基于TR I Z理论的产品创新设计*张简一1,郭艳玲2,杨树财1,王义文1(1.哈尔滨理工大学机械动力工程学院,黑龙江哈尔滨150080;2.东北林业大学机电学院,黑龙江哈尔滨150040)摘要:源自前苏联的TR IZ理论是解决创新问题的理论。

文中对TR IZ理论进行了阐述,对TR IZ理论在产品创新设计过程中的应用进行了探讨。

应用该理论可快速有效地找到问题的解决方案,并以自行车的创新设计为例说明了TR IZ 理论的应用方法和程序。

关键词:创新设计;TR IZ理论;系统;技术矛盾;自行车中图分类号:TH122文献标识码:A文章编号:1001-2354(2009)02-0035-041946年前苏联以G#S#A ltshu ller为首的专家对数以百万计的发明专利进行研究。

经过50多年的搜集整理、归纳提炼,发现技术系统的开发创新是有规律可循的,并在此基础上建立了一整套体系化、实用的解决发明创造问题的方法,这就是TR IZ理论。

TR IZ是俄文(T heor i a R esheneyva Isob reta telskehuh Zadach)的缩写,意为解决创新问题的理论(Theory of Innova ti ve P roble m Solv i ng,T IPS)。

这是一套能创造出系统性的创新与改善设计者思考过程的方法论。

就新产品的开发设计而言,TR IZ为其指出了发展方向和解决问题的思路和方法。

在产品创新设计中应用TR IZ理论可以更好地解决问题。

1TR IZ理论中的系统进化法则为新产品的发展提出了方向在TR IZ理论中,以系统的观点为新产品的发展指出了方向。

TR IZ理论认为任何一个产品或者客观事务都可以看作一个系统,而任何一个系统都是按照一定的客观规律进化的,这并不取决于某一个人,新产品的产生是一种看似偶然的必然。

