TRIZ课件 非常好的.ppt

1 2020 3 21 1 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 2 2020 3 21 2 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 工欲善其事必先利其器 3 2020 3 21 3 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理论应用与实践 4 2020 3 21 4 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 5 2020 3 21 5 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 6 2020 3 21 6 1 3创新中的科学思想和思维 辩证法三法则 矛盾对立与统一 量变到质变 否定之否定螺旋上升 现代科学思维三方法 系统论 信息论 控制论 逻辑三法 比较分类法 分析综合法 归纳演绎法 7 2020 3 21 7 二 当前世界著名的设计理论 普适性设计方法ComprehensiveDesignMethedology 德国Pahl THBerlin 和Beitz THMuenchen 1980年 公理设计AxiomaticDesign 简称AD 美国Suh MIT 1990年 质量功能分布QualityFunctionDeployment 简称QFD 日本Akao 1966年 发明问题解决理论TheoryofInventiveProblemSolving 简称TRIZ 前苏联Altschuller 1956年 国科发财 2008 197号文提出 综合增效 Synergy 即各种先进方法的综合并国产化是国人努力方向 8 2020 3 21 8 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 9 2020 3 21 9 2 2公理设计 MIT 麻省理工 Suh为首提出公理设计理论 是研究 教学与工程实践三结合的产物 设计系统由用户域 功能域 物理域和过程域四个域组成 前后域是映射过程 在功能域FR中 各个功能参数FRs必须相互独立 在映射到物理域时 物理域中的设计参数DPs应与FRs一一对应成对角矩阵或三角矩阵 三角矩阵可转化为对角矩阵 此为第一公理 独立公理 在满足第一公理后 具有最小信息量的设计为最优方案 有最好的稳健性 此为第二公理 最小信息公理 10 2020 3 21 10 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 11 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 12 2020 3 21 12 四 发明问题解决理论 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 13 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 14 4 2矛盾解决流程 15 TRIZ技术矛盾矩阵图一角 2020 3 21 15 16 2020 3 21 16 事例1 利用矛盾矩阵的事例 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 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 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 图1 图2 17 TRIZ技术矛盾分析 2020 3 21 18 矛盾解的得出 2020 3 21 18 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 19 2020 3 21 19 事例2 矛盾矩阵应用事例 家用燃气灶改进 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 20 技术系统矛盾解决原理 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 21 2020 3 21 21 升降定位式燃气灶 22 2020 3 21 22 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 23 2020 3 21 23 升降定位式燃气灶 24 2020 3 21 24 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 25 2020 3 21 25 升降定位式燃气灶 26 TRIZ法技术矛盾分析 2020 3 21 26 27 步骤二和三 构建矛盾对和求解 第二对矛盾 燃气灶的火焰长 外界气流影响火焰的稳定 造成系统对环境有害因素的高度敏感和火焰静尺寸变化的矛盾 是技术参数30 物体外部有害因素作用的敏感性 和4 静止物体的长度 之间的矛盾 查矛盾矩阵 对应解决矛盾的发明原理为1 分割 和18 振动 分割的原理在这里理解为把火焰分为细小区域 振动在此不适合 2020 3 21 27 28 2020 3 21 28 升降定位式燃气灶 29 TRIZ法技术矛盾分析 2020 3 21 29 30 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 2020 3 21 30 31 2020 3 21 31 升降定位式燃气灶 32 TRIZ法技术矛盾分析 2020 3 21 32 33 2020 3 21 33 步骤四 发明原理具体化 解决锅底与燃烧器距离变动的矛盾 采用发明原理19和35的组合 随锅底尺寸和形状的变动 锅底与火焰的距离基本不变 采用支架可移动或者火焰可移动的方法 本例的发明专利采用了燃烧器可随锅底升降的方法 解决第二对矛盾 应把火焰分割成细小区域 增加稳定性 用陶瓷红外燃料器代替普通燃烧器喷头 设置几十个小孔为燃烧孔 燃烧充分稳定 解决第三对矛盾 在支架上设置金属保温圈罩 随锅底变化可取用不同大小的保温圈罩 本例考虑操作方便 