创新设计与TRIZ理论

创新设计与TRIZ理论1.背景20世纪以来,技术水平、经济实力的全面竞争，促进生产力的提高，促进设计方法和手段的提高，是设计方法发生巨大变革的时期，新的设计方法已经对工程设计领域产生非常重大和深远的影响。2.基本思想以设计产品为目标的一个知识群体的总称，运用了系统工程，实行“人—机—环境”一体化设计，设计思想、设计进程、设计组织更合理化；采用了动态的分析方法，使问题分析动态化；设计进程和战略、设计方案和数据的选择广义化；计算、绘图甚至分析计算机化。3.方法有限元法、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、模糊设计外，稳健设计、虚拟设计、绿色设计、并行工程、智能计算机辅助设计、机电一体化设计、创新设计、动态设计、神经网络及其应用、工程遗传算法、价值工程、工业艺术造型设计、模块化设计、相似性设计、反求工程设计、建模与仿真技术、面向X的设计等等都属于现代设计方法。§1创新设计的基本概念一、创新设计是解决发明问题的机械设计核心---概念设计创新设计设计应用理论与方法哲学特征---概念设计阶段解决矛盾结果---提出新的原理解§1创新设计的基本概念设计的分类1设计哲学研究设计的本质2设计理论与方法建立设计过程模型，软件等3设计的应用产品设计，可靠性设计，优化设计等常规问题常规设计发明问题创新设计“有一位既聋又哑的人，想买几根钉子，来到五金商店，对售货员做了这样一个手势：左手两个指头立在柜台上，右手所致拳头做出敲击状的样子。售货员见状，先给他拿来一把锤子；聋哑人摇摇头，指了指立着的那两根指头。于是售货员就明白了，聋哑人想买的是钉子。聋哑人买好钉子，刚走出商店，接着进来一位盲人。这位盲人想买一把剪刀，请问：盲人将会怎样做？”如何用6根火柴组成4个等边三角形？试一试如何用4根火柴组成一个“田”字？+打破对于创新的神秘感+了解一种全世界都在实践的高效的创新方法（TRIZ）+通过学习TRIZ，尝试去解决工作生活中的一些难题“不创新、毋宁死”的日本“创新型国家”香港公司40美元广东外贸公司20美元广东某制造商成本12美元15美元市场定价88美元美国开发公司获利48美元获利5美元获利20美元获利3美元价值链创新是灵光一现式偶然认识误区创新源于个别敢吃螃蟹的人创新就是稀奇古怪的事－熊彼特1912著作《经济发展理论》创新就是把生产要素和生产条件的新组合引入生产体系，目的是为获取潜在的利润。熊彼特指出“创新”具有五种情况：1、生产新的产品，即产品创新；2、采用一种新的生产方法即工艺创新或生产技术创新；3、开辟一个新的市场，即市场创新；4、获得一种原料或半成品的新供给来源，即材料创新；5、实行一种新的企业组织形式即组织管理创新。+创新只属于少数以创新为己任、专职从事创新工作的人。时时都是创造之时处处都是创造之地人人都是创造之人何人创新年龄创造力102030405060经培训，创造力可提高70％～300%300200100知识是可以学习的，技能是可以传授的，创造力是可以开发的+1928年的某一天，细菌学家亚里山大·弗莱明的培养皿中碰巧长了霉菌，结果他发现了青霉素。+爱迪生：“我做的任何一件有价值的事情都非偶然，我所有的发明创造也并非出于巧合，而是来源于辛勤的工作。”？创新的困惑？？？头脑风暴主要规则（想法发生器，6－9人）：来自不同领域无论想法正确与否，好笑抑或异想天开不允许批评或否定所有想法都要记录随后认真分析研究+试错法、头脑风暴法等的一个主要缺点是:–随机性+直接后果:–效率低下“有用想法数/无用想法数（OR总数）”理想解解空间可接受的解+面对各种复杂问题时，人们总是不断探寻并尝试各种解决方案，直到最终找到解决办法。海飞丝(约1500次失败)蓄电池（50000次失败）爱迪生发明电灯（6000次失败）固特异轮胎（一生的心血）搪瓷（一生的心血）……如何提高创新的效率呢？问题分析与求解二、TRIZ的基本概念1TRIZ（TIPS）的产生和主要内容TRIZ是解决发明问题的理论，是实现发明创造、创新设计、概念设计的最有效方法。