Triz理论在机械工程创新中的应用

T riz理论在机械工程创新中的应用1. TRIZ理论定义产品设计是要解决问题。

如果产品的初始状态与理想状态之间存在距离，则称之为问题，设计过程是解决问题的过程，是使产品由初始状态通过单步或多步变换实现或接近理想状态的过程。

如果实现变换的所有步骤都已知，则称为“常规问题”(Routine problem)，如果至少有一步未知，则称为“发明问题”(Inventive problem)。

解决常规问题的设计是常规设计，解决发明问题的设计是创新设计。

TRIZ理论是“发明问题解决理论”的简称，由前苏联发明家阿利赫舒列尔(G. S. Altshuller)在1946年创立的。

主要目的是研究当人们进行发明创造、解决技术难题时有可遵循的科学方法和法则，从而能迅速地实现新的发明创造或解决技术难题。

TRIZ是基于知识的、面向人的发明问题解决系统化方法学。

1) TRIZ是基于知识的方法1 TRIZ是发明问题解决启发式方法的知识。

这些知识是从全世界范围内的专利中抽象出来的，TRIZ仅采用为数不多的基于产品进化趋势的客观启发式方法；2 TRIZ大量采用自然科学及工程中的效应知识；3 TRIZ利用出现问题领域的知识。

这些知识包括技术本身、相似或相反的技术或过程、环境、发展及进化。

2) TIRZ是面向人的方法TRIZ中的启发式方法是面向设计者的，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及环境软件设计方法，其本身就有随机性。

计算机起到支持作用，而不能完全代替设计者，需要为处理这些随机问题的设计者们提供方法与工具。

3) TRIZ是系统化的方法1 在TRIZ中，问题的分析采用了详细的模型，该模型中问题的系统化知识是重要的；2 解决问题的过程是一个系统化的能方便应用己有知识的过程。

4) TRIZ是发明问题解决理论1.为了取得创新解，需要解决设计中的冲突，但解决冲突的某些步骤不知道；2.未知所需要的情况往往可以被虚构的理想解代替；3.通常理想解可通过环境或系统本身的资源获得;4.通常理想解可通过己知的系统进化趋势推断。

TRIZ作为一种方法学，在新设计和改进设计的设计初期为设计者提供了过程模型、工具和方法，主要包括产品进化论分析、冲突解决原理、物质一场分析、效应、ARIZ发明问题解决算法等。

2.TRIZ理论核心思想和基本特征现代TRIZ理论的核心思想主要体现在三个方面。

1．无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。

2．各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。

3．技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。

3.TRIZ理论主要内容1. 创新思维方法与问题分析方法TRIZ理论中提供了如何系统分析问题的科学方法，如多屏幕法等；而对于复杂问题的分析，则包含了科学的问题分析建模方法——物-场分析法，它可以帮助快速确认核心问题，发现根本矛盾所在。

2. 技术系统进化法则针对技术系统进化演变规律，在大量专利分析的基础上TRIZ理论总结提炼出八个基本进化法则。

利用这些进化法则，可以分析确认当前产品的技术状态，并预测未来发展趋势，开发富有竞争力的新产品。

3. 技术矛盾解决原理不同的发明创造往往遵循共同的规律。

TRIZ理论将这些共同的规律归纳成40个创新原理，针对具体的技术矛盾，可以基于这些创新原理、结合工程实际寻求具体的解决方案。

4. 创新问题标准解法针对具体问题的物-场模型的不同特征，分别对应有标准的模型处理方法，包括模型的修整、转换、物质与场的添加等等。

5. 发明问题解决算法ARIZ主要针对问题情境复杂，矛盾及其相关部件不明确的技术系统。

它是一个对初始问题进行一系列变形及再定义等非计算性的逻辑过程，实现对问题的逐步深入分析，问题转化，直至问题的解决。

6. 基于物理、化学、几何学等工程学原理而构建的知识库基于物理、化学、几何学等领域的数百万项发明专利的分析结果而构建的知识库可以为技术创新提供丰富的方案来源。

归纳其体系图如图1。

4.TRIZ理论解决问题思路与流程TRIZ 理论解决创新性问题的思路在于它采用科学的问题求解方法，具体办法就是将特殊的问题归结为TRIZ 的一般性问题，然后应用TRIZ 带有普遍性的创新理论和算法寻求标准解法，在此基础上演绎形成初始问题的具体解法。

