机械创新RIZ理论

4-4理想解把所研究的对象理想化是自然科学的基本方法之一。理想化是对客观世界中存在物体的一种抽象。这种抽象客观世界既不存在，又不能通过实验验证。理想化的物体是真实物体存在的一种极限状态，对于某些研究有重要作用，如物理学中的理想气体、理想液体，几何学中的点、线等。TRIZ中理想化是一种强有力的工具，在创新过程中起着重要作用。17世纪初伽利略运用抽象思维，先于牛顿发现了物体运动的惯性定律。他进行了有名的斜面小球实验。实验表明：小球下落高度与上升高度的差值取决于小球的圆度和它同斜面的摩擦力。小球滚上斜面走过的距离和斜面的坡度有关，斜面坡度越小，小球滚上的距离越长。伽利略的设想321h伽利略运用抽象思维设想如果小球作成绝对的圆；小球下落之后不是滚上一个斜面，而是一个绝对水平的平面；小球同平面没有任何摩擦力，也不受其它阻力的影响。由此，伽利略发现了惯性定律。小球将一直运动下去其实，伽利略的设想若作为实验条件难以实现，但运用抽象思维却认识到事物的本质。——理想化一、理想解在TRIZ中，理想化的应用包含：理想系统、理想过程、理想资源、理想方法、理想机器和理想物质等。理想过程：只有过程的结果，而无过程本身，突然就获得了结果。理想方法：不消耗能量及时间，但通过自身调节，能够获得所需的效应。理想机器：没有质量、没有体积，但能完成所需要的工作。理想物质：没有物质，功能得以实现。理想化分局部理想化与全局理想化两类。局部理想化是指对于选定的原理，通过不同的实现方法使其理想化。全局理想化是指对同一功能，通过选择不同的原理使之理想化。（一）局部理想化4种模式（1）加强：通过参数优化、采用更高级的材料、引入附加调节装置等加强有用功能的作用。（2）降低：通过对有害功能的补偿，减少或消除损失或浪费，采用更便宜的材料、标准零部件等。（3）通用化：采用多功能技术增加有用功能的个数。如现代多媒体计算机具有电视机、电话、传真机、音响等功能。（4）专用化：突出功能的主次。如早期的汽车厂要生产零部件，最后将它们组装成汽车，今天的汽车厂主要是组装汽车，而零部件由很多专业配套厂生产。（二）全局理想化三种模式（1）功能禁止：在不影响主要功能的条件下，去掉中性的及辅助的功能。（2）系统禁止：如果采用某种可用资源后可省掉辅助子系统，一般可降低系统的成本。（3）原理改变：改变已有系统的工作原理，可简化系统或使过程更为方便。设计人员在设计过程开始需要选择目标，即是将问题局部理想化还是将其全局理想化。（发现问题，获得创意）通常首先考虑局部理想化：对于选定的原理，通过不同的实现方法使其理想化。所有的尝试都失败后（无法解决冲突）才考虑全局理想化：对同一功能，通过选择不同的原理使之理想化。二、、理理想想化化水水平平技术术系系统统是是功功能能的的实实现现，，同同一一功功能能存存在在多多种种技技术术实实现现，，任任何何系系统统在在完完成成人人们们所所需需的的功功能能时时，，都都有有负负面面作作用用。。评价价正正反反两两方方面面作作用用采采用用如如下下公公式式：：理想想化化水水平平=有有用用功功能能之之和和/有有害害功功能能之之和和增加加理理想想化化水水平平的的四四种种方方式式：：（l））分分子子增增加加的的速速率率高高于于分分母母增增加加速速率率。。（2）分子子增加，分分母减少。。（3）分子子不变，分分母减少，，即有害功功能减少。。（4）分母母不变，分分子增加，，即有用功功能增加，，有害功能能不变。为便于分析析，将有害害功能分解解为代价与与危害，将将有用功能能之和用效效益之和来来代替。理想化水平平=效益/（代价之之和+危害害之和）代价包括原料的的成本、系系统占用的的空间、消消耗的能量量及产生的的噪声等。。