基于TRIZ理論的機械產品創新設計研究

沈元元，葉 松

九江職業技術學院，江西九江 332000

基于TRIZ理論的機械產品創新設計研究

沈元元，葉 松

九江職業技術學院，江西九江 332000

在分析TRIZ的發明問題、解決問題理論基礎之上，結合實際應用，探討了實際設計案例應用，利用TRIZ思想應用在自行車剎車裝置的設計中，希望能對于工業設計的理論工作者會有所幫助。

TRIZ理論；機械產品設計；創新設計；理論應用

創新能力的核心問題就是進行創新思維能力的培養，相比于西方發達國家，我們在知識、技術創新、工業化發展水平方面，還具有較大的差距。所以，只有依靠不斷的創新，才能保證進一步縮短發達國家和中國之間的差距，使得中華民族能夠再次騰飛于世界之林，這就需要提升人民群眾的創新能力。中華民族應該全力發揮其自身的創新精神，不斷地對于知識、技術的發展進行探索。創新在我國黨和國家領導人中的報告中多次進行強調，所以，對于青年一代，更應該不斷探索，充分重視創造力的訓練和培養。

1 TRIZ：發明問題、解決問題理論

在具體的產品創新設計環節，設計理論、方法具有重要特殊作用，世界很多國家都在從事這方面的研究工作，并且探討了多方面的設計方法理論。對于技術系統進化原理來說，則是表現為發現問題解決理論的核心內容，根據這一原理的具體要求，可以看出，技術系統則一直體現出進化的特點，要想保證進化不斷推進，就應該有效解決沖突問題。可以看出，進化速度則是隨著技術系統的沖突問題的有效解決，而變得進一步降低，要想能夠讓進化速度產生一定的突變效果，就應該有效地對于阻礙其進化的深層次沖突進行完全的處理解決[1-2]。

1.1 TRIZ概述、定義

Theory of Inventive Problem Solving則是TRIZ的英文表達，一般也稱作TIPS，這也是屬于發明問題的解決理論范疇。其主要是由前蘇聯的學者Genrich. S. Altshuller等人所提出，則是在經過分析世界上250萬多件具有高水平的發明專利的基礎上，得到了有效理論，通過深入的分析和思考，能夠有效對于發明創造解決技術問題中的相關40個基本的法則和原理。這種理論體系結構，能夠有效保證技術問題的解決，實現各種方法的創新，涉及到一系列的40個法則和原理。

一般來說，關于TRIZ的統一的定義，則是由著名的專家學者Savransky博士所給出，所謂的TRIZ系統，則是基于知識體系結構，面向發明人的有效解決問題的系統方法學，具體包括以下幾個方面的內容[3]。

第一，TRIZ是基于知識的方法。主要表現在，TRIZ系統大量采用了相關在自然科學以及工程學的中效應知識；TRIZ系統則是能夠體現發明問題來進行啟發式方法解決的知識；TRIZ系統則是有效進行出現問題領域的知識。

第二，TRIZ是面向人的方法。在應用TRIZ系統中，啟發式的方法的對象則是設計者，而并不是機器。通過TRIZ理論，能夠有效將系統進行分解處理，分解成為多個子系統，有效地對于有害、有益的功能進行區分和實踐，這樣的分解過程則是受到環境以及問題的影響，具有較強的隨機性的特點。在這樣的條件下，設計者能夠快速有效地應用到具體的設計過程中。

第三，TRIZ是系統化的方法，具體表現在：一是，在TRIZ系統中，在具體的問題分析過程中，主要應用詳細且通用的模型，應該充分重視該模型中間題的系統化知識；二是，對于解決問題的過程進行分析，可以看出，這是一個系統化的，能夠方便對于已經掌握知識的應用的過程。

第四，TRIZ是發明問題解決理論，具體表現在：一是，虛構的理解可以有效代替未知所需要的情況；二是，通過對于設計中的沖突的有效解決，獲得創新解，但是，沖突中的某些步驟則是不清楚的；三是，利用有效的環境或系統本身的資源可以得到一般情況下的理想解；四是，利用已知的系統進化趨勢能夠有效推斷一般情況下的理想解。

