沈元元，叶 松
九江职业技术学院，江西九江 332000
基于TRIZ理论的机械产品创新设计研究
沈元元，叶 松
九江职业技术学院，江西九江 332000
在分析TRIZ的发明问题、解决问题理论基础之上，结合实际应用，探讨了实际设计案例应用，利用TRIZ思想应用在自行车刹车装置的设计中，希望能对于工业设计的理论工作者会有所帮助。
TRIZ理论；机械产品设计；创新设计；理论应用
创新能力的核心问题就是进行创新思维能力的培养，相比于西方发达国家，我们在知识、技术创新、工业化发展水平方面，还具有较大的差距。所以，只有依靠不断的创新，才能保证进一步缩短发达国家和中国之间的差距，使得中华民族能够再次腾飞于世界之林，这就需要提升人民群众的创新能力。中华民族应该全力发挥其自身的创新精神，不断地对于知识、技术的发展进行探索。创新在我国党和国家领导人中的报告中多次进行强调，所以，对于青年一代，更应该不断探索，充分重视创造力的训练和培养。
1 TRIZ：发明问题、解决问题理论
在具体的产品创新设计环节，设计理论、方法具有重要特殊作用，世界很多国家都在从事这方面的研究工作，并且探讨了多方面的设计方法理论。对于技术系统进化原理来说，则是表现为发现问题解决理论的核心内容，根据这一原理的具体要求，可以看出，技术系统则一直体现出进化的特点，要想保证进化不断推进，就应该有效解决冲突问题。可以看出，进化速度则是随着技术系统的冲突问题的有效解决，而变得进一步降低，要想能够让进化速度产生一定的突变效果，就应该有效地对于阻碍其进化的深层次冲突进行完全的处理解决[1-2]。
1.1 TRIZ概述、定义
Theory of Inventive Problem Solving则是TRIZ的英文表达，一般也称作TIPS，这也是属于发明问题的解决理论范畴。其主要是由前苏联的学者Genrich. S. Altshuller等人所提出，则是在经过分析世界上250万多件具有高水平的发明专利的基础上，得到了有效理论，通过深入的分析和思考，能够有效对于发明创造解决技术问题中的相关40个基本的法则和原理。这种理论体系结构，能够有效保证技术问题的解决，实现各种方法的创新，涉及到一系列的40个法则和原理。
一般来说，关于TRIZ的统一的定义，则是由着名的专家学者Savransky博士所给出，所谓的TRIZ系统，则是基于知识体系结构，面向发明人的有效解决问题的系统方法学，具体包括以下几个方面的内容[3]。
第一，TRIZ是基于知识的方法。主要表现在，TRIZ系统大量采用了相关在自然科学以及工程学的中效应知识；TRIZ系统则是能够体现发明问题来进行启发式方法解决的知识；TRIZ系统则是有效进行出现问题领域的知识。
第二，TRIZ是面向人的方法。在应用TRIZ系统中，启发式的方法的对象则是设计者，而并不是机器。通过TRIZ理论，能够有效将系统进行分解处理，分解成为多个子系统，有效地对于有害、有益的功能进行区分和实践，这样的分解过程则是受到环境以及问题的影响，具有较强的随机性的特点。在这样的条件下，设计者能够快速有效地应用到具体的设计过程中。
第三，TRIZ是系统化的方法，具体表现在：一是，在TRIZ系统中，在具体的问题分析过程中，主要应用详细且通用的模型，应该充分重视该模型中间题的系统化知识；二是，对于解决问题的过程进行分析，可以看出，这是一个系统化的，能够方便对于已经掌握知识的应用的过程。
第四，TRIZ是发明问题解决理论，具体表现在：一是，虚构的理解可以有效代替未知所需要的情况；二是，通过对于设计中的冲突的有效解决，获得创新解，但是，冲突中的某些步骤则是不清楚的；三是，利用有效的环境或系统本身的资源可以得到一般情况下的理想解；四是，利用已知的系统进化趋势能够有效推断一般情况下的理想解。
