设计方法学与创新设计 课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,二.创造问题解决理论TRIZ,1.TRIZ概论,1.1 TRIZ的定义,TRIZ(The Theory of Innovation Problem Solving)是俄语“创造问题解决理论的首字母英语置换词。,Savransky博士给出的定义：,TRIZ是一种基于知识的、面向人的、系统化的解决创造问题的方法 。,A TRIZ是解决创造问题启发式方法的知识，这些知识是从全世界范围内的专利中抽象出来的。,TRIZ大量采用自然科学及工程中的效应知识。,TRIZ 利用出现问题领域的知识。,B,TRIZ中的启发式方法是面向设计者的，而不是面向机器的。TRIZ理论本身是基于将系统分解为子系统、区分有益及有害功能的实践，这些分解取决于问题和环境，本身就具有随机性。计算机软件仅起支持作用，不是完全代替设计者。,C TRIZ分析问题采用了通用以及详细的模型，其解决问题的过程是一个系统化的过程，能方便地应用已有知识的过程。,D 为了取得创新解需要解决设计中的冲突，但是解决冲突的某些过程是不知道的。,通过环境或系统本身的资源，以及系统进化的趋势可以获得虚拟的理想解。,TRIZ是由前苏联创造家、科学家G.S Altshuller领导的研究人员经历了五十年的时间，对世界上近250万件专利进行了搜集整理、归纳提炼，发现技术系统的开发创新是有规律可循的。在此根底上综合了多学科领域的原理和法那么后，建立起一套体系化的、实用的解决创造创造问题的方法。,冷战时期，TRIZ的研究和应用对外界是保密的。前苏联解体后，TRIZ理论传入西方，引起了领域界的高度重视，并迅速在欧美、日本的企业和研发机构中推广和应用，理论上也得到进一步开展和完善。,TRIZ的提出源于以下的认识：,大量创造面临的根本问题和矛盾是相同的，只是技术领域不同而已。同样的技术创造和相应的解决方案一次次地在后来的创造中被重复使用。将这些有关的知识进行提炼和重新组织，形成一种系统化的理论知识就可以指导后来者的创造、创新和开发。,1.2 TRIZ的产生,TRIZ是由解决技术问题和实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系。,它的根本原理是：,技术系统的进化遵循客观的法那么群。,从这一根本原理出发，形成了以下观点：,1) 任何领域、范围的产品都遵循普遍的法那么而进 步，并可预测其未来的开展方向；,2) 任何产品面临的问题是过时产品与市场需求之间的矛盾，创造并创造性地解决冲突就要彻底消除产品内在矛盾，而不是用妥协方式解决问题；,3) 解决产品内在矛盾或冲突所使用原理的数量是有限的，但这些原理有其普遍性；,1.3 TRIZ的主要内容,产品进化理论；,TRIZ将产品的进化过程分为四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和退出期，根据不同的进化阶段，企业可以进行科学的产品规划；产品进化理论还研究产品进化模式、进化定律与进化路线等。,2) 问题的分析；,包括产品的功能分析、理想解IFR确实定、可用资源分析和冲突区域确定。分析是解决问题的一个重要阶段。,3) 冲突解决原理；,主要研究技术冲突与物理冲突；解决技术冲突用40条创造原理，解决物理冲突用别离原理。,4) 物场分析；,所有的功能都可以分解成两种物质和一种场，基于物场模型的变换，提供了76种标准解。,5) 效应；,指应用本领域特别是其他领域的有关定律解决设计中的问题，如采用数学、化学、生物和电子等领域中的原理解决机械设计中的创新问题。,6) 创造问题解决算法(ARIZ)；,采用一套逻辑过程逐步将初始问题程式化，使得初始问题中最根本的冲突被清楚地暴露出来，便于问题的求解。,随着TRIZ的不断开展，又增添了新的研究内容，例如预期失效分析(AFD),直接进化理论(DE)等；,另外还出现了基于TRIZ的计算机辅助创新设计软件，例如美国Invention Machine公司的GoldFire，Ideation International公司的IWB等 。,国产软件：北京亿维讯公司的Pro/Innovator,1.4 TRIZ的重要发现,Altshuller 的研究发现：,1。以往不同领域的创造中所用的原理并不多，不同时代的创造、不同领域的创造，应用的原理被反复利用；,2。每条创造原理并不限定应用于某一特殊领域，而是融合了物理、化学的和各项工程领域的原理，这些原理适用于不同领域的创造创造和创新；,3。类似的冲突或问题的解决原理在不同的工业及科学领域交替出现；,4。技术系统进化的模式在不同的工程及科学领域交替出现；,5。创新设计所依据的科学原理往往属于其他领域。,1.5 解决创造创造问题的一般方法,最早的创造创造方法试误法,即不断选择各种可能的解决方案来解决问题。,选择解决方案长期以来是单凭猜测的。但也逐渐出现了一些定型的方法，例如：仿制自然界中的原形物、放大 物体、增加数量、把不同的物体联成一个系统。,在这段漫长的岁月里，人们积累了大量创造创造经验与有关物质特性的知识，提高了探求的方向性，使解决创造问题课题的过程有序化。直至今天，要想找到一个需要的解决方案也要作大量的无效尝试。,试误法无法从根本上减少无效尝试的次数。,现代经济技术的开展需要有一套有科学依据并行之有效的解决创造课题的理论。,TRIZ解决创造问题的一般方法,首先将要解决的特殊问题加以定义、明确；然后根据TRIZ理论提供的方法将需要解决的特殊问题转化为类似的标准问题，而针对类似的标准问题已总结、归纳出类似的标准解决方法；最后依据类似的标准解决方法就可以解决用户需要的特殊问题。