基于網絡數據庫技術的TRIZ設計模型

河南省科學技術信息研究院 徐 棟

基于網絡數據庫技術的TRIZ設計模型

河南省科學技術信息研究院 徐 棟

當今，傳統的串行設計模式已被證明越來越不適應激烈的市場競爭需求，并行設計模式越來越顯示出其巨大的優越性。例如我國早期第二汽車制造廠的汽車換型需要7 ～ 8年，而日本豐田只需半年。因此許多企業紛紛舍棄串行設計模式轉而采用并行設計模式。但是，由于并行設計中，過程并行執行的特性將導致更多的工程沖突和物理沖突的同時出現。只有在盡可能短的時間內協調和解決這些沖突，才能體現出并行設計模式的優越性。

TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）方法，在我國稱為發明問題解決理論，已經成功地解決了設計中的許多難題。尤其是它具有1套從250萬件專利中總結出來的成熟的沖突解決理論。這套沖突解決理論不僅在前蘇聯得到廣泛應用，在美國的許多大企業，如波音，通用，克萊斯勒，摩托羅拉等的新產品的開發中得到了應用，并創造了可觀的經濟效益。但是它在我國工礦企業中的應用以及我國學術界對它的研究還很少。由于這套理論的術語比較抽象，將其結合到設計中還需要設計者有著較豐富的沖突解決經驗。這種情況導致了其應用推廣的難度。本文，筆者提出了TRIZ（并行工程/發明問題解決理論）的設計模型，并通過數據庫方法提供設計實例的信息化管理手段，以使設計者能夠相互共享沖突解決經驗，相互交流TRIZ的沖突解決方法，促進TRIZ設計模型在的推廣應用。

一、并行工程理論（CE）

并行工程是對產品設計及其相關過程（包括設計過程，制造過程和支持過程）進行并行、一體化設計的系統化工作模式。這種工作模式力圖使開發者一開始就考慮到產品全生命周期中的所有因素，包括質量，成本，進度與用戶要求。并行工程的核心是并行設計，并行設計要求考慮的因素有：市場需求、制造、裝配、維護、環境保護等，目的就是縮短新產品的開發周期、進一步壓縮新產品的生產成本、提供優質的售前咨詢服務和售后增值服務。并行設計過程中要處理大量相互依賴的制約關系，這些關系稱為約束。并行設計的過程，可以看做是協調約束過程。通常情況下約束分為設計約束、可制造性約束、資源約束和時間約束4大類。并行設計的特點和這些約束決定了在設計過程中可能隨時發生沖突。從某種程度上來說，設計的發展過程也就是沖突不斷發生和解決的過程。

二、發明問題解決理論（TRIZ）

TRIZ是前蘇聯G.S.Ahshuler及其領導的一批研究人員所提出的發明問題解決理論。其核心是技術系統進化原理。按這一原理，產品向著理想解的方向進化，不斷解決沖突是產品進化的推動力。在產品創新過程中，沖突是最難解決的一類問題。大量的工程實例表明，TRIZ的出發點是借助于經驗發現設計中的沖突，沖突發現的過程也是通過對問題的定性描述來完成的。沖突可分為2類：技術沖突和物理沖突。

1.技術沖突。技術沖突是指系統一個方面得到改進時，削弱了另一方面的期望。如增加飛機發動機的功率，一般就增加發動機的質量，原機翼強度不一定足夠，即削弱了機翼的強度。Ahshuler通過對沖突的深入研究已發現39個通用工程參數，任何一個技術沖突都可用其中的一對參數來描述；同時他還發現，由其中一對參數描述的任一技術沖突都有創新解，求解該創新解的方法是可確定的，這些方法或原理被歸納出40條。A ltshuler還發明了一種沖突矩陣，該矩陣的首行與首列元素都由39個標準參數組成，其他矩陣元素給出了解決相應技術沖突可用原理在這40條中的序號。A ltshuler的沖突理論似乎是產品創新的靈丹妙藥，在實際應用該理論前的前處理與應用之后的后處理還是十分重要的。當針對具體問題確認了一個技術沖突后，要用該問題所處技術領域中的特定術語描述該沖突。并將沖突的描述翻譯成一般術語，由這些一般術語選擇標準沖突描述參數。標準參數決定的是一般問題，并可選擇可用解決原理。一旦某一原理被選定后，必須根據特定的問題應用該原理以產生一個特定的解。對于復雜的問題，一條原理是不夠的，原理的作用是使原系統向著改進的方向發展。在改進的過程中，對問題的深入思考、經驗都是需要的。

2.物理沖突。物理沖突在產品設計中某一部分同時所表現出的2種相反狀態稱為物理沖突。物理沖突的1個經典例子是當增加1個零件的強度時，往往該零件的質量或尺寸增加，而設計者不希望增加零件的尺寸或質量，因此，出現了物理沖突。TRIZ中提供了如下物理沖突解的4條分離原理：從時間上分離相反的特性，在一時間段內物體表現為一種特性，在另一時間段內物體表現為另一種特性；從空間上分離相反的特性，物體的一部分表現為一種特性，另一部分表現為另一種特性；從整體與部分上分離相反的特性，整體具有一種特性，而部分具有相反的特性；在同一種物質中相反的特性共存：物質在特定的條件下表現為唯一的特性，在另一種條件下表現為另一種特性。當一個問題被深入地分析之后，往往首先采用分離原理解決沖突。

