基于TRIZ理論的產品創新設計

文/黑龍江八一農墾大學工程學院 張穎 李 飛 劉文靈

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基于TRIZ理論的產品創新設計

文/黑龍江八一農墾大學工程學院 張穎 李 飛 劉文靈

摘要：本文在對TRIZ理論的研究基礎上，論證其在產品創新設計中發揮作用的可能性。在構建產品創新設計過程及步驟方面做出了初步的嘗試，將TRIZ理論工具應用于產品創新設計過程中。以訂書機為實例，說明了基于TRIZ理論產品創新設計的應用過程，同時驗證了這種方法的有效性。最終使訂書機產品創新設計由理論走向現實。

關鍵詞：TRIZ,產品創新設計，訂書機

TRIZ是基于邏輯和專利數據統計的創新問題解決理論，成功地揭示了創造發明的內在規律和原理，可以普遍適用于各種工程技術創新問題。它具有邏輯結構嚴密，可重復性等特點，受到諸多國際知名企業的青睞，已經成為幫助企業解決生產技術問題、提升企業核心競爭力的戰略“法寶”[1]。TRIZ理論傳入我國以來，日益受到學界的重視，取得了一定的科研成果：河北工業大學譚潤華教授利用TRIZ中的技術進化法則建立了一種產品過程的設計模型，并將其用于解決企業中遇到的實際技術問題[2]。陜西科技大學任工昌博士分析了TRIZ理論是以深度技術知識為基礎，建立了從專利中獲取啟發式原理和技術效應的方法[3]。

圖1　創新工具支持的產品創新設計步驟模型

我國社會經濟高速發展，正處于“中國制造”到“中國創造”的轉型期，結合“中國制造2025”發展戰略，大力開展TRIZ理論應用研究具有重要現實意義。本文著眼于工業產品的創新設計，探討TRIZ在產品創新設計實踐中的應用模式與支持作用，為更好地設計開發工業產品和TRIZ理論應用提高借鑒。

1.TIRZ理論為產品設計提供理論依據

產品設計的核心特點是創新，從本質上說就是創造性地發現問題和解決問題的過程，TRIZ理論的強大作用正在于它為創新過程提供系統的理論和方法工具。因此，近年來在產品設計的研究和應用領域很多應用。TRIZ理論實現產品由初始狀態通過單步或多步變換，最終實現或接近理想狀態，完成產品創新設計的過程，已經成功地解決了產品設計中的許多難題。[4]

將TRIZ的理論成果應用于產品設計是現代產品設計方法及理論發展的需要。借助TRIZ是有助于提高設計效率、減少設計時間，又易于操作的設計理論。[5]至今國內外還未形成專門針對產品設計利用的系統創新理論[6]，本文將TRIZ理論應用于產品創新過程中，對其創新工具進行歸納和整理，嘗試構建基于TRIZ的產品創新設計的過程和流程。

2.基于創新工具支持的產品設計流程構建

產品設計的完整過程可劃分為四個關鍵步驟：設計計劃的提出（發現問題階段）、調研分析階段（尋找關鍵問題，完成設計定位）、設計展開階段（思維發散、創意激發）、設計實施階段（方案確定的評價及優化階段）四個階段。分別將TRIZ工具融入產品設計的每一個環節，恰當應用可以提高產品創新水平。

2.1設計計劃提出：將TRIZ理論中初始形勢分析應用其中，對產品原型問題情境進行整理，快速發現問題本質，準確定義創新性問題。

2.2調研分析階段：應用九屏圖，因果分析、功能分析等分析問題工具，對創新問題進行系統的梳理，從更廣的視角看待問題，充分發掘關鍵問題，尋求解決方向和思路。

2.3設計展開階段：借助矛盾分析、物場分析工具，將產品設計將關鍵問題轉化成矛盾問題或缺陷；應用發明原理，打破思維定勢，激發創新思維，提供更合理的解決方案和更好的創意。