,TRIZ,工具,图,1,TRIZ,解决发明问题的模式,特 定 问 题,标 准 问 题,标 准 解,特 定 解,抽象化,具体化,1.6 创造创造的等级划分,TRIZ把创造专利依据其对科学的奉献程度、技术的应用范围及为社会带来的经济效益等情况，划分为五个等级：,第一级 通常的设计问题，或对已有系统的简单改进；,第二级 通过解决一个技术冲突对已有系统进行少量改进；,第三级 对已有系统的根本性改进；,第四级 采用全新的原理完成对已有系统根本功能的创新；,第五级 罕见到科学原理导致一种新系统的创造、发现。,创造创造的级别越高，获得该创造专利时所需的知识就越多，这些知识所处的领域就越宽，搜索有用知识的时间就越长。同时，随着社会的开展、科技水平的提高，创造创造的等级随时间的变化而不断降低。,1.7 TRIZ的应用及未来的开展,TRIZ 理论广泛应用于工程技术领域，并逐步向其他领域渗透和扩展。应用范围越来越广，其总结出的40条创造创造原理在工业、建筑、微电子、化学、生物学、社会学、医疗、食品、商业、教育等都有应用的实例。,Savransky认为，作为一种技术本身，TRIZ目前仍处于“婴儿期，尚没有到达纯粹科学的水平，需要进一步完善和开展。,1。拓展TRIZ理论内涵、尤其是针对信息技术、生命科学、社会科学等方面的原理方法纳入到TRIZ理论中。,2。将TRIZ理论与其他新技术有机集成，使其更有效的发挥作用。,3。开发针对性强、适用性好的软件化的系统。,2 创造问题的情境分析与描述,创造创造过程从揭示和分析创造情境开始。所谓创造情境是指任何一种工程情境，它突出某种不能令人满意的特点。,1 .1 创造创造的资源分析与描述,设计中的可用资源对创新设计起着重要的作用，问题的解越接近理想解IFR，系统资源就越重要。只要还没到达理想解，就应该具有系统资源。,直接应用资源,指当前存在状态下可被应用的资源；,如物质、场能量、空间和时间资源都是可被多数系统直接应用的资源。,1.1.2 导出资源,通过某种变换，使不能利用的资源成为可用的资源，这种可利用的资源成为导出资源。,如：导出物质资源，导出能量资源,导出场资源，导出信息资源，导出空间资源等。,1.1.3 差动资源,通常物质、场的不同特性是一种可形成某种 技术特性的资源，这种资源成为差动资源。,1差动物质资源,各向异性是指物质在不同的方向上物理特性不同，这种特性有时是设计中实现某种功能的需要。,2差动场资源,场在系统中的不均匀性可以在设计中实现某种新的功能。,2.2 创造创造的理想化描述,2.2.1 理想化及理想化设计,把所研究的对象理想化是一种最根本的自然科学方法。理想化是对客观世界中所存在物质的一种抽象化，这种抽象的客观世界既不存在，又不能通过试验验证。理想化的物体是真实物体存在的一种极限状态，对于某些研究有很重要的作用。,TRIZ中理想化的应用包括理想系统、理想过程、理想物质、理想资源、理想机器等。,理想化有用功能之和/有害功能之和,增加理想化有四种方法。,理想设计可以使设计者的思维跳出问题的传统解决方法，在更广泛的空间里寻找最优方案。,2.2.2 利用理想化设计思想实现创造创造,提高理想化程度的六种方法：,1去除辅助功能,2去除元件,考虑用自然资源实现某种功能，进而可以去除某些系统元件。,例如 用物质资源、 用场资源。,3识别自效劳,利用自效劳减少辅助元件，提高系统效率。,4替换零件、部件或者整个系统,5改变操作原理 例如浮法玻璃的生产,6利用资源,实现理想化的步骤,第一步 描述需要改进的系统性能,第二步 描述理想的性能,第三步 设想怎样实现理想性能,第四步 克服进程中的障碍,2.3 创造创造的情境分析与描述,创造情境泛指任何一种“工程情境，可以是技术情境、生产情境、研究情境、生活情境、军事情境、各种资源等。,举例说明；,3 冲突及冲突解决原理,3.1 概述,技术开展过程中会带来冲突；,例如：30年代南美的火蚁进入美国；,协和超音速客机；,消费者与技术之间的冲突。,冲突的概念,当改变产品某些零部件的设计，以提高产品某方面的性能时，可能会影响到这些被改进零部件相关联的零部件，使产品或系统的另一方面受到影响，如果这些影响是负面的那么设计出现了冲突。,TRIZ认为产品创新的标志是解决或移走设计中的冲突，而不是折中。产品进化过程就是不断解决产品所存在冲突的过程。,3.1.2 冲突的分类,1通常的分类,冲突,工程冲突,社会冲突,自然冲突,个性冲突,组织冲突,文化冲突,宇宙定律冲突,自然定律冲突,技术冲突,物理冲突,数学冲突,2基于TRIZ的冲突分类,TRIZ理论将冲突分为三类：,管理冲突，物理冲突，技术冲突,3.2 物理冲突及其解决原理,物理冲突的概念及类型,所谓物理冲突是指为了实现某些功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时出现了与该特性相反的特性。,例如：飞机机翼的面积；,物理冲突出现的几种情况：,1。一个子系统中有害功能降低的同时，导致该子系统中有用功能的降低；,2。一个子系统中有用功能加强的同时，导致该子系统中有害功能的加强。,Savransky提出的物理冲突描述方法：,1 .子系统A必须存在，A不能存在；,2 .