基于TRIZ理論下的工程機(jī)械類產(chǎn)品造型設(shè)計研究

王林強(qiáng) 劉 超

1.金華市科技情報研究所 浙江 金華 321000;2.金華市科學(xué)技術(shù)開發(fā)中心 浙江 金華 321000

1 TRIZ理論在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代中期,我國的個別科研人員在研究專利時已經(jīng)了解到了TRIZ 理論。在1997年前后,在參加國際會議的中真正接觸到了TRIZ,雖然只有一小部分學(xué)術(shù)分子,但就是這一小部分學(xué)術(shù)分子讓TRIZ走進(jìn)高校,雖然只是特定專業(yè)的選修課。TRIZ理論培訓(xùn)是在2001年的時候真正意義上登陸了華夏的土地,這其中億維訊公司扮演者冷路人的角色,2002年億維訊公司正式在我國建立了TRIZ的“大本營”,這標(biāo)志著TRIZ理論在中國的應(yīng)用和推廣已經(jīng)學(xué)會奔跑正式進(jìn)入“快行道”;在2007年,由中國科技部牽頭官方正式對創(chuàng)新方法的研究進(jìn)行推廣,并于8月13日將“科技部技術(shù)創(chuàng)新試點(diǎn)省”的榮譽(yù)稱號落戶四川和黑龍江兩省。2009年科技部組織了TRIZ理論培訓(xùn),這意味著TRIZ 的培訓(xùn)首次上升到國家的層次高度。目前,國內(nèi)越來越多的企業(yè)、大學(xué)開始對TRIZ 理論的研究及應(yīng)用投入了巨大資源,像前蘇聯(lián)一樣中國船舶、中國兵器、中國航天等大型軍工集團(tuán)引領(lǐng)者我國的TRIZ研究;另外鐵道系統(tǒng)的科研院、單位以及清華大學(xué)、浙江大學(xué)等高校也在TRIZ理論研究方面做著巨大的努力。

2 TRIZ為產(chǎn)品造型創(chuàng)新設(shè)計提供的理論支持

2.1 產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)化理論

任何產(chǎn)品從產(chǎn)生到消亡都可遵循一定的規(guī)律,產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)化理論的得出就是通過分析并歸納這種對相似進(jìn)程而得出的理論。這種理論將產(chǎn)品從根本上分析其生長規(guī)律,準(zhǔn)確地得到前產(chǎn)品的技術(shù)水平,并且新一代產(chǎn)品的可能進(jìn)化方向預(yù)測出來,使產(chǎn)品設(shè)計的導(dǎo)向性能讓設(shè)計師從宏觀角度進(jìn)行把握。

2.2 76個標(biāo)準(zhǔn)解

問題可以通過76個標(biāo)準(zhǔn)解得到進(jìn)一步簡化。如果可以直接用標(biāo)準(zhǔn)解解決問題,那么尋求問題解決方案的時間會大大縮短,降低設(shè)計師的思考時間就相當(dāng)于提升了效率。

2.3 盾解決矩陣

由于當(dāng)設(shè)計師在發(fā)現(xiàn)問題并對問題進(jìn)行分析后,雖然解決矛盾的方法也能想出不少,但是最佳方法很難被發(fā)現(xiàn)不說,往往還要耗費(fèi)過多的時間。包含了40 條創(chuàng)造問題解決原理與39條標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的39*39的大型矩陣叫做矛盾解決矩陣,設(shè)計師可以通過這個矩陣幫助在最短的時間內(nèi)找到最佳解決方法,這種方法是傳統(tǒng)解決方法突破后形成的創(chuàng)造性解決方法。

2.4 理想化原理

產(chǎn)品概念設(shè)計過程中,現(xiàn)有產(chǎn)品思維定勢常常影響設(shè)計師,答案經(jīng)常傾向于在特定范圍內(nèi)尋找,影響創(chuàng)造力發(fā)揮,通過理想化原理的協(xié)助可以去除已經(jīng)存在的產(chǎn)品概念定勢,重新審視產(chǎn)品可以從使用立場出發(fā),或者從理想化。

3 基于TRIZ理論下的工程機(jī)械類產(chǎn)品造型設(shè)計

3.1 葉身特征的造型設(shè)計

在對葉身特征的造型分析環(huán)節(jié),需要對葉片數(shù)據(jù)的定義進(jìn)一步明確化。其中,葉片造型數(shù)據(jù)一般通過具體用戶的對話框?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的讀入。例如,在理解根面與冠面數(shù)據(jù)理解環(huán)節(jié)一般通過表1實(shí)現(xiàn)：

