基于TRIZ理论的产品创新设计

2016-05-04黑龙江八一农垦大学工程学院张颖刘文灵

科技创新与品牌 2016年1期

文/黑龙江八一农垦大学工程学院张颖李飞刘文灵

基于TRIZ理论的产品创新设计

文/黑龙江八一农垦大学工程学院张颖李飞刘文灵

摘要：本文在对TRIZ理论的研究基础上，论证其在产品创新设计中发挥作用的可能性。在构建产品创新设计过程及步骤方面做出了初步的尝试，将TRIZ理论工具应用于产品创新设计过程中。以订书机为实例，说明了基于TRIZ理论产品创新设计的应用过程，同时验证了这种方法的有效性。最终使订书机产品创新设计由理论走向现实。

关键词：TRIZ,产品创新设计，订书机

TRIZ是基于逻辑和专利数据统计的创新问题解决理论，成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，可以普遍适用于各种工程技术创新问题。它具有逻辑结构严密，可重复性等特点，受到诸多国际知名企业的青睐，已经成为帮助企业解决生产技术问题、提升企业核心竞争力的战略“法宝”[1]。TRIZ理论传入我国以来，日益受到学界的重视，取得了一定的科研成果：河北工业大学谭润华教授利用TRIZ中的技术进化法则建立了一种产品过程的设计模型，并将其用于解决企业中遇到的实际技术问题[2]。陕西科技大学任工昌博士分析了TRIZ理论是以深度技术知识为基础，建立了从专利中获取启发式原理和技术效应的方法[3]。

图1　创新工具支持的产品创新设计步骤模型

我国社会经济高速发展，正处于“中国制造”到“中国创造”的转型期，结合“中国制造2025”发展战略，大力开展TRIZ理论应用研究具有重要现实意义。本文着眼于工业产品的创新设计，探讨TRIZ在产品创新设计实践中的应用模式与支持作用，为更好地设计开发工业产品和TRIZ理论应用提高借鉴。

1.TIRZ理论为产品设计提供理论依据

产品设计的核心特点是创新，从本质上说就是创造性地发现问题和解决问题的过程，TRIZ理论的强大作用正在于它为创新过程提供系统的理论和方法工具。因此，近年来在产品设计的研究和应用领域很多应用。TRIZ理论实现产品由初始状态通过单步或多步变换，最终实现或接近理想状态，完成产品创新设计的过程，已经成功地解决了产品设计中的许多难题。[4]

将TRIZ的理论成果应用于产品设计是现代产品设计方法及理论发展的需要。借助TRIZ是有助于提高设计效率、减少设计时间，又易于操作的设计理论。[5]至今国内外还未形成专门针对产品设计利用的系统创新理论[6]，本文将TRIZ理论应用于产品创新过程中，对其创新工具进行归纳和整理，尝试构建基于TRIZ的产品创新设计的过程和流程。

2.基于创新工具支持的产品设计流程构建

产品设计的完整过程可划分为四个关键步骤：设计计划的提出（发现问题阶段）、调研分析阶段（寻找关键问题，完成设计定位）、设计展开阶段（思维发散、创意激发）、设计实施阶段（方案确定的评价及优化阶段）四个阶段。分别将TRIZ工具融入产品设计的每一个环节，恰当应用可以提高产品创新水平。

2.1设计计划提出：将TRIZ理论中初始形势分析应用其中，对产品原型问题情境进行整理，快速发现问题本质，准确定义创新性问题。

2.2调研分析阶段：应用九屏图，因果分析、功能分析等分析问题工具，对创新问题进行系统的梳理，从更广的视角看待问题，充分发掘关键问题，寻求解决方向和思路。

2.3设计展开阶段：借助矛盾分析、物场分析工具，将产品设计将关键问题转化成矛盾问题或缺陷；应用发明原理，打破思维定势，激发创新思维，提供更合理的解决方案和更好的创意。

2.4设计实施阶段：以技术系统进化规律准确确定探索方向，预测产品发展潜质，以最终理想解的实现程度完成方案评价，实现技术突破，完成产品优化。

3.订书机产品创新设计实例分析

3.1基于初始形式分析的设计计划提出：订书机作为常用办公品在生活中使用范围很广，目前的订书机在装订时需要反复摆放订书机位置，装订深度难以控制，也很难将订书钉装订整齐，经常出现装订歪斜，装订深度不齐等现象，影响装订文本的整齐和统一，对于较为正式的文件更是影响其权威性。初始形式分析有助于发现易被忽略的问题，为创新设计提供更多机会。

图3　原因链分析

图2　装订不整齐文件

3.2应用因果链条进行调研分析整理：

利用TRIZ工具因果分析，可以全面分析文件装订不整齐现象出现的原因，梳理思路，并找到两次操作是导致装订不整齐的关键，进而明确产品设计方向，很大程度上提高了创新效率。

3.3借助解决问题工具实现方案展开

技术矛盾表述：

a 如果为了保持装订效果整齐的要求，就需要增加组件，提高订书机的一次性出针数。

b 如果系统组件不增加，装订效果不佳。

确定工程参数为：

改善的参数为：No.35可靠性

No.34可操作性

恶化的参数为：No.45装置的复杂性

No.46控制的复杂性

通过查询2003版矛盾矩阵，得知可能的解集是M35-45=[5,35,13,33,15,29,03,17]和M34-46=[1,25,37,2,3,10]。经过评估和应用假设实验，确定符合本问题的创新原理有：1分割原理、5组合原理、15动态化原理。

分离原理的应用：

将订书机的某些系统组件进行分离，实现在不同距离下同时装订的功能要求；

组合原理的应用：

1) 增加一个订书机系统，并让增加的系统能够始终保证与与原系统在一条直线上运动。

2)将订书机分离为可拆卸和组装的系统，增加适应性的同时，保证了其系统的简洁性；

动态化原理的应用：

1) 将订书机的某些组件（如托板和手柄）设计成两层，并同时支持两层组件左右移动；

2) 连接支架设计为伸缩结构，可调整装订距离，保证整齐性。

技术矛盾配合发明原理完成思维发散，提出可行方案。

3.4最终理想解及技术进化法则完成最终方案评价

以最终理想解中消除矛盾程度、是否产生新的危害、成本、复杂性、可行性等属性为评价标准，帮助筛选出最终方案：将两个订书机以可伸缩支架连接，可拆卸组合，调整距离，订书机按压把手可旋转，并通过键槽卡位，一次按压完成双钉装订，整齐定位。拆分后不影响订书机单独使用，规格适中便于存放。

用动态性进化法则验证铰链连接、可伸缩结构的可行性，完备性法则帮助完善产品结构细节。

4.结论：

TRIZ理论是产品创新设计的有效开发工具。本文将TRIZ工具应用于产品创新设计流程中，形成TRIZ理论支持产品创新设计的应用模式。产品设计前期建立系统问题分析情境，产品设计中期快速发现关键问题本质和矛盾，明确问题探索方向，突破思维惯性，形成创新概念解，产品设计后期以全面视角对方案进行评价，提供系统评价标准，实现定性与定量评价的统一，并对技术系统未来发展趋势进行预测。通过订书机产品创新设计实践表明，该创新设计流程可以有效引导创新思路的形成，提高创新效率和创新程度。

责编/刘红伟