基于triz的冲突矩阵解决系统的开发与设计--毕业论文设计

济南大学毕业设计PAGEPAGE291前言1.1TRIZ的研究背景随着市场竞争的日益加剧，对产品开发速度的要求也越来越快，企业如何开阔视野地组织新产品的开发已经成为提高制造业企业市场竞争力的关键。与十几年前相比，一方面，新产品占有市场的速度正在加快。花费较短的时间开发新产品已经成为企业之间竞争的关键。另一方面，由于知识等要素的限制，许多设计人员只知提高产品的性能，而忽略提高产品的级别。面对产品一个特征参数的改进带来对另一特征参数产生的负面影响，从而引起的技术冲突，设计人员只能采用折衷法解决设计中的冲突。但未克服冲突的折衷解不是创新解，因此设计人员在设计过程中不断的发现并解决冲突，是推动其向理想化方向进化的动力。国际上设计理论的研究已经比较深入，并取得了丰硕的成果，这些理论在企业特别是一些大企业的产品创新中起到了总重要的作用。而在这些设计理论中，TRIZ被认为是可以帮助人们挖掘和开发自己创造潜能、最全面系统地论述发明创造和实现技术创新的新理论。1.2TRIZ：发明问题，解决理论经过50多年的发展，TRIZ已成为发明解决问题的强有力的方法学，解决了许多国家企业成千上万的新产品开发中的难题。它被欧美专家称为“超级发明术”。本节介绍TRIZ的基本内容。1.2.1TRIZ的起源TRIZ是由前苏联专家G.S.Altshuller和他的同事自1946年开始研究，花费了50多年的时间，研究了世界上近250万件高水平发明专利，按照创造力水平进行分类，归纳出3个主要发现：①某些问题和解决方案在工业和科学界重复出现②大量的创新不仅采用了本领域的科研成果，还采用了其他领域获得进展的科学成果③某些技术发展模式在工业和科学界中重复出现【1】。G.S.Altshuller坚信发明问题的基本原理是客观存在的，在综合、总结多学科领域的原理和法则的基础上，他提出了消除冲突的发明原理，建立了基于知识的消除冲突的逻辑方法，创立起TRIZ体系。TRIZ理论体系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，即任何领域的产品改进、完善，技术变革、创新和生物系统的进化均具有共同之处，都存在着产生、生长、成熟、衰老、灭亡的进化过程，是有规律可循的。目前,TRIZ理论已成为世界公认的创新理论研究方法。德国几乎所有名列世界500强的大企业都应用TRIZ理论，像西门子、奔驰、宝马、大众等著名公司都有专门机构及专人负责TRIZ的培训，TRIZ的应用涉及的行业也很广泛。自1993年以来,美国百余家大公司开始研究并应用TRIZ方法，其中最成功的是福特汽车公司,利用TRIZ实现创新的产品为其每年带来超过10亿美金的销售利润。由于TRIZ将产品创新的核心（产生新的工作原理）过程具体化，并提出了规则、算法与发明原理供设计人员使用，因此它逐渐成为一种较完善的创新设计理论。1.2.2TRIZ的定义1.TRIZ是在综合总结各学科知识的基础上建立的方法1）TRIZ是发明问题、解决问题的知识，能够启发发明者进行发明创造。这些知识是在分析研究世界各国250万件专利的基础上抽象出来的，具有启发性。2）一旦哪个领域出现问题，TRIZ就将出现问题的领域的知识利用起来。3）TRIZ依据各个学科及各种领域中的定律和知识，建立可供用户参考使用的知识库。2.TRIZ创新理论解决问题的方法是系统化，抽象化的1）利用TRIZ分析、解决问题时经常采用通用、简单、详细的模型，要充分的利用这些模型，系统化的知识是非常重要的。2）解决问题时要求能方便应用已有的知识，这就要求解决问题是一个系统化的过程。3.TRIZ是面向人的方法1）TRIZ是面向设计者的，不是面向机器。2）TRIZ理论本身具有随机性，它将系统分解为子系统，以区分有害及有益功能，而这些分解与区分取决于环境与问题本身。3)计算机软件不能完全代替设计者，它仅起支持作用，为处理问题的设计者提供方法与手段【2】。4.TRIZ是发明解决问题理论1）为了避免折中解，取得创新解，需要解决设计中的冲突。但是解决冲突的手段和过程并不知道。2)理想解可通过已知的系统进化的趋势推断或者通过环境和系统本身的资源来获得。3）未知所需要的情况往往可以被虚构的理想解代替【2】。1.2.3TRIZ的主要内容（1）产品进化理论TRIZ理论中产品进化理论将产品进化过程分为四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期。当产品处于前两阶段时，企业设计人员应加大研究力度，尽快使产品功能完善进入成熟期，以使企业处于竞争的有力地位。当产品处于成熟期时，企业应着力研究新产品，以代替现有产品，应对未来市场的竞争。当产品处于退出阶段，企业应尽快将产品淘汰，减少资源的浪费。利用进化原则，可以分析当前产品的技术状态，并预测未来发展趋势，开发具有竞争的产品。（2）分离原理分离原理主要应用于解决物理冲突，这是现代TRIZ在分析总结物理冲突解决的各种研究方法的基础上得出的结论。分离原理主要包括四种形式：时间分离；空间分离；基于条件的分离；整体与部分的分离。（3）科学效应和现象效应是指应用各个领域的有关定律解决设计中的问题。在对各领域的数百万专利研究分析的结果上建立的知识库，突破了知识领域的局限性，可以为技术创新提供丰富的方案来源。