TRIZ理论与创新设计课件.ppt
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1、第四章第四章 TRIZ理论与创新设计理论与创新设计o 主要内容主要内容n 简单介绍简单介绍TRIZ理论理论n 技术系统及进化法则技术系统及进化法则n 冲突解决原理冲突解决原理o 本章要求本章要求n 了解了解TRIZ理论的基本内容理论的基本内容n 尝试使用尝试使用TRIZ理论理论一、一、TRIZ理论概述理论概述o TRIZ(是俄文首字母缩写是俄文首字母缩写),意为解决发明创造问,意为解决发明创造问题的理论,起源于前苏联。题的理论,起源于前苏联。o 英译为英译为Theory of Inventive Problem Solving,缩写为缩写为TIPS。o 1946年,以苏联海军专利部年,以苏联海
2、军专利部G.S.Althsuller (阿齐舒勒阿齐舒勒)为首的专家开始对数以百万计的专利文为首的专家开始对数以百万计的专利文献加以研究,经过献加以研究,经过50多年的收集整理、归纳提炼,多年的收集整理、归纳提炼,发现发现,并在此,并在此基础上建立了一套系统化的、实用的解决创造发明基础上建立了一套系统化的、实用的解决创造发明问题的方法。问题的方法。阿奇舒勒开始就坚信:发明问题的基本原理是客观存在的,阿奇舒勒开始就坚信:发明问题的基本原理是客观存在的,这些原理不仅能被确认也能被整理而形成一种理论,掌握该这些原理不仅能被确认也能被整理而形成一种理论,掌握该理论的人不仅能提高发明的成功率、缩短发明的
3、周期,也可理论的人不仅能提高发明的成功率、缩短发明的周期,也可使发明问题具有可预见性。使发明问题具有可预见性。TRIZ属于前苏联的国家机密,在军事、工业、航空航天等领域属于前苏联的国家机密,在军事、工业、航空航天等领域均发挥了巨大作用,成为创新的均发挥了巨大作用,成为创新的“点金术点金术”,让西方发达国家一,让西方发达国家一直望尘莫及。直望尘莫及。如今如今TRIZ正成为许多现代企业创新的独门暗器,正成为许多现代企业创新的独门暗器,TRIZ可以轻易可以轻易解决那些解决那些“看似不可能解决的问题看似不可能解决的问题”并形成专利,提升企业的核并形成专利,提升企业的核心竞争力,从心竞争力,从“跟随者跟
4、随者”快速成长为行业的技术快速成长为行业的技术“领跑者领跑者”,让,让创新就像做算术题一样轻松简单。创新就像做算术题一样轻松简单。经过初步学习就不难发现,经过初步学习就不难发现,TRIZ理论对研发或解决理论对研发或解决问题的思路有问题的思路有明确的明确的指导性指导性。这种这种指导性指导性避免了耗费大量人力、物力、财力的避免了耗费大量人力、物力、财力的盲目试错,让解决产品问题变得有律可循、有术可盲目试错,让解决产品问题变得有律可循、有术可依,给技术创新留下了巨大的、易操作的空间,让依,给技术创新留下了巨大的、易操作的空间,让创新不再是一个概念或一句口号。创新不再是一个概念或一句口号。一、一、TR
5、IZ理论概述理论概述o TRIZ理论是基于知识的,面向人的解决发明问题理论是基于知识的,面向人的解决发明问题的系统化方法学,其核心是的系统化方法学,其核心是技术进化原理技术进化原理。一、一、TRIZ理论概述理论概述o TRIZ理论对于产品的创新是理论对于产品的创新是前所未有的突破前所未有的突破o 是解决发明问题的理论,是实现发明创造、创新设是解决发明问题的理论,是实现发明创造、创新设计、概念设计的计、概念设计的最有效的方法最有效的方法。o TRIZ理论已建立的一系列普适性工具能帮助研究、理论已建立的一系列普适性工具能帮助研究、设计人员尽快创造出满意的解决方案。设计人员尽快创造出满意的解决方案。
6、o 利用利用TRIZ理论,可以提高发明的成功率、缩短发理论,可以提高发明的成功率、缩短发明周期,也能使发明问题明周期,也能使发明问题具有可预见性具有可预见性。TRIZ理论的主要内容理论的主要内容1. 产品进化理论产品进化理论n发明问题解决理论的核心是技术系统进化理论,该发明问题解决理论的核心是技术系统进化理论,该理论指出技术系统一直处于进化之中,解决冲突是理论指出技术系统一直处于进化之中,解决冲突是进化的推动力。进化的推动力。n产品进化过程分为产品进化过程分为4个阶段:婴儿期、成长期、成个阶段:婴儿期、成长期、成熟期、退出期。熟期、退出期。婴儿期婴儿期成长期成长期企业加大投入,尽快使其进入成熟
