TRIZ理論的創新原理在汽車設計中的應用

許丹，雷小芳

(丹東黃海汽車有限責任公司，遼寧丹東 118000)

TRIZ理論的創新原理在汽車設計中的應用

許丹，雷小芳

(丹東黃海汽車有限責任公司，遼寧丹東 118000)

TRIZ理論提供了如何科學分析問題的方法。通過舉例的方式闡述TRIZ理論的40個創新原理在汽車設計過程中的應用，為解決瓶頸問題提供方法。

TRIZ理論；創新原理；汽車設計

0 引言

縱觀汽車設計行業，唯有不斷創新，才能立于不敗之地。發明是有規律的，創新亦有方法。TRIZ發明問題解決理論中的40個創新原理，為創新思維提供了工具，可以指導人們打破常規，突破慣性思維解決問題。本文通過舉例的方式闡述TRIZ理論的40個創新原理在汽車設計中的應用，為解決瓶頸問題提供方法。

1 TRIZ理論

發明是指通過思維或實驗過程首先為一項科學或技術難題找到并發現了解決方案、解決方法[1]。TRIZ理論即發明問題解決理論。1946年，蘇聯人阿奇舒勒通過研究成千上萬的專利，發現了背后的模式，并形成了TRIZ理論的原始基礎。當人們進行發明創造、解決難題時，可以遵循科學的方法法則，迅速找到解決問題的方法。TRIZ理論以系統的觀點為新產品的發展指出了方向。TRIZ理論認為任何一個產品或者客觀事物都可以看作一個系統，而任何一個系統都是按照一定的客觀規律進化的，這并不取決于某一個人，新產品的產生是一種看似偶然的必然。因此，這個客觀規律就是可以被發現、認知和利用的[2]。TRIZ理論體系結構如圖1所示。

其核心思想是技術進化原理。發展都是遵循著客觀規律演變的，即具有客觀的進化規律和模式。各種難題、沖突和矛盾的不斷解決是推動這種進化過程的動力。對于一個具體問題，使用通常的方法不能直接找到此問題的具體解，那么就將此問題(通過通用工程參數或物-場模型描述)轉換并表達為一個TRIZ問題，然后利用TRIZ體系中的九大理論和工具進行TRIZ問題的解決[3]。TRIZ理論問題的解決過程如圖2所示。

圖1 TRIZ理論體系結構圖

圖2 TRIZ理論問題的解決過程[4]

2 TRIZ理論40條發明創新原理

功能是從技術實現的角度對產品的一種理解，是產品在特定約束條件下輸入輸出時參數或狀態變化的一種抽象描述[5]。阿奇舒勒對大量專利進行研究、分析、總結，提出TRIZ理論中最重要的40條發明創新原理(見表1)，讓看起來只有天才才能搞的發明，成為每個人都可實現的目標，為創新提供了理論依據。在具體化問題解決方案時，需要設計者依據標準解指明的方向，結合工程實例，由已有系統的特定問題和設計約束條件，充分發揮本領域知識和實際經驗[6]。

表1 TRIZ理論40條發明創新原理

3 TRIZ理論的40條發明創新原理在汽車中應用的案例淺析

分割：遙控鑰匙。當只有駕駛員一人上車時，遙控鑰匙將四門都打開，會帶來不安全因素。為了避免這個問題，利用分割原理，對中控盒進行改進，第一次按鍵，只打開主駕駛車門，第二次按鍵，四門才會全開。利用了分割原理，將主駕駛門分割出去解決問題。

抽取：冷暖手套箱。部分中高檔車的手套箱除具備儲物作用外，還具有冷暖箱的功能，內有空調出風口，夏天可以冰鎮飲料，冬天可給食物保溫、加熱。將空調的冷暖氣抽取一部分出來，引入手套箱內，方便實用。