因此,这个客观规律就是可以被发现、认知和利用的。

任何一个产品都可以看作是以履行功能为目的的系统。

系统的主要部分包括执行装置、传动装置、动力装置和控制装置等子系统,而子系统也应该是完备的。

这是产品系统完备性法则(如图1所示),它为新产品的研发提出了明确的设计任务。

而新的产品则是建立在执行功能基础上的一个结构完整的系统。

对产品系统进一步分析发现,任何系统都不是孤立存在的,每个系统都向上纳入更大的系统中,例如产品所赖以存在的环境。

而任何一个系统的内部都不是单纯的,都有一个较为复杂的内部环境。

这样,一个产品的系统有了它的超系统和子[3]Lavi n e A S.A si m p l e m od el f or convecti ve cooli ng du ri ng t he gri n-d i ng p rocess[J].Tran s AS M E J ofEng.for Ind.,1988,110:1-6.[4]Lavi ne A S,M alk i n S,Jen T C.Th er m al aspects of gri nd i ng w it hCBN wh eels[J].Annals of C I RP,1989,38(1):557-560. [5]Guo C,M al k i n S.Anal ys i s of energy parti ti on i n gri nd i ng[J].Tran sASM E,J ofE ng.f or Ind.,1995,117(1):55-61.[6]Ji n T,Row eW B,M c C or mack D.Te mp eratures i n deep gri nd i ng offinite workp i eces[J].In t ernational Journal of M ach i n e Tool s andM anufacture,2002,42(1):53-59.[7]H ou Z B,Ko m anduriR.On t he m ec h an i cs of t h e gri nd i ng process,PartÒ:t her m al anal ys i s of fi ne gri nd i ng[J].In ternati onal J ou rnal of M ach i ne Tools and M anu fact u re,2004,44(2-3):247-270. [8]M ouli k P N,Yang H T Y,C handrasekar S.S i m u l ati on of t h er m alstress es due t o grindi ng[J].Internati onal j ou rnal ofM echan ical Sc-iences,2001,43(3):831-851.[9]M aksoud T M A.H eat transfer m odel for creep-feed gri nd i ng[J].J ournal ofM aterial s Process i ng Techno l ogy,2005,168(3):448-463.[10]Q i H S,Ro w e W B,M ill s B.Contact lengt h i n gri nd i ng part2:evaluati on of con tact lengt h models[J].Proceed i ngs of t he I M ECHE Part J J ou rnal of Engi n eeri ng T ri bol ogy,1997,211(1):77-85.R esearch on the i n fl u ence of h eat source shap e on th e u-l tra-prec ision gr i nd i ng th er ma lm ode lRUAN H ong-hu,i ZHANG D a-w ei(Schoo l o fM echan ical Eng i neeri ng,T i anji n U niversity,T ian-ji n300072,Ch i na)Ab stract:On the basis of t he new ly establis hed t her m a lm ode l the i nfl uence o f gr i nd i ng heat i n the process of super-prec i s i on gr i nd i ng on t he wo rkp i ece has been stud i ed and t he d i str i butions of hea t source unde r sta tic state we re obta i ned.U tilizi ng mu ltiple heat source m ode ls to si m u l a te different conditi ons of u ltra-prec i s i on gr i nd i ngs and the i n fluence o f hea t source para m eters on the te m pe r-ature d i str i bu ti ons was ana l yzed.T h i s new typed heat source m ode l and the result of ana l y si s w ere very i m po rtant wh i ch ens u red the sur-face qua lity o f the u ltra-prec i s i on g ri nded workp i ece.K ey words:u ltra-prec isi on gr i ndi ng;t her m a lmode;l shape of hea t source;temperature distr i butionF i g6T ab0R e f10/Ji x ie Sheji08590第26卷第2期2009年2月机械设计J OURNA L OF M ACH I N E DESI GNV o.l26N o.2Feb.2009*收稿日期:2008-01-30;修订日期:2008-05-08作者简介:张简一(1971-),女,黑龙江哈尔滨人,副教授,研究方向:产品开发设计和产品形态研究,发表论文10余篇。

系统。

而再对系统更加详尽地进行分析,了解产品自身系统客观发展规律,就可在从/今天0到/明天0的发展中预测其未来质变。

这样,产品系统的/九屏图0就产生了(如图2所示)。

图1 产品的完备性法则图2 产品系统进化的九屏图就产品设计而言,/九屏图0为设计师指出了产品的发展方向。

为未来的产品开发提供了理论指导。

从/九屏图0上可以清晰地看到产品的发展脉络,任何一个产品都不断地由低级向高级进化。

例如,以前记录时用速记员,后来用录音设备,现在用录音笔,以后会有更新的产品来完成这一任务。

2 TR IZ 理论中的矛盾解决原理为新产品设计提供了思路在TR IZ 理论中,发现和消除矛盾是产品进化和发展的主导力量。

进而又把矛盾分为管理矛盾、技术矛盾和物理矛盾3个类型。

而找到矛盾、准确地定义矛盾是解决问题的关键。

针式打印机有以前打印机不能比拟的优势,但是为了提高打印清晰度,要求增加打印指针的数量,并且要求指针更细一些。

但指针过细易折断和会穿破纸。

在不减小打印指针直径的情况下,增加打印密度,这是一个矛盾。

解决它用了一个折衷的办法,一行打两次。

但又出现了新矛盾:在提高打印质量的同时不能提高打印速度。

这个新矛盾在TR IZ 理论中用了/机械系统替代法0和/压力法0得到了解决,即出现了喷墨式打印机。

但新型的打印机又出现了新的问题,墨水的质量要求很高,要求墨水不能堵塞喷嘴)))不易凝固,但在纸上又必须得快速风干。

所以新的矛盾是:在提高打印质量的同时不能增加墨水的成本。

新的矛盾仍然用了/机械系统替代法解决0,出现了激光打印机。

由此可以看到TR IZ 理解决问题的技术路线,如图3所示。

从工业设计的角度讲,新产品的产生是为了满足人们生活和工作中的需求。

而从人的角度提出需求,恰恰是建立在/物0场上需要解决的问题。

即找到现有的/物0中存在着的问题,通过对这个问题的准确定义和解决问题的矛盾来发明或发现新的产品,进而解决人们的需求,提高人们的生活质量。

也就是利用TR IZ 理论,在旧的产品上找到需要解决的问题,并且准确地描述和定义这个问题中的矛盾,从而利用TR IZ 的矛盾解决方法消除矛盾,从根本上解决问题,进而产生新产品。