Integration of axiomatic design and theory of inventive problem solving for conceptual design

Axiomatic design (AD) and theory of inventive problem solving (TRIZ) are widely used in conceptual design. Both of them have limitations, however. We presented an integrated model of these two methods to increase the efficiency and quality of the problem solving process for conceptual design. AD is used for systematically defining and structuring a problem into a hierarchy. Sometimes, the design matrix is coupled in AD which indicates the functional requirements are coupled. TRIZ separation principles can be used to separate non-independent design parameters, which provide innovative solutions at each hierarchical level. We applied the integrated model to the heating and drying equipment of bitumen reproduction device. The result verifies that the integrated model can work very well in conceptual design.

基于TRIZ理论的多重防水功能皮革的工艺设计

为提高皮革产品的防水性能,基于TRIZ理论,在前期防水研究的基础上,集成了基于复鞣防水、填充防水、加脂防水与表面防水的多层叠加-复合的防水体系,制备了具有优异动态防水和静态防水性能的防水功能皮革,并采用FTIR、SEM、EDS、XPS等进行了表征。试验结果表明,皮革防水性能优异,其中静态吸水量<14 g/2h,动态防水次数超过20万次,水接触角接近130°。与此同时,该防水功能皮革还具有较好的涂层性能、物理机械性能和感官性能,较传统皮革相比,均有所提升。这为防水功能皮革的生产与应用提供了一种新途径。

基于QFD和TRIZ的高龄辅助阅读产品设计策略研究

目的消极的老化态度使高龄者产生生理、心理等多方面的负面感受。高龄辅助阅读产品能够帮助高龄者自主阅读,助力终身学习,维持新知获取。在学习中养老,来保持高龄者与社会链接。方法在质量功能展开(QFD)的研究中,利用网络爬虫收集商品评价数据(京东商城/约30000条,亚马逊商城/约15000条),形成评价词汇库。再结合情景假设分析,确定高龄辅助阅读产品的顾客需求项目,并转换为设计要求项目。其次,经KJ法分类顾客需求和设计要求,通过调查60岁以上高龄者的104份有效问卷,以计算顾客需求重要度;再由独立配点法将顾客需求重要度转换为设计要求重要度,构建产品质量屋。最后,引入创造性解决任务理论(TRIZ)的物理矛盾、技术矛盾,以及物-场模型对产品深入分析,经分离原理、发明原理、标准解系统对产品设计矛盾求解。结果经QFD-TRIZ模型提出高龄辅助阅读产品的设计策略和实践方案。结论整合QFD-TRIZ关联模型,围绕高龄辅助阅读产品研究分析,为未来的高龄辅助阅读产品设计提供了具体指标,拓展了QFD-TRIZ方法在高龄者产品设计研究范畴,并构建了逻辑性和系统性的设计研究模型。

创造性解决问题的“TRIZ逆向”方法

TRIZ(俄语缩写)或TIPS(Theory of Inventive Problem Solving)是在理论界和实践中公认的一种创造性解决问题的方法。它通过系统化的方式解决(技术)冲突,从而推动产品或工艺的创新。德累斯顿应用科学大学的研究表明,该方法也可以反向使用,称之为"TRIZReverse",即TRIZ逆向方法。详细阐释这两种方法,对于人才培养具有重要意义。

基于TRIZ理论的隔爆型仪表引入口转换装置的设计

为解决隔爆型仪表受工艺管线影响引入口电缆安装受限的问题,运用TRIZ理论开展了引入口转换装置的设计。通过冲突矩阵原理得出了设计方案,并在现场进行了验证。

基于TRIZ理论的触屏玻璃运存装置结构优化设计

为解决传统触屏玻璃运存装置运存效率不足的技术难题,设计了一种新型的高效触屏玻璃运存装置。基于发明问题解决理论(theory of inventive problem solving,TRIZ)开展了触屏玻璃运存装置的结构创新设计和优化,通过九屏幕法、组件功能分析及因果分析得出了导致现有触屏玻璃装置运存效率不足的根本原因,并综合运用技术矛盾法、物理矛盾法以及物-场模型法得出新型的触屏玻璃运存装置的解决方案;进而结合ANSYS/Workbench有限元分析软件开展了关键部件传送带夹板的有限元校核分析及多目标优化设计,实现了传送带夹板的轻量化设计,并搭建了实物样机,开展了样机性能试验。结果表明:基于TRIZ理论创新设计的触屏玻璃运存装置,运行稳定、次品率低,存储效率可达720片/h,为人工效率的2倍以上,且合格率相对人工提高2.2%,达到生产企业的技术要求,为触屏玻璃生产线的智能化和无人化奠定了装备基础。