（4）物质-场分析方法物质-场模型分析的原理为：所有的功能都必定由三个基本元件组成，即一种功能由一种场和两种物质组成，它是TRIZ理论中的一个重要的问题描述和分析工具。产品是功能的一种实现，因此，可用物质-场分析产品的功能。Altshuller提出了功能的物质-场分析方法与模型，并总结了76个标准解。（5）冲突解决原理TRIZ主要研究物理冲突和技术冲突两种冲突。技术冲突是由于系统本身某一部分的影响而使另一部分达不到理想状态，它可用技术冲突解决原理解决。物理冲突是指一个物体具有相反的要求，可用分离原理解决。产品设计过程中主要解决技术冲突，TRIZ理论运用39个工程参数来表示产品中存在的技术冲突，并有40个发明原理可供应用。（6）ARIZ：发明问题解决算法ARIZ是为复杂问题提供简单化解决方法的逻辑结构化方法。ARIZ算法特别强调用公式解决冲突，找到理想解，一方面技术系统向着理想解的方向进化，另一方面如果一个问题存在冲突需要解决，该问题就变成了一个创新问题。应用ARIZ的关键在于没有理解问题的本质之前，要对问题进行不断的细化，直到确定了冲突。1.3TRIZ的研究现状TRIZ的国际研究现状：国际上TRIZ设计理论的研究已有多年的历史，目前TRIZ被认为是可以帮助人们挖掘和开发自己创造潜能、最全面系统地论述发明创造和实现技术创新的新理论，被欧美专家称为“超级发明术”。欧洲以瑞典皇家工科大学为中心，集中了十几家大型企业，实施利用TRIZ进行创造性设计的研究计划；日本从1996年开始就不断有杂志介绍TRIZ的理论方法及应用实例；有关TRIZ的研究咨询机构也相继成立。目前，在国际上TRIZ创新设计方法已经取得了丰硕的成果，尤其在是在跨国公司迅速得以推广并为之带来巨大的经济效益。如福特汽车公司通过运用TRIZ解决了推力轴承在大负荷时出现偏移的问题，产生了28个新概念（问题解决方案），其中一个非常吸引人的概念是：利用热膨胀系数小的材料制造轴承，从而很好地解决了推力轴承在大负荷时出现的偏移现象，为福特公司创造了巨大的经济效益。TRIZ的国内研究现状：在国内，TRIZ理论的研究和应用才刚刚起步，但其先进的设计理念引起了广泛的注意，很多大学和企业的专家学者开始引进TRIZ创新设计理论，开展了相关的研究和应用工作。大学里将TRIZ设为一门单独的课程进行讲授；专家们发表了有关论文，编撰了有关书籍。近几年来，国家科技部强调在科技创新工作中要实现思维创新，方法创新和工具创新，开始高度重视TRIZ等创新理论方法的研究和推广应用，要求在企业中开展技术创新方法的培训，并在全国正式批准黑龙江省和四川省为“科技部技术创新方法试点省”。这一切将对我国TRIZ理论的研究和应用产生巨大的推动作用。1.4TRIZ的发展趋势虽然TRIZ从产生到现在已有50多年的发展时间，但是作为一种技术本身，TRIZ目前仍处于“婴儿期”，想要达到成熟还有很长的过程。通过对已经发表的多篇文章的详细研究分析，认为TRIZ今后的发展趋势可归纳为三方面即：TRIZ本身的完善，与其他工具的结合以及开发计算机辅助创新软件。物质—场模型的改进，技术冲突解决原理的进一步发展和ARIZ算法的改进是TRIZ目前自身完善的三个方面。物质—场模型适合于描述产品的一个功能，但是任何一个新产品都不会只具有一个功能，这就使得其不能很好的描述多个功能。因此对于物质—场模型的进一步改进就成为TRIZ本身的一个必不可少的研究方向。在实际工程实例的应用中，ARIZ必然存在一些不足，ARIZ只适合解决一些较复杂的问题，但对于“小问题”的解决不方便。TRIZ的应用实例表明，冲突及解决技术中的39个通用工程参数和40条发明原理还不完善，有些设计中的冲突明显的不能用39个参数来描述，因此也就不能选择冲突解决原理。那么，如何增加标准参数的个数；一旦增加冲突的标准参数的个数，冲突解决矩阵会怎样改变；40条发明原理是否已经囊括了所有的设计等问题还没有找到答案。因此对冲突以及解决技术的进一步发展是TRIZ理论自我完善的一个重要方面。TRIZ创新设计理论被引入美国之后，迅速引起了一些质量工程学家的关注。Kowalick指出，如果说田口方法是20世纪80年代及90年代前期的研究重点，那么TRIZ创新设计理论将成为90年代后期的研究热点，而且这一趋势将一直延续下去。将TRIZ理论与其他设计理论一起为新产品的开发和创新提供强大的理论指导，将成为TRIZ研究的重中之重，这将使技术创新过程由以往的仅凭借经验和灵感发展到按照技术演变规律进行。本文介绍的计算机辅助创新软件是以TRIZ技术冲突解决方法为基础，结合现代计算机辅助创新技术，以分析解决产品及其制造过程中出现的矛盾为出发点，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，而找到创新解，并可为工程技术领域新产品、新技术的创新提供科学的理论指导。将TRIZ创新理论与计算机软件技术结合能够释放出巨大的能量，不仅为产品研发创新提供指导，而且还能在产品研发过程中使产品得到不断的扩充和丰富。本文致力于研究开发基于TRIZ技术冲突解决眼里的计算机辅助创新软件，运用VisualBasic++可视化编程语言，以Access作为底层数据库等实现产品冲突的解决。