摘要：以系统化设计理论提供的概念设计过程为框架,将公理设计、功能基和效应集成,形成SAFE 集成型概念设计过程模型,用于在概念设计阶段确定满足需求功能的原理解。该模型既适用于新产品的概念创新,也适用于已有产品的改进设计。快速切断阀的概念创新设计实例表明了上述模型的有效性。
    关键词：概念设计；系统化设计；公理设计；功能基；效应

4 效应

4. 1效应

效应是TRIZ 中基于知识的工具,是通过专利分析,找出专利中产品所实现的技术功能和用于实现技术功能原理之间相关性的基础上形成的[9 ] 。效应是输入、输出之间的关系,即按照定律规定的原理将输入量转化为输出量,实现相应的功能,它将物理、数学、化学和几何等科学定律与其工程应用有机地结合在一起,消除了科学与工程应用之间的隔阂。到目前为止,人类已总结出大量的物理、化学和几何效应,每一个效应都可能是一大批问题的解决方案。

4. 2 　效应与功能

功能可通过下列方式实现:

(1) 单一效应模式:功能由一个效应实现,是功能的基本实现形式,如图2 所示。

(2) 关联效应模式:将几个效应按输入、输出结合起来以实现一个功能,如图3 所示。

(3) 控制效应模式:通过其他效应的输出量控制一个效应的技术参数,以改变该效应的实现形式,如图4 所示。

4. 3 　效应与实例

在人工智能领域,基于实例推理(CBR) [10 ] 和基于类比的设计(ABD) [11 ] 可用于支持设计问题的求解。CBR 认为:世界上的情况、事件会重复出现;世界的变化是有规律的,相同或类似的行为会有相同或类似的结果;所以,以往成功的设计实例能帮助设计者完成今天的设计。ABD 认为以往设计中成功的行为可以“传递”给新设计,相同或类似的行为可以有不同的结构。概念设计中问题解决的过程要用到以往成功的设计实例。

效应通过确定几何的和物料的特征标志使功能得以实现。只有效应以及几何和物料特征标志所组成的总体,才能表明解的原理,它以最初步的具体化程度表明了对功能的实现方式。通过专利分析可以得到与效应相关的工程设计实例,在实例中包含着实现技术功能结构特征标志。

4. 4 　FEE( Function2Effect2Example) 模型

FEE 模型提供了利用以往成功的设计知识以及对当前设计问题分析和综合的能力,用于确定满足需求功能的原理解,如图5 所示。自顶向下的方法和自底向上的方法是确定原理界的两种方法。在自顶向下的方法中,设计从需求功能分析开始,寻求适当的效应及其组合,进行实现功能实例的构思和系统化设计,得出满足需求功能的原理解。在自底向上的方法中,设计从已知元件或结构开始以满足需求功能。由于设计的复杂性,常将自顶向下的方法和自底向上的方法综合应用。

设计过程充满了冲突,所获取的知识应有助于冲突的迅速解决,这就要求知识获取工具紧密集成到设计过程中。TRIZ分析研究了世界各国250 万件专利,确定了功能与效应及实例的内在联系,以及不同效应或实例的可替代关系。按照功能对现有效应和实例进行分类,建立基于FEE 模型的分层结构效应知识库,通过单一效应模式、关联效应模式和控制效应模式确定实现需求功能的原理解,使存在的问题得以解决。基于上述理论的CAI 软件InventionTool 2. 0[12 ] 已在国内开发成功。设计者得到产品的需求功能后,首先检索出相关效应和最佳设计实例,这样可以最迅速接近目标,尝试以最小变动解决冲突,如冲突没有解决则拟作更大变动或扩大研究对象范围,最后得出最优结果。