专利及技术信息问题的过程分析自然科学知识TRIZ理论概念：资源的分析描述发明级别划分技术进化模式理想化及理想设计工具：39个工程参数40条发明原理分离原理物——场分析模型效应TRIZ的一般方法类似的标准问题类似的标准解决方法需解决的特殊问题新的解决问题的方法基本原理技术知识工程参数2发明创造的等级划分1通常的设设问题，或对已有系统的简单改进。该类的发明创造或发明专利占所有发明创造成发明专利总数的32％。2通过解决一个技术冲突对已有系统进行少量改进。占所有发明创造或发明专利总数的45％。3对已有系统的根本性改进。占所有发明创造或发明专利总数的18％。4采用全新的原理完成对已有系统基本功能的创新。占所有发明创造或发明专利总数的4％5罕见的科学原理导致—种新系统的发明、发现。所有发明创造或发明专利总数的1％。创新设计所依据的科学原理往往属于其他领域+人脑类似由100~140亿台微型计算机所组成的庞大的电子计算机信息网络处理系统。+一个正常人的大脑可储存1000万亿信息单位，相当于一般电子计算机储量的100万倍，如果全部用来储备知识，人脑的记忆容量相当于5亿本书籍的知识总量。+人脑的功能非常强大，俄罗斯学者伊.尹尔菲莫夫研究指出：人的大脑可以同时学习40种语言，默记一套大英百科全书所容纳的全部内容，还可以有余力去完成十门大学课程的教研活动。左右大脑分工示意图右躯体感觉语言书写主要语言中心计算右视野右躯体指令左躯体感觉空间图像感觉语言音乐理解复杂关系理解左视野左躯体指令耶鲁大学耗时5年的研究成果：一张图可以分出你是用左脑还是用右脑!+在荒无人迹的河边停着一直小船，这只小船只能容纳一个人。有两个人同时来到河边，并且这两个人都坐着这条船过了河。+请问：他们是怎样过河的？试一试+形象的定式+专业知识的惯性+术语的定式+功能的定式+类比方案+.........由于知识面狭窄，解决问题时总是局限于本领域或相关领域。专业知识的惯性化学生物物理沃森和克里克DNA双螺旋结构克服专业知识的惯性术语类别：■专业性很强的术语（B-19飞机）■通用性工程术语（传感器、对流器）■功能术语（支撑物、切割器、储存罐）■日常术语、孩童术语（锅、棍子、绳子、孩子惯用的词语）术语的定式■“B-19”：在军人看来：一种军用飞机在医生看来：人类细小病毒B19术语的定式■“F4”：在军人看来：一种军用战斗机在追星族看来：台湾人气偶像在我们看来：？？？■椅子的功能思维惯性的作用•思维惯性的正面作用：是人们能够驾轻就熟而迅速的解决相似的问题。•思维惯性的负面作用：在发明创新活动中，它是影响创新思维的主要思维障碍。+发散思维（集中思维）头脑风暴法635法+逆向思维（正向思维）+求异思维（求同思维）+……头脑风暴（635法）确定创新活动主题6人一组，每人准备一张纸每人每次5分钟内在纸上写下3个解，然后传给邻座后者读后再用5分钟，再提出3个进一步解或作补充，然后再传给邻座依次类推，30分钟完成6个循环，每一个参加者的建议都将经过5个人的补充或组合发展，故称六三五法每一个小组把108条“解”进行分析、筛选，确定3-5条最佳答案每一个小组推荐1-2人，上台讲解交流猫与冰箱的共同点？+移动+出现在屋里+在晚上工作+发声+发热+消耗能量+可以有不同的颜色+寿命+有不同品种+四条腿+作为礼物赠送+定期清洗+定期保养或维护+为主人服务+可以装食品+逆向思维：指与主流相反的方向进行思维的方法。在创新过程中敢于标新立异，与事物的常理相悖，获得一个又一个优秀的创造成果。+司马光砸缸+抽烟祈祷TRIZ中的创新思维方法IFR法九屏幕法STC算子金鱼法4小人法5+在解决问题之初，先抛开各种客观限制条件+并以取得最终理想结果作为终极追求目标+针对问题情境，设立各种理想模型，即最优的模型结构来分析问题+理想化模型所涉及的要素包括：理想系统理想过程理想资源理想方法理想机器理想物质……定性描述：为实现有用功能的所有花费+定量描述：最理想的状况：COST有害作用有用功能理想度＝0有用功能有害作用∞0资源的耗费+最理想的技术系统：作为物理实体它并不存在，但却能够实现所有必要的功能。