应用TRIZ解决实际技术难题流程分析.pdf

2015/3/5 1 第7部分 应用TRIZ解决 实际技术难题流程分析 赵新军 东北大学 机械学院 xinjun_zhao 2015 四川创新方法深度培训 主要内容 技术系统 解决实际问题为什么难? 实用TRIZ 3阶段问题解决流程 利用TRIZ 3阶段法解决问题的实例 实用TRIZ 4阶段问题解决流程 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 产品/服务流程图 公司 产品/服务 功能 材料、结构、原理、工艺等 问题/冲突 人员 思维惯性 多种 创新方法 提供/获利 顾客 多种原理 解决 TRIZ 缺 陷 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 工程问题解决的路线图 描述 问题 分析 问题 求解 问题 方案 评价 40个发明原理 76个标准解 效应库 进化法则 . 因果分析 功能分析 资源分析 IFR分析 组件分析 工程师的困惑：问题 是一团乱麻，如何解 决？ 寻原因：发现问题 产生的根本原因 找方向：寻找解决 问题的途径，“短板、 薄弱点” 挖资源：分析解题 资源、降低解决问题 的成本 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 方法的重要性 “工欲善其事，必先利其器” 三字经：人遗子，金满籯，我教子，惟 一经。 明清学者朱舜水说过：“遗子黄金满籯，不 如教子一经”，言下之意：“黄金用尽不会 再有，掌握一门技艺却会让人受益无穷”。 美国谚语：“食人之鱼，只供一饭之需；学 人之渔，则终身受用无穷” 授人以鱼不如授人以渔 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 为什么创新如此困难？ 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 思维定势 传统的或习惯上的 思维方式 专业背景和经验 错误的求解方向 错误的问题定义 错误的求解问题 方向 缺乏知识 有限的知识广度 没有工具或方法 找到需要的知识 或解决方案 避免冲突 很容易妥协 总是以为不可能 克服冲突 2015/3/5 2 一、技术系统 技术系统 由物质组件组成，为满足人们的需要而实现 某种功能的系统，该系统的功能必须有一个 是与其子系统共同完成的。 组件 技术系统的组成部分 也可以包含多个子组件 超系统超系统 系统系统 组件组件5 组件组件3 组件组件4 组件组件1 子系统子系统 组件组件2 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 一、技术系统 子系统 技术系统的组成部分，能实现更具体的细分 功能 超系统 技术系统之外的系统 技术系统的外部环境 技术系统作用对象 技术系统施加功能的对象 特殊的超系统组件 超系统超系统 系统系统 组件组件5 组件组件3 组件组件4 组件组件1 子系统子系统 组件组件2 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 技术系统的级别 技术系统（眼镜）的系统级别图 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 技术系统的级别 标识 系统组件：矩形框 超系统组件：六菱形 系统作用对象：圆角矩形 超系统超系统 手手 眼睛眼睛 光线光线 技术系统技术系统 镜片镜片 镜框镜框 镜腿镜腿 金属杆金属杆 塑料套塑料套 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 电冰箱技术系统和超系统 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 汽车的技术系统和超系统 系统由多个子系统组成，并通过子系统 间的相互作用实现一定的功能。 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 2015/3/5 3 二、解决实际问题为什么难? TRIZ的实际生产问题解决阶段 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 想用已学知识和经验来解决问题 有个人在路灯下寻找丢失的钥匙。过路的人问他，你为什么 总在一个地方找钥匙啊？那个人回答“因为这里最亮。” 以前的寻找解决的方法，与此相同。总想利用自己已有的知 识和经验来解决问题。可以用自己已有的经验和知识能解决 的话，那就不是问题 因为无法用自己已有的知识和经验解决的才叫问题。 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 实例: 开发高真空吸尘器 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 实例: 开发高真空吸尘器 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 精密机械零件上生锈的问题（事例) 零件上产生水珠的问题。 零件从检查室(24)移动到室外(30)的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 高温下玻璃变质的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 2015/3/5 4 TRIZ : 从理论到实际使用 TRIZ:Teoriya Reshnya Izobretalskikh Zadatch(拉丁语) Theory of Inventive Problem Solving(英语) 发明问题解决理论 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 头脑风暴法与TRIZ区别 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 一般TRIZ与实用TRIZ的比较 实用 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 三、实用TRIZ 3阶段问题解决流程 3SPS: 3 Step Problem Solving 1阶段:绘制问题领域模型图 2阶段: 导出矛盾 3阶段: 分析矛盾 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 3.1 绘制矛盾模型图(1阶段) 将产生问题的情况，用图表示出来 将引起问题的矛盾模型图用图表示出来 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 例1. 