危害包括废弃物物及污染等等。产品或系统统的理想化化水平与其其效益之和和成正比，，与所有代代价及危害害之和成反反比。不断地增加加产品理想想化水平是是产品创新新的目标。。三、理想解解的确定方方法（一）理想想解产品处于进进化之中，，进化的过过程就是产产品由低级级向高级演演化的过程程。在进化的某某一阶段，，不同产品品进化的方方向是不同同的，如降降低成本、、增加功能能、提高可可靠性、减减少污染等等都是产品品可能的进进化方向。。如果将所有有产品作为为一个整体体，低成本本、高功能能、高可靠靠性、无污污染等是产产品的理想想状态。产品处于理理想状态的的解称为理理想解。每种产品都都向着它的的理想解进进化。理想解可采采用与技术术及实现无无关的语言言，对需要要创新的原原因进行描描述。创新的重要要进展往往往通过对问问题深入的的理解取得得。确认使系统统不能处于于理想化的的元件是创创新成功的的关键。设计过程中中从某一起起点向理想想解过渡的的过程称为为理想化过过程。理想解的四四个特点1）消除了了原系统的的不足之处处。2）保持了了原系统的的优点。3）没有使使系统变得得更复杂。。（采用无成成本或可用用资源）4）没有引引入新的缺缺陷。例：考虑割割草机作为为工具，草草坪上的草草作为被割割的目标。。割草机在割割草时发出出噪声、消消耗燃料、、产生空气气污染、甩甩出的草片片有时会伤伤害操作的的工人。如果设计任任务是改进进已有的割割草机，设设计者可能能会很快想想到减少噪噪声、增加加安全性、、降低燃料料消耗。但如果确定定理想解，，就会勾画画出未来割割草机及草草坪维护的的蓝图。（二）理想想解的确定定理想解的正正确描述会会直接得出出问题的解解。与技术无关关的理想解解使设计者者的思维能能跳出问题题的传统解解决方法。。TRIZ确确定理想解解的步骤1）设计的的最终目的的是什么?2）理想解解是什么?3）达到理理想解的障障碍是什么么?4）出现这这种障碍的的结果是什什么?5）不出现现这种障碍碍的条件是是什么?创造这些条条件存在的的可用资源源是什么?农场养兔子子兔子需要新新鲜草，农农场主既不不希望兔子子走得太远远而不易被被发现，又又不希望花花很多时间间把鲜草送送到兔子旁旁边。1）问题的的最终目的是什么?兔子能够吃吃到新鲜的的青草。2）理想解是什么?兔子永远自自己吃到青青草。3）达到理理想解的障碍是什么?放兔子的笼笼子不能移移动。4）出现这种障障碍的结果果是什么?由于笼子不不能移动，，可被兔子子吃的草地地面积不变变，短时间间内青草就就被吃光了了。5）不出现这种种障碍的条条件是什么?当兔子基本本吃光笼子子内的鲜草草时，笼子子移动到另另一块有青青草的地方方。创造这些条条件存在的的可用资源是什么?笼子本身安安上轮子，，兔子自己己可推动其其运动到有有青草的地地方。即兔兔子本身就就是可用资资源。发明创造是是有级别的的，级别越越高，创新新设计的过过程越困难难，则产品品的市场竞竞争力越强强。高级别产品品的发明不不仅需要设设计人员自自身的素质质，更需要要行业以外外或全人类类的已有研研究成果。。企业要不断断吸收不同同行业的知知识创新成成果，并应应用于自己己的产品设设计，以保保持企业的的市场竞争争力。发明创造的的理想状态态是理想解解的实现。。尽可能使产产品接近于于理想解是是产品创新新的指导思思想。确定产品的的理想解是是设计人员员综合素质质的体现。。4-5设设计中的的冲突产品是功能能的实现、、载体。任何产品都都包含一个个或多个功功能。为实实现功能，，产品要由由相互关联联的多个零零部件组成成。为提高产品品的市场竞竞争力，需需要不断对对产品改进进设计。当改变某个个零件、部部件的设计计，即提高高产品某些些方面的性性能时，可可能会影响响到相关联联的零部件件，结果可可能使产品品或系统另另一些方面面的性能受受到影响。。