利用TRIZ理論優化產品設計的案例思考

徐淑琴 王志松

【摘 要】產品的優化是一個長期的過程，是一個不斷地從實踐中發現問題、解決問題的過程。在企業新產品研發或產品改進的過程中應用TRIZ理論等創新方法可以提高創新效率。本文以純銅辮子線為例，通過運用TRIZ理論分析現有產品中所存在的問題，挖掘創新的突破點，對產品進行更合理的優化改造。應用TRIZ理論解題的過程，帶給我們思考與啟迪。

【關鍵詞】TRIZ理論 優化設計 思考

產品的優化是一個長期的過程，是一個不斷地從實踐中發現問題、解決問題的過程。在新產品研發或產品改進的過程中注重利用優秀的創新方法，可獲得事半功倍的效果，提高產品的競爭力，滿足不斷發展變化的市場需求。以純銅辮子線為例，通過運用TRIZ理論（發明問題解決理論）分析現有產品中所存在的問題，挖掘創新的突破點，對產品進行更合理的優化改造。

1 TRIZ理論簡介

自從“TRIZ之父”——前蘇聯發明家兼工程師阿奇舒勒1946年創立TRIZ理論以來，TRIZ被廣泛應用于各個領域創造性的解決問題，尤其是在技術創新和產品創新方面。TRIZ理論是創新思維、創新方法、創新工具的綜合體。TRIZ作為一套解決發明問題的理論，通過系統本身的資源解決各要素間的沖突，或者通過已知的信息進行合理科學的推斷來解決沖突；TRIZ同時也是一套方法，利用TRIZ理論里面提供的分析模型可有效處理實踐中的問題。TRIZ理論通過自身設計的規律和原理，應用創新思維，解決系統中存在的矛盾，獲得最終的理想解。

2 利用TRIZ理論優化產品設計的案例分析

2.1純銅辮子線及其應用

純銅辮子線是由很多根很細的純銅線編制的像麻花辮一樣的粗銅線束，圖1為銅辮子線原線見，圖2為銅辮子線成品線。這樣設計的好處在于：與單根截面積為A平方毫米的銅線或者銅片相比，總截面積同樣為A平方毫米的辮子線，電流密度更高，也就是說可以流過更大的電流，或者說流過同樣的電流，可以使用更少的銅線；且辮子線具有更好的柔性來吸收這根粗銅線兩端連接件的零價制造誤差和裝配誤差，便于順利地進行裝配。純銅辮子線的應用范圍很廣，比如有刷電機的碳刷線（見圖3）等等。

圖1 銅辮子線原線 圖2 銅辮子線成品線 圖3 電機碳刷線

2.2問題環境描述與原因分析

因為銅辮子線的上述優點，在有刷電機上使用銅辮子線很有必要。但使用中常常會存在這樣的現象：一個功率幾千瓦的有刷電機的銅辮子線在振動測試的時候通不過測試，辮子線根部會部分斷裂或者整個斷掉。這是因為純銅線本身強度很低，很細的銅線編織的辮子線很軟，而辮子線銅材密度大，質量不輕，振動劇烈的時候，擺動引起變形，不可避免會產生應力。振動得久了，就會出現局部斷線的問題。

很顯然，如果改動設計，相當困難；如果改動模具零件，需要重新做很多測試。假定設計、各種模具等都已經定型了，各種其他功能試驗已經測試完畢且都通過了，如何解決這一問題呢？

