riz通用解与概念因子分解重构法

riz通用解与概念因子分解重构法

0triz理论为我国具体的专业内容分析转化为特殊解的路径thiz理论解决问题的过程是首先将领域问题转化为triz标准问题，然后获得标准问题的普遍解，最后将普遍解转化为流程问题的特殊性解。TRIZ理论不能直接提供问题的创新解决方案,将通用解转化为特殊解是有效运用TRIZ理论的关键。针对这一过程的系统研究成果较少,本文提出概念因子分解重构法,用于基于TRIZ理论的问题特殊解的概念搜索。1cai不同类型的问题转化为特殊解应用TRIZ理论解决问题的过程见图1。在通常情况下,TRIZ通用解比较抽象。“40个发明原理”是最常用的问题通用解工具之一,如分离、分割、维数变化等,其高度概括性为工程人员提供了搜寻解决问题方法的方向,同时,其抽象性又为将通用解有效利用、转化为特殊解带来了困难,这也是应用TRIZ理论必须解决的问题。目前,将TRIZ通用解转化为特殊解的过程中,主要依靠工程人员自身的领域知识和工程经验。基于TRIZ的CAI软件对此过程可以提供相应工程实例的说明,但由于领域问题的具体性,软件所提供的工程实例通常无法直接借鉴,不能系统地指导解决问题的过程。因此,这一转化过程对设计人员自身有较强的依赖性,它成为运用TRIZ理论解决问题的瓶颈。为了有效地运用TRIZ理论解决工程问题,需要建立一种系统化的思维方法,用于TRIZ理论通用解向特殊解的转化。2创新思维的研究欲建立通用解向特殊解转化的思维方法,必须对创新性思维有较为深刻的认识。2.1非逻辑思维与研发思维的关系创新性思维是逻辑思维与非逻辑思维、发散思维与收敛思维的有机结合。创新过程需要知识的支持。逻辑思维与非逻辑思维在创新思维中,非逻辑思维的主要表现形式有联想、幻想、灵感等,它对创新的实现有直接的推动作用,没有非逻辑思维,创新思维无法进行。逻辑思维可提供符合逻辑的概念,从而构成创新理论的基础。发散思维与收敛思维首先,创新始于问题,问题是收敛思维的产物。其次,发散思维为高层次的思维收敛提供概念基础。从哲学上讲,创新具有无穷性,是人类驾驭发散思维和收敛思维、逻辑思维与非逻辑思维的辩证统一。2.2概念解的类型创新性解决问题的过程,也就是在解空间内,由问题出发,搜寻概念解的过程。一切与问题有关的因素所组成的集合定义为概念解空间。问题的创新性解决即是相关因素的科学的集合过程。2.3cai的应用人类作为认识客观事物的主体,其解决问题的基本思维过程见图2。主体基于自身的知识和经验,在指导性思维方法的作用下,处理所输入的关于客体的信息,得出解决问题的方案。目前,CAI技术的研究主要集中在知识的管理、数据库的管理等方面,为人类存储和检索信息起到了一定的辅助作用。但是,仅有工具的辅助作用是不够的,面向人类主体的创新思维方法是提升工程人员创新能力的核心。基于TRIZ理论的问题解决过程,是发散思维和收敛思维相互作用的过程,是运用逻辑思维和非逻辑思维的过程,解的收敛方向由TRIZ通用解决定,具体环节的思考又充分利用各种创新思维方法,如图3所示。3创造发明的一般原理从创新设计这一人类智能的最高境界出发,黄克正指出:科学发现是对客观世界的认识,它扩大了人类对自然的认识能力,而创造发明则是产生物质世界不曾存在的物品,其本质是已有物品的分解与重新组合构造,也就是说,新发明是现实世界的结构的重构。我们称之为分解重构原理。在对创新思维的认识和分解重构原理的基础上,笔者提出概念因子分解重构法,用于问题特殊解的搜索过程。3.1概念因子:能信息主体思维的客体概念解空间中的概念解和客观世界中的事物一样,具有可分解和可重构性。概念因子是存在于概念解空间中具有相对独立性的信息单元,记录了客体存在的不同方面的特征,这些信息单元是保证思维以各种方式进行的信息载体,是思维作用的对象。概念因子具有以下性质:(1)无限可分性概念因子可以无限分解,逐层细化。(2)多样性划分概念因子的角度具有多样性,对于机械设计、制造问题而言,通常按问题的物理、化学、几何特性划分,概念因子的分解也收敛于该层次的特性。(3)可重构性不同概念因子以不同的方式集合,可形成不同的方案。3.2基本维度间的概念因子针对机械设计、制造问题,我们把概念解空间分为空间(space)、时间(time)、客体(object)3个基本维度,基本维度互不隶属。