1.2 TRIZ的研究內容

TRIZ則是一種有效的方法學，能夠保證對于新設計、設計改進以及二次設計的設計者，提供有效的過程模型、方法、以及具體的工具。

1.3 發明問題解決理論

利用有效的科學思維方式，TRIZ系統能夠利用一系列工具[4]，第一步，把特定抽象問題進行有效轉換，能夠變為一般意義上的標準或者一般性的問題，第二步，利用標準方式進行求解，第三步，得到特定的有效解。

2 實際設計案例應用——自行車剎車裝置的設計

在實際應用中，自行車的剎車裝置很多，用來減慢或者阻止自行車速度。從方便或者經濟角度進行考慮，一般來說，杠桿式以及卡鉗式的剎車較為常見，在操作者按壓下手柄的過程中，就能讓剎車裝置卡住自行車邊緣，這種裝置主要是依靠安裝在剎車構架中的兩塊橡膠皮的作用，其主要是相對地在輪緣的兩側，通過輪緣接觸剎車片，利用摩擦力而達到剎車的效果。

對于自行車剎車過程來說，設計標準則是干燥的地面或者是潮濕的地面。所以，應該通過有效設計，能夠適應于任意天氣的要求，能有效實現安全行駛的剎車功能。為了解決自行車剎車問題適用于任何天氣情況，可以從兩個方面進行思考。一是，剎車裝置則是由一種條件下的材料制成，能滿足干燥的條件，或者能滿足潮濕的條件，需要使用者在不同的天氣下進行剎車裝置的更換；二是，如果輪緣被水膜或者沙礫覆蓋的情況，則會在不同的條件下（干或濕）產生不同的性能。因此，對于這個問題的分析，要想解決核心問題并不容易，可以有效利用TRIZ來解決系統矛盾。

對于解決含有矛盾問題的方法，經過整理，可以進行如下的簡單陳述：1）進行相應的剎車裝置的調整或者置換處理，能夠提高潮濕或者干燥條件下的可靠性能，但是，使用存在一定的不方便性；2）通過有效的技術參數的調整工作，能夠提升剎車、輪緣的穩定性。

所以，這樣就可以得到相應的概念設計。根據系統要求，類似于“復合材料”和“媒介”的概念去解決問題。對于“復合材料”來說，則是把均勻性的材料用復合性質的材料進行替代；對于“媒介”來說，則是利用有效的中間物體來實現功能的轉移，短時間內，實現物體同另外一個容易移除的物體相聯。

在此基礎上，提出了一種分離式的剎車結構設計方面，也就是具體的復合材料原理的表現。能夠有效地解決“可靠性/方便性”矛盾的問題，通過有效組合，變得到了較為合理的理想設計。具體的原理如下：在剎車的前端安裝一個能夠進行移動的軟橡膠，利用彈簧能夠進行傾斜度的調節問題。保證輪緣和移動橡膠的面具有一定的預設距離。在進行剎車的情況下，保證移動橡膠能夠首先接觸到輪緣，能夠有效地把塵土、水膜、沙礫進行抹去。這樣的基礎上，剎車皮接觸輪緣能夠實現在任何天氣條件下的效果。所以，這就是利用TRIZ系統，有效解決其中的矛盾。

3 結論

創新能力的核心問題就是培養創造思維的能力，在進行產品創新的過程中，往往都是在產品的概念設計階段，這就要求具有有競爭力、嶄新思維的工作原理。根據相應的設計理論有缺點的分析和探究，在研究全世界專利的基礎上所提出的TRIZ系統理論，具有較強的實用性和可操作性。對于工業設計的理論工作者來說，應該盡快掌握TRIZ系統，并在企業中國進行有效的推廣應用，保證其在我國企業產品創新中發揮更大的作用。

[1]周建軍，李明富，陳木勝.TRIZ、VE及在創新設計中的應用[J].鍛壓裝備與制造技術，2009，44（5）.

[2]路鑫，黃維，王子灝.現代機械設計中創新設計TRIZ理論的應用[J].科協論壇（下半月），2013（12）.

[3]崔福霞.創新設計（TRIZ理論）在機械設計中的應用[J].大眾科技，2010（2）.

TH11

A

1674-6708（2015）145-0117-01