2设计中的冲突2.1冲突及其分类2.1.1设计中的冲突大多数产品都包含一个以上的功能，为了实现产品的这些功能，产品需要由具有相互关系的多个零部件组成。为提高产品的生命力，设计人员需要产品进行改进设计。无论是新产品的设计还是已有产品的改进设计，设计人员在设计过程中首先要保证或提高产品的一些内部性能，但这种提高往往导致产品其他一些内部性能的降低，即设计中往往存在冲突【2】。冲突普遍的存在于各种产品的设计当中，彻底地解决冲突是创新设计的核心。按照传统设计方法中的折中法，冲突并没有被彻底解决，而是在冲突双方取得一个折中方案，或者称降位低冲突的程度【2】。TRIZ创新理论的核心是彻底地解决冲突，从而产生新的有竞争力的解。2.1.2基于TRIZ的冲突的分类G.S.Altshuller将冲突分为三大类：即物理冲突（PhysicalContradictions），管理冲突（AdministrativeContradictions）和技术冲突（TechnicalContradictions）【2】。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某种特性，但同时也应具有与该特性相反的特性，如一个系统中有害功能降低的同时有用功能也随之降低；一个系统中有用功能加强同时加强了该子系统中的某一有害功能【1】。管理冲突是指为了实现系统的功能，需要有一些具体的行动，但又不知道该如何去做。管理冲突本身无启发价值，不能表现出解的可能方向，在解决管理冲突时只能先将其转化为技术冲突或者物理冲突，再应用具体工具解决。因此，管理冲突不属于TRIZ的研究范围。技术冲突常常表现为两个子系统之间的冲突，它是指引用一个作用的同时可能导致有害及有用两种结果，也可指有害效应的消除或有用作用的引入，导致一个或几个子系统或整个系统功能的变坏。在三种冲突中技术冲突是设计中经常出现的一类冲突，也是TRIZ创新理论研究的重点。以下为技术冲突常出现的三种情况：1）消除一子系统的有害功能导致另一子系统有用功能的变坏；2)在一子系统中引入一种有用功能，导致另一子系统产生一种有害功能，或者加强了已存在的另一种有害功能；3)有害功能的减少或有用功能的加强，使另一子系统或系统变得太复杂【3】。例2-1目前自行车车闸总成的功能随着天气的变化而变化，下雨天，由于雨水充当了润滑剂的作用，闸皮与瓦圈表面之间的摩擦系数大大降低，使摩擦力减小，使骑车人处于不安全的状态。现有一种改进方案：设计为更换闸皮型，即好天气使用一种闸皮，雨天更换另一种。上述设计中存在技术冲突：将闸皮设计成可更换型，增加了骑车人的安全性，但必须要随时储备备用闸皮，还要随天气更换，使操作太复杂。在产品设计的过程中，设计人员要根据产品的内部性能找出存在的技术冲突。TRIZ理论对可能出现的冲突问题进行了分类，以便产品设计者能根据问题的类型进行深入的研究并得出创新解。2.2技术冲突的一般化2.2.1通用工程参数为了更准确地描述技术冲突，经过对250多万件发明专利的详细研究，TRIZ创新设计理论提出用39个通用工程参数来描述技术冲突。实际应用中，要把组成技术冲突双方用39个工程参数中的2个来表示，以便把工程实例中的冲突转化为一般的或标准的技术冲突。表2.1为部分特征参数及其解释。表2.1部分特征参数序号特征参数名称特征参数意义NO.1移动物体的重量在重力场中移动物体的重量NO.3移动物体的长度移动物体三维空间中任意方向的线性尺寸NO.9速度移动物体的速度NO.10力任何试图改变物体状态的相互作用NO.13结构的稳定性系统的完整性及系统组成部分之间的关系NO.18光照度单位面积上的光通量，系统的光照特性，如亮度。NO.23物质损失材料零件或子系统的部分或全部永久或暂NO.26物质或事物的数量材料、部件及子系统等的数量，它们可以被部分或全部、临时或永久的被改变。NO.27可靠性系统在规定的方法及状态下完成规定功能的能力NO.32可制造性物体或系统制造过程中简单、方便的程度NO.38自动控制程度在无人干预下，系统或物体自动实现其功能的程度NO.39生产率单位时间内所完成的功能和操作数39个工程参数罗列在一起，让使用者很难选择出合理的参数，为了方便应用，通常会将39个工程参数分为三个类别。如表2.2所示将参数分类。表2.2参数分类通用的物理及几何参数通用技术负向参数通用技术正向参数No.1~12，No.17~18，No.21No.15~16，No.19~20，No.22~26，No.30~31No.13~14，No.27~29，No.32~39负向参数是指当这些参数变大时，会使系统或子系统的性能变差。正向参数是指当这些参数变大时，会使系统或子系统的性能变好【2】。2.2.2应用实例当使用开口扳手拧紧或松开一个六角螺钉或螺母时，由于在工作的时候螺钉或螺母的受力集中在两条棱边，所以很容易产生变形，从而使螺钉或螺母的拧紧或松开困难。目前使用的扳手还没能克服此缺点，可能在工作的时候会损坏螺钉或螺母的棱边，因此，新的设计必须解决这个问题。用39个标准工程参数中的2个表示该设计中存在的技术冲突：1）优化的工程参数：NO.31物体产生的有害因素（损坏螺钉或螺母的棱边）。2）恶化的工程参数：NO.29制造精度。2.3物理冲突物理冲突是TRIZ要研究解决的关键问题之一，其核心是对一个物体或系统中的一个子系统有相反的需要。