1 引言
產(chǎn)品創(chuàng)新是制造業(yè)在市場競爭中取勝的關(guān)鍵。如果把產(chǎn)品設(shè)計分為產(chǎn)品定義、概念設(shè)計、技術(shù)設(shè)計及詳細(xì)設(shè)計幾個階段，而概念設(shè)計則是與創(chuàng)新緊密相關(guān)的一個階段，是
產(chǎn)品開發(fā)過程中最重要的環(huán)節(jié)之一，是制造業(yè)的靈魂。產(chǎn)品的功能、造型、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、成本以及可制造性、可維修性、報廢后的處理以及人-機(jī)(產(chǎn)品)-環(huán)境關(guān)系等等，原則上都是在產(chǎn)品的設(shè)計階段確定的。據(jù)統(tǒng)計，產(chǎn)品生命周期成本的80%~90%是由設(shè)計階段最早的10%~20%環(huán)節(jié)決定的。產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的能力已成為決定企業(yè)乃至國家在全球化競爭中地位的首要因素。
所謂創(chuàng)新是指新的可行解或概念，該解或概念與已有的解或概念相比應(yīng)具有明顯的競爭優(yōu)勢。為此，創(chuàng)新需要打破思維定勢、跨領(lǐng)域綜合運用各學(xué)科知識解決問題，需要為工程師從事產(chǎn)品創(chuàng)新提供可操作性的方法，給出解決問題的原理和方向。
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TRIZ理論
TRIZ理論是“創(chuàng)造性解決問題的方法”的俄文簡稱，英文簡稱“TIPS”。該理論是前蘇聯(lián)G.S.Altshuller等人從1946年開始在研究大量專利產(chǎn)品的基礎(chǔ)上提出的。經(jīng)過50多年的發(fā)展,TRIZ已經(jīng)形成了一套較為完整的理論體系和工具。
TRIZ理論認(rèn)為創(chuàng)造性地解決的問題是指包含至少一個矛盾的問題。當(dāng)技術(shù)系統(tǒng)某個特性或參數(shù)得到改善時，常常會引起另外的特性或參數(shù)劣化、該矛盾稱為“技術(shù)矛盾”。
為了解決由參數(shù)變化引起的技術(shù)矛盾，Altshuller從他所研究的4萬個專利解決方法中發(fā)現(xiàn)只有39個參數(shù)改進(jìn)或劣化，每個問題可以描述為39個參數(shù)中任意2個參數(shù)間的沖突，過去的許多專利從不同領(lǐng)域多次重復(fù)地解決了這些矛盾，Altshuller根據(jù)這些解決方法總結(jié)了40條創(chuàng)新原理(見表1)用于解決這些矛盾。他把39個參數(shù)作為改善參數(shù)和劣化參數(shù)并分別作為一張表的行和列，由此組成了一個39x39矛盾矩陣(見表2)，并為行列交叉點形成的每個矛盾提供了最常用的創(chuàng)新原則。但值得注意的是并不是每個參數(shù)都構(gòu)成矛盾。解決技術(shù)矛盾的過程見圖1。
3 工程實例
實例：波音737發(fā)動機(jī)引擎罩的創(chuàng)新設(shè)計。波音公司在開發(fā)737的改進(jìn)型飛機(jī)時，為了提高飛機(jī)的飛行速度，要用功率更大的引擎代替原有的引擎。但引擎的功率越大，就需要有更多的空氣，于是飛機(jī)引擎罩的直徑就必須增大，而增大的引擎罩離地面的距離也就更近了，由此產(chǎn)生了技術(shù)矛盾。
在此，需要改進(jìn)的參數(shù)是參數(shù)9——速度，對應(yīng)于矛盾矩陣表中是第10行；同時發(fā)生惡化的參數(shù)是參數(shù)4——靜止物體的體積，對應(yīng)于矛盾矩陣表中是第5列。根據(jù)矛盾矩陣表推薦的發(fā)明原理為原理29、原理4、原理38和原理34。根據(jù)發(fā)明原理4——對稱性原理提出了如下解決方法：