关键子系统A具有性能B，同时应具有性能B，B与,B是相反的性能；,3 .A必须处于状态C及状态C，C与C是不同的状态；,4. A不能随时间变化，A要随时间变化；,常见的物理冲突：,几何类 材料与能量类 功能类,长与短,对称与不对称,平行与交叉,厚与薄,圆与非圆,锋利与钝,窄与宽,水平与垂直,多与少,密度大与小,导热率高与低,温度高与低,时间长与短,粘度高与低,功率大与小,摩擦系数大与小,喷射与卡住,推与拉,冷与热,快与慢,运动与静止,强与弱,软与硬,本钱高与低,3.2.2 物理冲突的解决原理,Altshuller在20世纪70年代提出了11种解决方法：,1。冲突特性的空间别离,2。冲突特性的时间别离,3。不同系统或元件与一超系统相连,4。将系统改为反系统，或将系统与反系统相结合,5。系统作为一个整体具有特性B，其子系统具有特性B,6。微观操作为核心的系统,7。系统中一局部物质的状态交替变化,8。由于工作条件变化使得系统从一种状态向另外一种状态过渡,9。利用状态变化所伴随的现象,10。用两相的物质代替单相的物质,11 通过物理作用及化学反响使物质从一种状态过渡到另一种状态,3.2.3 别离原理及实例分析,现代TRIZ理论在总结物理冲突解决的各种研究方法的根底上，提出了采用如下的别离原理解决物理冲突的方法，如图：,别离原理,空间别离,时间别离,基于条件的别离,整体与局部的别离,通过采用内部资源，物理冲突已用于解决不同工程领域中的很多技术问题；,内部资源是在特定的条件下，系统内部能发现及可利用的资源，如材料及能量。,空间别离原理,所谓空间别离原理是指将冲突双方在不同的空间上别离，以降低解决问题的难度。,当关键子系统冲突双方在某一空间只出现一方时，空间别离是可能的。,应用该原理时首先应答复如下问题：,是否冲突一方在整个空间中“正向或“负向变化？,在空间中的某一处，冲突的一方是否可以不按一个方 向变化？,如果冲突的一方可不按一个方向变化，利用空间别离 原理解决冲突是可能的。,举例：自行车采用链轮与链条传动；,潜水艇的声纳探测器。,时间别离原理,所谓时间别离原理是指将冲突双方在不同的时间段上别离，以降低解决问题的难度。,当关键子系统冲突双方在某一时间段上只出现一方时，时间别离是可能的。,应用该原理时，首先应答复如下问题：,是否冲突一方在整个时间段中“正向或“负向变化？,在时间段中冲突的一方是否可不按一个方向变化？,如果冲突的一方可不按一个方向变化，利用时间别离原理是可能的。,举例：折叠自行车；,飞机的机翼在起落、飞行时形状的变化。,基于条件的别离,所谓基于条件的别离原理是指将冲突双方在不同条件下别离，以降低解决问题的难度。,当关键子系统的冲突双方在某一条件下只出现一方时，基于条件的别离是可能的。,应用该原理时，首先应答复如下问题：,是否冲突一方在所有条件下都要求“正向或“负向变化？,在某些条件下，冲突的一方是否可不按一个方向变 化？,如果冲突的一方可不按一个方向变化，利用基于条件的别离原理是可能的。,举例：水射流既硬又软，取决于流速、压力；,总体与局部的别离,所谓总体与局部的别离原理是指将冲突双方在不同的层次上别离，以降低解决问题的难度。,当冲突双方在关键子系统的层次上只出现一方 ，而该方在子系统、系统或超系统层次上不出现时，总体与局部的别离时可能的。,实例分析,a 自行车链条微观层面上是刚性的，宏观层面是柔性的。,b 煎锅的设计；,c.自动装配线与零件的供给问题。,3.3 技术冲突及其解决原理,3.3.1 技术冲突的概念及工程实例,技术冲突是指一个作用同时导致有用和有害两种结果，也可指有用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏。,技术冲突常表现为一个系统中两个子系统之间的冲突。可用以下几种情况描述：,一个子系统中引入一种有用功能后，导致另一个子系统产生一种有害功能，或加强了已存在的一种有害功能。,一有害功能导致另一个子系统有用功能的变化。,有用功能的加强或有害功能的减少使另一个子系统或系统变得更加复杂。,3.3.1 技术冲突的一般化处理,通过对250万件专利的详细研究，TRIZ 理论提出用39个通用工程参数描述冲突。,目的：把实际工程中的冲突转化为一般的或标准的技术冲突。,通用工程参数,运动物体Moving objects)：指自身或借助于外力可在一定的空间内运动的物体。,静止物体Stationary objects)：指自身或借助于外力都不能使其在空间内运动的物体。,序号,名称,序号,名称,1,运动物体的重量,21,功率,2,静止物体的重量,22,能量损失,3,运动物体的长度,23,物质损失,4,静止物体的长度,24,信息损失,5,运动物体的面积,25,时间损失,6,静止物体的面积,26,物质或事物的数量,7,运动物体的体积,27,可靠性,8,静止物体的体积,28,测试精度,9,速度,29,制造精度,10,力,30,物体外部有害因素作用的敏感性,11,应力或压力,31,物体产生的有害因素,12,形状,32,可制造性,13,结构的稳定性,33,可操作性,14,强度,34,可维修性,15,运动物体作用时间,35,适应性及多用性,16,静止物体作用时间,36,装置的复杂性,17,温度,37,监控与测试的困难程度,18,光照度,38,自动化程度,19,运动物体的能量,39,生产率,20,静止物体的能量,下面给出39个工程参数的名称及意义：,1运动物体的重量 在重力场中运动物体所受到的重力。如运动物体作用于其支撑或悬挂装置上的力。,2静止物体的重量 在重力场中静止物体所受到的重力。如静止物体作用于其支撑或悬挂装置上的力。,3运动物体的长度 运动物体的任意线性尺寸，不一定是最长的，都认为是其长度。,4静止物体的长度 静止物体的任意线性尺寸，不一定是最长的，都认为是其长度。,5运动物体的面积 运动物体内部或外部所具有的外表或局部外表的面积。,6静止物体的面积 静止物体内部或外部所具有的外表或局部外表的面积。