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設計方法

問題解決法
by

betty liu

on 10 December 2012

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Transcript of 設計方法

The End_ 設計方法_ 問題解決法_ ● RIZ是俄文Theoria Resheneyva Isobretatelskehuh Zadach,英文為Theory for
Solving Inventive Problems,創意問題解決理論的縮寫。

● 於問題的分析理論和方法體系,包括三個組成部分: 技術系統進化法則(八大進化法則) 針對技術系統進化演變規律,在大量專利分析的基礎上TRIZ理論總結提煉出八個基本進化法則。利用這些進化法則,可以分析確認當前品的技術態,並在不同的工程領域預測技術發展趨勢以及未來發展的可能態,開發富有競爭力的新品。 (一)分割原則 1. 將物體分成獨立的部分。

2. 使物體成為可拆卸的。

3. 增加物體的分割程度。 (十五)動態原則 1. 物體(或外部介質)的特性的變化應當在一工作
階段都是最佳的。

2. 將物體分成彼此相對移動的幾個部分。

3. 使不動的物體成為動的 Catalogue_ TRIZ理論主要容 什麼是TRIZ理論? TRIZ的含義是發明問題解決理論由前蘇聯發明家阿利赫樹列爾(G. S. Altshuller)在1946年創立的, Altshuller也被尊稱為TRIZ之父。
Altshuller發現任何領域的品改進、技術的變革、創新和生物系統一樣,是有規律可循的。人們如果掌握了這些規律,就能能動地進行Product設計並能預測品的未來趨勢。
TRIZ中的發明原理是由專門研究人員對不同領域的已有創新成果進行分析、總結,得到的具有普遍意義的經驗當找到確定的發明原理以後,就可以根據這些發明原理來考慮具體的解決方案。 組員_ 陳璽揚 張莉 朱家萱 李建賢 侯語婕 李奇燁 劉宜婷 1-1 什麼是TRIZ理論?
1-2 TRIZ理論核心思想和基本特征
1-3 TRIZ解決問題的過程
1-4 TRIZ理論的基本哲理
2-1 TRIZ理論主要内容
2-2 TRIZ理論的創新設計問題解決工具
2-3 産品進化理論
2-4 衝突解決原理
2-5 物質—場分析標準解
2-6 效應
3-1 ARIZ :發明問題解決演算法
3-2 常規問題與發明問題
4-1 40種基本措施
5-1 TRIZ理論的特點和優勢
5-2 TRIZ的應用
5-3 TRIZ理論的實踐意義 TRIZ 理論核心思想和基本特征 現代TRIZ理論的核心思想主要體現在三個方面。
核心技術的發展都是遵循著客觀的規律發展演變
各種技術難題、衝突和矛盾的不斷解決是推動這種進化過程的動力。
技術系統發展的理想態是用儘量少的資源實現儘量多的功能。 1.TRIZ是科技起源和科技發展之理論。 2.TRIZ是一種可克服心理慣性(psychological inertia)之技術。 3.TRIZ是一種為了分析、公式化和解決創意問題(inventive problems)之技術。 4.TRIZ可指出結合各種科技知識及設計理念形成之品功能之未來發展方向。 TRIZ 的四個特性 常規問題與發明問題 問題提出 技術矛盾 矛盾矩陣展開 物理矛盾 類比思考 問題解答 類比思考 矛盾分離 1 2 TRIZ矛盾解決流程圖 TRIZ理論的基本哲理 1. 所有的工程系統服從相同的發展規則。這一規則可以用來研究創造發明問題的有效解,也可用來評價與預測如何求解一個工程系統(包括新品與新服務系統)的解決方案。
2. 像社會系統一樣,工程系統可以通過解決衝突(Conflicts)而得到發展。3. “求解發明問題”與“尋找發明問題的解決方案”就意味著在利用折衷與調和不能被採納時對衝突的求解。
4. 技術功能和可能實現該功能的物理學、化學、生物學等效應對應的分類知識庫可以成為探索衝突問題解的指針。