2.4設計實施階段：以技術系統進化規律準確確定探索方向，預測產品發展潛質，以最終理想解的實現程度完成方案評價，實現技術突破，完成產品優化。

3.訂書機產品創新設計實例分析

3.1基于初始形式分析的設計計劃提出：訂書機作為常用辦公品在生活中使用范圍很廣，目前的訂書機在裝訂時需要反復擺放訂書機位置，裝訂深度難以控制，也很難將訂書釘裝訂整齊，經常出現裝訂歪斜，裝訂深度不齊等現象，影響裝訂文本的整齊和統一，對于較為正式的文件更是影響其權威性。初始形式分析有助于發現易被忽略的問題，為創新設計提供更多機會。

圖3　原因鏈分析

圖2　裝訂不整齊文件

3.2應用因果鏈條進行調研分析整理：

利用TRIZ工具因果分析，可以全面分析文件裝訂不整齊現象出現的原因，梳理思路，并找到兩次操作是導致裝訂不整齊的關鍵，進而明確產品設計方向，很大程度上提高了創新效率。

3.3借助解決問題工具實現方案展開

技術矛盾表述：

a 如果為了保持裝訂效果整齊的要求，就需要增加組件，提高訂書機的一次性出針數。

b 如果系統組件不增加，裝訂效果不佳。

確定工程參數為：

改善的參數為：No.35可靠性

No.34可操作性

惡化的參數為：No.45裝置的復雜性

No.46控制的復雜性

通過查詢2003版矛盾矩陣，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]。經過評估和應用假設實驗，確定符合本問題的創新原理有：1分割原理、5組合原理、15動態化原理。

分離原理的應用：

將訂書機的某些系統組件進行分離，實現在不同距離下同時裝訂的功能要求；

組合原理的應用：

1) 增加一個訂書機系統，并讓增加的系統能夠始終保證與與原系統在一條直線上運動。

2)將訂書機分離為可拆卸和組裝的系統，增加適應性的同時，保證了其系統的簡潔性；

動態化原理的應用：

1) 將訂書機的某些組件（如托板和手柄）設計成兩層，并同時支持兩層組件左右移動；

2) 連接支架設計為伸縮結構，可調整裝訂距離，保證整齊性。

技術矛盾配合發明原理完成思維發散，提出可行方案。

3.4最終理想解及技術進化法則完成最終方案評價

以最終理想解中消除矛盾程度、是否產生新的危害、成本、復雜性、可行性等屬性為評價標準，幫助篩選出最終方案：將兩個訂書機以可伸縮支架連接，可拆卸組合，調整距離，訂書機按壓把手可旋轉，并通過鍵槽卡位，一次按壓完成雙釘裝訂，整齊定位。拆分后不影響訂書機單獨使用，規格適中便于存放。

用動態性進化法則驗證鉸鏈連接、可伸縮結構的可行性，完備性法則幫助完善產品結構細節。

4.結論：

TRIZ理論是產品創新設計的有效開發工具。本文將TRIZ工具應用于產品創新設計流程中，形成TRIZ理論支持產品創新設計的應用模式。產品設計前期建立系統問題分析情境，產品設計中期快速發現關鍵問題本質和矛盾，明確問題探索方向，突破思維慣性，形成創新概念解，產品設計后期以全面視角對方案進行評價，提供系統評價標準，實現定性與定量評價的統一，并對技術系統未來發展趨勢進行預測。通過訂書機產品創新設計實踐表明，該創新設計流程可以有效引導創新思路的形成，提高創新效率和創新程度。

責編/劉紅偉

圖4　產品創新設計最終方案

參考文獻：

[1]周美玉，黃妮，王倩，張俊偉.TRIZ理論在產品感性設計中的應用研究《包裝工程》[J].2011,（4）:62-65

[2]譚潤華，苑彩云，張瑞紅等.基于技術進化的產品設計過程研究[J].機械工程學報，2002，38（12）：60-65.

[3]任工昌,張優云,劉永紅.面向產品創新的深度技術知識的獲取與研究[J].機械設計，2003，20（10）：14-16.

[4]劉亮，陳濤.在產品設計中TRIZ理論的應用[J]．《湖南農機》,2012,39（7）:23-25

[5]李敏，張明勤，張瑞軍，蘇謙.《起重運輸機械》,2010,（03）:20-23

[6]牛占文，徐燕申，林岳，等．發明創造的科學方法論—TRIZ[J]．中國機械工程，1999（1）：84-89.