2.3利用TRIZ理論定義理想解和設計解決方案

解決問題的設計思想是：在同樣的外部振動激勵下，保留銅辮子線柔軟又能導通大電流的優點，同時減小其振動時變形量，從而減小應力，最終達到延長壽命的目的。

利用TRIZ理論做因果分析，鎖定子系統為純銅辮子線本身。同樣的外力，變形減小，應變減小，也就是強度需要提高。而強度提高，勢必需要材料變粗，導致材料重量增加，也就是運動物體的重量增加，這又會削弱強度提高帶來的優勢。也就是說，理想解的基本矛盾是“強度提高”和“運動物體的重量減小”之間的矛盾，提煉出來的基本矛盾對是“強度”和“運動物體的重量”。通過查矛盾矩陣，獲得可能的發明原理為“1分割”、“8浮力和反重力”、“15動態最優”、“40復合材料”。經過簡單篩選，很容易發現“40復合材料”很適合本問題。“復合材料”簡言之就是增加一種新材料，基于基本矛盾“強度提高”和“運動物體的重量減小”考慮，增加高強度低密度材料，結合設計選定符合條件且性價比很高的新材料彈簧鋼。故提出可能的解決方案如下：在純銅線束中加入少許彈簧鋼絲或者薄的彈簧鋼片，在保持足夠柔性的同時，大幅度增加了強度，同時只輕微增加了運動物體的重量，從而使得在同樣的外力下，變形量減小，應變減小，壽命增加。銅辮子線線束截面結構示意圖見圖4。

圖4 銅辮子線線束截面結構示意圖

3應用TRIZ理論的幾點思考

應用TRIZ等創新方法，有利于開闊創新思維，提高創新能力，筆者作出幾點思考。

（1）應用TRIZ可使創新過程更高效。一是對于簡單明了的問題，可以直接尋找主要矛盾對，直接使用矛盾矩陣尋求方案。二是對于復雜問題，最好劃分系統、子系統，進行詳細的因果分析，根據實際情況選擇合適的系統層級去解決主要問題。例如上面提到的這個問題也能在更高的系統級別解決，只是那樣會涉及改變很多零件設計。選擇合適的層面去針對性地解決問題，這也是因果分析方法能給出的重要指引。三是要抓住主要矛盾，有更好的機會找到高質量的解決方案，即所謂的“四兩撥千斤”、“打蛇打七寸”、“抓住本質解決問題”……問題最小化，方案最小化，是高效解決問題的好習慣。

（2）TRIZ學習應與實際項目相結合。TRIZ理論作為從國外引入的一套系統的理論、方法和工具，包含了8大技術系統進化法則、40個發明原理、76個標準解系統、沖突矩陣、物-場分析模型、IFR最終理想解、ARIZ發明問題解決算法、科學原理效應庫等等，學習起來也有一定的難度。只有將TRIZ的學習與實際項目相結合，理論結合實際，利用TRIZ方法尋找技術解決方案，才能更好更快地理解與掌握TRIZ理論。此外，通過TRIZ創新方法成功運用的實例，可在短時間內獲得廣泛關注，達到更好的推廣效果。

（3）應用TRIZ應具備足夠的專業領域知識和經驗。不管TRIZ理論或其他的創新工具多么強大，使用者自身都需要具備足夠深厚而廣泛的知識和經驗，才能以更高的效率和成功率解決碰到的相關問題。比如應用矛盾矩陣時，通過查表，得到發明原理提示——合并原理，如果當事人的知識和經驗不夠豐富，也許就不理解合并原理在當前的問題環境中代表的方案是什么，或者誤解原理指示的方向，或者是忽略了這個方向。因此，有創新方法當然很好，但不要盲目地迷信創新方法的威力，不要完全依賴創新方法去解決問題，而喪失了自身的思考和創造能力。創新方法不是要把創新公式化，而是要多結合實際問題、相關領域知識和經驗來靈活運用。

參考文獻：

[1]韓士德.科技創新也需要“方法”[N].科技日報，2011-01-07.

[2]徐淑琴，王志松.TRIZ理論在產品創新中的應用實例分析[J].廣東科技，2014（24）：185-186.

[3]廖宇生.基于TRIZ理論的產品理想化設計創新過程與方法研究[D].湖南大學，2007.

作者簡介：徐淑琴（1980—），女，湖北天門人，助理研究員，碩士，主要研究方向為科技發展戰略研究、科技管理研究與科技信息傳播研究；王志松（1978—），男，工程師，碩士，主要研究方向為機電一體化領域產品開發、優化設計、技術創新等領域。