5. 存在評價項發明創造的可靠判據。這些判據是:
(a) 一項重大或重要的發明項目通常是建立在不少於1萬到2萬項專利(或知權/版權)研
究的基礎上。
(b) 大量低水平的發明不如一項或少量高水平的發明。因為,低水平的發明只能在簡單的
情況下運用。
6. 在大多數情況下,理論的壽命與機器的發展規律是一致的。因而,“試湊”法很難生兩 種或兩種以上的系統解。 ARIZ :發明問題解決演算法 概述 ARIZ(Algorithm for Inventive-Problem Solving)蘇聯的Ahshuller提出的理論
是TRIZ理論中的一個主要分析、解決問題的方法
演譯法尤其強調問題矛盾與理想解的標準化,如果有一個問題存在,該問題就會變成一個創新問題
TRIZ認為,一個創新問題解決的困難程度取決於對該問題的描述和問題的標準化程度,描述得越清楚,問題的標準化程度越高,問題就越容易解決
ARIZ中,創新問題求解的過程是對問題不斷地描述,不斷地標準化的過程
如果方案庫裡已有的數據能用於該問題就是有標準解;如果已有的數據不能解決該問題則無標準解 ARIZ的階段 ARIZ的模塊 ARIZ的主導思想和觀點 1.衝突理論 技術衝突 物理衝突 管理衝突 發明問題的特是存在衝突,阿理德修爾(Altshuller)將衝突分為管理衝突、技術衝突和物理衝突。 希望取得某些結果或避免某些現象 系統的兩個基本功能A與B,當A得到改善時,B變得更差 系統中的其中一個部分,並對該部分提出了相反的要求 ARIZ用一套邏輯過程,逐將模糊的初始問題轉化為用衝突清楚表示的模型。 管理衝突 技術衝突
(用40條發明原理) 物理衝突 分析階段 操作階段 合成階段 ARIZ法把創造性思維的程式分成三個階段 明確問題解決最終要達到的目的 ARIZ的分析階段一般遵循以下4個步驟進行 明確要達到這個目的,取得成果會遇到什麼障礙 明確起障礙作用的主要原因是什麼 找出消除障礙的方法 第一個模塊:情境分析,構建問題模型
第二個模塊:基於物場分析法的問題模型分析
第三個模塊:定義最終理想解與物理矛盾
第四個模塊:物理矛盾解決
第五個模塊:如果矛盾不能解決,調整或者重新構建初始問題模型
第六個模塊:解決方案分析與評價 2.剋服思維慣性 思維慣性是創新設計的最大障礙,ARIZ強調在解決問題過程中必須開闊思路剋服思維慣性,主要通過利用TRIZ已有工具和一系列心理演算法剋服思維慣性。 3.集成應用TRIZ中大多數工具 ARIZ集成應用了TRIZ理論中大多數工具,包括理想解、技術衝突、物理突、物場分析、76標準解、效應知識庫。對使用者有很高要求,必須可以熟練使用TRIZ理論其他工具。 4.充分利用TRIZ效應庫和實例庫(不斷擴充實例庫) ARIZ應用效應庫解決物理衝突,並已有相應軟體支持。借鑒類似問題解決方案,並且解決一個問題都要分析解決方案,具有典型意義及通用性的加入實例庫。 40種基本措施 Alshuler等提出的40條發明創造原理是TRIZ理論的核心 (二)拆出原則 1. 從物體中拆出"干擾'部分("干擾"特性)或者相
反,分出唯一需要的部分或需要的特性。

2. 與上述把物體分成幾個相同部分的技法相反,這
裡是要把物體分成幾個不同的部分. (参)局部性質原則 1.從物體或外部介質(外部作用)的一致結構過渡到不一致結構。
2.物體的不同部分應當具有不同的功能
3.物體的一部分均應具備最適於它工作的條件。 (四)不對稱原則 1. 物體的對稱形式轉為不對稱形式
2. 如果物體不是對稱的,則加強它的不對稱程度 (五)聯合原則 1. 把相同的物體或完成類似操作的物體聯合起來,
2. 把時間上相同或類似的操作聯合起來. (六)多功能原則 一個物體執行多種不同功能,因而不需要其他物體 (七)"瑪特廖什卡"則 1. 一個物體位於另一物體之,而後者又位於第三個
物體之,等等
2. 一個物體通過另一個物體的空腔 (八)反重量原則 1. 與具有上升力的另一物體結合以抵消其重量。

