|
1 TRIZ理论及计算机辅助创新
TRIZ(Theory of lnventive Problem Solving)是“创造性问题解决理论”的俄语缩写。俄罗斯发明家根里奇.阿奇舒勒(Genrieh Altshuller)于1946年开始创立TRIZ。Altshuller领导的研究机构分析了世界近250万件高水平的发明专利，动用1500人，并综合多学科领域的原理和法则，建立起了TRIZ理论体系。其目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。人们如果掌握了这些规律，就能能动地进行产品设计，并能预测产品的未来发展趋势。TRIZ理论正是这些规律的综合。运用这一理论，可大大加快人们创造发明的进程，而日_能得到高质量的创新产品。TRIZ包括一套理论基础及各类知识库工具，至今主要的用户集中在工程界，包括设计、研发、制造、安全、可靠性及其他领域。然而， TRIZ科学还在继续发展，且目前其正被应用于管理、流程改进及战略规划等商业领域。
TRIZ是一种建立在技术系统演变规律基础上的问题解决系统。技术系统演变的8个模式、39个通用参数、40条发明原理,39 x 39冲突矩阵、76个标准解、发明问题解决算法(ARIZ)以及工程知识效应库等一同构成了TRIZ的理论与方法体系。
计算机辅助创新CAl(Computer-Aide Inventive)以TRIZ理论方法为基础，以分析解决产品和制造流程中存在的矛盾为出发点，从而可以从根本上解决新产品开发中技术难题而实现创新，井可为工程技术领域新产品、新技术的创新开发提供利学的理论指导和指明探索方向，具有重要的学术价值。lnvention Tool 2.0是跟踪并采用TRIZ理论最新研究成果，由国内自主研发的第一套计算机辅助创新(CAl)设计软件系统。它是基于知识和实例的创新工具，适用于各种工程领域内的产品创新、工艺创新，能帮助企业和工程技术人员在产品概念设计阶段解决产品开发中的关键问题，高质、高效、方便、实用地提出可行的创新设计方案，将设计引向正确的方向。计算机创新主流软件TechOptimizer是Invention Machine(发明机器)公司开发的，此软件是基于知识的创新工具，它以TRIZ理论方法为基础，结合现代设计方法学、计算机辅助技术、多学科领域的知识，以分析解决产品及其制造过程中遇到的矛后为出发点，从而可以从根本上解决新产品开发过程中遇到的技术难题而实现创新，井可为工程技术领域新产品、新技术的创新提供利学的理论指导，井指明探索方向，能实现产品基本设计概念的革新，井确保在概念设计阶段所研究的问题是正确的。
2 传统教学工具带来的问题
随着现代科技的飞速发展，现代教育技术也越来越按近现代技术，计算机辅助教学己越来越多地走进课堂。基于Internet环境的学习模式，有利于培养学生发现问题、解决问题的能力，并发展创新思维，对培养学生的自主学习能力，进一步提高学生的信息素养，起着积极的作用。多媒体教学越来越普遍，己经成为21 世纪教育教学改革的一个重要突破口，相对于传统的教学方式而言，它可以利用其对文本声音图形图象动画等的综合处理特点，编制系列教学课件，充分创造出一个生动逼真的教学环境，为教师教学的顺利实施提供形象的表达工具，给教学带来了全新的理念。但是多媒体教学也有其弊端，不利于课堂师生之间的交流，在一定程度上扼杀了学生逻辑思维能力和创造能力的培养。在中小学的大部分课程以及高等院校中大量的计算性课程不可能完全脱离传统的粉笔教学的方式，粉笔仍然是教学的主要工具。但是粉笔粉尘带来的危害是不可忽视的，因此对此进行改进创新是非常必要的，具有很现实的实际意义。
粉笔教具是目前教学的必备工具，用它来传授知识，是最原始和最传统的主要教学工具之一，粉笔从其应用到现在己有几千年的历史，对人类的教育事业作出了不可磨灭的贡献。随着历史的进步和社会的发展，人类对粉笔教具的认识不断提高，即粉笔给人类教育事业带来进步和作出巨大贞献，但也给从事教育事业的教师及学生带来巨大的危害。主要危害表现在:对师生对皮肤的危害、呼吸系统的危害、对眼睛的危害、对耳的危害、对空气质量的影响、粉笔对学生近视的影响、诱发其它疾病等。
教师在教学过程中，如果用手直按拿取粉笔，粉笔粉尘不可避免地会沾在手上，它对皮肤膜有刺激作用，如果暑人遇汗水解，产生碱性物质，对皮肤粘膜的刺激就更大，因为人体皮肤所生存的环境为弱酸性环境，这样在粉尘碱性作用下破坏了皮肤的基本生存环境，粉笔粉尘使皮肤变得干燥、粗糙，并伴有搔痒感觉，使人体不适，严重者会引起粉刺、毛囊炎、脓皮病、皮肤皴裂和大量毛发脱落，影响和干扰了教师正常工作和生活。