被门夹手的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 2015/3/5 5 例2. 汽车排气口噪音问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 例3.地铁站清扫时，触电问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 例4.刀的附着问题 刀 背 碎屑(菜) 刀 面 刀 刃 重 力 附着力(F) 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 3. 2 导出矛盾(2阶段) 在引起问题的绘制图中，找出矛盾 简短描述矛盾的关系 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 矛盾? 1. 矛盾的定义: 由相反的特性，引起的问题 2. 解决技术矛盾? = 解决矛盾? 3. 技术矛盾与物理矛盾 技术矛盾: 系统的某个参数(A)变好，则另一个参数(B)变坏的状况 (例：汽车速度增加(A)，则燃料的效率(B)变低.) = 摩擦阻力 物理矛盾: 一个要素(A)同时需要2个物理量(a, b)的状况 (例：牙刷的刷毛要细(a)又要粗(b) 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 导出矛盾(2阶段) 1. 矛盾关系: 刷毛的直径细 粗 2. 矛盾简述: 又细又粗的刷毛 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 2015/3/5 6 导出矛盾(2阶段) 1.矛盾关系: 水柱有 无 2. 矛盾简述: 又要出水，又不应出水。 要有水柱，又不能有水柱 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 3.3 分析矛盾(3阶段) 将导出的矛盾（通常是物理矛盾）分为时 间，空间（形状）及条件来分析 -时间分离 -空间分离 -条件分离 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 分析矛盾(3阶段):又细又粗的刷毛直径矛盾 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 分析矛盾(3阶段):又要有水又不能有水的矛盾 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 周期性喷水 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 2015/3/5 7 练习用基础问题(10个问题) 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 褥疮发生的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 体重 支持功能 患者臀部 1 体重 患者臀部 2 1 2 1 2 1 2 1 2 体重 支持身体 卧床患者 褥疮发生 案例分析：汽车安全带的问题 第1阶段: 绘制矛盾模型图 人(胸口) 安全带 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 案例分析： 汽车安全带的问题 第2阶段: 导出矛盾 矛盾1：安全带既要与身体接触，又不能 接触。 矛盾2：安全带既要宽，又要窄。安全带 的宽度是导致人不舒服的明确矛盾。 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 第3阶段: 分析矛盾 矛盾矛盾1 1： “安全带既要与身体接触，又不能接触”“安全带既要与身体接触，又不能接触” 安全带是防止事故的必要装置，所以只在 特定时间、特定位置接触即可。 时间分离时间分离：意味着只是在事故发生时为了 安全而接触，其他时间不接触。 空间分离空间分离：意味着安全带的特定部分在接 触，其他部分不接触。 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 第3阶段: 分析矛盾 矛盾矛盾2 2： 运用时间和空间分离思考“安全带既要安全带既要 宽，又要窄宽，又要窄”这个矛盾。 时间分离时间分离：意味着安全带的宽度随着时 间的变化在变化。 空间分离空间分离：意味着位置不同，安全带的 宽度会不同。 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 2015/3/5 8 世界首个充气式安全带问世： 40毫秒内做出反应 美国汽车制造商福特汽车 公司日前成功开发出世界 第一个充气式安全带. 一旦发生车祸，它可以在 40毫秒内做出反应，给予 乘客更多的安全保护。 人(胸口) 安全带 + 气囊 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 高跟鞋鞋跟夹在排水口缝隙的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 排水口井盖 排水口井盖 排水口井盖 理想的安全电熨斗设计开发 衣物 电熨斗 热量 1.矛盾模型图 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 2.导出矛盾 接触与不接触 热与不热 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 衣物 电熨斗 热量 支持部位 3.分析矛盾及解决方案 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 A.接触与不接触 空间分离原理 衣物 电熨斗 热量 3.分析矛盾及解决方案 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 A.接触与不接触 B.