基于TRIZ的冲突矩阵解决系统的开发与设计.docx

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基于TRIZ的冲突矩阵解决系统的开发与设计

1前言

1.1TRIZ的研究背景

随着市场竞争的日益加剧，对产品开发速度的要求也越来越快，企业如何开阔视野地组织新产品的开发已经成为提高制造业企业市场竞争力的关键。

与十几年前相比，一方面，新产品占有市场的速度正在加快。

花费较短的时间开发新产品已经成为企业之间竞争的关键。

另一方面，由于知识等要素的限制，许多设计人员只知提高产品的性能，而忽略提高产品的级别。

面对产品一个特征参数的改进带来对另一特征参数产生的负面影响，从而引起的技术冲突，设计人员只能采用折衷法解决设计中的冲突。

但未克服冲突的折衷解不是创新解，因此设计人员在设计过程中不断的发现并解决冲突，是推动其向理想化方向进化的动力。

国际上设计理论的研究已经比较深入，并取得了丰硕的成果，这些理论在企业特别是一些大企业的产品创新中起到了总重要的作用。

而在这些设计理论中，TRIZ被认为是可以帮助人们挖掘和开发自己创造潜能、最全面系统地论述发明创造和实现技术创新的新理论。

1.2TRIZ：

发明问题，解决理论

经过50多年的发展，TRIZ已成为发明解决问题的强有力的方法学，解决了许多国家企业成千上万的新产品开发中的难题。

它被欧美专家称为“超级发明术”。

本节介绍TRIZ的基本内容。

1.2.1TRIZ的起源

TRIZ是由前苏联专家G.S.Altshuller和他的同事自1946年开始研究，花费了50多年的时间，研究了世界上近250万件高水平发明专利，按照创造力水平进行分类，归纳出3个主要发现：

①某些问题和解决方案在工业和科学界重复出现②大量的创新不仅采用了本领域的科研成果，还采用了其他领域获得进展的科学成果③某些技术发展模式在工业和科学界中重复出现【1】。

G.S.Altshuller坚信发明问题的基本原理是客观存在的，在综合、总结多学科领域的原理和法则的基础上，他提出了消除冲突的发明原理，建立了基于知识的消除冲突的逻辑方法，创立起TRIZ体系。

TRIZ理论体系研究人类进行发明创造，解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则，即任何领域的产品改进、完善，技术变革、创新和生物系统的进化均具有共同之处，都存在着产生、生长、成熟、衰老、灭亡的进化过程，是有规律可循的。

目前,TRIZ理论已成为世界公认的创新理论研究方法。

德国几乎所有名列世界500强的大企业都应用TRIZ理论，像西门子、奔驰、宝马、大众等著名公司都有专门机构及专人负责TRIZ的培训，TRIZ的应用涉及的行业也很广泛。