基于QFD和TRIZ的人宠共享家具设计研究

为增强现代居家生活中人与宠物的共居、共享和互动体验,探索人宠共享家具的创新设计方法与方案,本文尝试将QFD(质量功能展开)和TRIZ(发明问题解决理论)的集成创新方法应用于人宠共享家具设计过程,实现人宠共享的目标需求与良好的互动体验。采用问卷调研、访谈等形式获取用户真实需求反馈,且对人宠共享家具现状及问题进行归纳。构建人宠共享家具需求质量屋,推导并锁定用户清洁简易、情感体验良好、互动趣味度高的核心需求,将需求转化为对应的产品特性,通过比较分析得到功能和尺度、结构和清洁之间的矛盾问题。根据TRIZ理论提供的发明原理对两个矛盾进行消除,从而解决人宠共享家具设计中的难题,并通过用户满意度调查验证方案的可行性。实践证明,QFD和TRIZ相结合的集成创新方法能够高效、科学指导人宠共享家具设计,使家具更好地承载人与宠物之间互动、娱乐的多重功能。

基于iNPD-AHP-TRIZ集成模型的手部按摩仪设计研究

目的由于手部工作压力越来越大,双手出现不适的状况日益增多,为满足人们对手部按摩保养新的需求、填补市场空白,精准有效地开发新型手部按摩仪具有重要的现实意义。方法通过梳理产品设计与评价方法,将层次分析法(AHP)和发明问题解决理论(TRIZ)融入一体化新产品开发(iNPD)过程中,得到用于产品创新设计的集成模型。分析设计缺口,进行概念化设计,制作产品模型,得到使用评价,从而指导手部按摩仪的设计研究。结果在集成模型的指导下,科学高效地开发设计了新型手部按摩仪,该产品通过改进的经皮电技术刺激手部肌肉,达到按摩效果,其全新的功能设计、外观设计、交互设计填补了市场空白,满足了人们的使用需求。结论实践证明,在集成模型指导下能够准确把握手部按摩仪设计机会,科学地解决技术问题,有效满足用户需求,缓解手部疲劳,同时,该理论模型能够为设计师及企业在相关产品创新设计时提供思路与方法。

基于TRIZ的筒纱自动翻转整列包装装置的设计研究

针对纺纱企业筒纱包装方式落后、传统包装设备自动化程度低和劳动力资源浪费大等问题,通过筒纱包装工艺流程分析,运用TRIZ及其方法,提出并设计了一种筒纱自动翻转整列包装装置。首先,分析了传统包装设备中存在的技术矛盾,构建矛盾矩阵表,筛选出分割与切割、预先作用和不对称等发明原理;然后,根据发明原理提示对筒纱自动翻转整列包装装置进行方案设计;最后,从理论上得出理想可行方案,该方案已在纺纱企业筒纱包装生产线中落地生产,整体运行稳定,具备良好的推广应用价值。

