摘要:对发明问题解决理论(TRIZ)中的技术进化定律系统进行了分类及简单介绍,以实例说明进化路线是从结构进化的特点出发描述产品核心技术所处的状态序列,提出了基于TRIZ的问题求解搜索过程。用一工程实例说明了进化定律及进化路线的应用。

　　关键词:发明问题解决理论;技术进化定律;技术进化路线;搜索过程

    3　解空间搜索

　　产品设计中存在大量的问题需要解决。所谓问题是指设计初始或目前存在的状态与所希望状态之间所存在的距离。如果所希望的状态被称为解,则由问题出发确定或求解的过程称为解空间搜索。对于用户新的需求、新的市场或潜在的市场,设计人员往往首先根据已有的产品及已往的设计经验提出新产品的初步工作原理(如以初步原理草图的形式),经过不断的修改、完善、评价、再修改、再完善、再评价,经过若干次反复确定问题的解,即原理解,之后转入技术设计与详细设计。传统设计过程中,解空间搜索的过程有明显试验纠错的特点,称为试验纠错法或试凑法[6]。采用该方法,从问题出发,通过搜索会产生大量的解,其中绝大多数解不能实现。这一产生大量解的过程,及筛选评价可实现解的过程需要花费很多时间。基于TRIZ技术进化定律及进化路线可提出图3所示的搜索过程。设计者从问题出发,首先选择一条或几条进化定律,其次在进化定律下选择进之后在进化路线下寻找产品目前的状态,及可能移动到的新的结构状态,参照已有的工程实例,确定在新的结构状态下产品的工作原理。该工作原理即为问题的解。

     4　工程实例:汽车乘员约束系统

 　　汽车正面碰撞是造成交通事故的主要原因。汽车乘员约束系统的功能是在汽车碰撞发生时对乘员进行保护。早在1964年,美、日等已使用了座椅安全带。事实证明,在汽车正面碰撞、追尾碰撞及翻车事故中普通座椅安全带可产生良好的乘员保护效果。但随道路条件的改善和汽车技术的进步,汽车行驶速度越来越快,座椅安全带越来越不能对人体起到足够的保护。80年代后期,汽车生产厂家逐渐采用安全气囊,并与座椅安全带联合使用,组成了一个双系统。由于碰撞的不可预知性,为了充分保护司机,除了在司机正面安装安全气囊外,在车门上还安装了侧面安全气囊,形成一个多系统。根据技术进化定律可以判断,汽车乘员约束系统的发展符合。

　　向超系统进化定律中的一条进化路线:单系统→引进一种与原系统功能不同的系统形成双系统→多系统→组合的多系统目前安全气囊的设计保护了身材高的司机,有可能伤害身材矮的司机。其原因是后者为了踩刹车及油门,身体较接近于方向盘,在汽车碰撞及气囊膨胀过程中,他们可能碰上气囊。膨胀过程中的气囊像是一个运动中的刚体,会伤害与其碰撞的乘员。由于不可能设计出针对个体乘客的安全气囊,因此按照进化路线的最后状态,汽车乘员系统应该向组合系统进化。也就是说,理想的安全气囊可在各种情况下对乘员提供保护。在安全气囊的研究中,引入了智能化以形成“安全带———安全带预紧器———安全气囊”三段式[8]安全保护。它通过增加传感器,探测乘员的身材高低,以及坐姿及安全带状况,然后经计算机分析,合理控制安全气囊膨胀时间和强度,以减少对乘员的意外伤害。从轻微的碰撞到严重的碰撞事故,乘员保护系统都能做出合理的反应。这种智能安全气囊已在GM、丰田和TRW公司、福特、日产等的研究计划中。图4表示汽车乘员约束系统进化路线。

    5　结论

　　TRIZ中已形成从需求进化、功能进化、新系统构成、已有系统改进的定律系统。应用该定律系统,提高了问题求解搜索过程的效率及成功率。进化路线能在结构上预测技术的发展,增加了今天设计明天产品的可能性,对指导企业的产品创新具有重要的现实意义。

参考文献:

[1] Altshuller G. The Innovation Algorithm, TRIZ, Systematic Innovationand Technical Creativity[R]. Worcester: Technical Innovation Center,1999.

[2] Savransky S D. Engineering of Creativity[M]. New York: CSC Press,2000.

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[5] Petrov V. The Law of System Evolution[EB/OL]. http://www.triz-journal.com, 2002.

[6]檀润华.创新设计———TRIZ:发明问题解决理论[M].北京:机械工业出版社,2002.

[7] Pahl G, Beitz W. Engineering Design[M]. 2nd ed. London: Springer-verlag, 2001.

[8] Kowalice J. No-compromise Design Solutions to the Air Bag FatalitiesProblem [EB/OL]. http://www.triz-journal.com, 1997.

作者简介:檀润华(1958-),男,河北任邱人,河北工业大学副校长,博士,教授,博士生导师,主要从事设计工程、RP/RT、车辆动力学等领域的研究。