7、期,以企业加大投入,尽快使其进入成熟期,以便企业获得最大的效益便企业获得最大的效益成熟期成熟期企业对其替代技术进行研究,使产品取得企业对其替代技术进行研究,使产品取得新的替代技术,以应对未来的竞争新的替代技术,以应对未来的竞争退出期退出期产品使得企业利润急剧下降,应尽快淘汰产品使得企业利润急剧下降,应尽快淘汰TRIZ理论的主要内容理论的主要内容2. 分析分析n分析是分析是TRIZ理论的工具之一,是解决问题的重要理论的工具之一,是解决问题的重要阶段。阶段。n包括产品的功能分析、理想解的确定、可用资源分包括产品的功能分析、理想解的确定、可用资源分析、冲突区域的确定析、冲突区域的确定TRIZ理论的主
8、要内容理论的主要内容3. 冲突解决原理冲突解决原理n是获得冲突解决所应遵循的一半规律。是获得冲突解决所应遵循的一半规律。n主要研究两种冲突:技术主要研究两种冲突:技术 物理物理n技术冲突:技术冲突:指传统设计中所说的折中,即由于系统指传统设计中所说的折中,即由于系统本身某一部分的影响,所需要的状态不能达到。本身某一部分的影响,所需要的状态不能达到。n物理冲突物理冲突:指一个物体有相反的需求。:指一个物体有相反的需求。nTRIZ理论引导设计者挑选能解决特定冲突的原理,理论引导设计者挑选能解决特定冲突的原理,其前提是按标准参数确定冲突,然后利用其前提是按标准参数确定冲突,然后利用3939条标准冲突
9、和条标准冲突和40条发明创造原理解决冲突。条发明创造原理解决冲突。TRIZ理论的主要内容理论的主要内容4. 物质物质-场分析场分析n 功能的物质功能的物质-场描述方法与模型的原理为:场描述方法与模型的原理为:n 所有的功能由所有的功能由两种物质及一种场两种物质及一种场的三元组成。的三元组成。n 产品是功能的一种实现,因此可以用产品是功能的一种实现,因此可以用“物质物质-场场”分析产品的功能。分析产品的功能。物质物质1物质物质2场场功能功能物场物场o 物场:指物质和物质之间相互作用和相互影物场:指物质和物质之间相互作用和相互影响的一种联系。响的一种联系。o 场:温度场、机械场、声场、电场、磁场、
10、场:温度场、机械场、声场、电场、磁场、引力场。引力场。o 物场的三种类型:物场的三种类型:n 完全物场体系完全物场体系n 不完全物场体系不完全物场体系n 非物场体系非物场体系完全物场体系:完全物场体系:满足物场三要素要求的物场体系,满足物场三要素要求的物场体系,它是一种能实现物质之间相互作它是一种能实现物质之间相互作用和影响的完整技术体系用和影响的完整技术体系不完全物场体系:不完全物场体系:不能满足物场三要素的要求,或不能满足物场三要素的要求,或只知两物,或一物一场,是待补只知两物,或一物一场,是待补建的技术体系。建的技术体系。非物场体系:非物场体系:只给出一种物质或者场。它不存只给出一种物质
11、或者场。它不存在具体的相互作用和影响在具体的相互作用和影响物场分析物场分析o 基本内容:基本内容:n 在判断物场类型的前提下进行创造性思考,在判断物场类型的前提下进行创造性思考,n 或对非物场体系或不完全物场体系进行补建,或对非物场体系或不完全物场体系进行补建,n 对完全物场体系中要素进行变换(要素置换)对完全物场体系中要素进行变换(要素置换)以发展物场以发展物场o 目的:使物场目的:使物场三要素三要素之间的之间的相互作用相互作用更为有更为有效。效。TRIZ理论的主要内容理论的主要内容5. 效应效应n 效应:指应用本领域特别是其他领域的有关定效应:指应用本领域特别是其他领域的有关定律解决设计中
12、的问题,如,采用数学、化学、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,来解决机械设计生物和电子等领域中的原理,来解决机械设计中的创新设计问题。中的创新设计问题。TRIZ理论的主要内容理论的主要内容6. 发明问题解决算法发明问题解决算法-ARIZ理论理论nARIZ(Algorithm for Inventive Problem Solving)-发明问题解决算法,是发明问题解决算法,是TRIZ理论的一理论的一种主要工具,是解决发明问题的完整算法。种主要工具,是解决发明问题的完整算法。n该算法采用一套逻辑过程逐步将初始问题该算法采用一套逻辑过程逐步将初始问题程式化程式化,强
13、调冲突与理想解的程式化,一方面技术系统想理强调冲突与理想解的程式化,一方面技术系统想理想解的方向进化,另一方面如果一个技术问题存在想解的方向进化,另一方面如果一个技术问题存在冲突需要克服,那么该问题就变成一个创新问题。冲突需要克服,那么该问题就变成一个创新问题。nARIZ中冲突的消除有强大的效应知识库的支持。中冲突的消除有强大的效应知识库的支持。效应知识库包括物理的、化学的、几何的等效应。效应知识库包括物理的、化学的、几何的等效应。n成功应用的关键:在没有理解问题的本质之前,要成功应用的关键:在没有理解问题的本质之前,要不断地对问题进行细化,一直到确定了物理冲突,不断地对问题进行细化,一直到确