,7运动物体的体积 运动物体所占有的空间体积。,8静止物体的体积 静止物体所占有的空间体积。,9速度 物体的运动速度、过程或活动与时间之比。,10.力 力是两个系统之间的相互作用。对于牛顿力 学，力等于质量与加速度之积，在triz中，力是试图改变物体状态的任何作用。,11.应力或压力 单位面积上的力。,12.形状 物体外部轮廓，或系统的外貌。,13.结构的稳定性 系统的完整性及系统组成局部之间,的关系。磨损、化学分解及拆卸都降低稳定性。,14.强度 强度是指物体抵抗外力作用使之变化的能力。,15.运动物体作用时间 物体完成规定动作的时间、效劳期。两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。,16.静止物体作用时间 物体完成规定动作的时间、效劳期。两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。,17.温度 物体或系统所处的热状态，包括其他热参数，如影响改变温度变化速度的热容量。,18光照度 单位面积上的光通量，系统的光照特性，如 亮度，光线质量。19.运动物体的能量 能量是物体做功的一种度量。在经 典力学中，能量等于力与距离的乘积。能量也包括电 能、热能及核能等。20.静止物体的能量 能量是物体做功的一种度量。在经 典力学中，能量等于力与距离的乘积。能量也包括电 能、热能及核能等。21功率 单位时间内所作的功，即利用能量的速度。22.能量损失 作无用功的能量。为了减少能量损失，需要 不同的技术来改善能量的利用。23物质损失 局部或全部、永久或临时的材料、部件或 子系统等物质的损失。 24.信息损失 局部或全部、永久或临时的数据损失。,25.时间损失 时间是指一项活动所延续的时间间隔。改进时间的损失指减少一项活动所花费的时间。,26物质或事物的数量 材料、部件及子系统等的数 量，它们可以被局部或全部、临时或永久的被改变。,27可靠性 系统在规定的方法及状态下完成规定功能的能力。,28测试精度 系统特征的实测值与实际值之间的误差。减少误差将提高测试精度。,29制造精度 系统或物体的实际性能与所需性能之间的误差。,30物体外部有害因素作用的敏感性 物体对受外部或环境中的有害因素作用的敏感程度。,31物体产生的有害因素 有害因素将降低物体或系统的效率，或完成功能的质量。这些有害因素是由物体或系统操作的一局部而产生的。,32可制造性 物体或系统制造过程中简单、方便的程度。,33可操作性 要完成的操作应需要较少的操作者、较少的步骤以及使用尽可能简单的工具。一个操作的产出要尽可能多。,34可维修性 对于系统可能出现失误所进行的维修要时间短、方便和简单。,35适应性及多用性 物体或系统响应外部变化的能力，或应用于不同条件下的能力。,36装置的复杂性 系统中元件数目及多样性，如果用户也是系统中的元素将增加系统的复杂性。掌握系统的难易程度是其复杂性的一种度量。,37监控与测试的困难程度 如果一个系统复杂、本钱高、需要较长的时间建造及使用，或部件与部件之间关系复杂，都使得系统的监控与测试困难。测试精度高，增加了测试的本钱也是测试困难的一种标志。,38自动化程度 是指系统或物体在无人操作的情况下完成任务的能力。自动化程度的最低级别是完全人工操作。最高级别是机器能自动感知所需的操作、自动编程和对操作自动监控。中等级别的需要人工编程、人工观察正在进行的操作、改变正在进行的操作及重新编程。,39生产率 是指单位时间内所完成的功能或操作数。,为了应用方便，上述39个通用工程参数可分为如下三类：,1) 通用物理及几何参数：N0.1-12，No.1718，No.21。,2) 通用技术负向参数：No1516，No19-20，,No2226，No3031。,3) 通用技术正向参数：No.1314，No2729，,No.32-39。,负向参数(Negative parameters)指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变差。如子系统为完成特定的功能所消耗的能量(N0.1920)越大，那么设计越不合理。,正向参数(Positive parameters)指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变好。如子系统可制造性(No.32)指标越高，子系统制造本钱就越底。,例315 法兰连接是很多铸件或管件结构的连接形式。法兰连接常常要拆开，有时连接处还要求承受高温、高压，并要求密封性好。所以需要很多的螺栓连接。如透平机法兰需100多个螺栓。但为了减轻重量、减少安装时间或维护时间，那么螺栓越少越好。,本例存在的技术冲突是：,如果密封性良好，那么操作时间变长且结构质量增加。,如果质量轻，那么密封性变差；,如果操作时间短，那么密封性变差；,按39个通用工程参数描述如下：,希望改进的特性：静止物体的重量；,可操作性；,装置的复杂性。,三种特性改善将导致如下特性的降低：结构的稳定性；,可靠性。,技术冲突与物理冲突,技术冲突总是涉及到两个根本参数A和B，当A得到改善时，B变得更差。物理冲突仅涉及系统中的一个子系统或部件，而对该子系统或部件提出了相反的要求。往往技术冲突的存在隐含着物理冲突的存在，有时物理冲突的解比技术冲突更容易获得。,例317：波音公司改进737设计过程中，出现一个技术冲突为：既希望发动机吸入更多的空气，但又不希望发动机机罩与地面的距离减小。,现将该技术冲突转变为物理冲突：发动机机罩的直径应当加大，以吸入更多的空气，但机罩直径又不能加大，以不使路面与机罩之间的距离减小。