如果这些影影响是负面面影响，则则设计出现现了冲突。。TRIZ理理论认为发明问题的的核心是解解决冲突，，未克服冲冲突的设计计不是创新新设计。产品进化过过程就是不不断解决产产品存在的的冲突的过过程。一个个冲突解决决后，产品品进化过程程处于停顿顿状态；之之后的另一一个冲突解解决后，产产品移到一一个新的状状态。设计人员在在设计过程程中不断发发现并解决决冲突，是是推动产品品向理想化化方向进化化的动力。。介绍冲突及及类型、技技术冲突、、物理冲突突的基本概概念及确定定冲突的方方法。一、产品的的外部及内内部特性产品的质量量取决于性性能，性能又称为为特性或属属性。产品的性能能有不同的的分类方法法。有些学者将将产品性能能分为外部性能与内部性能两类。外部性能指从产品外外部可看到到或判断的的性能，如如功能、操操作、制造造和运输等等。外部性性能可能通通过市场分分析、竞争争产品的分分析及新技技术的引入入等确定。。内部性能指产品设计计人员可直直接控制的的性能，如如产品的尺尺寸、公差差、强度、、刚度及磨磨损等。内内部性能是是设计人员员在设计过过程中为了了满足外部部性能确定定的。产品设计的的过程实际际上是将产产品外部性性能通过内内部性能实实现的过程程。从不同的观观点看产品品的外部性性能是不同同的。设计人员要要综合产品品的外部性性能，提出出产品的内内部性能。。这些内部性性能往往存存在冲突，，由于冲突突的存在就就提出了创创新设计的的要求。二、冲突及及其分类（一）设计计中的冲突突无论是新设设计还是已已有产品的的改进设计计，在设计计过程中首首先要保证证或提高产产品的某些些内部性能能，但这种种提高往往往导致产品品其它内部部性能的降降低，即设设计中往往往存在冲突突。例：飞机设设计中如果果使垂直稳稳定器的面面积加大一一倍，将减减少飞机振振动幅值的的50%，，但这将导导致飞机对对阵风或阵阵雨的敏感感，同时增增加了飞机机的重量。。冲突普遍存存在于各种种产品的设设计中。传传统设计中中的折衷法，冲突并没没有彻底解解决，而是是在冲突双双方取得折折衷方案，，或只是降降低了冲突突的程度。。TRIZ理理论认为，，产品创新新的标志是是解决或移走走设计中的的冲突，进而产生生新的有竞竞争力的解解。（二）冲突突的分类1．通常的的分类第七讲开始始2．基于TRIZ的的分类G.S.Altshuller将冲突突分为三类类：管理冲突、、物理冲突突及技术冲冲突。管理冲突：为了避免免某些现象象或希望取取得某些结结果，需要要做一些事事情，但不不知如何去去做。如希希望提高产产品质量、、降低原材材料的成本本，但不知知方法。管理冲突本本身具有暂暂时性，无无启发价值值，并不能能表现出问问题的解的的可能方向向，不属TRIZ的的研究内容容。物理冲突：为了实现现某种功能能，一个子子系统或元元件应具有有一种特性性，但同时时出现了与与该特性相相反的特性性。物理冲突出出现的几种种情况：1）一个子子系统中有有用功能加加强的同时时，导致该该子系统中中有害功能能的加强。。2）一个子子系统中有有害功能降降低的同时时，导致该该子系统中中有用功能能的降低。。TechOptimizer案例下載載藥物包裝封封存PDF檔(88.5K)Ampule（安瓯瓯）是裝一一次用量的的皮下注射射液的密封封小玻璃瓶瓶。在藥物物包裝時，，使用強大大的火焰作作用在Ampule頸部以有有效地密封封。品管檢檢測中，化化學家發現現由於包裝裝時火焰高高溫，易使使藥物分解解。工程師怎樣樣維持藥物物的品質同同時又能有有效的封住住瓶口？薄壁體的鑄鑄造PDF檔(70.0K)使用壓模鑄鑄造法鑄造造薄壁體時時，造成薄薄壁鑄件品品質不夠高高。當熔化化金屬擠入入鑄模時，，鑄模內空空氣會溶解解在金屬中中，空氣泡泡會在鑄件件內，同時時空氣泡附附在鑄模壁壁上，也會會導致鑄件件品質降低低。