比如对于高空跳水，水必须是“硬”的以便支撑跳水者，但同时水又必须是“软”的，以减轻水对跳水者的冲击力，这就要求水在同一时间既是“硬”又是“软”，这两种状态就是物理冲突[4]；再比如希望侦察机以最快的速度飞离被侦查的地区，而不被敌人发现，但在侦查的地区上空又希望飞行的速度很慢，以便收集尽可能多的数据，要求侦查机在同一时间速度既要慢又要快，这两种状态就是物理冲突。表2.3是常见的物理冲突。表2.3常见的物理冲突几何类材料及能量类功能类长与短多与少喷射与卡住对称与不对称密度大与少推与拉平行与交叉导热率高与低冷与热厚与薄温度高与低快与慢圆与非圆时间长与短运动与静止锋利与钝粘度高与低强与弱窄与宽功率大与小软与硬平行与垂直摩擦系数大与小成本高与低和技术冲突相比，物理冲突是一个子系统的两种相反的技术要求，它是十分尖锐的冲突，但在产品设计中如果能确定出物理冲突，冲突是比较容易解决的。物理冲突不需要用专用的参数来表示，它可在对问题的详细分析的基础上直接确定。有时一个系统可能已确定存在技术冲突，那么可以通过对已存在的技术冲突的进一步分析来确定物理冲突。TRIZ理论通常采用分离原理来解决物理冲突。2.4技术冲突与物理冲突近年来，TRIZ专家对技术冲突和物理冲突进行了对比研究，结果表明两者之间存在一定的联系。往往技术冲突的存在隐含物理冲突的存在，有时物理冲突的解比技术冲突更容易。技术冲突总是涉及一个系统中的两个子系统、两个基本参数A和B，当A得到改善时，B就会变得更差。物理冲突仅涉及系统中的一个子系统或部件，而对该子系统和部件提出了相反的要求。例2-3波音公司在改进737飞机的设计时，需要将使用中的发动机改为功率更大的发动机。发动机的功率越大，它工作时需要的空气也就越多，发动机的机罩的直径就要增大。发动机的机罩直径增大，机罩离地面的距离就会相应的减少，而距离的减少是不被允许的【1】。在飞机的设计过程中出现的一个技术冲突为：即希望发动机吸入更多的空气，但又不希望发动机罩与地面的距离减少。该技术冲突可以转化为物理冲突：发动机罩的直径应该增加，以吸入更多的空气，但发动机罩的直径又不能增大，以不是路面与发动机罩的距离减小。3技术冲突解决原理从人类的诞生至今，人类就一直在不断的进行产品的创新设计。今天，一些设计人员与发明家已经积累了很多发明创造的经验。第一次工业革命以后，世界经济飞速发展，技术创新俨然已成为制造业企业之间市场竞争的焦点。为了系统的指导产品的技术创新，缩短产品的研发周期，提升产品的使用价值，一些研究人员开始总结前人发明创造的经验。通过对多个领域发明专利的研究分析，TRIZ研究人员发现，在以往不同领域的发明中所用到的规则并不多，不同时代的发明，不同领域的发明，这些规则被反复的采用。每一规则并不限定于一特定领域，而是融合了物理的、化学的和各工程领域的原理，适用于不同领域的发明创造。3.1发明原理由于抽象发明原理所用数据源的多样性及观察数据的随机性，最初的发明原理的列表是不完善和不完整的，为了不断完善发明原理列表，需要系统地研究专利信息，按创造力水平进行分析【1】。3.1.1发明原理简介在对全世界专利进行分析研究的基础上，G.S.Altshuller等提出了40条发明原理。实践证明这些原理对于指导设计人员的发明创造具有重要作用。表3.1所示为40条发明原理。表3.1发明原理序号名称序号名称序号名称序号名称1分割11预补偿21紧急行动31多孔材料2分离12等势性22变有害为有益32改变颜色3局部质量13反向23反馈33同质性4不对称14曲面化24中介物34抛弃与修复5合并15动态化25自服务35参数变化6多用性16未达到或超过的作用26复制36状态变化7套装17维数变化27低成本不耐用的物体代替昂贵耐用的物体37热膨胀8质量补偿18振动28机械系统的代替38加速强氧化9预加反作用19周期性作用29气动与液压结构39惰性环境10预操作20有效作用的连续性30柔性壳体或薄膜40复合材料以上这些发明原理都是通用的发明原理，不针对任何具体的领域，其表达方法是描述可能解的概念。比如说有36号发明原理建议采用状态变化的方法，那么问题的解就要涉及到从某种程度上改变待改进或待设计系统的物理状态。设计者根据建议使用的发明原理，提出系统的改进方案或设计方案，这将使问题得到迅速的解决，缩短产品的研发周期，提升产品的竞争力。另外，存在一些发明原理范围很宽，应用面很广，既可以应用于工程，又可以应用于管理、广告和市场等领域。表3.2列出了部分发明原理的内容。表3.2部分发明原理的内容序号名称发明内容1分割将一个物体分成相互独立的几个部分将物体分成容易组装及拆卸的部分增加物体相互独立部分的程度8质量补偿1)用一个能产生提升力的物体补偿第一个物体质量2)通过与环境相互作用产生空气动力或液体动力的方法补偿第一个物体的质量14曲面化将直线或平面部分用曲线或曲面代替，立方形用球形代替采用锟、球和螺旋用旋转运动代替直线运动，采用离心力24中介物使用中介勿传递某一物体或某一种中间过程将一容易移动的物体与另一物体暂时结合35参数变化1）改变物体的物理状态，即使物体在气态、液态、固态之间变化。2）改变物体的浓度与粘度。3）改变物体的柔性。4）改变温度。3.1.1发明原理的应用对称原理在机械设计中被广泛的采用，但实际上产品中的冲突很多都是由于对称引起的，因此TRIZ中提出将产品设计为不对称结构，可能会消除由于对称引起的技术冲突。