,3.3.2,技术冲突的解决原理,1分割原理,a将物体分成独立的局部。,b使物体成为可拆卸的。,c增加物体的分割程度。,例：火车车厢之间是单独的个体，可调整车厢的数量；,吊扇的三片叶片是三个独立的个体，可拆卸 ,2别离原理,从物体中拆出“干扰局部(特性)或者相反，分出唯一需要的局部或需要的特性。,与上述把物体分成几个相同局部的技法相反，这里是要把物体分成几个不同的局部,例：子弹发出后，弹芯与弹壳别离 ,飞船轨道舱和返回舱的别离。,3局部质量原理,a从物体或外部介质(外部作用)的一致结构过渡到不一致结构。,b物体的不同局部应当具有不同的功能,c物体的每一局部均应具备最适于它工作的条件。,例：金属材料外表的热处理；,圆珠笔，将笔芯上作一对耳朵，再加一根弹簧。,4不对称原理,a物体的对称形式转为不对称形式。,b如果物体不是对称的，那么加强它的不对称程度，,例：防撞汽车轮胎具有一个高强度的侧缘，以抵抗人行道路缘石的碰撞；,振动电机的偏向块结构。,5合并原理,a把相同的物体或完成类似操作的物体联合起来，,b把时间上相同或类似的操作联合起来,例如：网络中的个人计算机；,并行计算机中的多个微处理器；,混水阀；,阀岛。,6多用性原理,一个物体执行多种不同功能，因而不需要其他物体。,例：瑞士军刀最多的功能可到五十多种)；,打印机集打印复印于一体；,可测量婴儿体温的奶嘴。,7. 嵌套原理,a一个物体位于另一物体之内，而后者又位于第三个物体之内，等等。,b一个物体通过另一个物体的空腔。,例：俄罗斯洋娃娃；,为了储存，可以把一把椅子放在另一把椅子上面；,可伸缩的石油钻塔。,8质量补偿原理,a将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消其重量。,b将物体与介质(最好是气动力和液动力)相互作用以抵消其重量。,例：在圆木中注入发泡剂，使其更好的漂浮；,用气球携带广告调幅；,飞机机翼的形状使其上部空气压力减小，,下部压力增大，以产生浮力。,9预加反作用原理,a. 预先施加反作用。,例：缓冲器能吸收能量，减少冲击带来的负面影响；,b. 如果一物体处于或将处于受拉伸状态，预先增加压力。,例如：预应力钢筋混凝土。,10预操作原理,a预先完成要求的作用(整个的或局部的)；,b预先将物体安放妥当，使它们能在现场和最方便地 点立即完成所需要的作用。,例：预先涂上胶的邮票等；,灌装生产线中使用所有瓶口朝向一个方向，以提高生产效率；,11. 预补偿原理,以事先准备好的应急手段补偿物体相对较低的可靠性。,例：飞机上的降落伞；,按苏联创造证书456594的方法，树枝在锯掉之前套上一个紧箍环，树木感该处有“病，于是向那里输送营养物质和治疗物质。这样，在树枝被锯之前这些物质便积聚起来，锯后锯口会迅速愈合。,12等势性原理,改变工作条件，使物体不需要被升级或降低,例：如与冲床工作台高度相同的工件输送带，将冲好的零件输送到另一工位；,运河的水闸。,13. 反向原理,a、将一个问题说明中所规定的操作改为相反的操作,b、使物体或外部介质的活动局部成为不动的，而使不动的成为可动的,c将物体的位置倒置,例：拆卸处于紧配合的两个零件，采用冷却内部零件,的方法；,健身器中的跑步机。,14曲面化原理,a从直线局部过渡到曲线局部，从平面过渡到球面，从正六面体或平行六面体过渡到球形结构，,b利用棍子、球体、螺旋。,c从直线运动过渡到旋转运动，利用离心力。,例：螺旋千斤顶产生很大的升力；,洗衣机采用旋转产生离心力甩干衣物；,螺旋齿轮提供均匀的承载能力。,15动态化原理,a、使一个物体或环境在操作的每一阶段自动调整，以到达优化的性能；,b将物体分成彼此相对移动的几个局部。,c使不动的物体成为动的,例：飞机中的自动导航系统；,装卸货物的铲车，通过铰链连接两个半圆形铲斗，可自由开闭；,百米赛赛道旁的跟踪摄像机。,16未到达或超过的作用原理,如果难于取得百分之百所要求的成效，那么应当取得略小或略大的成效。此时可能把问题大大简化。,如：缸筒外壁需要刷涂料时，可将其浸泡在盛涂料的容器中完成，但取出后圆筒外壁涂料过多，然后再甩去掉多余的局部。,17.维数变化原理,a如果物体作线性运动或分布有困难，那么使物体在二维度(即平面)上移动。相应地，在一个平面上的运动(或分布)可以过渡到三维空间。,b利用多层结构替代单层结构。,c将物体倾斜或侧置,d利用指定面的反面,例： “越冬圆木在圆形停泊场水中存放，其特征是，为了增大停泊场的单位容积，和减小受冻木材的体积，将圆木扎成捆，其横截面的宽和高超过圆木的长度，然后立着放 ；,立体停车场。,18机械振动原理,a、使物体处于振动状态。,b、如果振动存在，那么提高振动频率(到达超声波频率),c利用共振频率。,d用压电振动器替代机械振动器。,e利用超声波振动同电磁场配合,例： 的振动；,振动压路机,19周期性作用原理,a从连续作用过渡到周期作用(脉冲),b如果作用已经是周期的，那么改变周期性。,c利用脉冲的间歇完成其他作用。,例：薄零件的点焊接方法；连续焊缝变成间断焊点,变频技术。,20有效作用的连续性原理,a连续工作(物体的所有局部均应一直满负荷工作)。,b消除空转和间歇运转。,c. 用旋转运动代替往复运动。,例：针式打印机的双向打印；,啤酒等饮料生产线的连续工作，保证效率。,21紧急行为原理,高速跃过某过程或其个别阶段(如有害的或危险的)。,例：“产胶合板时用烘烤法加工木材，其特征是，为保持木材的本性，在生产胶合板的过程中直接用300600C的燃气火焰短时作用于烘烤木材苏联创造证书338371)。,手术刀要锋利，帮助手术尽快完成，减少失血。