只采用了一件保温圈罩 34 2020 3 21 34 升降定位式燃气灶 35 2020 3 21 35 效果分析 通过以上分析可知 长期努力得到的家用燃气灶的改进与短期采用TRIZ法得到的结果一致 而且还可以看出 TRIZ还提供了不同的改进方案 可以采用支架随锅底上下升降的方案 也可以采用保温圈罩设计成动态变形的方式 提供了进一步改进的思路 36 2020 3 21 36 评价 升降式燃气灶具的设计符合公理设计的第一公理 即独立公理 功能要求和设计要素实现了一一对应 A 保证燃烧稳定 应用蜂窝状红外燃烧器 该燃烧器由陶瓷块拼接而成 每块上有若干通孔 火焰分割成细小状态 B 保证锅底到火焰器的距离 应用可升降式的燃烧器 用杠杆重锤组合动作 用定距U环控制 C 减少环境干扰 应用一定型面的保温圈 分割燃烧系统和环境 达到提高锅底吸热量 本设计是否达到公理设计的第二条公理 即最小信息公理 有待进一步探索 意味着还有进一步提高的可能性 本创新原理图只完成了普适性设计方法中的第二步即方案设计 尚有整体设计和详细设计没有进行 对下面的设计工作 采用普适性设计方法会收到较好的效果 37 2020 3 21 37 事例3 解决物理矛盾 交通问题1 在十字路口 汽车必须很快通过 又必须等待不通过 构成物理矛盾 时间分离原理 设置红绿灯 空间分离原理 建立交桥 交通问题2 在快车道上要建公交汽车停车站 但停车站影响交通 不要建停车站 整体和部分分离原理 在快车道上以部分占用慢车道的方式建弧形公交停车港湾 交通问题3 道路上应有较多的汽车 但汽车太多交通阻塞 基于条件的分离原理 规定单号车单日上街 双号车双日上街 38 事例4 应用物场模型 问题 2008年初的一场大雪和严寒令国人永铭心际 电线上堆积的冰棱和大雪压断了电线 甚至压倒了电杆和电线铁塔 能否设计技术方案 解决这个问题 避免类似悲剧的重现 提取物理矛盾 在气温零度以下的下雪天 电线上必然会堆雪 雪会生成冰棱 但人们又希望电线上没有雪 电线上存在雪和不应该存在雪构成了物理矛盾 物理矛盾可采用分离原理解决 但苦思冥想后没有得出实际有效的解法 结论 失败 39 改用物场模型分析 TRIZ认为 只有由三个基本元件有机组合在一起 方可形成一个系统和产生一个功能 三个基本元件中两个为物 一个为场 场可以是电场 磁场 光场 声场等等 下图表示 场F作用在物S1上 物S1作用在物S2上 S1为主动 S2为被动 F为使能 它促使S1对S2作用 40 建立物场模型 提取物场模型三要素 S2 雪和冰棱 F 在导线中有电流 交变电流会在导线周围产生电磁场 S1 缺少该元件 结论 无法建立物场模型 41 利用物场模型解决矛盾 解决流程补充物S1 构成基本的物场模型查效应库 效应库6 6中有电磁效应 2 涡流效应 冰箱中冰霜的解冻 继续查效应库 效应库8 4中有超越居里点一条 材料温度在居里温度以下有磁性 高于居里温度为顺磁结论有待寻找低居里点的磁性材料 本解决方案采用了机械行业高频淬火的办法解决了导线上雪的解冻问题 跨行业 属于三级发明问题 同时考虑能否应用到其它行业 42 引伸的效应 谷物除虫问题 问题 谷粒中常会掺杂一些害虫和虫卵 加热谷物到一定温度如65度左右 虫和卵都会死亡 但会消耗大量的电能 局部受热不均匀 部分谷物会变熟 解决方法 谷物中掺入居里点为 度的含钛酸钡的导电砂 43 2020 3 21 43 4 2技术系统及技术度的分析 分析具体技术系统的现状 搜集市场同类系统的下列四方面数据并绘制曲线 本类系统历年获得有关的专利数量本类系统历年获得有关的专利中 各专利所处技术水平等级 分为5级 本类系统产品历年市场的销售情况和利润情况本类系统历年性能指标进步的情况 根据上述资料 分析得出本系统在技术进化S曲线中的地位 是处于婴儿期 成长期 成熟期和退出期的哪一个时期 评判是否有进化的必要 根据技术进化八项法则 考虑实现系统进化的途径 寻求新的关键核心技术 Y N 44 2020 3 21 44 专利技术等级 45 2020 3 21 45 4 3技术系统进化八法则 S曲线进化法则提高理想化程度法则系统内不均衡进化法则动态特性进化法则系统向超系统进化法则子系统之间匹配协调进化法则向微观级和场进化法则向自动化 智能化和自治化方向进化法则 46 2020 3 21 46 提高理想化程度法则 1 理想化定义 一个技术系统性价比逐步提高并达到极大的过程 理想化四大特征 1 消除原有系统的缺点2 发展原有系统的优点3 不导致系统的复杂化 或先复杂后集约4 不导入新的缺点理想化的四大方法 1 去除辅助功能和元件2 识别自服务3 改变某些原理4 利用其它资源或更换零部件 47 2020 3 21 47 提高理想化程度法则 2 理想化的四大步骤 1 详细描述技术系统现有技术特性 2 选出某个特性为理想化目标 3 从理想化方法中选出拟采用的几个方法 4 针对具体系统确定理想化方案 事例 1 跳高技术的理想化目标 高度 跨越式 剪式 滚式 俯卧式和背越式 2 汽车理想化目标的时代特征 高速度 赛车 安全 重底盘和安全气囊等 舒适 房车 节能 发动机低排量高效率和轻车身等 环保 混合动力车 48 2020 3 21 48 动态特性进化法则 技术系统中物的动态化固体 单一体 相连接的两部分 多铰链和四连杆机构 链条 柔顺机构多种物体 固体 液体 气体 等离子体等杠杆 螺旋千斤顶 连杆千斤顶 液压千斤顶 磁悬浮板式键盘 折叠键盘 纺织品柔性键盘 虚拟激光键盘技术系统中场的动态化稳态 交变 脉动 49 2020 3 21 49 子系统之间匹配协调进化法则 在一个物场中 场的作用应与被作用的物作有益的协调或克服有害的协调 协调或失调 系统中各子系统场工作节奏协调 失调 或轮流工作 拔河队员同时发力 马车用板簧 但板簧与小汽车不匹配 应采用小汽车专用减震器 50 2020 3 21 50 五 TRIZ的传播 许多地区和国家有TRIZ协会和咨询公司 有国际性的专门期刊 从1998到2007年 德国已出版10本以上的专门书籍 在美国和日本的许多大公司建有TRIZ推广和应用机构 效果显著 以下网站供参考 www triz 美国 www trisolver eu 欧洲 www triz online de 德国 www stenum at 奥地利 世界上最大的电子图书零售商 中国亿维讯 2009年6月17 19日 在瑞士Luzern大学将召