综上所述，粉笔己经给师生造成了不可忽视的危害，对其进行改进或创新是非常必要的。
3 基于TRIZ的教学工具创新设计
TRIZ论认为，发明问题的核心是解决冲突，产品进化过程就是不断解决产品所存在冲突的过程，设计人员在设计过程中不断地发现并解决冲突，是推动其向理想化方向进化的动力。目前TRIZ研究的冲突重点在技术冲突和物理冲突上。技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引人或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏。物理冲突是指为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时出现了与此特性相反的特性。TRIZ中采用四条分离原理来解决物理冲突:空间分离、时间分离、部分和整体之间的分离、按条件分离。把实际的矛后冲突转化为标准参数，然后利用TRIZ解决问题的方法就能找到发明原理中的标准解，然后将其转化成特定解(实际解)，从而实现产品的改进或创新。技术冲突解决问题矩阵的使用方法见图2所示。
图1TRIZ 解决问题矩阵使用方法
3.1 运用TRIZ分析粉笔存在的冲突
根据2中对使用粉笔的必要性及粉笔的危害性的分析，可以确定粉笔存在的问题是:使用时粉尘飞扬、易断、使用时间短、材质的腐蚀性、书写不流畅、不清晰等。如果要减少粉笔带来的有害因素(污染)，来满足要求，则会导致材料成本增加或部分材料损失，粉笔的重量、体积发生改变，粉笔的不稳定性(易断)可能也会增加。如果要使粉笔使用时不易折断，即要提高其稳定性来满足要求，则会导致制造过程或粉笔结构复杂化，材料成本增加或部分材料损失等。同时此产品改进中也存在物理冲突，此处应选择空间分离来解决。
综上分析，对于此产品的改进与创新可参考的发明原理可通过表1、表2确定，其技术冲突可用TRIZ中的39个通用工程参数描述，如表1所示，横坐标和纵坐标分别是改进的通用参数和恶化的通用参数，表中的数字就是40条发明原理中的原理排列序号，如“35”就是指第35个发明原理:参数变化。确定参考的发明原理的详细内容见表2。
表1 技术冲突解决问题矩阵
表2 发明原理
3.2基于冲突解决原理的创新方案及其选择
根据表2中列举的发明原理解释的提示，通过分析，可以利用以下有参考价值的原理对产品进行创新:
利用“空间分离”和发明原理1,2,30，可设计一结构简单、使用方便的薄的柔性壳体-“粉笔套”来实现粉笔与手的隔离。这样就避免了教师的手部皮肤与粉笔的氏时间直按按触，从而减少了对皮肤的损害。此类产品在江南一带己经有很多厂家生产井得到了推广，受到教师的好评，但是经过调查山东大部分地区仍没有上市此类产品。
利用发明原理35，可通过固态和液态之间的变化来实现解决冲突。将传统的固态粉笔设计为无粉尘、易擦写的液体粉笔，这样就减少了粉尘对师生皮肤及呼吸系统以及其他器官的危害，同时也减轻了对空气质量的影响。在第17届国际文具纸制品展上，一款来自韩国的无粉尘、易擦写的液体”粉笔”受到了厂商们的肯睐。
利用发明原理40，采用复合材料，设计成本低的无尘粉笔，将纯石膏粉经过各种化学配方定刑而成，在一定程度上减少了粉尘飞扬。这是目前学校使用最为广泛的粉笔产品。
利用发明原理34，抛弃粉笔使用多媒体教学，这样可以最大程度的避开粉笔粉尘的危害。大部分高等院校己经普及了这种教学方式，这也是21世纪教育教学改革的一个重要突破口。
利用计算机辅助创新软件来解决创新设计问题，我们可以从数据库提供的众多专利案例中得到创新设计的方案提示，同时我们也可以尝试把技术冲突解决原理、物场效应和进化模块相结合来得到产品的进化趋势及理想模型，这将对我们以后的设计趋向提供很好的提示，这也是我们正在研究的内容。
4 结束语
21世纪是创新的世纪，TRIZ提供了一种解决创新性技术发明的新方法，近几年来TRIZ不断地完善和发展成为产品设计飞速发展的强有力的辅助工具，它不仅可以应用在生活产品的创新设计中，也可以应用于大型工程产品的创新以及商业管理中，其应用领域在不断的扩展。本文中TRIZ在传统教学工具创新设计中的应用，虽然应用对象较简单，但却有针对性地解决了传统教具带来的问题，所以也充分说明TRIZ的应用有效性和广泛性。在现今社会这一应用对提倡绿色设计、节约能源、降低成本、促进可持续发展都具有一定的意义。
|