局部質量：汽車后行李箱。在后行李箱左右兩側，增加放置隨車工具袋、急救包等物品的分區，使行李箱擺放更加整齊、規范，急用時易找到。

非對稱：發動機凸輪軸。利用凸輪軸的不對稱性，控制發動機氣門的開關，實現四沖程。

合并：帶倒車影像內后視鏡。當汽車正常駕駛時，作為普通內視鏡使用；當倒車時，內視鏡起到了屏幕的作用，通過攝像頭，實現倒車可視。

普遍性：多功能方向盤。駕駛員在駕駛車輛過程中，想操作一些電子按鍵，但手又不能長時間離開方向盤，如果把這些按鍵集成在方向盤上，就成為目前流行的多功能方向盤。它集成了音響控制、車載電話、定速巡航、行車電腦等設置。

嵌套：安全帶卡扣。嵌套的應用，使安全帶安裝牢靠、使用方便簡捷。

配重：油量顯示。油浮子漂浮在油面上，利用傳感器，監測出油量反饋到儀表，簡潔直觀地查看油量的多少。

預先反作用：汽車鋼板彈簧。鋼板彈簧安裝后，自然狀態下成彎曲狀態。當路面對輪子的沖擊力傳來時，鋼板產生變形，起到緩沖、減振的作用。

預先作用：預緊式安全帶。普通安全帶是在發生碰撞后，乘客身體前傾安全帶收緊，有時力度過大給乘客帶來傷害。為了避免這個問題，發明了預緊式安全帶。預緊式安全帶是在乘客因碰撞向前方移動前收緊，消除安全帶和人的間隙，且拉緊力度不會給乘客造成傷害。

預先應急措施：安全氣囊。當汽車發生碰撞時，傳感器輸出信號，在身體碰撞前打開氣囊，避免了身體與方向盤、玻璃、儀表板的直接撞擊，降低車禍風險。

等勢原則。換汽車輪胎時，用千斤頂把汽車有壞輪胎的一側頂起，方便裝卸輪胎。

逆向思維：逆向數據。在汽車開發前期，大多逆向標桿車作為參照，利用逆向思維進行零件正向開發。

曲面化：汽車外鈑金。利用流暢美觀的曲面造型，減少風阻，提高車速。

動態化：記憶座椅。記憶不同駕駛員座椅角度位置，當再次駕駛時，自動調節到記憶位置，避免變換駕駛員時每次都要調節座椅角度的問題。

不足或超額行動。主要指孔軸配合中的間隙配合、過盈配合。

一維變多維：油泥模型。使空洞的二維圖，變成三維立體的油泥模型。進行1∶1的制作，更加直觀，方便更改。

機械振動：汽車喇叭報警裝置。通過傳統的機械振動，達到警示的作用。

周期性動作：ABS。在制動時，ABS根據每個車輪速度傳感器傳來的速度信號，進行抱死-松開-抱死-松開的周期性循環工作過程，使車輛始終處于臨界抱死的間隙滾動狀態。

有效作用的連續性：發動機飛輪。發動機工作時，飛輪旋轉存儲能量，實現發動機4個工作循環。

緊急行動：發動機冷卻。為了保證發動機在最適宜的溫度狀態下工作，利用冷卻液，加速發動機冷卻，縮短冷卻時間。

變害為利：渦輪增壓發動機。利用發動機自身的廢氣能量，推動渦輪增壓器，實現渦輪增壓。

反饋：車速調整音量。根據車速大小、外部噪聲情況，收音機自動調節音量。

中介物：三元催化。借助三元催化器中鉑、銠、鈀等貴重金屬，將CO、HC和NOx等有害物質轉化為CO2、H2O、N2。

自服務：自適應彎道燈。車輛在進入彎道時，產生旋轉的光型，給彎道以足夠的照明，減少盲區。

復制：行車記錄儀。可以記錄行車過程中道路上發生的影像和聲音，為交通事故提供證據。

廉價替代品：麻纖維板。汽車上的基材，可以選用新型的天然材料。例如采用以麻纖維做成的麻纖維板作為內飾基材，環保低價。

機械系統替代：無鑰匙啟動系統。傳統的鑰匙開鎖已經有幾千年的歷史了，如何不用鑰匙啟動汽車呢？機械系統的替代多使用電子設備，結合視覺、聽覺、觸覺、無線感應的應用。無鑰匙啟動系統采用無線射頻識別技術，車主隨身攜帶的智能卡可以發出信號，不用將鑰匙插在鎖孔內，按下或擰動start鍵即可啟動汽車，方便安全，科技感強。