表1

關(guān)于葉身結(jié)構(gòu)的特殊性進(jìn)行了初步了解。其中,由于葉身結(jié)構(gòu)是“由若干個截面型線擬合而成的光滑曲面體”,為此,關(guān)于其結(jié)構(gòu)的開發(fā),主要通過以下幾個步驟完成。首先,需要獲取葉片零件的具體設(shè)計參數(shù)。在開展葉片開發(fā)環(huán)節(jié),由于葉片零件的設(shè)計參數(shù)一般通過對話框的方式獲取,而葉片的截面型線的數(shù)量及其具體點(diǎn)數(shù)都是變化的,則導(dǎo)致葉片參數(shù)的設(shè)計必須滿足具體的參數(shù)化設(shè)計要求;其次,還需要對基準(zhǔn)截面型線進(jìn)行精準(zhǔn)的確定。由于葉片的高度一般是由基準(zhǔn)截面開始計算,為此在實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)截面型線確定環(huán)節(jié),一般會采用程序動態(tài)的方式來實(shí)現(xiàn);其次,關(guān)于插值生成底平面的確定以及頂平面截面型線的選擇。通過對菱形導(dǎo)葉片的工作截面圖進(jìn)行分析,并對菱形導(dǎo)葉片、葉根、以及葉冠與葉身的接觸圓錐面認(rèn)識基礎(chǔ)上,通過對葉片造型的把握,對正確的插值方法進(jìn)行選擇;再次,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)葉片型線數(shù)據(jù)處理的科學(xué)化。由于葉片型線數(shù)據(jù)處理關(guān)系到葉片造型設(shè)計的關(guān)鍵,為此,在實(shí)現(xiàn)型線數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié),必須確保其處理結(jié)果的科學(xué)化。例如, 當(dāng)造型出來的葉片出現(xiàn)粗糙或發(fā)生畸變時,則直接導(dǎo)致給定的葉片型線點(diǎn)的排列方向發(fā)生變化。此外,當(dāng)出現(xiàn)給定的點(diǎn)超出背弧現(xiàn)象時,葉片型線的處理必須先將超出的多余點(diǎn)去掉,并在此基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)型線坐標(biāo)點(diǎn)按的順時針排列。

3.2 工程機(jī)械類產(chǎn)品造型創(chuàng)新——TRIZ中的S曲線

阿奇舒勒經(jīng)過分析世界250 萬件專利發(fā)現(xiàn),所有產(chǎn)品向最先進(jìn)功能進(jìn)化時,都有一條“小路”引領(lǐng)著它前進(jìn)。這條“小路”就是進(jìn)化過程中的規(guī)律,就是所謂的S曲線。S曲線完整的描述了一個產(chǎn)品從孕育、成長、成熟到衰退的變化規(guī)律。

S曲線也可認(rèn)為是一條產(chǎn)品技術(shù)成熟度的預(yù)測曲線。S曲線描述的是一個技術(shù)系統(tǒng)中的諸項(xiàng)性能參數(shù)的發(fā)展變化規(guī)律。每個技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化都按照生物進(jìn)化的模式進(jìn)行的,一般都要經(jīng)歷一下4 個階段：嬰兒期、成長期、成熟期、衰退期。每個階段都會呈現(xiàn)出的不同特點(diǎn)。阿奇舒勒從性能參數(shù)、專利等級、專利數(shù)量、經(jīng)濟(jì)效益4 個方面來描述技術(shù)系統(tǒng)在各階段所表現(xiàn)出來的特點(diǎn)。技術(shù)成熟度預(yù)測包含一個重要內(nèi)容,那就是產(chǎn)品進(jìn)化曲線—S曲線。它用于表示茶農(nóng)從誕生到推出市場這樣一個生命周期的基本發(fā)展過程,S曲線有助于了解技術(shù)系統(tǒng)的成熟度,輔助企業(yè)做出恰當(dāng)?shù)难邪l(fā)決策。

總之,工程機(jī)械類產(chǎn)品作為特定的工程中所用的施工類機(jī)械,多年來一直難被人們詬病于其“過于工程”的外形特征。隨著技術(shù)等方面的發(fā)展,工程機(jī)械類產(chǎn)品僅僅擁有功能屬性就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。所以,充分對工程機(jī)械本身、所處領(lǐng)域、對應(yīng)市場等多方面進(jìn)行深入研究就顯得格外重要。同時,造型創(chuàng)新設(shè)計時的方法就更需要對其深入探討。