三、基于網絡數據庫技術的CE/TRIZ設計模型

1.CE/TRIZ設計模型。并行設計中沖突的同時涌現迫切地要求設計者能夠盡快地協調和解決這些沖突。然而，創新設計的要求和并行設計的約束決定了大量的沖突可能是極其復雜的。設計者可能經過很多次挫折仍然無法找到沖突的合適解，這要求設計者有非常扎實的理論根基和豐富的沖突解決經驗，因而對設計者提出了極高的要求。TRIZ作為1門有著50年歷史且不斷發展的科學，形成了一套結構化的知識，可以很快集中創新能力于直接關系到最終結果的特定問題上，快速找到解決問題的最佳途徑。因此將TRIZ方法用于并行設計中協調和解決沖突問題的CE/TRIZ設計模型將是一種很好的設計模型。然而，TRIZ方法要求設計者用該問題所處技術領域中的特定術語描述該沖突。而且要將沖突的描述轉換成一般術語來選擇標準沖突描述參數。并用這些標準參數選擇可用的解決原理。一旦某一原理被選定后，必須根據特定的問題應用該原理以產生一個特定的解。這要求設計者對TRIZ方法的標準沖突描述參數和沖突解決原理有較深刻的理解和應用。TRIZ方法解決沖突問題的實際經驗將成功地應用TRIZ方法解決沖突問題的工程實例并存儲到網絡數據庫中以供設計者參考，學習和相互交流將很好地解決這個問題，并能促進這種方法在我國的廣泛應用和深入研究。

2.網絡數據庫總體設計思想。由于設計實例可能來自各個不同的企業或科研單位，它們在物理上是分布的，因此必須采用Web技術。M icrosoft的SQL SERVER2000有很好的安全性、伸縮性、可靠性、易用性并能提供數據倉庫技術，可將其作為數據庫后臺開發工具。為支持開發和插接復雜的業務應用程序或規則，可采用基于CORBA技術的客戶機/應用程序服務器/數據庫服務器3層模式。

（1）對異構數據庫要采用ODBC（Open Database Connectivity）驅動。

（2）數據庫中應盡可能多地包括沖突的全方位信息：包括沖突描述、沖突所用發明原理或分離原理、沖突解決過程、沖突所在項目、沖突負責人信息。以使設計者對各個實例有很清晰的了解并能被設計者所用或為設計者提供靈感。為了方便設計者之間的交流，提供負責人信息。而且采用各種方式：如數字、字符、文本、圖形、圖像等存儲信息。

（3）為支持網上訪問，可采用PHP腳本語言制作動態交互式網頁。必須安排系統管理員對系統進行管理和維護，給不同的人員分配不同的權限和角色并建立各種視圖以確保數據庫的安全性。為確保數據的正確性，新數據的插入需經過專家的審核，對原有數據的刪除和修改只限于管理員，專家等少數擁有權限的人或數據所有者本人，并須經過專家的審核。

（4）支持按沖突標志、負責人、項目、發明原理、分離原理以及它們的混合模式對表和視圖進行查詢，支持全文索引。

3.數據庫模型。Web分布式動態數據庫建立后，就可以實現數據的各種操作：插入、查詢、修改、刪除等，并可以實現各個分布式數據庫間的導入、導出等功能。該Web數據庫訪問分4個步驟：

（1）連接。Web瀏覽器與Web服務器建立連接。

（2）請求。Web瀏覽器通過socket向Web服務器提交請求。

（3）應答。Web瀏覽器提交請求后，通過http協議傳送給Web服務器，Web服務器接到后進行事務處理，處理結果又通過http傳回給Web瀏覽器，從而在Web瀏覽器上顯示出所請求的頁面。

（4）關閉連接。當應答接觸后，斷開Web瀏覽器和Web服務器之間的連接。

4.數據庫表的設計。根據以上的要求，在SQL SERVER2000中建立數據庫進行數據管理。包括9張表：技術沖突表、物理沖突表、負責人表、項目表、發明原理意義查詢表、分離原理意義查詢表、沖突矩陣查詢表、物理沖突意義查詢表、通用工程參數意義查詢表。各表存儲的數據如下：

（1）技術沖突表。主要存儲技術沖突描述和將具體問題一般化后得到的通用工程參數、理想解以及對可行解進行選擇、綜合、優化后得到的最終沖突解決方案。其中選用的發明原理2、3、4可為空。沖突的圖形描述可用S–Feld（物質場）模型圖或其他圖片。可以通過通用工程參數對與沖突矩陣查詢表的連接獲得對應的可用發明原理ID。

（2）物理沖突表。主要存儲物理沖突描述和將具體問題一般化后得到的物理沖突lD、理想解以及對可行解進行選擇、綜合、優化后得到的最終沖突解決方案。其中，選用的分離原理2、3、4可為空。沖突的圖形描述可以是S.Feld（物質一場）模型圖或其他圖片。

（3）負責人表。主要存儲沖突負責人的聯系信息。

（4）項目表。主要存儲沖突所在項目所用資源信息：作用于系統的物質、場、時間、空間等。

（5）發明原理意義查詢表。主要存儲40條發明原理的意義。可以通過與技術沖突表的連接獲得對應的工程實例。

（6）分離原理意義查詢表。主要存儲4條分離原理的意義，可以通過與物理沖突表的連接獲得對應的工程實例。

（7）沖突矩陣查詢表。主要存儲39x39個沖突矩陣元素，矩陣對角和一部分元素為空。

（8）物理沖突意義查詢表。主要存儲物理沖突24種分類。

（9）通用工程參數意義查詢表。主要存儲39個通用工程參數的意義。可以通過與技術沖突表的連接獲得對應的工程實例。

四、結論

本文，筆者提出了基于網絡數據庫技術的TRIZ設計模型，并給出了具體可操作的數據庫設計。本數據庫的使用將大大加快并行設計中沖突的解決速度，有助于設計者間的相互學習和交流，促進TRIZ方法在我國的廣泛應用和深入研究。