。

图4 铜辫子线线束截面结构示意图

3应用TRIZ理论的几点思考

应用TRIZ等创新方法，有利于开阔创新思维，提高创新能力，笔者作出几点思考。

（1）应用TRIZ可使创新过程更高效。一是对于简单明了的问题，可以直接寻找主要矛盾对，直接使用矛盾矩阵寻求方案。二是对于复杂问题，最好划分系统、子系统，进行详细的因果分析，根据实际情况选择合适的系统层级去解决主要问题。例如上面提到的这个问题也能在更高的系统级别解决，只是那样会涉及改变很多零件设计。选择合适的层面去针对性地解决问题，这也是因果分析方法能给出的重要指引。三是要抓住主要矛盾，有更好的机会找到高质量的解决方案，即所谓的“四两拨千斤”、“打蛇打七寸”、“抓住本质解决问题”……问题最小化，方案最小化，是高效解决问题的好习惯。

（2）TRIZ学习应与实际项目相结合。TRIZ理论作为从国外引入的一套系统的理论、方法和工具，包含了8大技术系统进化法则、40个发明原理、76个标准解系统、冲突矩阵、物-场分析模型、IFR最终理想解、ARIZ发明问题解决算法、科学原理效应库等等，学习起来也有一定的难度。只有将TRIZ的学习与实际项目相结合，理论结合实际，利用TRIZ方法寻找技术解决方案，才能更好更快地理解与掌握TRIZ理论。此外，通过TRIZ创新方法成功运用的实例，可在短时间内获得广泛关注，达到更好的推广效果。

（3）应用TRIZ应具备足够的专业领域知识和经验。不管TRIZ理论或其他的创新工具多么强大，使用者自身都需要具备足够深厚而广泛的知识和经验，才能以更高的效率和成功率解决碰到的相关问题。比如应用矛盾矩阵时，通过查表，得到发明原理提示——合并原理，如果当事人的知识和经验不够丰富，也许就不理解合并原理在当前的问题环境中代表的方案是什么，或者误解原理指示的方向，或者是忽略了这个方向。因此，有创新方法当然很好，但不要盲目地迷信创新方法的威力，不要完全依赖创新方法去解决问题，而丧失了自身的思考和创造能力。创新方法不是要把创新公式化，而是要多结合实际问题、相关领域知识和经验来灵活运用。

参考文献：

[1]韩士德.科技创新也需要“方法”[N].科技日报，2011-01-07.

[2]徐淑琴，王志松.TRIZ理论在产品创新中的应用实例分析[J].广东科技，2014（24）：185-186.

[3]廖宇生.基于TRIZ理论的产品理想化设计创新过程与方法研究[D].湖南大学，2007.

作者简介：徐淑琴（1980—），女，湖北天门人，助理研究员，硕士，主要研究方向为科技发展战略研究、科技管理研究与科技信息传播研究；王志松（1978—），男，工程师，硕士，主要研究方向为机电一体化领域产品开发、优化设计、技术创新等领域。