+IFR：产品处于理想状态的解成为最终理想解系统在保持有用功能正常运作的同时，能够自行消除有害的、不足的、过度的作用最终理想解（IFR)+保持了原系统的优点+消除了原系统的不足+没有使系统变得复杂+没有引入新的缺陷最终理想解是解决问题的关键所在，很多问题的IFR被正确理解并描述出来，问题就得到了解决。设计者的惯性思维常常让自己限于问题当中不能自拔，解决问题大多采用折中法，结果就使问题时隐时现让设计者叫苦不迭。而IFR可以帮助设计者跳出思维的怪圈，以IFR这一新角度来重新认识定义问题，得到与传统设计完全不同的问题根本解决思路。•割草机•问题：草坪上的草长得很快，而且参差不齐•传统解决方案：用割草机，嗓音很大等•IFR：草坪上的草不需要修剪，自己始终维持在一个高度•从IFR出发的解决方案：实例割草机聪明草种工程1994缩短扭力杆的长度？船舶1990减少船舶双螺旋推进器的体积？电子1988减少电容器的体积？军工1979减少爆破压制超导线圈的废品率？农业1965使施肥机适应不同的农作物间距？一、TRIZ概述二、TRIZ的技术系统八大进化法则＋S曲线三、技术矛盾四、40个创新原理五、39个工程参数及矛盾矩阵六、物理矛盾和四大分离原理七、物场模型分析八、资源分析九、TRIZ应用TRIZ的由来TRIZ理论是由根奇·阿奇舒勒（G.S.Altshuller1926~1998)(前苏联的一位伟大发明家和创造学家）通过对4万份（后来扩展到250万份）高水平发明专利的研究、分析、归纳总结，揭示出隐藏在专利之中的奥秘，萃取数以百万计发明家的智慧而创建的卓越成果。被喻为“神奇点金术”。TRIZ理论是一种创新方法，它使创新思维从发散走向收敛；它利用创新的规律，使创新走出了盲目的、高成本的试错和灵光一现式的偶然。拉丁文：TeoriyaResheniyaIzobreatatelskikhZadatch=TRIZ英文：TheoryofInventiveProblemSolving=TIPS=TRIZ中文含义：发明问题解决理论中文简称：萃智TRIZ理论核心思想和基本特征首先，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。其次，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。再就是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。相对于传统的创新方法，TRIZ理论的特点和优势：a)TRIZ理论对研发或解决问题的思路有明确的指导性。这种指导性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b)它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，快速确认和解决系统中存在的矛盾，而且它是在技术的发展进化规律及整个产品发展过程的基础上运行的；c)运用TRIZ理论可大大加快发明创造的进程，提高产品创新速度；d)它可以帮助我们对问题情境进行系统的分析，快速发现问题本质，准确定义创新性问题和矛盾；e)对创新性问题或者矛盾提供更合理的解决方案和更好的创意；f)打破思维定势，激发创新思维，从更广的视角看待问题；g)基于技术系统进化规律准确确定探索方向，预测未来发展趋势，开发新产品；h)打破知识领域界限，实现技术突破问题分析与求解科学发现核心技术的发明对核心技术性能的改进工程改进设计改进的合理化建议Movingtohigherlevelsofinvention创新未必是重大的发明！矛盾物场、功能试错我的问题抽象转化TRIZ工具类比应用标准问题标准方案我的方案TrialandError!!x=2,50在宽为20m，长为32m的矩形地面上，修筑同样宽的两条互相垂直的道路，余下的部分作为耕地，要是耕地的面积为540m