创新技法-TRIZ案例

1、Applied optimum design lab,TRIZ 的應用(Theory of Inventive Problem Solving),曾錦煥 國立交通大學 機械工程系 應用最佳化實驗室 Applied Optimum Design Laboratory .tw/ email: .tw 八十九年十二月八日 高雄第一科技大學,Applied optimum design lab,演講內容,TRIZ始祖: Genrich Altshuller(1926-1998) TRIZ簡介 問題描述 問題求解的技法

2、 ARIZ方法 TRIZ在創意設計上之應用例 快速且安全的拆信方法 自行車剎車靴創新結構 整合式機車龍頭鎖 球閥創新機構 (金屬加工技術中心) 自行車煞車把手(工研院機械所) 結語,Applied optimum design lab,TRIZ簡介,問題描述 創新情境問卷 (Innovation Situation Questionnaire, ISQ) 問題公式化 (Problem Formulation) 問題求解的技法 矛盾、衝突 (Contradiction) 技術矛盾: 39個參數及40個原理 (1956-1971) 物理矛盾 (1979) 理想化 (Ideality, 1956)

3、物質-場的分析 (Substance-Field Analysis, 1974-1979) 進化模式 (Patterns of Evaluation, 1969-1985) ARIZ(創新求解問題的方法) (1959-1985),Applied optimum design lab,TRIZ始祖: Genrich Altshuller,1926年10月15日出生於前蘇聯的Tashkent 。 1998年9月24日逝世於Pefrozavodsk(享年72歲) 。,Applied optimum design lab,創新的程度,Altshuller與他的夥伴回顧200,000專利 整理40,00

4、0代表性的專利歸納如下,Applied optimum design lab,問題描述,1. 創新情境問卷 (ISQ) 2. 問題公式化 (PF),Applied optimum design lab,1. 創新情境問卷(ISQ),創新系統的資料與環境 系統名稱、主要功能、系統結構、子系統與元件交互作用、環境 可利用的資源 物質、場、功能性、資訊性、時間、空間、資源改變 問題情況的資料 改進、消除缺點、缺點發生的機制、問題的歷史 改變的系統 系統容許改變、限制,Applied optimum design lab,2. 問題公式化 (PF),防漏,洩漏,緊密接觸,金屬材料,硬的環境,彈性,變形

5、,磨耗,損壞,磨擦,有用的功能,有害的功能,供給 消除 造成,Applied optimum design lab,問題求解的技法,1. 矛盾、衝突 技術矛盾: 39個參數及40個原理 物理矛盾 2. 理想化 3. 物質-場的分析 4. 進化模式,Applied optimum design lab,1. 矛盾定義,技術矛盾：要改進一參數特性，造成另一參數特性惡化 物理矛盾：同一參數特性相互矛盾 39 個參數(Parameters)： 1)重量、9)速度、12)形狀、14)強度、17)溫度、22)能量、27)可靠度、28)準確度、29)精確度、32)製造、37)生產性,Applied opti

6、mum design lab,1. TRIZ的矛盾技法,物理矛盾：將矛盾分離 時間：老花眼鏡及近視眼鏡 空間：老花+近視眼鏡 物質的物理狀態：鏡片使用自動調焦 技術矛盾:矛盾矩陣 39個參數 40個原理(Principles) #1分割、#5合併、#13反向、#18機械掁動、#24媒介、#27丟棄、#36相變化、#40複合材料 矛盾、衝突矩陣(Contradictions Table),Applied optimum design lab,1. 技術矛盾-例子,9) 速度,1) 重量,改善的參數,不希望變壞的參數,技術矛盾,Applied optimum design lab,矛盾矩陣,改善的

7、參數,不希望變壞的參數,原理,矛盾矩陣 39個參數 40個原理,Applied optimum design lab,2. 理想化,任一技術系統的目標是提供一功能。 過去工作的想法: 需要完成此功能，所以必須用機構或設備來達成。 TRIZ的想法: 完成此功能而不需要機構或設備 (理想化) 系統的理想化-機構、設備不見了! 很少成本、空間及能量 最大的資源使用 發明只是理想的程度不同,Applied optimum design lab,理想的容器就是沒有容器 測酸對不同合金的抗蝕性成本增加 月球登陸小艇的燈泡外罩,2. 理想化-例子,Applied optimum design lab,去除輔

8、助功能 去除元件 找出自我服務 取代元件組件或系統 改變操作原理 利用資源,2. 理想化技法,Applied optimum design lab,3. 物質-場的分析,物體2,物體1,場,機械、熱、化學、電、磁、重力.,76個標準解,Applied optimum design lab,3. 物質-場分析的技法,確認元件 2物體 1場 連接線 運用 有用 不足 有害 轉變 建構模型 不完整系統 有效完整系統 有害完整系統 無效率完整系統 選擇標準解答 發展概念,例: 鐵鎚碎石,鐵鎚,脈衝氣壓,石頭,鐵鎚,脈衝氣壓,石頭,鐵鎚,脈衝氣壓,石頭,鐵鎚,脈衝氣壓,石頭,Applied optimu