14、定了物理冲突,该过程及物理冲突的求解已有软件支持为止。该过程及物理冲突的求解已有软件支持为止。TRIZ理论的重要发现理论的重要发现1.在以往不同领域的发明中所用到的原理(方法)并不在以往不同领域的发明中所用到的原理(方法)并不多,不同时代的发明、不同领域的发明,其应用的原多,不同时代的发明、不同领域的发明,其应用的原理(方法)被理(方法)被反复利用反复利用。2.每条发明原理(方法)并不限定应用于某一特殊领域,每条发明原理(方法)并不限定应用于某一特殊领域,而是融合了物理的、化学的和各个工程领域的原理,而是融合了物理的、化学的和各个工程领域的原理,这些原理适用于不同领域的发明创造和创新。这些原理
15、适用于不同领域的发明创造和创新。3.类似的冲突或问题与该问题的解决原理在不同的工业类似的冲突或问题与该问题的解决原理在不同的工业及科学领域交替出现。及科学领域交替出现。4.技术系统进化的模式(规律)在不同的工程及科学领技术系统进化的模式(规律)在不同的工程及科学领域交替出现。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。创新设计所依据的科学原理往往属于其他领域。发明创新有发明创新有可通用可通用的规律的规律TRIZ理论解决发明创造问题的一般方法理论解决发明创造问题的一般方法o 最早的发明课题是靠最早的发明课题是靠试错法试错法,即不断选择,即不断选择各种解决方案来解决问题。各种解决方案
16、来解决问题。o TRIZ的一般方法:的一般方法: 将要解决的特殊问题加以定义、明确;将要解决的特殊问题加以定义、明确; 根据根据TRIZ理论提供的方法,将需要解决的特理论提供的方法,将需要解决的特殊问题转化为殊问题转化为类似的标准问题类似的标准问题,针对类似的标,针对类似的标准问题总结、归纳出类似的标准解决方法;准问题总结、归纳出类似的标准解决方法; 依据类似的标准解决方法,解决待解决的特殊依据类似的标准解决方法,解决待解决的特殊问题。问题。将发明创造问题转换成解将发明创造问题转换成解决程式化问题,标准化问决程式化问题,标准化问题及解决过程题及解决过程爱迪生发明新型电灯TRIZ理论解决发明创造
17、问题的一般方法理论解决发明创造问题的一般方法例:设计一台旋转式切削机器,该机器需要具备低转速例:设计一台旋转式切削机器,该机器需要具备低转速(100r/min)、高动力,以取代一般高转速()、高动力,以取代一般高转速(3600r/min)的)的电动机。电动机。TRIZ理论的应用理论的应用o Rockwell Automotive公司针对某型号汽车的公司针对某型号汽车的刹车系统刹车系统,应用,应用TRIZ理论进行创新设计,刹车系理论进行创新设计,刹车系统发生了重要变化,系统有原来的统发生了重要变化,系统有原来的12个零件缩减个零件缩减为为4个,成本减少了个,成本减少了50%,但功能并未变化。,但
18、功能并未变化。o Ford Motor公司利用公司利用TRIZ理论解决理论解决推力轴承推力轴承在在大负荷时出现偏移的问题,产生了大负荷时出现偏移的问题,产生了28个解决方案,个解决方案,其中一个是利用小热膨胀系数材料制造这种轴承,其中一个是利用小热膨胀系数材料制造这种轴承,解决了问题。解决了问题。o 在俄罗斯,在俄罗斯,TRIZ理论的培训已扩展到小学、中学、理论的培训已扩展到小学、中学、大学生中,学生在改变他们思考问题的方法。大学生中,学生在改变他们思考问题的方法。二、设计中的冲突及其解决原理二、设计中的冲突及其解决原理1. 关于冲突关于冲突n 冲突的概念冲突的概念o 冲突普遍存在于各种产品的
19、设计中。冲突普遍存在于各种产品的设计中。o 当改变某零部件的设计,即提高产品某方面的性能当改变某零部件的设计,即提高产品某方面的性能时,可能会影响到与其相关联的零部件,结果可能时,可能会影响到与其相关联的零部件,结果可能使产品或系统的另一些方面的性能受到影响。如果使产品或系统的另一些方面的性能受到影响。如果这些影响是负面影响,则出现了这些影响是负面影响,则出现了“冲突冲突”。o 产品创新的核心是解决设计中的冲突,产生新的有产品创新的核心是解决设计中的冲突,产生新的有竞争力的解。竞争力的解。o 未克服冲突的设计不是创新设计。未克服冲突的设计不是创新设计。o 设计者在设计中不断地发现并解决冲突,是