每一个维度又可以根据问题的具体形式进一步细分。通常,空间维度又分为形状(几何特征)、位置(空间关系)一级从属维度,具有局部、整体属性;时间维度主要考虑序列性,具有过去、现在、将来属性;客体维度包括材料、信息、功能、条件等因素。这样即可得到如空间形状(局部)、空间形状(整体)、时间序列、客体材料等概念因子,如图4所示。基本维度间的概念因子存在以下三个可能的相互关系:(1)F(O→S):客体随空间的变化。(2)F(O→T):客体随时间的变化。(3)F(S→T):空间随时间的变化。3.3将可能解的形式转化为可重构的设计过程,引起一般意义的应用。为了能概念解空间中问题的不同的解就是相关因素的不同集合形式。设在解空间中,对于问题P存在未知解E,表示为[P]E(S,T,O)。为了有效地得到问题的解,可从3个基本维度分析问题(空间、时间、客体),即分解问题。解的分解因素可表示为ED(SD,TD,OD)。该过程表示为E(S‚T,O)D(E)⇒[P]ED(SD,TD,OD)E(S‚Τ,Ο)D(E)⇒[Ρ]ED(SD,ΤD,ΟD)(1)式中,D(E)为分解过程。为了使分解因素收敛,得到可能解的形式,需要对ED进行重构,该过程表示为ED(SD‚TD,OD)R(E)⇒[P]E′(SDR,TDR,ODR)ED(SD‚ΤD,ΟD)R(E)⇒[Ρ]E′(SDR,ΤDR,ΟDR)(2)具体到以TRIZ理论为指导的创新思维过程中,重构过程R(E)应以TRIZ标准解为约束,基于基本维度间的相互关系,综合运用各种创新思维方法。过程D(E)、R(E)可反复进行,得到一个有启发意义的可能解E′。一般地,E′与未知解E具有更进一步的相关性,易于使主体产生有效的概念解,即E′(SDR,TDR,ODR)≈E(S,T,O)(3)3.4快速筛选解方案概念因子分解重构法工作流程如图5所示。对问题进行分析后,选择相关的概念因子,在TRIZ通用解的约束下,基于基本维度间的相互关系和各种创新性思维方法,搜索概念解方案,获得方案后进行验证和评价,如对方案不满意,可重新回到问题分析,进行新的概念因子的选择、重构,直到获得满意的方案。基于以上论述,建立了以概念因子分解重构法为基础的,由TRIZ通用解求问题特殊解的方法。4理论及概念因子的分解重构法我们针对工程人员中的新手及高校学生,推广TRIZ理论及概念因子分解重构法,解决工程问题,效果显著。现以钣金件设计及折弯工艺问题为例,说明基于概念因子分解重构法,由TRIZ通用解求问题特殊解的过程。4.1展开图的展开欲得到的钣金件如图6所示,其折弯前的展开图如图7所示。但是,按上述设计方案进行加工时,由于折弯拐角处局部变形,通常尺寸H或W精度无法保证,如图8所示。4.2解决问题的过程4.2.1标准化与解决方案选用TRIZ理论的冲突解决工具来分析该问题。运用39个工程参数将问题描述标准化,再根据推荐的发明原理寻求解决方案,见表1。经对比,选用发明原理1(分割)作为解决问题的通用解。4.2.2零件局部分析为了得到该问题的特殊解,运用概念因子分解重构法进行可能概念解的搜索。基于概念解空间中基本维度,对该具体问题进行分解,步骤如下:(1)在时间维度上,将折弯考虑为一系列的动作过程,分为折弯前、折弯中和折弯后三个阶段。(2)在空间维度上,零件在折弯过程中,以现有的折弯设备和工艺方法,零件位置不宜作空间形式的变动,形状不宜整体改变,可以考虑作局部改变。(3)在客体维度上,零件材料没必要改变,其他金属材料均存在变形问题。信息、功能等概念因子与该问题相关度较小,暂不考虑。这样,在客体维度上,没有可选的概念因子。(4)由于客体维度没有概念因子,F(O→S)与F(O→T)不存在。基于上述分析,F(S→T)表示(局部)形状在时间维度上的变化。由于解决局部变形问题的方法实施于折弯前会使后续加工简化,免去消除局部变形的工序,故(局部)形状的变化应在折弯前。如图9所示,阴影部分为挑选的概念因子。在分割原理的指导下,综合各种概念因子,运用各种创新性思维(联想、推理、类比等)进行概念因子的重构,易于得到概念解——折弯前,局部切除拐角处的材料。根据此概念解得到的问题解决方案具有显著效果,通过局部切除拐角处的材料,避免了折弯过程中拐角局部材料塑性变形导致的尺寸精