9、m design lab,3. 物質-場分析的技法,鐵鎚,脈衝氣壓,石頭,鐵鎚,脈衝氣壓,石頭,有害完整系統,無效率完整系統,鐵鎚,脈衝氣壓,石頭,罩子(S3),鐵鎚,脈衝氣壓,石頭,水(F2),冷凍法,火藥(S3),化學場(F2),石頭,Applied optimum design lab,4. 進化的模式,生命週期 (S-curve) 動態化 (彈性化) 倍增週期(Bi-, Tri-, Poly- 系統) 由巨觀到微觀 同步方式 尺寸放大、縮小 (行動電話、Mini、SMART) 不匹配的元件(控制不同輸送帶的速度，改變產品的內涵) 自動化 (取代人),Applied optimum de

10、sign lab,動態化(彈性化) 一系統含一接點-許多接點-彈性結構 直尺-折尺-軟尺、鋼尺 可調方向盤 (一接點)-上下+旋轉 螺絲起子：桿由內外不同方向的二彈簧取代 倍增週期是含單一系統-含二、三單一系統 相同系統相加(homogeneous system) - 兩船相併 不同系統相加(heterogeneous system) - 瑞士刀 對位系統相加(heterogeneous) - 鉛筆+橡皮擦 、可錄及消磁的錄音機,4. 進化模式-例子,Applied optimum design lab,4. 進化模式技法(Trimming),Applied optimum design la

11、b,ARIZ (創新求解問題的方法）,ARIZ是TRIZ分析的流程 1 分析問題 2 分析問題的模式 3 建立最終理想的結果(IFR: Ideal Final Result) 4 利用外在物質及資源 5 利用資料庫 6 改變或重新建立問題 7 去除物理予盾方法的分析 8 利用己知的答案 分析步驟找出答案,Applied optimum design lab,TRIZ在創意設計上之應用例(1)快速且安全的拆信方法http:/www.triz-,Applied optimum design lab,傳統拆信方式,最快拆信方法 直接撕開 缺點：損毀內部文件,最可靠拆信 輔助器具：搖晃信封、剪刀、拆信

12、刀 優點：信封口漂亮、不損文件 缺點：麻煩,Applied optimum design lab,問題核心vs.技術矛盾,25 快速拆信 (減少拆信時間),27 可靠度 24 確保信內資訊不被毀損,33 方便性 (不需使用外在工具),如何用最少的時間（最方便）打開信封且不損資料的安全,改善的參數,不希望變壞的參數,不希望變壞的參數,Applied optimum design lab,解決方案(1),25 快速拆信 (減少拆信時間),27 可靠度,# 10 預先作用,預先將物體做部分或全部的變更,# 30 彈性膜或薄片,事先加一個物體,預先將封口打洞,於物體外加上一個彈性膜、薄片或撕帶,#30

13、 彈性膜或薄片 #10 預先作用 #4 非對稱性,改善的參數,不希望變壞的參數,Applied optimum design lab,解決方案(2),27 可靠度,33 方便性 (不需使用外在工具),# 17 增加一個維度(Dimension),信封口與撕帶結合,改善的參數,#27 可拋棄物體 #17 增加一個維度 #40 複合材料,不希望變壞的參數,多層組合物體取代單層,Applied optimum design lab,傳統信封vs.安全快速拆信結構,U.S. Pat. 5,732,877,Applied optimum design lab,TRIZ在創意設計上之應用例(2)自行車剎車

14、靴創新結構http:/www.triz-,Applied optimum design lab,傳統剎車方式,缺點 解決自行車剎車於乾、溼路面下其剎車力差異過大的問題。,說明 剎車系統對環境影響因子(水、細石)無任何防護。 影響剎車力的因素：磨擦對之材料組合、水膜、質硬之顆粒物(外部、內部產生),Applied optimum design lab,傳統之設計,最可靠的方式 配合乾/濕路況，隨時更換剎車靴。 缺點：使用不便。,目前通用之設計方案 剎車墊(pad)與輪圈材質的調配。 優點：維持使用之方便性。 缺點：材料(製造)穩定性之控制不易、成本高、使用過程可能產生有害因子(鋁輪圈之磨除顆粒A

15、l2O3)。,Applied optimum design lab,問題核心vs.技術矛盾,A.如何用單一剎車靴（最方便）使自行車 在 乾/濕路面下均可正常操作(提供足夠剎車力)。 B.避免操作過程中產生之有害因子的影響。 C.外部影響因子(水、細石)之有效控制。,30 有害因子 (Al2O3),27 可靠度 (乾/溼路面之專 用剎車靴),33 方便性 (單一剎車靴),13 穩定性 (剎車力受環境之 影響小),Applied optimum design lab,解決方案(1),#17 轉換至新空間 (Transition into a new dimension),#40 複合材料(Comp

