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基于TRIZ的机械产品创新设计研究

作者:天行健企业管理    分类:TRIZ    时间:2016-09-03 14:22:08

一、TRIZ在机械产品创新中的应用

机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科学技术成果,进行创新构思,设计出具有新颖性、创造性以及实用性的机构或机械产品的一种实践活动。在进行机械创新设计中会遇到很多技术性问题,在解决这些问题时,如果不明确应该使用哪些科学原理法则,则很难找到问题的解决对策。TRIZ理论给出了解决各类问题需要借助的科学原理,并指明了解决问题对策的探索方向。重视创新设计是增加机械产品竞争力的根本途径。在机械产品设计过程中,存在物理冲突、技术冲突,使得设计过程成为一个具有创新性特征的问题解决过程,天行健咨询认为完全可以利用TRIZ思想和方法解决机械产品的创新设计,并应用TRIZ的机械产品创新设计模式。


TRIZ研发理论


二、基于TRIZ的机械产品创新分析――以螺丝刀为例

1、TRIZ解决问题的流程

在解决一个工程问题时,可能使用TRIZ的一个工具或者是更多。应用TRIZ的第一步是对给定的问题进行分析;如果发现存在矛盾则应用原理去解决;如果问题明确但不知道如何解决,则应用效应去解决;第三种选择是对待创新的技术系统进行进化过程的预测。之后是评价,确定是否满足要求。如果满足要求,则进行后序的设计工作,反之,要对问题进行再分析。


2、螺丝刀产品创新――基于了TRIZ

①定义设计需求、确定功能

对产品的要求为有以下两点:具有方便灵活使用特点的手动螺丝刀;具创意性,可增加在市场上的竞争力。首先考虑螺丝刀操作上的原理及使用的状况,其最主要的功能为锁紧及拆卸螺丝,所以把目标放在能够快速且省力的将螺丝锁紧或是拆卸,是一个非常确切的产品设计方向,以“力”、“时间损失”、“可操作性”作为改进的工程特性。


②建立基础功能模块

选定其最具代表性且功能上最基本的一种产品作为基础,建立该类产品的基础功能模块,接下来再运用创新法则在功能模块上增加新的功能,以产生新的概念设计。选择最常见的带棘轮的螺丝刀建立其功能模型,将与棘轮相关的各组件组成为一个次系统视为一个组件,不考虑棘轮内相关组件间的相互关系,只考虑整个次系统组件提供的有益功能与有害功能。


③功能组件模组的建立与增加

对特定产品,首先由设计需求来决定要改进的工程特性,其次找出对应该工程特性的创新法则,最后将想出的新方法建构成功能组件模块并存人数据库中,集合成为“功能组件数据库一。以“分割”为例,TRIZ对此法则的解释为:将一个物体划分成相互独立的零件;使物体分成容易组装及拆卸的部分;增加物体相互独立的程度。配合要改善的工程特性“力”来思考,得到了新的想法,若在螺丝刀头上分割出一可作为力臂的组件,则可有效的增加使用时的扭力,这就是由设计需求定出特定工程特性,再来产生新概念的内涵。


④组合基础功能模块与功能组件模组

由前面所建立起用于螺丝刀设计的产品功能模块数据库与功能组件模块数据库,使用二者配合TRIZ设计软件来进行产品的概念设计。此方法好比堆积木,首先选择一块大积木(基础产品功能模型)做地基;然后再选择要堆放的各种小积木(功能组件模块);最后决定堆放的位置(将功能与组件做连结),由排列组合的概念来产生大量的新设计。在加入功能组件模块后再应用软件进行修剪,将组合产生的新产品功能模型加以最佳化,得到最后需要的概念设计。


⑤创新设计软件的评估与裁剪功能

在组合产品功能模型与功能组件模块,产生初步的创新功能模型后,要对产生的新功能模型进行组件价值的评估修剪,以消除因任意连接功能与组件所可能产生的矛盾。功能等级与功能模型中各组件的连结状况有关,而问题严重性需由功能模型中各问题作用的等级计算出,在软件中会自动为使用者计算。


⑥创新设计结果

经过组合连结修剪所得到的创新功能模型,考虑其组件与功能间的可能性,设计出的创新产品。组件取代原本握把的功能,而握把与棘轮组件间以机构旋转对的方式加以连结,因此当使用者握住握把加以转动,就可增加扭力锁紧螺丝,发挥功能模块想带给新产品的功能,符合设计目的。


三、结论

选择螺丝刀做为应用实例,用TRIZ进行设计,得到创新设计结果。经实例验证TRIZ方法确实可以帮助设计者进行机械产品创新设计,从而对产品创新设计提供了一种新的设计方法和解题思路。基于的机械产品创新设计能充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科学技术成果,进行创新构思,设计出具有新颖性、创造性以及实用性的机构或机械产品。加强技术创新,发展高科技,实现产业化,对提高我国国际竞争力有决定性的意义。


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