例3-1改进的测试箱（图3.1）在腐蚀媒介中测量材料的强度时，需要精确记录材料失效的瞬间。附加的记录装置很复杂，并且成本高。建议使用不对称原理使测试箱自己记录失效的瞬间而不用附加的设备。将箱体的底部做成两个相互倾斜的平面，形成不对称结构。如果样品失效，箱体在下落负载重力的作用下会倾斜。这一瞬间很容易通过视觉记录，或用简单的传感器记录。这种设计简便而且可靠。图3.1改进的测试箱例3-2高速自动升降船（图3.2）普通船只安全性无法保障，有沉船的危险。采用质量补偿原理和气动和液压结构原理设计一种不沉高速自动升降船。它由船身、客货仓、驾驶仓、轮机仓、动力等组成，本发明的特征在于，船身底部通过支撑柱固定连接浮筒，浮筒内装有动力、升降平衡气囊、贮气筒，在浮筒内船身甲板底部和座椅下填装高浮力材料，在浮筒的内侧各装有平衡转向翼。本发明采用潜水式运行方式。船舶的制造由高强度、高载荷、高水密性而变为简易框架结构。大幅度提高了船舶的整体强度和安全性、可靠性，同时大幅度降低了船舶的制造成本，简化、优化了加工工艺。

图3.2高速自动化升降船产品设计中会尽量避免使用棱角，带有愣角的部件会增加自身的应力集中，使部件极易变形、破碎。采用曲面化原理就可以很好的解决这个问题。例3-3一种套筒扳手的套筒头（图3.3）用普通的套筒扳手拧紧或松开螺母、螺栓时，易使螺母或螺栓受力集中而产生变形，致使螺母或螺栓的拧紧或松开困难。采用曲面化原理将套筒扳手的套筒头制作成带多角槽的工作部分和带方形槽的传动部分。工作部分的多角槽中各相邻侧面间以一个向外凸的槽连接过渡，该外凸槽的横断面形状为圆弧形、椭圆形、双曲线和抛物线之一。本产品既方便拆卸和紧固已变形或报坏的螺母或螺栓等紧固件，又能延长套筒头本身的使用寿命，避免损坏紧固件。图3.3一种套筒扳手的套筒头3.2冲突矩阵在设计过程中如何选用发明原理以便产生创新解是一个具有现实意义的问题。经过与同伴多年的研究、分析和比较，最后Altshuller提出了冲突矩阵，该矩阵将描述技术冲突的39个工程参数与40条发明原理建立了对应关系，很好的解决了设计过程中选择发明原理的难题。3.2.1冲突矩阵的组成将39个工程参数与40条发明原理建立起对应关系，形成一个冲突矩阵。冲突矩阵的第一行是需要改进的39个技术参数，即恶化参数；矩阵的第一列为引起恶化的39个技术参数，即优化参数【2】。冲突矩阵的行与列交叉就形成了系统的技术冲突，在矩阵交叉的方格里，列写了TRIZ推荐使用的发明原理的符号。表3.3为冲突解决矩阵。表3.3冲突解决矩阵NO.1NO.2NO.3…NO.39NO.115,8,29,3435,3,24,37NO.21,28,25,35…NO.3828,26,18,35…14,13,17,285,12,35,26NO.3935,26,24,3728,27,15,318,4,28,3810,26,34,31应用冲突解决矩阵的过程为：首先将要解决的问题用其所在的工程领域的特定参数表示，然后将参数一般化，在39个标准工程参数中，确定使产品某一方面质量恶化及改善的工程参数A和B的序号。之后将参数A、B的序号从第一行和第一列中选取对应的序号，最后在两序号对应的行与列的交叉处确定元素，该元素所给出的数字为推荐采用的发明原理的序号[2]。比如说希望降低和改善的工程参数分别为NO.3和NO.38，则在行与列交叉处找到对应的矩阵元素，该元素中数字14,13,28,38为推荐的发明原理的序号。3.2.2技术冲突问题解决过程当在实际问题中确认了一个技术冲突后，首先要用该问题所在的具体领域的标准术语表示出现有的冲突,随后，要将冲突描述成一般术语，然后在TRIZ理论所给的39个工程参数中选择2个,至此，就可以在冲突问题解决矩阵中找到所适应的发明原理【1】。发明原理的作用是指给用户改进系统的方向，并没有给出对改进方案的深入探讨。因此，在改进的过程中，对问题进行深入的探索是必须的。结合实际要求和制造的经济性，权衡比较各个发明原理之后，找出最适合问题的特定解。图3.1为问题求解的全过程。一般问题一般问题特定问题特定解一般解40条通用发明原理联系实际，找出具体解39个通用工程参数图3.1技术冲突解决的过程技术冲突解决原理具体化为以下这些步骤：首先确定待设计系统的功能，对待设计系统的现状进行描述，设计者针对一个具体的问题，当确认它是属于技术冲突之后，确定系统应该改善和消除的特性，将冲突用其所在领域的特定术语表示，然后将问题涉及的参数用39个特征参数进行描述。在冲突矩阵中由冲突双方确定相应的矩阵元素，找到可用的发明原理，将确定的发明原理应用于实际问题，找到、评价和完善概念设计及后续设计。通常给出的发明原理的个数会多于一个，这表明前人已经运用这几种发明原理解决了所选择的技术冲突【2】。发明原理排除了许多解的方向，为设计者指明了研究方向。对于给定的每一条发明原理都要尽可能的应用到待解决的问题当中。分析、比较各种发明原理，进行可行性评估后找到最优解。假如所有给定的解都不能满足要求，则对技术冲突重新进行定义，然后再再在冲突问题矩阵中找到相应的发明原理，重复上述过程。4．技术冲突模块软件的实现在产品开发的全生命周期中，概念设计是最具有创新性的阶段。概念设计首先要确定待设计系统的功能，之后确定实现该功能的效应，最后确定作用原理。