,22变害为利原理,a利用有害因素(特别是介质的有害作用)获得有益的效果。,b通过有害因素与另外几个有害因素的组合来消除有害因素。,c将有害因素加强到不再是有害的程度,例：将废旧秸秆、大粪等用来制作沼气；,23. 反响原理,a引入反响以改善过程或动作。,b如果反响已经存在，改变反响控制信号的大小或灵敏度。,例：飞机接近机场时，改变自动驾驶系统的灵敏度。,24中介物原理,a利用可以迁移或有传送作用的中间物体。,b把另一个(易分开的)物体暂时附加给某一物体。,例：机械传动中的惰轮；,机加工中钻孔用的钻孔导套；,机械手代替人手。,25自效劳原理,a、通过附加功能使物体产生自己效劳于自己的功能,b利用废物的材料、能量与物质,例：利用发电过程产生的热量取暖；,低压下长时间工作的水管会产生小洞，这些小洞通常会被水里的一些腐蚀材料堵住，实现自修理。,26复制原理,a用简单而廉价的复制品代替难以得到的、复杂的、昂贵的、不方便的或易损坏的物体,b用光学拷贝(图像代替物体或物体系统。此时要改变比例(放大或缩小复制品),c如果利用可见光的复制品，那么转为红外线的或紫外线的复制。,例：通过虚拟现实技术可以对未来复杂系统进行研究；通过对模型的试验代替对真实系统的试验。,27低本钱、不耐用的物体替代昂贵、耐用的物体原理,例：一次性纸杯；, 飞行驾驶模拟器。,28机械系统的替代原理,a用光学、声学等设计原理代替力学设计原理。,b用电场、磁场及电磁场同物体相互作用。,c、由恒定场转向不定场，由时间固定的场转向时间变化的场，由无结构的场转向有一定结构的场。,d将铁磁粒子用于场的作用中,例：为了将金属覆盖层和热塑性材料黏结在一起，无需使用机械设备，可以通过施加磁场，提高结合强度,为了生产高质量的金属材料，在金属融化过程当中，必须持续不断地搅动金属。使用电磁混频器可实现更有效地搅动。,29气动和液压结构原理,用气体结构和液体结构代替物体的固体的局部，如充气和充液的结构，气枕等结构,例：挖掘机手臂采用液压气动装置实现伸缩自如。,运输易碎制品(如排水管)的集装箱里面有一个充气囊，使制品在运输中相互靠紧不致撞坏。,30柔性壳体或薄膜原理,a利用软壳和薄膜代替传统的结构。,b用软壳和薄膜使物体同外部介质隔离。,例：农用塑料大棚种植蔬菜；,货舱内货物移动的解决方法；,奥运场馆-水立方。,31利用多孔材料原那么,a把物体作成多孔的或利用附加多孔元件(镶嵌，覆盖，等等),b如果物体是多孔的，事先用某种物质填充空孔。,例：阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的 ；,粉末冶金含油轴承 。,32改变颜色原理,a改变物体或外部介质的颜色,b改变物体或外部介质的透明度,c，为了观察难以看到的物体或过程，利用染色添加剂,d如果已采用了这种添加剂，那么采用荧光粉,例；美国专利3425412：透明绷带不必取掉便可观察伤情；,驾驶室内的按钮采用不同的颜色提醒人们不同的操作和操作的重要程度。,33同质性原理,采用相同或相似的物体制造与某物体相互作用的物体。,例：为了减少化学反响，盛放某物体的容器可以用与该物体相同的材料来制造；,用金刚石切割钻石，切割产生的粉末可以回收。,34抛弃与修复原理,a已完成自己的使命或已无用的物体局部应当剔除(溶解、蒸发等)或在工作过程中直接变化,b消除的局部应当在工作过程中直接再生,例：一次性注射器；,“检查焊接过程的高压区的方法是向高温区参加光导探头。其特征是，为改善在电弧焊和电火花焊接过程中检查高温区的可能性，利用可熔化的探头它以不低于自己熔化速度的速度被不断地送入检查的高温区(苏联创造；证书N433397),35参数变化原理,改变物体的物理状态。 如夹心巧克力。,改变物体的浓度、黏度、柔性、温度等。如：居里点,例：联邦德国专利1291210：降落跑道的减速地段建成“浴盆形式，里面充满粘性液体，上面再铺上厚厚一层弹性物质。,36状态变化原理,在物体状态变化过程中实现某种效应。例如体积改变，放热或吸热。,例：减震器利用弹簧伸缩变化实现减震； 温度计利用汞的热胀冷缩实现温度计数 ；,空调制冷原理。,37热膨胀原理,a利用材料的热膨胀或热收缩性质,b. 利用一些热膨胀系数不同的材料。,例：紧密配合的轴与齿轮的装配；,消防喷头,。,38. 加速强氧化原理,氧气从一个级别转变到另一个级别，如从环境气体到充满氧气，从充满氧气到纯氧气，从纯氧气到离子态氧。,例：为持久在水下呼吸，水中呼吸器中存储浓缩空气；,用氧乙炔气焰钜代替空气乙炔气焰钜切割金属。在化学试验中使用离子化氧气加速化学反响。,39惰性环境原理,a、用惰性介质代替普通介质。,b在真空中进行某过程。,例：“预防棉花在仓库中燃烧的方法，在向贮存地点运输的过程中用惰性气体处理棉花 (苏联创造证书270170)；,霓虹灯玻璃管内充入惰性气体，在灯管两端由金属制成的阴、阳电极上加一定的电压，实现气体放电。,40复合材料原理,将材质单一的材料改为复合材料。,例：用复合环氧树脂/炭化纤维制成的高尔夫球棍更加轻便、结实。,飞机上一些金属部件用工程塑料取代，使飞机更轻。,以上这些原理都是通用创造创造原理，未针对具体领域，其表达方法是描述可能解的概念。,设计人员应根据这些建议提出已有系统的改进方案，这样才有助于问题的迅速解决。,3.4 利用冲突矩阵实现创新,冲突矩阵的简介,在设计过程中如何选用创造原理作为产生新概念的指导是一个具有现实意义的问题，通过多年的研究、分析、比较，Altshuller将描述技术冲突的39个通用工程参数与40条创造创造原理通过矩阵形式建立了对应的关系。