20、推动设设计者在设计中不断地发现并解决冲突,是推动设计向理想化方向进化的动力。计向理想化方向进化的动力。二、设计中的冲突及其解决原理二、设计中的冲突及其解决原理1. 关于冲突关于冲突n 冲突的分类冲突的分类o 基于基于TRIZ理论的冲突理论的冲突n 管理冲突:为避免某些现象或希望取得某些结管理冲突:为避免某些现象或希望取得某些结果,需要做一些事情,但不知如何去做。果,需要做一些事情,但不知如何去做。n 管理冲突本身具有暂时性,而无启发价值,不管理冲突本身具有暂时性,而无启发价值,不能表现出问题解的可能方向,不属于能表现出问题解的可能方向,不属于TRIZ研究研究的内容。的内容。n 物理冲突、技术冲
21、突,是物理冲突、技术冲突,是TRIZ的主要研究内容。的主要研究内容。二、设计中的冲突及其解决原理二、设计中的冲突及其解决原理2. 物理冲突及其解决原理物理冲突及其解决原理n 物理冲突的概念及类型物理冲突的概念及类型o 物理冲突:指为了实现某功能,一个子系统或元件物理冲突:指为了实现某功能,一个子系统或元件应具有一种特性,但同时出现了该特性相反的特性。应具有一种特性,但同时出现了该特性相反的特性。o 是是TRIZ理论要解决的关键问题之一。理论要解决的关键问题之一。o 物理冲突出现的主要情况:物理冲突出现的主要情况: 一个子系统中一个子系统中有害功能有害功能降低降低的同时导致该子系统中的同时导致该
22、子系统中有用功有用功能能的的降低降低。 一个子系统中一个子系统中有用功能有用功能加强的同时导致该子系统中加强的同时导致该子系统中有害功有害功能能的加强。的加强。2. 物理冲突及其解决原理物理冲突及其解决原理n Altshuller曾提出曾提出11种解决方法(种解决方法(1970s)n Savransky提出了提出了14种解决方法(种解决方法(1990s)3. 技术冲突及其解决原理技术冲突及其解决原理n 技术冲突的概念技术冲突的概念o 技术冲突:指一个作用同时导致有用和有害的两种技术冲突:指一个作用同时导致有用和有害的两种结果,也可指有用作用的引入或有害效应的消除导结果,也可指有用作用的引入或有
23、害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏。致一个或几个子系统或系统变坏。o 技术冲突的表现:技术冲突的表现: 一个子系统中引入一种有用功能后,导致另一个子系统产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。生一种有害功能,或加强了已存在的一种有害功能。 消除一种有害功能导致另一个子系统的有用功能变坏。消除一种有害功能导致另一个子系统的有用功能变坏。 有用功能的加强或有害功能的减少使另一个子系统变得更有用功能的加强或有害功能的减少使另一个子系统变得更加复杂。加复杂。3. 技术冲突及其解决原理技术冲突及其解决原理n 技术冲突的一般化处理技术冲突的
24、一般化处理n TRIZ理论提出用理论提出用39个通用工程参数描述冲突个通用工程参数描述冲突n 实际应用中,首先要把组成冲突的双方内部性实际应用中,首先要把组成冲突的双方内部性能用该能用该39个工程参数中的某两个来表示,目的个工程参数中的某两个来表示,目的是把实际工程设计中的冲突转化为一般的或标是把实际工程设计中的冲突转化为一般的或标准的技术冲突。准的技术冲突。39个通用工程参数个通用工程参数39个通用工程参数个通用工程参数o 静态物体:指自身或借助外力都不能使其在空间内运静态物体:指自身或借助外力都不能使其在空间内运动的物体。动的物体。o 运动物体:指自身或借助外力可在一定的空间内运动运动物体
25、:指自身或借助外力可在一定的空间内运动的物体。的物体。o 39个工程参数的分类:个工程参数的分类:n通用物理及几何参数:通用物理及几何参数:112,1718,21n通用技术负向参数:通用技术负向参数:1516,1920, 2226, 3031n通用技术正向参数:通用技术正向参数:1314, 2729, 3239负向参数:当此参数变大时,使系统或子系统的性能变差。负向参数:当此参数变大时,使系统或子系统的性能变差。正向参数:当此参数变大时,使系统或子系统的性能变好。正向参数:当此参数变大时,使系统或子系统的性能变好。3. 技术冲突及其解决原理技术冲突及其解决原理n 技术冲突与物理冲突技术冲突与物
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