这种从特殊到一般的方法，充分体现了科学的问题解决思想，富有可操作性，为计算机环境下的创新工作提供了重要的理论与方法基础。

实现创新就是要解决前人没有解决的问题或者冲突。

为了更好的应用这些原理解决具体的冲突，TRIZ 理论包含了著名的冲突矩阵。

冲突矩阵的行和列分别是在大量专利分析基础上总结出来的39 个通用技术参数，用这39 个通用技术参数中的两个分别表示冲突体中的两个方面，也就是使系统性能改善的参数和导致系统性能恶化的参数，那么在矩阵中这两个技术参数所在行列的交叉点就对应着实践证明最为有效的创新原理，基于这些创新原理的启发我们就可以寻求具体解决的方案。

对问题本质有深入准确的认识是创新性解决问题的前提。

对于复杂的问题，只有摒除干扰因素，发现问题的根本所在，才可能更有效地解决问题。

但人们在解决实际问题的过程中，总是受到思维定势等因素的束缚，需要一些科学的方法帮助我们全面系统地了解问题情境。

任何产品都具有一个或多个功能，可以说：产品是多种功能的复合载体，为了实现这些功能（即产品应当具有与其相关的性能），产品就要由多个零部件（且相互关联）组成。

为了提高产品的市场竞争力，需要根据市场需求不断地对产品的某个或某些性能进行改进或创新设计。

当改变某个零部件的设计，即提高产品某方面的性能时，可能会影响到与被改进零部件相关联的零部件，结果就可能导致产品的另一方面的性能受到影响。

如果由于改进而产生的影响是负面影响，则改进设计就出现了冲突。

因此可以说，创新设计要做的工作就是解决改进设计过程中的各种冲突，将主要工作聚焦于“冲突”这一焦点上。

冲突普遍存在于各种产品的设计之中。

按传统设计中的折衷法，冲突并没有彻底解决，而是在冲突双方取得折衷方案，或降低冲突的程度。

TRIZ 理论认为，产品创新的标志是解决或移走设计中的冲突，而产生新的有竞争力的解。

设计人员在设计过程中不断的发现并解决冲突是推动产品进化的动力。

概括的说, 应用TRIZ 的第一步是对给定的问题进行分析, 如果发现存在冲突, 则应用“原理”去解决;如果问题明确, 但不知道该怎么做, 则应用“效应”去解决; 如果是对系统的进化过程进行分析, 就应用“预测”去解决。

在对设计结果进行评价后, 如果发现新问题, 则要求对问题继续分析, 直到不出现新问题为止。

最后是执行。

其步骤流程图如图2：理论基础分析工具只是数据库结论图1 TRIZ体系图图2 TRIZ解决问题流程图5.TRIZ在机械创新中的运用TRIZ理论以其良好的可操作性、系统性和实用性在全球的创新和创造学研究领域占据着独特的地位。

实践证明，运用TRIZ理论，可大大加快人们创造发明的进程，而且能得到高质量的创新产品。

在机械工程中，机械产品某一特性或参数的改进会不可避免的引起其他特性和参数的恶化，运用TRIZ理论能够良好的解决这些问题，其中最常用的方法是冲突解决原理。

TRIZ将冲突分为2类：技术冲突和物理冲突。

技术冲突是指1个作用同时导致有用及有害2种结果, 也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致出现1个及几个子系统或系统变坏。