,矩阵中的列所描述的工程参数是冲突中改善的一方希望提高；,行所代表的工程参数是恶化的一方希望降低。,3.4.2 利用冲突矩阵创新,应用冲突矩阵解决问题的前处理和后处理是关键！,应用技术冲突解决问题的步骤：,1。定义待设计系统的名称；,2。确定待设计系统的主要功能；,3。列出待设计系统的关键子系统、各种辅助功能；,4。确定待设计系统应改善的特性、应消除的特性；,5。将涉及到的参数按39个工程参数创新描述；,6。对技术冲突进行描述：如果某一工程参数要得到改善，将导致那些参数恶化？,7。对技术冲突进行另一种描述：假设降低参数恶化的程度，要改善参数将被削弱，或另一恶化参数将被加强；,8。在冲突矩阵中由冲突双方确定相应的矩阵元素；,9。由上述元素确定可用创造原理；,10。将所确定的原理应用于设计者的问题中；,11。找到、评价并完善概念设计及后续的设计。,通常所选定的创造原理多于一个，这说明前人已用这几个原理解决了一些类似的特定的技术冲突。这样原理仅仅说明解的可能方向，即应用这些原理过滤掉了很多不太可能的解的方向，应当尽可能地将选定的每条原理都用到待设计过程中；假设所有可能的解都不能满足要求，就要对冲突重新定义并求解。,举例：开口扳手的设计,选择出能代表技术冲突的一对特性参数：,1 质量提高的参数：物体产生的有害因素No.31,减少对螺钉/螺母棱边磨损；,2 带来负面影响的参数: 制造精度No.29，新的改进可使制造变的麻烦。,确定创造原理： No.4 不对称； No.17维数变化；,No.34抛弃与修复； No.26 复制。,创造创造原理在艺术构成中的应用：,3.5 侧向空气袋概念设计,背景分析,福特公司的侧向空气袋Side Air Bage)需安装在座椅的蒙皮里。,技术难题：侧向碰撞发生时，空气袋必须从座椅内部穿出，冲破蒙皮，保护乘员平安；而平时蒙皮要有很好的强度，不得开裂。,工程知识的了解,分析以前测试数据和采用过的方法；,查阅有关专利；,对座椅的结构进行深入分析；,总结两种蒙皮材料即织物或皮革的使用方式；,总结福特车蒙皮的各种接缝方法；,总结蒙皮与座椅的结合方式；,分析空气袋胀开的方向。,用TRIZ理论描述需解决的问题,理想的方案是：接缝处严密地缝合在一起，但空气袋在胀开时不受任何阻碍。,对应的物理矛盾是：接缝在平常使用时必须很强，但在侧向空气袋胀开时必须容易裂开。,本工程中，为了使解决方案更为广泛，将这一物理矛盾作为需要到达的技术目标。,侧向空气袋的总体方案设计开发,根据全面分析，解决侧向空气袋持续胀开的问题可从四个方面着手：,将能量集中于接缝,减少接缝强度；,改善蒙皮的附着方式；,新的接缝设计。,1将能量集中于接缝,在蒙皮上设计某种设施,刺绣,织物门,蒙皮内陷,双空气袋设计,反向空气袋,撕开蒙皮接缝的空气袋和救护用空气袋,能量重定向,在空气袋与蒙皮接缝之间设计特定的机构，空气袋膨胀时作用在该机构上，使空气袋的膨胀力局部转化为机构对接缝的剪力，将接缝撕开，然后机构自身也为空气袋的膨胀让路。,2减少接缝强度,在空气袋胀开期间降低接缝强度,使用塑料衬垫,接缝用线的选择,高温下失效的线,化学作用下失效的线,新奇的线,改变接缝方向,运用TRIZ 的空间别离原理,经观察在汽车的日常使用中，座椅的侧面局部水平方,向受力最大，垂直方向受力那么较小；空气袋胀开时对接,缝的作用力那么不受方向限制。为此，可把接缝的开口由,通常的沿垂直方向改为沿水平方向，这样接缝出的缝合,就可以弱一些，方便空气袋穿出。,3改善蒙皮的附着方式,将蒙皮附着在座椅内部的泡沫上,为防止空气袋在座椅蒙皮内部胀大这一严重失效形式，应考虑将蒙皮与座椅更紧密地结合在一起。,粉状胶,使用塑料黏带,将蒙皮更好地附着在座椅结构上,4新的接缝设计,着眼点之一是接缝处能与空气袋的膨胀相一致的翻开，且翻开的力是可控的；,被动机械锁；,主动机械锁,5其他建议,调查及确定接缝线可容忍的强度上限，以免接缝线强度预留太多，不利于空气袋穿出。,优化和确定接缝线每英寸缝的针数，以免接缝线处缝线的针数太多，不利于空气袋穿出。,3.6 别离原理与创造原理的关系,别离原理 创造原理,空间别离 1、2、3、4、7、13、17、24、26、30,时间别离 9、10、11、15、16、18、19、20、21、29、34、37,整体与局部别离 12、28、31、32、35、36、38、39、40,条件别离 1、7、25、27、5、22、23、33、6、8、14、25、35、13,3.7 检核表法与TRIZ创造原理的关系,检核表法(Check list method)又叫设问法，由奥斯本首先提出，后经美国创造工程研究所精选出9个工程作为提示人们进行创造性设想的工具，这9个方面的设问分别是：,(1) 有无其它用途？,(2) 能否借用？,(3) 能否改变？,(4) 能否扩大？,(5) 能否缩小？,(6) 能否代用？,(7) 能否重新调整？,(8) 能否颠倒过来？,(9) 能否组合？,该方法在创造学中被称为“创造技法之母，它具有强制性、多角度发散性的问题思考的特点，有利于克服人们不愿提问或不善提问的习惯，适合各种情况下的创新问题求解。,经过对照，检核表法中的9个提问项实际上也与TRIZ的40条创造原理有着一定的对应关系，如表所示。,4.1 概述,系统的作用是实现某种功能；,理想的功能是场FieldF通过物质Substance2S2作用于物质Substance1 S1，并改变S1。,物质可以是材料、工具、零件、人或环境等，可以是一个独立的物体，也可以是一个复杂的系统。,场是指完成某种功能所需的方法或手段。