热与不热 时间分离 基于条件的分离 衣物 电熨斗 热量 2015/3/5 9 四、利用3SPS解决问题的实例 题目: 焊工戴头盔的问题 题目: 切细的线时，刀片的磨损问题 题目:管道对口间隙大的问题 题目:工件冷却不均匀问题 题目:下料溜槽磨损的问题 题目:摩擦片易磨损的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 题目: 焊工戴头盔的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四 川 茶色玻璃 普通玻璃 焊接光 照明 焊接光 照明 茶色玻 璃 茶色玻璃 茶色玻璃 (位置上移后的情形) 茶色玻璃 (焊接位置) 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 题目: 切细的线时，刀片的磨损问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 企业实际问题分析一 管道对口间隙大的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 2015/3/5 10 企业实际问题分析二 工件冷却不均匀问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 企业实际问题分析三 下料溜槽磨损的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 企业实际问题分析四 摩擦片易磨损的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 2015/3/5 11 五、实用TRIZ 4阶段问题解决流程 4SPS: 4 Step Problem Solving 1阶段: 绘制矛盾模型图 2阶段: 系统的功能分析 3阶段: 导出矛盾 4阶段: 分析矛盾 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 什么是功能？ 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 功能 技术系统的“灵魂” 产品是功能的载体， 功能是产品的灵魂！ 工程师为什么要设计某个产品？ 客户购买该产品的目的是什么？ 该产品的核心价值是什么？ 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 A 对 B的作用 (动词) 对象 A 对象 B 功能载体 功能 作用对象 功能受体 功能是一个对象（A）作用于另一个对象（B）， 并使对象（B）的参数发生改变的行为。 TRIZ理论中功能的定义 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 练习：分析以下装置的主要功能 65 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 功能分析的目的 优化技术系统功能并减少实现功能的消耗，使技术 系统以很小的代价获得更大的价值，从而提高系统 的理想度。 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 2015/3/5 12 两种工程设计过程涉及的功能分析 开发新技术系统(产品)时，首先需确定 系统完成或实现的主要功能，然后将主 要功能分解为子功能，即功能分解 改进已经存在的技术系统（产品）时， 要理清技术系统的主要功能以及辅助功 能，以便理解系统，找出系统的问题所 在 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 功能分析的应用场合-开发 科学效应科学效应 知识库知识库 专利专利 1 工程问题工程问题 新系统的设计新系统的设计 用户的需求用户的需求 功能的确定功能的确定 功能的搜索功能的搜索 已有系统的完善已有系统的完善 功能的分析功能的分析 方案方案 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 功能分析的应用场合-改进 2 工程问题工程问题 已有系统的改进已有系统的改进 功能分析功能分析 功能定义功能定义 功能评价功能评价 功能替代功能替代 功能优化功能优化 组件分析组件分析 功能分类功能分类 功能整理功能整理 组件模型组件模型 组件价值评价组件价值评价 系统裁剪法系统裁剪法 结构模型结构模型 功能模型功能模型 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 TRIZ的解题流程 定义工程问题定义工程问题 功能分析功能分析 系统裁剪法系统裁剪法 确定待解决问题确定待解决问题 ARIZ分析分析 物场分析物场分析 专利库专利库 科学效应库科学效应库 知识库知识库 因果分析因果分析 资源分析资源分析 物理矛盾分析物理矛盾分析 技术矛盾分析技术矛盾分析 形成构思形成构思 可行方案可行方案 初始问题初始问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 功能描述的原则 1、动作+对象动词宾语 2、对象至少有一个参数受到影响，发生改变 电线：传输电流 电荷位置改变 牙刷：去除牙垢 牙垢空间位置改变 空调：控制房间温度 房间温度改变 除颤器：终止心肌纤颤 心脏跳动节律改变 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 3、功能的描述需在特定的“语境”下进行； 牙刷：只能去除牙垢？也可去除其它物体的污垢。 4、功能受体必须是组件，不能是组件的参数； 牙刷：改变牙垢的空间位置。功能受体是“牙垢”， 而不是“位置”。 5、应该使用具有否定意义的动词代替“不” ； 绝缘体不能传导电流绝缘体阻碍电流传导； 河堤缺口不能阻止河水河堤缺口引导河水。 功能描述的原则（续） 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 2015/3/5 13 功能的分类 以眼镜为例： 有用功能 充分的功能镜片度数合适 不足的功能镜片度数小 过度的功能镜片度数大 有害功能镜架压迫鼻梁 中性的功能镜架上的装饰图案 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 功能的级别 主要功能 反映系统的主要有用功能（系统功能）； 是创建或设计该系统的目的和目标； 功能载体 整个技术系统； 基本功能 保证主要功能得以实现的系统中某个组件的功能； 功能载体 与系统作用对象直接发生作用的系 统组件； 辅助功能 保证基本功能得以实现的组件的功能； 功能载体 系统或超系统中的组件。 