這個個問題可用用一種已知知技巧解決決。震動或轉動動鑄模，可可使移除氣氣泡的效能能增加，但但是模具設設計變得很很複雜，如如何解決這這個問題？？飛機機翼PDF檔(84.7K)飛機機翼為為了增加有有效面積，，但從相對對機翼重量量變重，減減少升力增增加的效益益。工程師如何何使翼面增增加升力而而重量沒有有增加?技术冲突：一个作用用同时导致致有用及有有害两种结结果，也指指有用作用用的引入或或有害效应应的消除导导致一个或或几个子系系统或系统统变坏。技术冲突常常表现为一一个系统中中两个子系系统之间的的冲突。技术冲突出出现的几种种情况1）在一个个子系统中中引入一种种有用功能能，导致另另一个子系系统产生一一种有害功功能，或加加强了已存存在的一种种有害功能能。2）消除一一种有害功功能，导致致另一个子子系统有用用功能变坏坏。3）有用功功能的加强强或有害功功能的减少少，使另一一个子系统统或系统变变得太复杂杂。3．实实例例1：：波音音公司司改进进737的的设计计时，，需要要将使使用中中的发发动机机改为为功率率更大大的发发动机机。发动机机功率率越大大，工工作时时需要要的空空气越越多，，发动动机罩罩的直直径要要增大大。发动机机罩增增大，，机罩罩离地地面的的距离离减小小。而而距离离的减减小是是不允允许的的。上述改改进设设计中中出现现了技技术冲冲突，，即希希望发发动机机吸入入更多多的空空气，，但又又不希希望发发动机机罩与与地面面的距距离减减少。。例2对于不不同的的设计计对象象，根根据内内部性性能，，找出出技术术冲突突，并并用语语言描描述。。TRIZ理理论对对可能能出现现的冲冲突问问题进进行分分类，，以便便设计计者根根据问问题的的类型型进行行深入入的研研究并并取得得创新新解。。三、技技术冲冲突的的一般般化通过对对250万万件专专利的的详细细研究究，TRIZ理理论提提出用用39个个通用用工程程参数数描述冲冲突。。实际应应用中中，首首先把把组成成冲突突的双双方内内部性性能用用39个工工程参参数中中的2个来来表示示。目的是是把实实际工工程设设计中中的冲冲突转转化为为一般的的或标标准的的技术术冲突突。39个个通用用工程程参数数可分分为三三类：：1）通通用物物理及及几何何参数数：No．．1～～12，No．．17~18，，No．21。。2）通通用技技术负负向参参数：：No．15～～16，No．．19～20，，No．22～～26，No．．30~31。。3）通通用技技术正正向参参数：：No．13～～14，No．．27～29，，No．32～～39。负向参参数变大时时，使使系统统或子子系统统的性性能变变差。。正向参参数变大时时，使使系统统或子子系统统的性性能变变好。。例：很很多铸铸件或或管状状结构构通过过法兰兰连接接。维维护时时，法法兰连连接处处常常常要拆拆开。。有些些连接接处还还要承承受高高温、、高压压，并并要求求密封封良好好。有有的重重要法法兰需需要很很多个个螺栓栓连接接。技术冲冲突：：1）如如果密密封性性良好好，则则操作作时间间变长长，结结构的的质量量增加加。2）如如果质质量轻轻，则则密封封性变变差。。3）如如果操操作时时间短短，则则密封封性变变差。。按39个工工程参参数描描述如如下：：希望改改进的的特性性：1）静静止物物体的的重量量。（（No.2）2）可可操作作性。。（No.33）3）装装置的的复杂杂性。。（No.36）上述三三种特特性改改善将将导致致如下下特性性的降降低：：1）结结构的的稳定定性。。（No.13）2）可可靠性性。