概念设计的质量直接决定产品的最终质量。目前计算机辅助技术主要是针对产品开发全生命周期的中下游，而对于上游的概念设计的支持很弱，长期以来，概念设计主要取决于设计师的经验和灵感，设计效率低下，设计结果具有很大的偶然性，然而，概念设计应该可以在计算机辅助智能化设计和专家系统技术的基础上得到充分发展，这就要求大力开展计算机辅助概念设计理论和方法的研究，开发具有实用价值的计算机辅助概念设计系统[5]。自TRIZ理论提出后，一批科研工作者就致力于将传统的TRIZ理论与现代的计算机技术相结合，开发计算机辅助创新设计软件。目前，国际上已开发出的软件系统很多。但是，基于对知识产权等方面的保护，对这一类软件核心内容的介绍相当的有限，在国内开展这一方面的研究有着及其重要的意义。本文基于TRIZ的技术冲突解决矩阵原理，以VisualBasic++和MicrosoftAccess为工具，重点开发了计算机辅助创新设计系统冲突矩阵模块。4.1软件开发过程软件开发首先该对软件的需求进行研究，进而确定软件各部分的设计，编写代码。如图4.1所示为软件开发流程图，左面是软件形成的过程，右面是测试及投入运行的过程。需求需求系统分析规格说明系统设计结构编码模块测试软件运行系统测试图4.1开发软件的过程系统分析:分析阶段定义了系统将要实现的功能。明确系统各个部分之间的联系。设计阶段:设计阶段决定了如何实现系统的功能，设计者通过尝试多种设计方法找到最合理，最适合用户使用的系统。。编码阶段:应用面向对象的VisualBasic语言编制软件系统。模块测试:测试所开发系统的每一个模块是否能够正常运行，实现预定功能。系统测试:软件开发设计完毕后，测试所开发软件系统是否满足规格说明的要求。软件运行:将软件方在实际应用环境中应用。4.2算机辅助产品创新设计系统概述4．2.1开发软件的系统结构基于TRIZ冲突解决原理构建的计算机辅助创新软件系统分为：数据库系统和操作系统两大模块区域。数据库系统包括实例库、冲突解决矩阵库和发明原理介绍库，它是整个软件的核心部分，整个操作系统都围绕着数据库系统展开；操作系统是用户使用的界面，应用其系统中的各个模块，解决实际问题。数据库是软件系统的底层数据源，操作系统负责与其进行数据交换。软件系统的结构如图4.2所示。用户人机交互界面问题定义模块冲突模块用户人机交互界面问题定义模块冲突模块发明原理及实例库图4.2软件系统的结构4.2.2基于开发软件的创新流程在基于TRIZ理论的计算机辅助创新系统中，本文着重构造了其中的技术冲突模块。在此模块中，产品设计人员可以根据所开发的系统，找到发明原理，求得最优解。根据下图4.3所示的软件的实现流程，用VisualBasic++来实现。其具体步骤如下：1）准备阶段：对工程实例进行研究，明确要改进的系统的目前具体功能，和改进后系统的功能。2）对问题进行冲突定义：进入系统后，在冲突定义模块中，对待改进系统进行问题描述，对现有方案和方案的优缺点进行描述，明确系统存在的冲突。3）利用冲突矩阵，找到发明原理：先将具体的问题冲突描述成一般的问题冲突，然后将这对冲突用给定的39个标准工程参数中的2个来表达。并在系统界面的优化的工程参数和恶化的工程参数的下拉框中选择对应的参数，确认后系统就会很快在界面上显示解决冲突所用的原理序号及名称，点击其中的任何一个原理都会在界面中出现对该原理的解释和对应的工程实例。4）分析、评估找到最优解：通常给定的发明原理会多于一个，尽量将每一个给定的原理都应用在发明创造中，然后分析、比较各种发明原理，结合实际，进行可行性评估后找到最优解。假如所有给定的解都不能满足要求，则对该系统的冲突重新进行定义，然后再在冲突问题矩阵中找到相应的发明原理，重复上述过程。准备准备主界面选择恶化参数选择优化参数对应原理对应工程实例一般解满意结束 否 是 图4.3软件实现流程4.3计算机辅助产品创新设计系统的关键技术4.3.1面向对象的程序设计面向对象的程序设计技术尽可能地模拟人类习惯的思维方式，开发软件的方法和过程尽可能地接近人类认识世界、解决问题的方法与过程。采用面向对象的程序分析和设计技术开发的软件系统稳定性、可重用性和可维护性都很好。VisualBasic是由美国Microsoft公司推出的，专门针对32位的Windows操作系统的程序设计语言。经过20多年的发展历程，目前VisualBasic至少包含了数百条语句、函数及关键词。专业人员可以用VisualBasic实现其他任何Windows编程语言的功能，初学者只要掌握几个关键词，就可以建立实用的应用程序。VisualBasic简单易学，很适合那些无软件基础的人学习。在可视化编程上，VisualBasic俨然已经成为新一代程序设计语言的杰出代表之一。与传统的程序设计语言相比，VisualBasic在很多方面都有重要的变革，其基本特点如下：1）提供了好学易用的应用程序集成开发环境2）面向用户的可视化实际工具3）事件驱动的编程机制4）结构化的程序设计语言5）支持多种数据库反访问系统6）OLE和Active技术的应用7）增强的网络功能8）多个应用程序向导9）完备的联机帮助系统本文主要应用了VisualBasic的可视化实际工具规划制作了系统的主界面，使系统界面整洁，安排合理，应用其画图编程语言，编出小的界面程序，使系统更加的美观。