,作用在物质上的能量或场主要有：,Me机械能 Th热能 Ch化学能,E电能 M磁场 G重力场,4 物场模型分析方法,物场分析方法为我们提供了一种方便、快捷的解决模式化问题的方法。开展到现在，已经有76种标准解。,描述型式：,场,物质1,物质2,物场模型三元件之间的关系可以用以下5种不同的连线表示：,应用application,预期效应desired effect,缺乏渴望效应insufficient desired effect,有害效应harmful effect,模型转换tranformation of model,物场模型可以分为四类：,不完整系统,有效完整系统,非有效完整系统,有害完整系统,4.2 构建物场模型,创新问题被转化成这种模型，目的是为了说明两物质和场之间的相互关系。,通常构造模型有以下四步：,识别元件；,构建模型；,从76种标准解中选择一个最恰当的解；,进一步开展这个解新概念。,在第三步和第四 步中，要充分挖掘和利用其他知识性工具。,识别元件,构造模型,完整系统,有用？,有效？,选择标准解,开展概念,应用其他,知识性工具,有效？,是,完善,否,是,否,否,否,是,是,4.3 利用物-场模型分析方法实现创新,例一：纯铜生产工艺电解法，要彻底去除铜外表电解质很困难，如何才能改善清洗过程？,1识别元件,电解质S1 水S2 机械清洗FMe,2构造模型,F,Me,S,1,S,2,清洗,电解液,水,F,Me,S,1,S,2,清洗,电解液,水,F,Me,S,1,S,2,F?,不能满足渴望效应的物场模型,附加一种场以加强效应是一种标准解,3从标准解中选择一个适宜的解,4进一步开展这种概念，以支持所得解决方案。,利用超声波；,利用外表活性剂能去除污点的化学特性；,利用磁性磁化水，进而改善清洗过程。,5从标准解中选择另一个不同的解,F,Me,S,1,S,2,清洗,电解液,水,F,Me,S,1,S,3,清洗,水蒸汽,F,Th,S,2,6开展一种概念以支持解,应用过热水蒸汽水在一定的压力下，温度可达1000度以上。水蒸汽将被迫进入纯铜外表的细小毛孔中，使得电解质离开纯铜说明。,例二：刷毛成形过程分析,传统工艺使用模子。,对问题进行物场分析：,熔化的塑料为S1，模子为S2, 重力场为F；,该系统为一非有效完整系统；,解决方法：改变S2。,具体方案：根据对刷毛的要求，在熔化的塑料中参加磁粉，将原金属模替换为已磁化的磁体，置于塑料块带刷毛区的上方，磁粉在磁场作用下连同附带的塑料一起向上伸，形成刷毛，这一方法可以适应刷毛尺寸和样式的迅速改变。,4.4 76种标准解,在TRIZ中“标准表示解决不同领域问题的通用解决“诀窍。标准条件及根本相同的解称为标准解。,标准解分类：,类 别,标准解个数,第一类：不改变或仅少量改变以改进系统,第二类：改变系统,第三类：系统传递,第四类：检测与测量,第五类：简化与改进策略,13,23,6,17,17,第一类标准解,改变一个系统使其具有所需要的输出或消除不理想的输出，对系统只有少量的改变或不改变。,包括完善一个不完整系统或非有效完整系统所有需要的解。,A 改进具有非完整功能的系统1.1,No.1(1.1.1) 完善具有不完整功能的系统：假设只有S1,增加S2及场F。,例如：仅有锤、钉子，构不成完整的系统，因而什么作用不会发生。,No.2(1.1.2)假设系统不改变，但可接受永久的或临时的添加物。可以在S1或S2内部添加来实现。,例如：在混凝土中参加疏松的炉渣可降低其密度，从而减轻重量。,No.3(1.1.3)假设系统不能改变，但永久的或临时的外部添加剂改变S1或S2是可接受的。,例如：系统由雪S1、滑雪板 S2 及重力组成，加蜡 S3到滑雪板底部可增加滑雪速度。,No.4(1.1.4)假设系统不能改变，但可用环境资源作为内部或外部添加剂。,例如：航道标记浮标在大海中摇摆太厉害，充入海水可使其稳定。,No.5(1.1.5)假设系统不能改变，但可以改变系统所处的环境。,例如：办公室中的计算机工作使得室温增加，通过空调改变环境温度保证计算机正常工作。,No.6(1.1.6)微小量的精确控制是困难的，但可以通过增加一个附加物并在之后除去来控制微小量。,例如：注塑时使流动的塑料精确的充满一个空腔是困难的，在适宜的位置留一个冒口，使得空腔内的空气流出，同时也使一局部塑料流出，之后将其去掉。,No.7(1.1.7)一个系统中场强度不够，增加场强又会损坏系统，强度足够大的一个场施加到另一个元件上，该元件连接到原系统上。同理，一种物质不能很好地发挥作用，但连接到另一种可用物质上那么能发挥作用。,例如：制作预应力混凝土构件时，方法之一是将钢筋加热，伸长之后固定并冷却，使之产生拉应力，混凝土浇铸后，松开固定处，混凝土便产生了压应力。,No.8(1.1.8) 同时需要大的(强的及小的弱的效应时，小效应的位置可由物质S3保护。,例如：盛装注射液的玻璃瓶是用火焰密封的，但火焰的高温将降低药液的质量，密封时将玻璃瓶放在水中进行，可保持药液处在一个适宜的温度。,B 消除和抵消有害效应1.2,No.9(1.2.1) 在一个系统中有用和有害效应同时存在。S1和S2不必直接接触，引入S3消除有害效应。,例如：手 S2 直接清洗零件 S1 对皮肤有伤害，用皮手套S3隔开就起到了保护皮肤的效果。,No.10(1.2.2) 与No.9类似，但不允许增加新物质，通过改变S1和S2消除有害效应。该类解包括增加“虚无物质，如空位、真空、空气、气泡等，或加一种场，场的作用相当于增加一种物质。,例如：轴与孔的紧密装配时，往往要通过加热孔类零件使其膨胀，然后再行组装。,No.11(1.2.3) 有害作用是一种场引起的，引入物质S3吸收有害效应。,例如：电子部件所发出的热量