基于专利分析的食品加工产业技术预测方法创新与应用探索——发明问题解决理论(TRIZ)视角

为突破目前食品开发研究中大多仍停留在试错法和头脑风暴层面的低效局面,探索新的技术/产品预测方法。在总结技术系统进化过程的基础上,将专利分析与发明问题解决理论(TRIZ)的进化法则结合起来,对技术系统进化路线进行提炼,根据其进化层次关系构建一种树状信息模型,即进化树;并鉴于目前市场上流通的柚子皮相关产品较少,因此以柚子皮加工产品为例构建进化树进行分析。结果发现:柚子皮相关产品发展已经从婴儿期向成长期转变,目前相关专利较多且其中有一部分专利还未转化为产品,绝大部分专利对应的相关产品在市场上还较为小众;通过柚子皮产品进化树可以明显发现4个主要的技术/产品的未来方向,包括开发出气态的柚子皮产品、通过“系统扩展—裁剪路线”和组件裁剪路线删减或替换原有系统中的元素获得新产品、通过引入新物质和应用场景或删减/替换原有系统元素组合得到新产品、针对不同功能成分特性设计不同类型的产品。由此可见,基于TRIZ结合专利分析的技术/产品专利预测方法同样能够达到传统的利用专利技术生命周期、S曲线和专利地图等方法的效果。

基于TRIZ理论的专利挖掘模型研究与实践

本文利用现有的专利技术挖掘方法与经验,以产品功能结构框架中的关键技术为聚焦点,结合发明问题解决理论创新方法(TRIZ),提出一种功能分解—技术优化的专利技术挖掘模型,总结借鉴专利挖掘实践案例,剖析验证本文提出的模型。通过分析TRIZ理论,构建专利挖掘模型框架,解析专利挖掘实践案例,为电子信息行业技术研发人员专利挖掘布局工作提供实践参考与方法支撑。

基于AHP-TRIZ的智能婴儿床专利规避创新设计

目的为了解决目前国内智能婴儿床产品所存在的功能需求单一、设计结构不合理、实用性不强等问题,提出了基于用户需求的层次分析法(AHP)和发明问题解决理论(TRIZ)相结合的智能婴儿床专利规避创新设计研究。方法首先通过对现有婴儿床产品的调研归类和对目标用户进行的市场调研,分析总结了智能婴儿床的产品机会缺口;其次,采用AHP法进行用户需求权重等级评定,将需求权重项转化为技术需求点,同时在专利检索数据库中进行查阅,对技术需求点相关的目标专利进行分析;最后,运用TRIZ理论分析目标专利中出现的矛盾问题,并将这些问题转化为相应的技术,形成矛盾矩阵,再通过发明原理解决矛盾,该设计应用的相关原理主要为抽取原理、空间维数变化原理、机械系统代替原理和气压与液压结构原理,并使用Rhino等三维建模软件输出智能婴儿床产品的概念设计方案。结论通过将AHP分析法和TRIZ理论相结合的方式,进行了专利规避的创新设计,实现了对育婴人群需求点的客观把握,完成了智能婴儿床产品的专利规避创新设计,验证了AHP-TRIZ理论使用的科学性与准确性。

基于FDM/FAHP/U-TRIZ理论的居家多功能康养护理床设计研究

为解决未来老年人居家养老、康养、护理的问题,设计出一款功能多样、适应家庭环境的居家多功能康养护理床。运用感性工学理论进行社会调研,获取用户期望的功能需求并结合模糊德尔菲法(FDM)对产品设计指标进行定量筛选,建立居家多功能康养护理床设计层级指标模型。通过模糊层次分析法(FAHP)对各项指标权重进行计算并综合分析。采用统一发明问题解决理论(U-TRIZ)的物质-属性-功能-因果(Substance-Attribute-Function-Causality,SAFC)模型对居家多功能康养护理床进行矛盾冲突分析并寻求解决方案。在集成理论模型的指导下,科学、系统、高效地设计了居家多功能康养护理床。该产品以功能设计为切入点,精准把握用户需求,解决了未来老年人居家养老、康养、护理的问题。最后证明多理论结合的设计方法能够为居家多功能康养护理床设计提供指导作用,为未来同类产品设计的优化提供了参考依据。

