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2.1 普适性设计方法学
德国VDI 准则2221 “技术系统和产品开发与设计方法” (1993年),准则2222 “设计方法-方案解决原理开发 和应用”(1997年)。技术系统由四部分组成。把设计 分成需求分析,方案设计, 整体设计和详细设计四大 步骤。方案设计部分的核心问题是建立技术系统的功 能结构图。把功能分解为子功能,利用形态学矩阵, 每一个子功能可在目录中找到若干可行解,综合成功 能结构图。但分解与综合要基于经验。每个大步骤中 有构思和表述,分析评价和择优选择两个小步骤。 VDI 准则2225为“设计方法-技术经济设计指南和实例” (1998年)包含4个组成部分。用量化的方式指导设计 出性价比高的产品。 由VDI(德国工程师协会)组织活动在全国推广。 8 8 2018/11/28
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升降定位式燃气灶
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工欲善其事必先利其器
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全国技术创新方法研究推广应用高潮
2007年11月5日,科技部以国科发财(2007) 655号文正式批复江苏省作为技术创新方法试 点省。 全国江苏、四川和黑龙江省为技术创新方法 试点省。 黑龙江省出版“TRIZ理论入门导读”和 “TRIZ理论应用论(TRIZ)的基本思想
世界上成千上万的创新设计如专利都遵循相类似的思 维过程和采用有限的原理,通过对250万份专利的研 究,TRIZ法已归纳得出。 对问题精细准确的分析有利于问题的解决。 矛盾对立和统一,系统化,分析和类比是技术创新有 力工具。 系统中矛盾和冲突的解决是系统进化的表示。 任何技术系统都有类似生物进化的路线,简称S曲线。 进化的法则有限和可知。 知识(效应库)是创新的基础。 通过系统的培训和学习,大部分人可在创新、创造和 发明中有所建树。
说明:有燃气灶发明人长期关注家用燃气灶具, 经过几年艰辛努力,申请并获得发明专利。根 据该专利生产的燃气灶具,具有加热效率明显 提高和受外界影响较小如刮风时仍能正常燃 烧的两大优点。 现采用TRIZ法分析,能否通过有序的创新思路 得到相同或类似的结果。
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技术系统矛盾解决原理
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4.1 矛盾分类
技术矛盾:在系统中引入某项措施使某 项性能变好而另一项性能变坏。 物理矛盾:在系统中希望有某功能,又 不希望有该功能。 管理矛盾
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4.2矛盾解决流程
1.抽象提取技术矛盾
问题分析与表述
39X39矛盾矩阵 40个发明原理 无
有 有无解
2.抽象提取物理矛盾 无
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三.TRIZ的诞生和发展
前苏联人Altschuller1926年出生,从小就有发明 思想,14岁时申请过专利。第二次大战期间在专利机 构工作,从1946年起因一项成功的专利被安排在海军 专利局工作。他分析数以万计的专利,1956年开始提 出专利按技术水平可分为5级,1969年提出专利中解 决的问题只涉及到39个技术参数之间的矛盾,可应用 40个发明原理中的若干项来解决,等等。他于1948年 写信给斯大林,但因其内容有唯心主义成分被视为异 端,被判刑25年流放到西伯利亚。在那里,他有机会 接触许多工程师和科学家,又加以深入的思考,渐渐 形成了TRIZ的基本格局。
抽象提取技术系统的特性参数 构造矛盾对,当采取某项措施时,矛盾对 中的一个参数变优,另一个参数变劣
在矩阵表中寻找该矛盾对的解决办法
回到具体技术系统,解决具体问题
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升降定位式燃气灶
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步骤一:分析问题
如图所示,家用燃气灶具和锅是一个小型技术系统, 在 功能域层面:燃气燃烧产生热量,热量传导到锅和抵 御外界干扰三项功能。在物理域层面,由被加热的锅, 支锅的支架,燃烧火焰和燃烧器四部分组成。物理域 的四大部分保证功能域的最优实现。 在现有燃气灶中,燃气的燃烧一般比较充分,不必做 大的调整。但由于锅底的形状和大小不同,锅底接触 火焰的程度不同,影响加热效率。并且家用燃气灶是 一个开放的系统,外界环境气流会影响火焰的稳定性。 外界环境气流会带走一部分燃烧热。应该在这三个方 面提出创新措施。
1.2 人类对创新设计活动的认识
由于人类对创新设计活动的规律知之甚少, 所以视创新设计为带有艺术成分的工程活动, 是知识和灵感的奇妙结合,是少数人的特长。 当代科技界认为,一切创新工程活动都是人 类运用从思想到理论到方法并辅以工具的积 极思维过程,导致最终成果。创新有规律可 循,应努力探索。
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发明问题解决理论(TRIZ)简介
中国发明协会发明创业促进中心
沈世德
2009年