氣壓和液壓結構：支撐桿。傳統機械式的支撐桿，手動支撐，對人的力氣和身高有一定限制。而液壓支撐桿利用了液壓原理，輕松地解決了這個問題，不費時、不費力，更安全牢靠。

柔性殼體或薄膜：玻璃防爆膜。汽車防爆膜具有隔熱、隔紫外線、防爆的作用，在不改動玻璃的情況下，利用一層薄膜，起到了防爆的作用。

多孔材料：鈑金減重孔。在鈑金符合使用要求范圍內，進行幾何切割，以減輕整車質量。

顏色改變：反光條。在夜間反射周圍的光線，起到警示作用。

同質性：焊接的焊條。利用材料的一致性，熔斷焊條，聯結鈑金。

拋棄或再生：空調暖風。利用發動機的余熱，通過循環水引至駕駛室。

物理或化學參數改變：供油量調節。電噴發動機供油量通過傳感器，采集溫度、轉速、負荷等信號，精確地計算出供油時間和供油量，提高燃燒率。

相變：LNG。LNG以液體形式存在于氣瓶內，易儲存、容量大，使用時氣化成天然氣，參與發動機燃燒。

熱膨脹：空調溫度開關。溫控開關內部有個雙金屬片，具有不同的熱膨脹系數，這樣就能在達到一定范圍的臨界點溫度時發生形變使觸點結合，達到通電的目的。

加速氧化：增壓發動機。發動機增壓系統就是將空氣預先壓縮后供入氣缸，以提高空氣密度、增加進氣量、提高空燃比，改善燃油經濟性。

惰性環境：輪胎。氮氣是惰性氣體,汽車在高速運行的時候,氮氣不會隨著輪胎溫度的升高而膨脹,從而避免爆胎引發的交通事故。

復合材料：碳纖維。汽車輕量化可以節能減排，一些新型輕量化材料，例如碳纖維、鎂鋁合金近年來得到廣泛應用，應用在汽車后尾翼、可潰縮轉向管柱、汽車車身。

4 結論

TRIZ理論提供了如何科學分析問題的方法，在汽車設計過程中，通過40個創新原理，創造性地發現問題，突破性的解決問題。大量的實踐表明：合理應用TRIZ理論，能夠對問題情境進行系統分析，盡快觸到問題本質，發現存在的矛盾，并確定正確的研究方向，而且有利于突破定式思維的束縛，從多個新的角度分析問題矛盾，并估測其未來趨勢，在提升創新速度和產品質量等方面都大有裨益[7]。

[1]趙敏，胡鈺.創新的方法[M].北京：當代中國出版社,2008.

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LENG C J,XIANG H Y,YAN X L.Creative Design of Product Structure Based on TRIZ Theory[J].Manufacturing Automation,2010,32(8):27-30.

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[7]安國.科技創新方法(TRIZ)在企業的應用[J].現代商貿工業,2015(14):71-72.

ApplicationofInnovationPrincipleofTRIZTheoryinAutomotiveDesign

XU Dan，LEI Xiaofang

(Dandong Huanghai Automotive Co.,Ltd.,Dandong Liaoning 118000,China)

A scientific method has been provided by a way of TRIZ theory in analyzing relevant problem.Through a way of example, the application of 40 TRIZ theory innovation principle in the design process of automobile was described, which provided a method for solving the bottleneck problem.

TRIZ theory;Innovation principle;Automobile design

U462

A

1674-1986(2017)11-080-03

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.11.020

2017-06-23

許丹(1987—)，女，學士，工程師，研究方向為汽車總布置。E-mail:xudan_sj@126.com。