(1)改變引擎罩的形狀，或?qū)ΨQ改為不對稱；
(2)增加引擎罩不對稱的程度。該問題的最終解決方案是增加引擎罩的直徑，并且將其底部改成平面，從而使引擎罩遠(yuǎn)離地面。
4 計算機(jī)輔助創(chuàng)新(CAI)
基于TRIZ理論的計算機(jī)輔助創(chuàng)新CAI(Computer Aided Innovation)軟件在發(fā)達(dá)國家的企業(yè)，特別是大企業(yè)應(yīng)用效果較好，已成為CAI軟件開發(fā)的一個熱點。在美國，基于TRIZ理論方法的計算機(jī)軟件也陸續(xù)開發(fā)出來，主要有Innovation Machine公司的TechOptimizer和Ideation International公司的Innovation Workbench(IWB)等。在歐美國家計算機(jī)輔助創(chuàng)新技術(shù)得到越來越廣泛的研究和應(yīng)用，一些著名的公司GE、Motorala、Ford、HP、GM、IBM等都已開始使用計算機(jī)輔助創(chuàng)新技術(shù)解決工程技術(shù)問題，并使之成為企業(yè)、尖端技術(shù)領(lǐng)域解決技術(shù)難題和實現(xiàn)創(chuàng)新的有效工具。新的軟件還在不斷出現(xiàn)，這些軟件使TRIZ中的概念、原理、工具與知識庫緊密結(jié)合，應(yīng)用這些軟件設(shè)計者能充分利用優(yōu)秀的工程設(shè)計實例，為正在開發(fā)中的產(chǎn)品提供設(shè)計參考，使設(shè)計快速、有效、高質(zhì)量地完成。
基于TRIZ理論的CAI軟件Invention Tool 2.0已在國內(nèi)開發(fā)成功。該軟件主要包括發(fā)明原理、技術(shù)進(jìn)化及效應(yīng)3個模塊，以及與之對應(yīng)的3個工程實例庫。操作者首先根據(jù)已確定的沖突在“搜索引擎”處選定表示沖突雙方的兩個標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)；之后軟件自動顯示可用的發(fā)明原理；然后設(shè)計者選定原理，軟件解釋該原理的意義，同時顯示與該原理對應(yīng)的若干工程實例；最后設(shè)計者選擇實例序號，軟件顯示工程實例的工作原理簡圖并解釋該圖。對應(yīng)于每一條發(fā)明原理，有若干個工程實例，可通過瀏覽及研究這些實例，將一些特性傳遞給所從事的產(chǎn)品設(shè)計，提出創(chuàng)新的原始構(gòu)思。
5 TRIZ技術(shù)的推廣策略
在進(jìn)一步推廣應(yīng)用TRIZ方法上，日本的中川提出了一套“ 慢而穩(wěn)”的TRIZ企業(yè)引進(jìn)策略：
(1)培養(yǎng)企業(yè)TRIZ帶頭人。
(2)充分應(yīng)用企業(yè)外部TRIZ資源。
(3)方法學(xué)的選擇與學(xué)習(xí)。
(4)軟件工具的嘗試使用。
(5)TRIZ知識的傳播與實踐。
(6)建立更廣、更健全的TRIZ實施環(huán)境
這套在日本行之有效的方法，筆者認(rèn)為同樣也適合于我國的裝備制造業(yè)。
6 結(jié)束語
裝備制造業(yè)是我國工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，但還存在著產(chǎn)品老化、技術(shù)創(chuàng)新能力不足等情況，關(guān)鍵是缺乏快速響應(yīng)市場的新產(chǎn)品開發(fā)及制造技術(shù)創(chuàng)新的能力，迫切需要獲得新產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的支持。而TRIZ理論和基于TRIZ理論的計算機(jī)輔助創(chuàng)新技術(shù)的研究和應(yīng)用順應(yīng)了我國制造業(yè)發(fā)展的技術(shù)需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。