自1993年以来,美国百余家大公司开始研究并应用TRIZ方法，其中最成功的是福特汽车公司,利用TRIZ实现创新的产品为其每年带来超过10亿美金的销售利润。

由于TRIZ将产品创新的核心（产生新的工作原理）过程具体化，并提出了规则、算法与发明原理供设计人员使用，因此它逐渐成为一种较完善的创新设计理论。

1.2.2TRIZ的定义

1.TRIZ是在综合总结各学科知识的基础上建立的方法

1）TRIZ是发明问题、解决问题的知识，能够启发发明者进行发明创造。

这些知识是在分析研究世界各国250万件专利的基础上抽象出来的，具有启发性。

2）一旦哪个领域出现问题，TRIZ就将出现问题的领域的知识利用起来。

3）TRIZ依据各个学科及各种领域中的定律和知识，建立可供用户参考使用的知识库。

2.TRIZ创新理论解决问题的方法是系统化，抽象化的

1）利用TRIZ分析、解决问题时经常采用通用、简单、详细的模型，要充分的利用这些模型，系统化的知识是非常重要的。

2）解决问题时要求能方便应用已有的知识，这就要求解决问题是一个系统化的过程。

3.TRIZ是面向人的方法

1）TRIZ是面向设计者的，不是面向机器。

2）TRIZ理论本身具有随机性，它将系统分解为子系统，以区分有害及有益功能，而这些分解与区分取决于环境与问题本身。

3）计算机软件不能完全代替设计者，它仅起支持作用，为处理问题的设计者提供方法与手段【2】。

4.TRIZ是发明解决问题理论

1）为了避免折中解，取得创新解，需要解决设计中的冲突。

但是解决冲突的手段和过程并不知道。

2）理想解可通过已知的系统进化的趋势推断或者通过环境和系统本身的资源来获得。

3）未知所需要的情况往往可以被虚构的理想解代替【2】。

1.2.3TRIZ的主要内容

（1）产品进化理论

TRIZ理论中产品进化理论将产品进化过程分为四个阶段：

婴儿期、成长期、成熟期和衰退期。

当产品处于前两阶段时，企业设计人员应加大研究力度，尽快使产品

功能完善进入成熟期，以使企业处于竞争的有力地位。

当产品处于成熟期时，企业应着力研究新产品，以代替现有产品，应对未来市场的竞争。

当产品处于退出阶段，企业应尽快将产品淘汰，减少资源的浪费。

利用进化原则，可以分析当前产品的技术状态，并预测未来发展趋势，开发具有竞争的产品。

（2）分离原理

分离原理主要应用于解决物理冲突，这是现代TRIZ在分析总结物理冲突解决的各种研究方法的基础上得出的结论。

分离原理主要包括四种形式：

时间分离；空间分离；基于条件的分离；整体与部分的分离。

（3）科学效应和现象

效应是指应用各个领域的有关定律解决设计中的问题。

在对各领域的数百万专利研究分析的结果上建立的知识库，突破了知识领域的局限性，可以为技术创新提供丰富的方案来源。

（4）物质-场分析方法

物质-场模型分析的原理为：

所有的功能都必定由三个基本元件组成，即一种功能由一种场和两种物质组成，它是TRIZ理论中的一个重要的问题描述和分析工具。

产品是功能的一种实现，因此，可用物质-场分析产品的功能。

Altshuller提出了功能的物质-场分析方法与模型，并总结了76个标准解。

（5）冲突解决原理

TRIZ主要研究物理冲突和技术冲突两种冲突。

技术冲突是由于系统本身某一部分的影响而使另一部分达不到理想状态，它可用技术冲突解决原理解决。

物理冲突是指一个物体具有相反的要求，可用分离原理解决。

产品设计过程中主要解决技术冲突，TRIZ理论运用39个工程参数来表示产品中存在的技术冲突，并有40个发明原理可供应用。

（6）ARIZ：

发明问题解决算法

ARIZ是为复杂问题提供简单化解决方法的逻辑结构化方法。

ARIZ算法特别强调用公式解决冲突，找到理想解，一方面技术系统向着理想解的方向进化，另一方面如果一个问题存在冲突需要解决，该问题就变成了一个创新问题。

应用ARIZ的关键在于没有理解问题的本质之前，要对问题进行不断的细化，直到确定了冲突。

1.3TRIZ的研究现状

TRIZ的国际研究现状：

国际上TRIZ设计理论的研究已有多年的历史，目前TRIZ被认为是可以帮助人们挖掘和开发自己创造潜能、最全面系统地论述发明创造和实现技术创新的新理论，被欧美专家称为“超级发明术”。

欧洲以瑞典皇家工科大学为中心，集中了十几家大型企业，实施利用TRIZ进行创造性设计的研究计划；日本从1996年开始就不断有杂志介绍TRIZ的理论方法及应用实例；有关TRIZ的研究咨询机构也相继成立。

目前，在国际上TRIZ创新设计方法已经取得了丰硕的成果，尤其在是在跨国公司迅速得以推广并为之带来巨大的经济效益。

如福特汽车公司通过运用TRIZ解决了推力轴承在大负荷时出现偏移的问题，产生了28个新概念（问题解决方案），其中一个非常吸引人的概念是：

利用热膨胀系数小的材料制造轴承，从而很好地解决了推力轴承在大负荷时出现的偏移现象，为福特公司创造了巨大的经济效益。

TRIZ的国内研究现状：

在国内，TRIZ理论的研究和应用才刚刚起步，但其先进的设计理念引起了广泛的注意，很多大学和企业的专家学者开始引进TRIZ创新设计理论，开展了相关的研究和应用工作。