研究了VisualBasic的编程语言，并且利用其支持多种数据库访问系统的技术，编写程序语言，实现系统与Access数据库之间的数据交换，实现了基于TRIZ技术冲突解决原理的系统的主要功能。4.3.2数据库的设计MicrosoftAccess是一种关系型数据库，由微软发布的关联式数据库管理系统。它结合了MicrosoftJetDatabaseEngine和图形用户界面两项特点，相对其他的大型数据库而言，Access数据库具有小巧灵活、使用方便的特点；与同等类型的中小型数据库相比，Access数据库体现了其强大功能和优异的编码接口。本软件系统的数据库设计主要是基于TRIZ理论分析问题的一般流程，由于在软件设计时，对数据库的应用主要体现在对数据库中内容的读取与存储上，故在此仅使用到了数据库的表对象。本系统的数据库系统主要包括以下几部分：冲突定义表；发明原理表；实例表；方案表。1）冲突矩阵表用户在确定待设计或改进的系统的冲突后，就可以利用冲突矩阵找到建议的发明原理序号，冲突矩阵为用户指明了设计方向。数据库中冲突矩阵表设计为二维表，Id_no代表优化参数的序号，NO代表恶化的参数，横竖排交叉处即为发明原理。其结构如表4.1所示。表4.1冲突矩阵表设计字段名称数据类型字段长度是否主键Id_no自动编号是参数名称文本50否NO1文本50否NO2文本50否……NO30文本50否2）发明原理表冲突矩阵表只是帮助用户找到了适用的发明原理的序号，并没有向用户介绍发明原理的内容。在发明原理表中进一步介绍了序号对应的发明原理名称和发明原理的内容。其结构如表4.2所示。表4.2发明原理表设计字段名称数据类型字段长度是否主键编号自动编号是发明原理文本50否原理介绍备注否3）实例表在实例表中，列出了每一条发明原理对应的工程实例，并且对工程实例进行了详细的解释（包括文字和图片），为用户利用发明原理解决实际问题提供了模板。其结构如表4.3所示。表4.3实例表设计字段名称数据类型字段长度是否主键编号自动编号是适用的发明原理文本50否实例名称文本50否实例介绍备注否图片OLE对象否4）方案表当用户要解决一个问题时，在冲突定义中要对其进行描述，因此，在数据库中设计了方案表。在方案表中，储存了用户对问题的问题描述、方案优点、方案缺点等一些参数，管理员可以通过整理方案，提炼出好的工程实例，以充实实例表。由于在系统刚刚建立还未参与使用时，没有具体的描述，以此，建立之初方案表中并无记录。方案表的结构如表4.4所示。表4.4方案表字段名称字段名称字段长度是否主键问题描述文本50否现有方案文本50否方案优点文本50否方案缺点文本50否优化参数文本50否恶化参数文本50否4.4系统各模块的设计与代码的编译开发基于TRIZ冲突解决原理的计算机辅助产品创新设计系统顺应了TRIZ的发展趋势，其目的是要利用TRIZ技术冲突解决原理来解决技术冲突。本系统设计了四个模块，分别为：TRIZ简介；冲突定义；冲突矩阵；实例添加。其中前三个模块实现了发明原理的查找和实例简介，帮助用户有效的解决了问题。第四个模块实现对了实例库的更新。4.4.1TRIZ简介模块打开冲突问题解决系统，即登录了TRIZ简介模块。在此，将这一模块设计为两部分，一部分简单的介绍了TRIZ的基本概念，常用的使用工具，另一部分，概要的描述了应用技术冲突解决原理解决问题的流程。这样就使得不了解TRIZ的用户在利用TRIZ解决问题之前对其有大致的了解，明确解决问题的思路。TRIZ简介模块如图4.4所示。图4.4TRIZ简介模块该界面仅仅是用户登录后供用户阅读，并不支持用户的任何操作，因此该界面没有重要的程序代码。4.4.2冲突定义模块在实际生活中，产品设计人员在发现产品存在缺陷时，往往对产品拥有的可用资源、约束等还不是特别的清晰，冲突定义模块引导用户对现有的方案进行解析，导出方案的优点和缺点，找到待设计系统中存在的冲突。如图4.5所示为冲突定义模块。图4.5冲突定义模块在此模块中当用户对待设计或待改进的系统描述完毕后，系统会将该描述存入后台数据库的方案表中。这样管理员可以定时查看数据库，从中提炼出好的工程实例，以充实实例库。将描述存入数据库的部分代码如下：rs.AddNew/添加新的描述rs("fams")=Trim(Text1.Text)将文本框中的文字写入对应表的字段下rs("xyfa")=Trim(Text2.Text)rs("faqd")=Trim(Text3.Text)rs("fayd")=Trim(Text4.Text)rs("yhcs")=Trim(Text5.Text)rs("ehcs")=Trim(Text6.Text)rs.Update/更新表MsgBox"描述添加成功！",vbOKOnly+vbInformation,"提示"4.4.3冲突矩阵模块当确定了待设计方案的冲突后，就可以进入冲突矩阵界面，在优化参数和恶化参数中分别选择对应的标准工程参数，系统很快就会在界面上显示解决技术冲突建议使用的发明原理序号。在发明原理对应的下拉列表中选择任意一个发明原理序号，都会在界面中出现该原理的名称、对该原理的解释和该原理对应的工程实例名称。点击任意一个工程实例名称就会在界面指定位置出现对实例的介绍（包括文字和图象），给用户以实例参考，使用户更容易的应用发明原理解决问题。该模块的流程如图4.6所示。