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 系统作用对象 系统组件B 技术系统 系统组件A 主要功能 辅助功能 系统组件C 基本功能 基本功能 功能的级别（续） 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 功能级别举例 主要功能：主要功能： （眼镜）折射光线 基本功能：基本功能： （镜片）折射光线 辅助功能：辅助功能： （镜框）支撑镜片 （镜腿）支撑镜框 （鼻子）支撑镜框 （耳朵）支撑镜腿 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 功能分析模型及功能分析图 功能分析是对技术系统进行功能建模的过程，其目的 是建立技术系统的功能模型。 用矩形框表示系统组件 用箭头表示组件之间的作用关系 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 （2）组件的类型： 系统作用对象 系统、子系统组件 超系统组件（或环境因素） 功能分析图符号系统 （1）功能的类型： 箭头表示方向 实线表示充分的作用 -线表示不足的作用 +号线表示过度的作用 波浪线表示有害的作用 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 2015/3/5 14 技术系统 系统要素 环境要素 系统要素 系统要素 目标对象 环境要素 功能 功能 功能 功能 功能 功能 功能 功能 功能 系统要素 目标对象 环境要素 好的功能 不好的功能 功能分析图 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 （1）找出系统中所有“实”的东西； （2）将各个“实”东西的功能（或相互作用）写出 来； （3）以系统的工作原理为基础，将各个“实”东西 连起来； （4）标出发生问题的“点”（即：有害作用、不足 的作用）。 构建功能模型的步骤 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 组件相关关系分析方法 组 件 1 组 件 4 组 件 5 组 件 6 组 件 2 组 件 3 列表法 屋顶图法 屋顶图 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 炭火烤肉： 一种美食，受人喜爱； 烟呛人（难受），环境污 染。 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 找出所有组件，分别描述其功能 木炭 加热 肉 加热 托架 产生 烟 支架 支撑 肉 火炉 支撑 支架 支撑 木炭 肉 产生 油 . 产生 烟 附着 支架 油 附着 支架 烟 ? ? ? 功能载体 作用 功能受体 补充条件 烤肉功能分析图 肉 烟 托架 碳盒 木炭 支撑 油 支撑 粘附 产生 技术系统 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 2015/3/5 15 腿 把手 绳子 旋转 跳跃 停止跳跃 腿 把手 跳跃 练习：开发不会挂到脚上的跳绳 问题描述： 为了跳跃，要有 绳子，但如跳不 好的话，绳子抽 打到脚腕，且不 能连续运动。 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 ? 刀 背 碎屑(菜) 刀 面 刀 刃 重 力 附着力(F) 练习：切片粘刀问题分析 问题描述：切水份多的菜时，切下来的菜会粘到刀上 任务：设计一种不沾的刀具。 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 真空吸尘器的功能分析图 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 企业实际问题功能分析一 钢坯加热炉炉辊结瘤的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 2015/3/5 16 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 企业实际问题功能分析二 多颗LED集成中聚光困难的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 企业实际问题功能分析三 包装过程中粉尘外溢的问题 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 企业实际问题功能分析四 太阳能热水器加热管玻璃和金属的联接问题 2015/3/5 17 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 企业实际问题功能分析五 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 企业实际问题功能分析六 结晶产品粒度大小不均匀问题 在化工、湿法冶金、环保等领域的工业生产过程 中，存在大量生成结晶的化学反应。 生产对生成结晶的一般要求是粗大且均匀。 结晶粒度不均匀，特别是产品中细粉状的量增加 ，将使使用过程中的扬尘增大，消耗上升，污染 环境。 结晶产品中细粉状的量增加，还使产品易吸湿， 易结块，增大产品包装、贮存和运输成本。 云天化国际三环分公司 杨建中 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 2015/3/5 18 结晶产品粒度大小不均匀问题 技术问题：结晶产品 的颗粒大小不均匀 解决技术问题目标： 在不降低生产效率的 前提下，提高结晶产 品的均匀度 生成结晶的化学反应器 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 (1)问题描述 从液相中析出结晶的过程可 分为两个阶段，晶核形成阶段 和晶核长大阶段。 结晶在反应器中生长的时间 越长，结晶产品的平均粒径越 大；反之，结晶产品的平均粒 径越小。 过饱和度越大，结晶产品的 平均粒径越小；过饱和度越小， 结晶产品的平均粒径越大。 因此，常常将过饱和度控制 在很小的范围。 赵 新 军 all right reserved 2015.03 四川 (1)问题描述 在本技术问题中，结晶物质和所采用原料的理化 性质不在研究范围。 在控制条件中，温度、压力、固相浓度等参数也 不在本技术问题的研究范围。 除上述因素外，影响生成结晶的平均粒径及大小 分布的关键因素，就是结晶生长时间，即反应时 间和过饱和度。 实际生产中，为了得到大颗粒结晶，通常采用延 长反应时间和降低过饱和度的方法。 赵 新 军 all right reserved 2