大学里将TRIZ设为一门单独的课程进行讲授；专家们发表了有关论文，编撰了有关书籍。

近几年来，国家科技部强调在科技创新工作中要实现思维创新，方法创新和工具创新，开始高度重视TRIZ等创新理论方法的研究和推广应用，要求在企业中开展技术创新方法的培训，并在全国正式批准黑龙江省和四川省为“科技部技术创新方法试点省”。

这一切将对我国TRIZ理论的研究和应用产生巨大的推动作用。

1.4TRIZ的发展趋势

虽然TRIZ从产生到现在已有50多年的发展时间，但是作为一种技术本身，TRIZ目前仍处于“婴儿期”，想要达到成熟还有很长的过程。

通过对已经发表的多篇文章的详细研究分析，认为TRIZ今后的发展趋势可归纳为三方面即：

TRIZ本身的完善，与其他工具的结合以及开发计算机辅助创新软件。

物质—场模型的改进，技术冲突解决原理的进一步发展和ARIZ算法的改进是TRIZ目前自身完善的三个方面。

物质—场模型适合于描述产品的一个功能，但是任何一个新产品都不会只具有一个功能，这就使得其不能很好的描述多个功能。

因此对于物质—场模型的进一步改进就成为TRIZ本身的一个必不可少的研究方向。

在实际工程实例的应用中，ARIZ必然存在一些不足，ARIZ只适合解决一些较复杂的问题，但对于“小问题”的解决不方便。

TRIZ的应用实例表明，冲突及解决技术中的39个通用工程参数和40条发明原理还不完善，有些设计中的冲突明显的不能用39个参数来描述，因此也就不能选择冲突解决原理。

那么，如何增加标准参数的个数；一旦增加冲突的标准参数的个数，冲突解决矩阵会怎样改变；40条发明原理是否已经囊括了所有的设计等问题还没有找到答案。

因此对冲突以及解决技术的进一步发展是TRIZ理论自我完善的一个重要方面。

TRIZ创新设计理论被引入美国之后，迅速引起了一些质量工程学家的关注。

Kowalick指出，如果说田口方法是20世纪80年代及90年代前期的研究重点，那么TRIZ创新设计理论将成为90年代后期的研究热点，而且这一趋势将一直延续下去。

将TRIZ理论与其他设计理论一起为新产品的开发和创新提供强大的理论指导，将成为TRIZ研究的重中之重，这将使技术创新过程由以往的仅凭借经验和灵感发展到按照技术演变规律进行。

本文介绍的计算机辅助创新软件是以TRIZ技术冲突解决方法为基础，结合现代计算机辅助创新技术，以分析解决产品及其制造过程中出现的矛盾为出发点，从而可以从根本上解决新产品开发过程中遇到的技术难题，而找到创新解，并可为工程技术领域新产品、新技术的创新提供科学的理论指导。

将TRIZ创新理论与计算机软件技术结合能够释放出巨大的能量，不仅为产品研发创新提供指导，而且还能在产品研发过程中使产品得到不断的扩充和丰富。

本文致力于研究开发基于TRIZ技术冲突解决眼里的计算机辅助创新软件，运用VisualBasic++可视化编程语言，以Access作为底层数据库等实现产品冲突的解决。

2设计中的冲突

2.1冲突及其分类

2.1.1设计中的冲突

大多数产品都包含一个以上的功能，为了实现产品的这些功能，产品需要由具有相互关系的多个零部件组成。

为提高产品的生命力，设计人员需要产品进行改进设计。

无论是新产品的设计还是已有产品的改进设计，设计人员在设计过程中首先要保证或提高产品的一些内部性能，但这种提高往往导致产品其他一些内部性能的降低，即设计中往往存在冲突【2】。

冲突普遍的存在于各种产品的设计当中，彻底地解决冲突是创新设计的核心。

按照传统设计方法中的折中法，冲突并没有被彻底解决，而是在冲突双方取得一个折中方案，或者称降位低冲突的程度【2】。

TRIZ创新理论的核心是彻底地解决冲突，从而产生新的有竞争力的解。

2.1.2基于TRIZ的冲突的分类

G.S.Altshuller将冲突分为三大类：

即物理冲突（PhysicalContradictions），管理冲突（AdministrativeContradictions）和技术冲突（TechnicalContradictions）【2】。

物理冲突是指为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有某种特性，但同时也应具有与该特性相反的特性，如一个系统中有害功能降低的同时有用功能也随之降低；