基于TRIZ的数控机床回转工作台创新设计

数控回转工作台是数控机床的重要组成部分,在机械生产制造中起到承载、装夹和定位的作用,广泛应用于机械加工生产的各个领域。机械加工过程中,传统数控回转工作台表面和传动机构缝隙中会聚集大量铁屑。铁屑的聚集不仅影响工作台的回转精度,而且降低了工件的加工质量和生产效率,同时存在极大的安全隐患。针对以上问题,文章运用发明问题解决理论(Theory of the Solution of Inventive Problems,TRIZ)问题识别工具对行业应用较广的HG71-HLTK12型卧式数控回转工作台进行分析,发现该型回转工作台存在缺少排屑装置、润滑方式有待改进等问题,进而运用TRIZ问题解决工具对数控回转工作台进行创新设计。创新设计的数控回转工作台具有自动清洁和润滑功能,解决了传统工作台因机械结构、润滑方式缺陷导致的一系列问题,延长了回转工作台的使用寿命,提高了机械零件的加工精度。

TRIZ在管理流程优化中的应用

TRIZ理论是基于专利分析提出的用于解决发明创造问题的方法论,已经在工程技术领域取得丰硕成果.随着TRIZ研究的不断深入,其基本思想和分析工具已开始在管理领域使用.由于管理问题非结构化的特点,TRIZ工具和解决问题的流程很难直接应用到管理问题中,缺乏TRIZ在管理领域应用的系统化方法.在分析大量文献的基础上,将TRIZ解决问题的一般流程和六西格玛的DMAIC流程作为基础,提出一种TRIZ在管理流程优化中的应用流程——DTSIC(define-translate-solve-improve-control,定义—转化—解决—改进—控制).并详细分析了每一阶段可以使用的TRIZ方法和工具以及可以结合的管理流程优化工具,给出了一些选择工具的原则.该流程将管理方法与TRIZ原理和工具包有效结合,在不断循环过程中使流程得到改善.

集成TRIZ的产品生态设计方法研究

针对产品生态设计过程中的创新问题,提出一种集成发明问题解决理论(Theory of inventive problem solving,TRIZ)的产品生态设计方法。该方法结合案例库和专利库,利用生态效率要素和TRIZ工程参数关联表构建矛盾矩阵,运用TRIZ工具进行求解,并对生成的多个备选方案进行评价,确定最优解。同时研究案例的检索方法以提高检索有效性,分析技术进化趋势以启发设计工程师设计灵感,构建计算机辅助设计系统以弥补人工不足,这些方法都能有效提高生态设计的效率和成功率。通过差速器摩擦片的设计案例验证了该方法的有效性。

基于QFD及TRIZ的概念设计过程研究

提出了由用户需求建立质量功能布置 (QFD)中的第一个质量屋 (HOQ) ,经功能分析建立第二个HOQ ,由其中敏感矩阵的负相关项确定设计冲突及其类型 ,在发明问题解决理论 (TRIZ)中选择冲突解决原理并解决技术冲突或物理冲突的概念设计过程。为了方便功能分析 ,提出了功能的一种汉语表达方式。

基于TRIZ的可拆卸连接结构设计研究

针对绿色设计中可拆卸设计问题,提出运用TRIZ冲突解决原理和TRIZ物质—场分析原理进行产品零部件间连接结构的可拆卸设计。通过构建连接结构可拆卸属性与新TRIZ冲突矩阵48个工程参数之间的关联表,并建立连接结构的TRIZ物质—场模型,分别给出了利用TRIZ冲突解决原理和TRIZ物质—场分析原理进行可拆卸设计的两种方法,以提高产品零部件的可拆卸性能。设计实例证明了方法的可行性。

基于TRIZ的可拆卸联接改进设计

针对可拆卸设计问题,提出运用TRIZ物—场分析原理和TRIZ冲突解决原理进行产品零部件间可拆卸联接改进设计。首先将可拆卸联接改进设计问题归纳为联接结构改进设计和联接结构稳定性设计两个子问题,通过构建联接结构改进设计的物—场分析模型以及物理冲突模型,建立利用物—场分析模型和物理冲突进行可拆卸联接改进设计流程与方法。针对联接结构稳定性设计中联接关系趋于失效和趋于复杂两种情况,从减少外界对联接结构有害影响和增强联接结构自身的抗外界影响两方面构建导致联接结构变化的物—场分析模型,给出保证联接结构稳定性的设计流程与方法。最后用计算机主机箱实例说明了研究方法的可行性和正确性。