16、osite materials),複層式物件組合,剎車墊上局部區域材質變更,27 可靠度 (乾/溼路面之專 用剎車靴),33 方便性 (單一剎車靴),#27 可拋棄物體 #17 轉換至新空間 #40 複合材料,改善的參數,不希望變壞的參數,Applied optimum design lab,解決方案(2),#24 媒介 (Mediator),#30 彈性膜或薄片 (Flexible membranes or thin films),利用一媒介執行某一項動作，或暫時連接在原物體上，但可以移除,30 有害因子 (Al2O3),13 穩定性 (剎車力受環境之 影響小),將慣用結構以彈性元件連結,#

17、35 轉換物體的物理或化學性質 #24 媒介 #30彈性膜或薄片 #18機械震動,改善的參數,不希望變壞的參數,Applied optimum design lab,創新概念,ROC 411,935 ZL 99 2 17219.5 JP 3,067,272 U.S. Pat. Pending,概念一：,概念二：,U.S. Pat. 5,896,955,Applied optimum design lab,TRIZ在創意設計上之應用例(3)整合式機車龍頭鎖,http:/www.triz-,Applied optimum design lab,傳統之設計,置物箱鎖,龍頭鎖,說明 操作程序複雜 黑暗

18、中操作困難 置物箱鎖僅展現單一功能 兩個鎖心皆易損壞,Applied optimum design lab,問題核心(1)vs.技術矛盾,減少置物箱取物時間 新機構之元件數目不變/減少 新機構之複雜度不變/降低,26 元件數目,36 機構複雜性,25 時耗,改善的參數,不希望變壞的參數,Applied optimum design lab,解決方案(1),單一元件展現多樣功能，藉以省卻其他元件。 欲解決的問題核心為龍頭鎖體。,#35 特性轉換 #38 加速氧化 #18 機械震盪 #16 局部/過度處理 #29 油氣壓作動 #6 多功能化,Applied optimum design lab,解

19、決方案(1),現有操作路徑必須被維持：現有市場、大多數使用者操作習慣、相容性 加入開啟置物箱功能時，不可干擾原有開電、鎖定龍頭之功能停駐點與其操作路徑。,Applied optimum design lab,問題核心(2)vs.技術矛盾,增進龍頭鎖之功能 增進龍頭鎖操控上的便利性 維持或減少元件數量 維持或降低機構複雜度,26元件數目,36 機構複雜性,39多功能性,33 方便性,改善的參數,不希望變壞的參數,Applied optimum design lab,解決方案(2),增加物體操作上的維度、多層化。,#32 變色 #26 迭代 #12 等能量狀態 #35 特性轉換(35) #17 增

20、加維度 :,Applied optimum design lab,解決方案(2),雖未干擾習用之操作路徑，但在不同位置需施以不同之操作程序達成開啟置物箱之功能(有些地方必需“push”，有些則不可“push”)，使用者易混淆、不易記背。,專利申請中(光陽機車),Applied optimum design lab,TRIZ在創意設計上之應用例(4)球閥創新機構(金屬加工技術中心),Applied optimum design lab,設計目標與系統說明,目標 良好的密封性。 在高溫、高壓、具腐蝕性的惡劣環境下仍可作動。 球閥與閥體間不致磨損。 系統說明 封閉情況下，如右圖所示，流體施加高壓於球

21、上，使球與閥座之間的間隙貼緊，成密合狀態。流體便無法從上述間隙洩漏。,Applied optimum design lab,傳統之設計,有彈性的閥座設計 滑動式的閥座設計,合併式的閥座設計,Applied optimum design lab,技術矛盾,11 張力、壓力 (緊密接觸),12 形狀 (不希望發生變形),如何使球與閥座在不變形的狀況下，產生最緊密的接觸。,Applied optimum design lab,解決方案(1),12 形狀 (球與閥座之變形量),11 張力、壓力 (緊密接觸),# 4 非對稱性,將球體本身做成非對稱形狀。,4 非對稱性 35 物理或化學性 質的改變 10

22、 預先作用 15 運動化,改善的參數,不希望變壞的參數,Applied optimum design lab,物質-場分析,閥座,球體,力,2.4.11電場模型 2.4.5 複合的含鐵模型 2.4.3 磁性流體,閥座： 電磁元件,磁力,球體,2.4.11,閥座： 磁性元件,磁力,球體,2.4.5,磁性流體,磁力,球體,2.4.3,Applied optimum design lab,創新概念,概念一：,概念二：,磁性元件,閥座,Applied optimum design lab,TRIZ在創意設計上之應用例(5)自行車煞車把手（工研院機械所）,Applied optimum design l

23、ab,傳統煞車方式,缺點 傳統自行車剎車手把的機械利益，在煞車過程是一定的值。,說明 剎車開始煞車靴要速度快接近輪圈。 接下來需要較大的力量。,Applied optimum design lab,問題核心,Servo-Wave Technique（變行程）,Applied optimum design lab,解決方案(1-1),造成,有害的功能,需要,有用的功能,煞車手把 連桿比,煞車線的移動,機械利益,問題公式化,Applied optimum design lab,煞車線的移動,機械利益,改善的參數,不希望變壞的參數,10 力,3 移動物體的長度,解決方案(1-2),Applied optimum desi