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关于加强创新方法工作的若干意见
国科发财〔2008〕197号
指导思想:加强创新方法工作要在中国特色社会主义 理论体系指导下,深入贯彻落实科学发展观,紧密围 绕自主创新战略和建设创新型国家的重大需求。 原则:坚持政府引导、多方参与,试点先行、稳步推 进,立足国情、注重实效。 重点群体:面向企业、科研机构、教育系统。 重点工作:大力推进科学思维、科学方法、科学工具 的发展。
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升降定位式燃气灶
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TRIZ法技术矛盾分析
运动物体 质量 1 1 运动物体 质量 静止物体 质量 运动物体 长度 8, 15, 29, 34 + 静止物体 质量 2 运动物体 长度 3 15, 8, 29,34
技术特征参数
能量损耗 22 ……
2
3
+
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一. 关 于 设 计
1.1 设计的定义 针对某个特定任务,人对头脑库中的知 识进行分析判断和重组,得到解决任务 的方案。如果该方案不同于社会上已有 的形式,就是创新、创造或发明。 创新:Innovation 创造:Creation 发明:Invention
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流放生涯结束后, Altschuller就定居在巴库。他 办培训班培训他的学生,效果显著。哥巴乔夫时代,对 Altschuller的禁令解除。但政府当局发现了这套理论 的价值,视为国家财富,不得外传,也不报道。苏联解 体后,Altschuller的弟子纷纷外出,把TRIZ法带到了 德国、以色列和美国,TRIZ法成为世界风行的一种创新 设计方法。 后人视Altschuller为“技术系统进化”发现者。
11个(现4个) 分离原理
有 有无解
有 3.建立物场模型 无 有 4.ARIZ需求功能分析 无 效应库 有无解 76个标准解 有无解
5.重新分析问题 技术系统进化 八法则 否 6.评价判断是否为最佳解 是 7.原理解的具体化
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TRIZ技术矛盾矩阵图一角
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事例1-利用矛盾矩阵的事例
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TRIZ技术矛盾分析
技术特征参数 运动物体 质量 1 运动物体 质量 静止物体 质量 运动物体 长度 8, 15, 29, 34 ……
静止物体 质量 2
运动物体 长度 3 15, 8, 29,34
形状 12
1
2
+
+
……
……
3
32
+
…… ……
……
加工方便 程度
1, 28, 13, 27
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矛盾解的得出
1. 分割与切割原 理 13. 反向功能原理 27. 用低成本不耐 用的物体替代 贵而耐用的物 体 28. 机械系统的替 代
技术 特征 参数
32 加工 方便 程度
12 形状
1, 28, 13, 27
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事例2-矛盾矩阵应用事例,家用燃气灶改进
分析:取杏仁时必须去壳,现用锤砸或用机械方式压 碎。制造性能好但产品的形状不好。查39个技术特性 参数,得出32(制造性能)和12(形状)之间有技术 矛盾。 图1 TRIZ 法求解:查 39×39 矛盾矩阵,得出可用的发明 原理为 1 (分割), 28 (机械系统的替代), 13 (反 向)和27(用低成本不耐用的物体替代贵而耐用的物 体)。 图2 分析改进的具体技术方案:分割意味要把壳完全分开, 机械系统的替代意味要用另一种系统,反向意味应从 里向外加力。在密闭容器内加入高压空气,突然降压, 杏仁内的空气膨胀,立刻打开杏仁壳。为了得到高压, 可用高压空气,也可加热容器使气压升高。 类似的技术问题:开鸡蛋壳,开蚕豆壳,开核桃。
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……
……
……
1,18
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步骤二和三:构建矛盾对和求解
第三对矛盾: 燃气灶是开放的技术系统,环境里空气会与系 统内热气进行交换带走热量。从而构成35(适应性) 和22(能量损失)的矛盾。 查矛盾矩阵,所示的解决矛盾的发明原理编号 18,15,1,分别是振动,动态和分割。振动在此不适合, 分割可以把燃气灶系统和外界环境分离开来,而且应 该是动态可变的。
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步骤二和三:构建矛盾对和求解
第一对矛盾: 现有结构锅底与燃烧器的距离随锅底的尺寸和形状不同而 变,火焰不能以最优的方式把热量传给锅。查TRIZ,得到 特征技术参数32(易制造)和22(能量损耗)之间构成矛 盾对。 查矛盾矩阵,得到解决矛盾的发明原理是19(周期性作 用原理)和35(改变参数)。两个发明原理结合一起思考, 可以得到锅底与燃烧器之间应该解决尺寸周期性变化时保 持稳定距离的问题。