2.介質(最好是氣動力和液動力)相互作用以抵消其重量。 (九)預先反作用原則 如果按課題條件必須完成某種作用,則應提前完成反作用。 (十)預先作用原則 1. 成要求的作用(整個的或部分的)
2. 物體安放妥當,使它們能在現場和最方便地點立即完成所需
要的作用。 (十一)"予先放枕頭"原則 以事先準備好的應急手段補償物體的底可靠性。 (十二)等勢原則 改變工作條件,使物體土升或下降 (十三)"相反"原則 1. 課題條件規定的作用而實現相反的作用。
2.使物體或外部介質的活動部分成為不動的,而使不動的成為可動的
3.將物體顛倒。 (十四)球形原則 1. 從直線部分過渡到曲線部分,從平面過渡到球面,從正六
六面體或平行六面體過渡到球形結構。

2. 利用棍子、球體、螺旋。
3. 從直線運動過渾到旋轉運動,利用離心力。 動態式七彩小夜燈、無蓋設計旋轉式隨身碟、水床
可調式座椅。 (十六)足或過多的作用原則 如果難於取得百分之百所要求的功效,則應當取得略小或略大的功效。此時可能把課題大大簡化。 手錶錶帶長度、補牙 (十七)轉變至新的空間原則 1. 物體作線性運動(或分佈)有困難,則使物體在二維度(即平面)上移動。相
應地,在一個平面上的運動(或分佈)可以過渡到三維空間。

2. 利用多層結構替代單層結構。

3. 將物體傾斜或側置。

4. 利用指定面的反面。

5. 利用投向相鄰面或反面的光流。 3D立體電影、多層光學汽車隔熱膜、反射式燈具 (十八)機械振動原則 1. 使物體振動。
2. 如巳在振動,則提高它的振動頻率(達到超聲波頻率)。

3. 利用共振頻率。
4. 電振動器替代機械振動器。
5. 聲波振動同電磁場配合。 Mechanical VibrationX 薩克斯風、足浴按摩器、
超音波洗衣機 超音波牙刷 (十九)周期性動作原則 1. 從連續作用過渡到周期作用(脈衝)。

2. 如果作用已經是周期的,則改變周期性。

3. 利用脈衝的間歇完成其他作用。 EX 噴水灑草、報時時鐘、警示閃燈 (二十)連續有益作用原則 1. 連續工作(物體的所有部分均應一直滿負荷工作)。

2. 消除空轉和間歇運轉。 旋轉門 修正帶 機關槍 (二一)躍過原則 高速躍過某過程或其個別階段(如有害的或危險的)。 ex快速作用乾冰、高速散熱風扇 洗牙機 (二十二)變害為利原則 1. 利用有害因素(特別是介質的有害作用)獲得有益的效果。

2. 通過有害因素與另外幾個有害因素的組合來消除有害因素。

3. 將有害因素加強到不再是有害的程度。 恢復凍結材料的顆粒的方法,其特征是,為加速恢復材料的顆粒和降低勞動強度,使凍結的材料經受超低作用" (二十三)反向聯繫原則 1. 進行反向聯繫。

2. 如果已有反向聯繫,則改變它。 笛音壺 力回饋遊戲方向盤 (二十四)中介物原則 1. 利用可以遷移或有傳送作用的中間物體。

2. 把另一個(易分開的)物體暫時附加給某一物體。 EX影印碳粉、釣竿、介面活性劑-洗潔精 (二十五)自我服務原則 1. 物體應當為自我服務,完成輔助和修理工作。

2. 利用廢料(能的和物質的)。 ex 自助自動分頁及裝釘的影印機、寵物自動餵食器 (二十六)複製原則 1. 使用簡化及宜的複製品取代昂貴的,弱點的物品或系統。

2. 用光學的複製(影像)取代一物體或程序。

3. 如果已使用可光的複製品,改用紅外光或外光的複製品。 (二十七)丟棄原則 用一組廉價物體代替一個昂貴物體,放棄某些品質(如持久性) 尿布 竹筷 寶特瓶 驗孕棒、暖暖包、輕便型雨衣、抛棄式馬桶刷 (二十八)代替力學原理原則 1. 用光學、聲學、 ‘味學"等設計原理代替力學設計原理。