其解决原理是利用39个通用工程参数（现以增至48个）与40个发明原理组成冲突解决矩阵，行描述的是冲突中恶化的特性，列描述的是改善了的一方。

物理冲突是指为了实现某种功能, 1个子系统或元件应具有1种特性, 但同时又出现了与此特性相反的特性。

其解决原理是利用4大分离原理：空间分离、时间分离、基于条件的分离、整体和部分的分离。

这4打分离原理对用40个发明原理。

因此在机械工程中创新的核心是发现冲突及解决冲突。

发现冲突是通过对已有系统或虚拟系统的分析得到的, 冲突的解可通过解决技术冲突或物理冲突得到。

应用实例：1.飞机发动机引擎罩（1）分析问题：飞机发动机希望能够吸入更多的空气来提高效率，但又不希望发动机罩与地面的距离减少而对发动机造成损坏。

（2）冲突的确定：由分析可以大致确定该问题存在的冲突如下。

表1 冲突矩阵D 以吸入更多的空气，但D却不能太大而使引擎罩与地面的距离发生改变。

这样可以利用空间分离原理来解决该问题。

空间分离原理对应着40个发明原理的：1分割原理；2抽取原理；3局部质量原理；4非对称原理；7嵌套原理;11反向作用原理; 17 空间维数变化原理; 24借助中介物原理; 26复制原理; 30柔性壳体或薄膜原理。

通过分析比较这几种原理选取原理4非对称原理作为解决的手段，其具体描述为：物体的对称形式转化为非对称形式；如果物体是对称的，则加强它的非对称性。

按该原理将对称改为非对称，其结果如下：图3 引擎罩改进方案该方案能够有效的增大吸入的空气量，同时又保证了引擎罩与地面的距离。

符合技术要求。

2.解锁装置的矩形扭簧（1）分析问题：矩形扭簧因弹簧丝截面为矩形而得名，当矩形扭簧发生扭转时，其内径会缩小，反向扭转时，则变大。

此解锁装置正是利用矩形扭簧内圈包紧芯轴产生摩擦力来传递转矩从而实现解锁的。

因此，扭簧是此解锁装置的关键零件，它的使用寿命是衡量该装置可靠性的重要指标。

此解锁装置初始设计中，为满足其功能，扭簧与解锁轮分别设计成图4所示结构，扭簧伸出端A与解锁轮的沟槽B相配合，转动解锁轮时，沟槽B拨动扭簧伸出端A，使其发生扭转，扭簧收紧。

图4 矩形扭簧、解锁轮及其配合根据解锁装置的使用情况，设计要求扭簧的使用寿命要达到54 750次以上，而实际在做循环扭转试验时平均l万多次扭簧A端转角部分就发生断裂，完全不图5 消力耳弧结构图6 最终结果为了验证矩形扭簧设计改进的有效性，对解锁装置解锁的可靠性和矩形扭簧的使用寿命进行了严格的试验测试。

试验结果为：在解锁装置有效解锁58638次后矩形扭簧仍未断裂且无明显变形，完全满足设计要求。

6.总结TRIZ 理论将创新思想进行了科学的整理与提炼 ,能够为设计问题的解决提供较为成熟的理论体系和方法,使创新设计得以简化,大大缩短产品开发周期，在机械工程中得到了广泛应用。

TRIZ 理论确实是一种行之有效的创新设计方法,但并不意味着TRIZ 理论是万能的,在利用TRIZ 理论获得标准的通用解后,还需要设计人员特定的知识和经验并结合具体的工况将其转化为切实可行的工程技术方案姓名：周海燕学号：11021172参考文献[1]刘尚明，刘东亮等，TRIZ理论及其在机械产品创新设计中的应用.现代制造与设备，2007年第3期：43~44,84.[2]刘明忠, 王家海，基于TRIZ 理论的离合器机构的创新设计.机电产品开发与创新，2008年9月第21卷第5期：14~15.[3]李敏，张明勤，张瑞军，苏谦，TRIZ理论在产品概念设计中的应用研究.起重运输机械2010年第3期:20~23.[4]张磊，基于TRIZ理论的工业设计创新方法研究.河南工业大学硕士论文.[5]安小凡，基于TRIZ的机械产品创新设计方法研究 .天津大学硕士论文.[6]丁聪莉,史翔,贡智兵,马永根，TRIZ 理论及其在机械产品设计中的应用.中国制造业信息化，2009年10月第38卷第21期：67~70.。