优化参数优化参数恶化参数发明原理序号原理名称原理简介实例名称实例简介实例图片 图4.6冲突矩阵模块流程图依据此流程，设计了冲突矩阵模块，其界面如图4.7所示。图4.7冲突矩阵模块冲突矩阵模块是本操作系统的重点，系统主要的查询功能都在此界面实现的。以下为部分代码。在chongtujuzhen表中查找原理:id1=ComboBoxyouhuacanshu.ItemData(ComboBoxehuacanshu.ListIndex)id2=ComboBoxehuacanshu.ItemData(ComboBoxyouhuacanshu.ListIndex)/使列表框中的每个数据项都与一个指定编号相联系，然后在程序中使用这些编号来标识列表中的各个数据项sql="select*fromchongtujuzhenwhereid_no="&id1rs.Opensql,cn/打开数据库txtbes=Trim(rs.Fields(id2+1))/提取字段中的值IfNotIsNull(txtbes)ThenTextfamingyuanli.Text=txtbes/将提取的值赋给指定文本框ElseTextfamingyuanli.Text=""EndIfrs.CloseEndSub查找实例，输出图片的部分代码：DimsqlAsStringDimid,shilijieshao,X/定义变量id=ComboBoxshili.List(ComboBoxshili.ListIndex)sql="select*fromshiliwhereshiliname='"&id&"'"/查找实例表中对应发明原理序号的实例rs.Opensql,cnshilijieshao=rs.Fields("shilijieshao")X=rs.Fields("pc")/将图片赋值给XIfNotIsNull(shilijieshao)ThenLblsljs.Caption=shilijieshaoElseLblsljs.Caption=""EndIfImage1.Picture=LoadPicture(X)/将X中的图片写入Image1中4.4.4实例添加模块由于管理员个人知识的有限，如果数据库中的实例仅仅依靠管理员一人收集，可能会使实例库中的实例局限在几个领域中。实例添加模块允许用户在有好的实例的情况下，可以不经过数据库管理员，直接通过系统界面将实例输入数据库中，从而扩大实例的涉及面。实例添加模块如图4.8所示。图4.8实例添加窗体实例添加窗口主要代码：Setcn=NewADODB.Connectioncn.Open"Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;"&"DataSource="&App.Path&"\TRIZ.mdb"/连接当前文件夹下的Access类型数据库TRIZsql="select*fromshiliwhereshiliname='"&Trim(Textname.Text)&"'"Setrs=NewADODB.Recordsetrs.Opensql,cn,adOpenForwardOnly,adLockOptimisticIfrs.EOFThen/判断是否到达数据表末尾，如果到达则记录集为空，没有重复的实例名rs.AddNew/添加实例rs("shiliname")=Trim(Textname.Text)rs("id_no")=Trim(Textxuhao.Text)rs("shilijieshao")=Trim(Textjieshao.Text)rs.UpdateMsgBox"记录添加成功!",vbOKOnly+vbInformation,"提示"4.5应用实例：汽车气囊的设计计算机辅助产品创新设计系统，将TRIZ创新理论与计算机软件相结合，有效的解决了产品的冲突问题，进而找到创新解。下面就以汽车的安全气囊存在的冲突为例，来演示系统的功能。实际生活中，产品设计人员在发现产品存在缺陷时，往往对产品拥有的资源、约束等还不是特别的清晰，当用户进入系统冲突定义模块时，首先引导用户对现有的方案问题进行解析，从而导出方案中的冲突。针对汽车气囊的设计，用户首先要对问题进行描述：减少气囊功率，使膨胀速度减慢，可以保护身材矮小的乘客和司机；但汽车在高速运行时，一旦汽车发生碰撞，所有的司机与乘客都会高速向前倒，可能会碰到方向盘等汽车部件而受到伤害。然后进一步描述现有方案：减少安全气囊的功率。总结方案的优缺点，优点是减少气囊的功率，减少司机所受的伤害；缺点是汽车发生碰撞时由于气囊未能及时膨胀将会带来更多的伤害。提炼出技术冲突，并将冲突一般化。冲突定义的界面如图4.9。图4.9冲突定义界面3）当确定了待设计方案的冲突后，就可以进入冲突矩阵界面，在优化参数和恶化参数中分别选择“运动物体作用的时间”和“物体产生的有害因素”，系统很快就会在界面上显示解决技术冲突建议使用的发明原理序号：21、39、16、22；点击每一个发明原理序号，都会在界面中出现该原理的名称、对该原理的解释和该原理对应的工程实例名称,点击工程实例名称就会出现对实例的介绍（包括文字和图象）。如图4.10冲突矩阵界面图4.10冲突矩阵界面3）用户可以根据提供的发明原理找到解决问题的方案，例如使用NO.39惰性气体时，分析汽