1.2 TRIZ的研究内容
TRIZ则是一种有效的方法学，能够保证对于新设计、设计改进以及二次设计的设计者，提供有效的过程模型、方法、以及具体的工具。
1.3 发明问题解决理论
利用有效的科学思维方式，TRIZ系统能够利用一系列工具[4]，第一步，把特定抽象问题进行有效转换，能够变为一般意义上的标准或者一般性的问题，第二步，利用标准方式进行求解，第三步，得到特定的有效解。
2 实际设计案例应用——自行车刹车装置的设计
在实际应用中，自行车的刹车装置很多，用来减慢或者阻止自行车速度。从方便或者经济角度进行考虑，一般来说，杠杆式以及卡钳式的刹车较为常见，在操作者按压下手柄的过程中，就能让刹车装置卡住自行车边缘，这种装置主要是依靠安装在刹车构架中的两块橡胶皮的作用，其主要是相对地在轮缘的两侧，通过轮缘接触刹车片，利用摩擦力而达到刹车的效果。
对于自行车刹车过程来说，设计标准则是干燥的地面或者是潮湿的地面。所以，应该通过有效设计，能够适应于任意天气的要求，能有效实现安全行驶的刹车功能。为了解决自行车刹车问题适用于任何天气情况，可以从两个方面进行思考。一是，刹车装置则是由一种条件下的材料制成，能满足干燥的条件，或者能满足潮湿的条件，需要使用者在不同的天气下进行刹车装置的更换；二是，如果轮缘被水膜或者沙砾覆盖的情况，则会在不同的条件下（干或湿）产生不同的性能。因此，对于这个问题的分析，要想解决核心问题并不容易，可以有效利用TRIZ来解决系统矛盾。
对于解决含有矛盾问题的方法，经过整理，可以进行如下的简单陈述：1）进行相应的刹车装置的调整或者置换处理，能够提高潮湿或者干燥条件下的可靠性能，但是，使用存在一定的不方便性；2）通过有效的技术参数的调整工作，能够提升刹车、轮缘的稳定性。
所以，这样就可以得到相应的概念设计。根据系统要求，类似于“复合材料”和“媒介”的概念去解决问题。对于“复合材料”来说，则是把均匀性的材料用复合性质的材料进行替代；对于“媒介”来说，则是利用有效的中间物体来实现功能的转移，短时间内，实现物体同另外一个容易移除的物体相联。
在此基础上，提出了一种分离式的刹车结构设计方面，也就是具体的复合材料原理的表现。能够有效地解决“可靠性/方便性”矛盾的问题，通过有效组合，变得到了较为合理的理想设计。具体的原理如下：在刹车的前端安装一个能够进行移动的软橡胶，利用弹簧能够进行倾斜度的调节问题。保证轮缘和移动橡胶的面具有一定的预设距离。在进行刹车的情况下，保证移动橡胶能够首先接触到轮缘，能够有效地把尘土、水膜、沙砾进行抹去。这样的基础上，刹车皮接触轮缘能够实现在任何天气条件下的效果。所以，这就是利用TRIZ系统，有效解决其中的矛盾。
3 结论
创新能力的核心问题就是培养创造思维的能力，在进行产品创新的过程中，往往都是在产品的概念设计阶段，这就要求具有有竞争力、崭新思维的工作原理。根据相应的设计理论有缺点的分析和探究，在研究全世界专利的基础上所提出的TRIZ系统理论，具有较强的实用性和可操作性。对于工业设计的理论工作者来说，应该尽快掌握TRIZ系统，并在企业中国进行有效的推广应用，保证其在我国企业产品创新中发挥更大的作用。
[1]周建军，李明富，陈木胜.TRIZ、VE及在创新设计中的应用[J].锻压装备与制造技术，2009，44（5）.
[2]路鑫，黄维，王子灏.现代机械设计中创新设计TRIZ理论的应用[J].科协论坛（下半月），2013（12）.
[3]崔福霞.创新设计（TRIZ理论）在机械设计中的应用[J].大众科技，2010（2）.
TH11
A
1674-6708（2015）145-0117-01