2. 用電場、場和電磁場同物體相互作用。

3. 由恆定場轉向不定場,由時間固定的場轉向時間變化的
場,由無結構的場轉向有一定結構的場。

4. 利用鐵磁顆粒組成的場。 (二十九)利用氣動和液:壓結構的原則 用氣體結構和液體結構代替物體的固體的部分 (三十)利用軟殼和薄膜原則 1. 利用軟殼和薄膜代替一般的結構。

2. 用軟殼和薄膜使物體同外部介質隔離。 (三十一)利用多孔材料原則 1. 把物體作成多孔的或利用附加多孔元件(鑲嵌,覆蓋,等等)。

2. 如果物體是多孔的,事先用某種物質填充空孔。 (三十二)改變顏色原則 1. 改變物體或外部介質的顏色。

2. 改變物體或外部介質的透明度。

3. 為了觀察難以看到的物體或過程,利用染色添加劑。

4. 如果已採用了這種添加劑,則採用熒光粉。 問題分析的基礎理論 問題分析工具 基於知識的工具 (基於知識的工具和分析工具的不同之處在於,基於知識的工具指出了解決問題過程和系統轉換方式,而分析工具只用於改變問題的描述。) 主要包括技術系統進化論。 衝突分析、物-場分析、功能分析、ARIZ等。 40個發明原理、39個工程參數和矛盾矩陣、11個分離原理、76個標準解法、科學效應和現象知識庫等。 ● 多文獻把TRIZ分類為九大理論和工具: 1. 八大進化法則:預測技術系統,生並加強創造性問題的解決工具2. 理想解(ideal finalresult,IFR):系統的進化總是向著更理想化的方向發展,如果將創造性解決
題的方法比作通向勝利的橋梁,那麼IFR就是這座橋梁的橋墩
3. 40發明原理:濃縮了250萬份專利的共性發明原理
4. 矩陣和39個工程參數:為解決問題直接提供化解矛盾的發明工具
5. 盾的分離原理:針對物理矛盾的解決而提出的
6. 析法:用於建立與已存在的系統或新技術系統問題相聯繫的功能模型
7. 標準解法:五級共76個標準解法,可以使標準問題在一兩中快速得到解決
8. 問題解決演算法:針對非標準問題而提出的一套解決演算法
9. 知識庫:將物理現象和效應應用在問題解決過程之中,基於物理、化學、幾何學等領域的數百萬
發明專利的分析結果而構建的知識庫可以為技術創新提供豐富的方案來源。 TRIZ發明問題求解的具體方法和驟 一.分析問題-進行問題描述,確定問題的本質矛盾和矛盾類型 二.解決矛盾 三.使用“物—場分析”解決復雜技術矛盾 四.應用ARIZ解決復雜物理矛盾 TRIZ理論認為,創造性問題至少包含一個矛盾的問題。 物理矛盾 技術矛盾 管理矛盾 問題中的種種矛盾一般可歸結為三類: 即系統同時具有矛盾或相反要求的状態。TRIZ理論中,當系統要求一個參數向相反方向變化時,就構成了物理矛盾。例如,系統要求度既要升高,也要降低質量既要增大,也要減小等。 當技術系統某個特性或參數得到改善時,引起另外的特性或參數劣化,這種由系統中兩個因素導致的矛盾稱為“技術矛盾”。TRIZ將導致技術矛盾的因素總結成通用參數,阿奇舒勒通過對大量發明專利的研究,總結出工程領域常用的表述系統性能的39個通用參數,這些通用參數主要是物理、幾何和技術性能方面的參數。解決技術矛盾問題的傳統方法是在多個要求間尋求“折中”(優化設計),而TRIZ則是努力尋求突破性方法消除衝突,即“無折中設計”。 即子系統之間生的相互影響。比如:一個部門與另一個部門的矛盾,一個機器與另一個機器的矛盾,雖然各個部門、各個工藝、各個機器等都達到了自身系統的良好態,但對其他系統生副作用。 物理矛盾 技術矛盾 管理矛盾 TRIZ提出分離原理,將矛盾雙方分離,分別構成不同的技術系統,以系統與系統之間的聯繫代替部聯繫,通過將部矛盾外部化化解矛盾。具體分離方法有四個原則:空間分離、時間分離、條件分離和整體與部分相分離。 TRIZ通過使用矛盾矩陣來找到相符合的發明原理,再根據原理進行發明創造。TRIZ使用39個通用工程參數進行具體問題的矛盾表達,根據所確定的工程參數,包括欲“改善的參數”和欲“惡化的參數”,找阿奇舒勒矛盾矩陣,得到所推薦發明原理序號,將所推薦的發明原理逐個應用到具體問題上,探討個原理在具體問題上如何應用和實現,從而解決技術矛盾 依靠子系統的物理或技術矛盾來解決此類矛盾。 解決技術矛盾需要通過矛盾矩陣來找到相符合的發明原理,再根據原理進行發明創造。在許多未知領域中也無法確定技術矛盾的類型。於是TRIZ理論又引入了物—場模型分析,這種工具能引領我們找到技術矛盾的類型,從而確定解決復雜技術矛盾的方法。 TRIZ通過對專利庫大量專利分析研究發現,發明問題共分兩大類:標准問題和非標准問題。針對問題情境復雜、矛盾及其相關部件不明確的技術系統,則需要應用ARIZ——發明問題解決算法來解決矛盾。ARIZ是TRIZ理論中的一個主要分析問題、解決問題的方法,其目標是為了解決問題的物理矛盾。該算法主要是一個對初始問題進行一系列變形及再定義等非計算性的邏輯過程,實現對問題的逐深入分析和轉化,最終解決問題。 ARIZ的實施驟如下:

(1)分析問題(2)分析問題模型(3)陳述IFR(最終理想解)和物理矛盾(4)動用物—場資源(5)應用知識庫(6)轉換和替代問題(7)分析解決物理矛盾的方法(8)利用解法概念(9)分析問題解決的過程 TRIZ矛盾解決流程圖 1. 完備性法則
2. 能量傳遞法則
3. 動態性進化法則
4. 提高理想度法則
5. 子系統不均衡進化法則
6. 向超系統進化法則
7. 向微型進化法則
8. 協調性法則 TRIZ理論的創新設計問題解決工具 阿利赫舒列爾和他的TRIZ研究機構50多年來提出了TRIZ系列的多種工具,如衝突矩陣、76標準解答、ARIZ、AFD、物質--場分析、ISQ、 DE、8種演化類型、科學效應、40個創新原理,39個工程技術特性,物理學、化學、幾何學等工程學原理知識庫等。 衝突(矛盾)矩陣 (Contradiction Matrix , CM) ● 矛盾矩陣為一39 X 39 之矩陣,其中橫軸代表39個欲改善參數,縱軸代表39會惡化參數,矩陣元素為針對此況所提出之建議創新法則,即40個創新原理。

● 分析歸納經常遇到技術矛盾的系統特,共有三十九個標準, 可分為六大類:物理或幾何參數,品質或功能參數,負面性質參數。 物-場分析法(Substance-Field Analysis) 在判別物場類型的前提下進行創造性思考,或對非物場體系或不完全物場體系進行補建,或對完全物場體系中的要素進行變換以發展物場。無論補建還是變換,其最終目的都是使物場三要素之間的相互作用更為有效,功能更加完整和可靠。 包括1個場元素(Field)與2個物質元素(Substance)。場即是兩物質間施力方法,物質一為工具,物質二為使用該工具的目的物質。物質包括五類,為1.人、2.工具、3.材料、4.零件、5.環境;場亦包括五類,分別為1.機械力、2.熱力、3.化學力、4.電力、5.磁力。(兩個物質間之箭頭代表作用之效果,其中”實線”表示有效、”線”表示不足、”波浪線”表示有害) 物-場分析法 根據物質-場分析模型分類,系統可分為四類 物-場分析法模型範例 吸塵器清潔地毯 物-場分析法的76個標準解 根據未完整的系統、有害的完整系統、不足的完整系統,TRIZ歸納出五類共76個標準解法。 1. 不改變或僅少量改變已有系統:13種標準解 (假如只有S1,應增加S2及場F,以完善系統3要素,並使其有效。)
2. 改變已有系統:23種標準解 (14串聯的物-場模型:將S2及F1施加到S3;再將S3及F2施加到S1。兩串聯模型獨立可控。)
3. 系統傳遞:6種標準解 (37系統傳遞1:生雙系統或多系統)
4. 檢與測量:17種標準解 (43替代系統中的檢測與測量,使之不再需要。)
5. 簡化與改善策略:17種標準解 (61將要素分為更小的單元。) (三十三)一致原則  同指定物體相互作用的物體應當用同一(或性質相近的)材料製成 (三十四)部分剔除和再生原則 1. 已完成自己的使命或已無用的物體部分應當剔除(溶解.蒸發等)或在工作過程中直接變化。