（（No.27））四、技技术冲冲突的的确定定TRIZ理理论中中的物物质-场分分析方方法已已作为为一种种工具具用于于技术术冲突突的确确定。。（一））物质质-场场分析析基本本符号号产品是是功能能的实实现。。Pahl及Baitz定义义功能能：““系统统的输输入量量和输输出量量之间间的一一般的的、希希望有有的关关系””。系系统的的总功功能是是总任任务的的描述述，可可分解解为分分功能能，分分功能能是分分任务务的描描述。。这种种分解解可进进行下下去，，一直直到被被称为为支持持功能能的最最底层层功能能为止止。支支持功功能是是“一一种通通用部部件、、过程程或子子系统统的通通用模模型””。Altshuller通通过对对功能能的研研究发发现了了3条条定律律：1）所所有的的功能能都可可分解解为三三个基基本元元件。。2）一一个存存在的的功能能必定定由三三个基基本元元件构构成。。3）将将相互互作用用的三三个基基本元元件有有机组组合将将产生生一个个功能能。组成功功能的的三个个基本本元件件分别别为两两种物物质及及一种种场。。物质可以是是任何何东西西，如如太阳阳、地地球、、轮船船、飞飞机、、计算算机、、水、、X射射线、、齿轮轮和分分子等等。场是能量量的总总称，，可以以是核核能、、电能能、磁磁能、、机械械能和和热能能等。。TRIZ中中功能能的基基本描描述如如图，，图中中F为为场，，S1及S2分分别为为物质质。FS1S2功能的基本图形表示S1为为被动动元件件，起作作用、、被操操作及及被改改变的的角色色。S2为为主动动元件件，起工工具的的作用用，作作用、、操作作或改改变被被动元元件S1，，S2又常常被称称为工工具。。F为使使能元元件，使S1与与S2相互互作用用。一个待待设计计的系系统可可能有有多个个功能能。在一个个功能能中作作为被被动元元件的的S1可能能是另另一功功能中中的主主动元元件S2。。这些功功能的的总体体构成成了待待设计计系统统的总总功能能。（二））物质质-场场分析析的符符号系系统物质-场分分析的的基础础是用用图形形表示示待设设计系系统。。a）需需要的的效应应（有有效完完整功功能））b）不不足效效应（（非有有效完完整功功能））c）有有害效效应（（有害害功能能）Ftype：场场的类类型。。常用用类型型：Me一一机械械，Th一一热，，Ch一化化学，，E一一电，，M一一磁，，G一一重力力。（三））功能能分类类及技技术冲冲突模模型按物质质-场场分析析方法法，首首先建建立待待设计计系统统的模模型。。一个个系统统往往往包含含多个个功能能，因因而需需建立立每个个功能能的模模型。。TRIZ中中将功功能分分为4类。。（1））有效完完整功功能：：功能的的三个个元件件都存存在，，且都都有效效，是是设计计者追追求的的效应应。（2））不完整整功能能：组成功功能的的三元元件中中部分分元件件不存存在，，需要要增加加元件件来实实现有有效完完整功功能，，或用用一种种新功功能代代替。。（3））非有效效完整整功能能：功能中中的三三元件件都存存在，，但设设计者者所追追求的的效应应未能能完全全实现现。（4））有害功功能：：功能中中的三三元件件都存存在，，但产产生与与设计计者所所追求求效应应相冲冲突的的效应应。创创新的的过程程要消消除有有害功功能。。系统中中的技技术冲冲突图a：：系统统中同同时存存在有有效完完整功功能及及有害害功能能，如如果改改善有有效完完整功功能，，则可可能加加剧有有害功功能的的负面面效应应。存存在技技术冲冲突。。图b：：系统统中同同时存存在非非有效效完整整功能能及有有害功功能，，如果果改善善非有有效完完整功功能，，则可可能加加剧有有害功功能的的负面面效应应。存存在技技术冲冲突。。（四））实例例汽车正正面碰碰撞是是造成成交通通事故故65%