2. 消除的部分應當在工作過程中直接再生。 (三十四)改變物體聚合態原則 這裡包括的不僅是簡單的過渡,例如從固態過渡到液態,還有向"假態"(假液態)和中間態的過渡,例如採用彈性固體 (三十六)相變原則 利用相變時發生的現象,例如體積改變,放熱或吸熱 (三十七)利用熱膨脹原則 1. 利用材料的熱膨脹(或熱收縮)

2. 利用一些熱膨脹繫數不同的材料。 (三十八)利用強氧化劑原則 TRIZ的應用 TRIZ作為技術問題或發明問題解決的一種強有力方法,並不是針對某個具體的機構、機械或過程,而是要建立解決問題的模型及指明問題解決對策的探索方 向。TRIZ的原理、演算法也不局限於任何特定的應用領域。它是指導人們創造性解決問題並提供科學的方法、法則。因此,TRIZ 可以廣泛應用於各個領域創造性的解決問題。 不僅在前蘇聯得到廣泛應用、在美國的很多企業特別是大企業,如波音、通用、克萊斯勒、摩托羅拉等的新品開發得 到了應用,創造了可觀的經濟效益。從1997年三星引入TRIZ理論到2003年的近7年時間里,三星應用TRIZ 取得了顯著的創新成果,但很多創新環節仍然需要 TRIZ 專家的協助才能完成,而且這些專家往往都有十年以上的TRIZ應用經驗並通曉不同的工程領域。我們因此稱三星的這種創新模式為“專家輔助創新”。 TRIZ理論的實踐意義 TRIZ理論以其良好的可操作性、系統性和實用性在全球的創新和創造學研究領域占據著獨特的地位。在經了理論創建與理論體系的部集成後,TRIZ理論正處於其自身的進一完善與發展,以及與其它先進創新理論方法的集成階段,尤其是已成為最有效的電腦輔助創新技術和創新問題求解的理論與方法基礎。

TRIZ理論已經發展成為一套解決新品開發實際問題的成熟的理論和方法體系,它實用性強,並經過實踐檢驗,應用領域也從工程技術領域擴展到管理、社會等方面。現在TRIZ理論在西方工業國家受到極大重視,TRIZ的研究與實踐得以迅速普及和發展。如今它已為眾多知名企業取得了重大的效益。 它能幫助我們系統的分析問題情境,快速發現問題本質或者矛 盾,它能準確確定問題探索方向,不會錯過各種可能,而且它能幫助我們突破思維障礙,打破思維定勢,以新的視覺分析問題,進行邏輯性和非邏輯性的系統思 維,還能根據技術進化規律預測未來發展趨勢,幫助我們開發富有競爭力的新品。 阿利赫舒列爾和他的TRIZ研究機構50多年來提出了TRIZ系列的多種工具,如衝突矩陣、76標準解答、ARIZ、AFD、物質--場分析、ISQ、 DE、8種演化類型、科學效應、40個創新原理,39個工程技術特性,物理學、化學、幾何學等工程學原理知識庫等。 (三十八)利用強氧化劑原則:
利用各種不同強氧代替普通空氣
(三十九)採用惰性介質原則:
代替普通介質
(四十)利用混合材料原則:
混合材料
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