TRIZ理論在汽車內飾件的應用（續(xù) 1）

吳立秋 延偉華

（泛亞汽車技術中心有限公司）

近10年是中國汽車產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展的時期，技術創(chuàng)新是勢在必行的趨勢。多家大型車企開始加大對企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)能力的投入，其中對于TRIZ理論的引入和研究在近年來逐步開展。該理論通過研究人類進行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術難題過程中所遵循的科學原理和法則，并將之歸納總結，形成能指導實際新產(chǎn)品開發(fā)的理論方法體系。運用這一理論可大大加快車企創(chuàng)造發(fā)明的進程而且能得到高質量的創(chuàng)新產(chǎn)品。文章將對TRIZ方法理論進行簡述，并研究其應用于解決汽車內飾件系統(tǒng)設計開發(fā)過程中遇到的問題的實際方法。

1 TRIZ理論解決問題的思路

TRIZ理論作為近年來技術創(chuàng)新類課題的主要方法之一，它是基于解決矛盾的方法來處理創(chuàng)新問題。TRIZ理論解決問題的方法是將實際遇到的問題轉換為TRIZ理論中的問題模型[1]（物理矛盾、技術矛盾、功能化模型、物場模型），然后通過TRIZ特有的理論工具（矛盾矩陣、分離原理科學效應及76標準解等）進行分析，求得可能解決TRIZ問題的多個通用解，再根據(jù)實際問題的周邊限制，將其轉換為具體的最優(yōu)化解。

這樣先發(fā)散后收斂的尋找問題答案的方法，是TRIZ特有的一種充分最大化利用現(xiàn)有知識體系，并平衡問題實際情況得出最優(yōu)結果的思路。通過實際案例可以對其有一個比較清晰的了解。

一般來說，可以通過實際問題所歸屬的TRIZ問題模型選擇所使用的工具以及創(chuàng)新方案模型[2]。首先通過功能圖分解各子系統(tǒng)或零部件需執(zhí)行的功能，判定問題的產(chǎn)生原因是由于參數(shù)互相矛盾還是由于功能不足。如果存在矛盾的參數(shù)，則判定是物理矛盾還是技術矛盾，技術矛盾通過矛盾矩陣，物理矛盾通過分離原則，尋找40發(fā)明原則的解決方案；如果是功能不足，且難以找到矛盾參數(shù)，則通過物場分析和76標準解，尋求解決方案，如圖1所示。

圖1 TRIZ解決問題的一般思路

因此對于文章中的具體案例，將先對實際遇到的問題存在的系統(tǒng)中所涉及的各單元進行功能模型建立，了解各功能單元之間的邏輯與因果關系，從而識別出影響系統(tǒng)最終結果的各個功能。通過矛盾分析的方法，針對這些功能進行功能分析。然后采用定義最終理想解（IFR）、資源分析、矛盾矩陣、建立物場模型并運用76標準解等分析方法來尋找所研究的系統(tǒng)問題的最優(yōu)方案。

由于篇幅限制，文章將著重對于汽車內飾零件設計開發(fā)時遇到的C柱飾板難安裝案例中所使用的最具TRIZ解題思路的工具（IFR法、功能圖及物場模型分析法）進行較為詳細的論述，其他工具進行簡單概括。

用TRIZ方法解決此類問題的整理歸納思路為：1）明確飾件安裝系統(tǒng)的功能定義；2）確立飾件系統(tǒng)的功能圖；3）通過尋找最終理想解等方法找出飾件系統(tǒng)可用的資源；4）通過飾件系統(tǒng)的物場分析法尋找問題的標準解；5）尋找解決問題的最優(yōu)方案。

2 運用TRIZ方法尋找內飾立柱飾板系統(tǒng)的安裝匹配問題實例

2.1 內飾件的常見問題介紹

在內飾立柱飾板的設計開發(fā)過程中，會遇到各種棘手的問題，甚至某些方案的工程指標參數(shù)是互相沖突的。一個零件系統(tǒng)中的多個參數(shù)之間是相互關聯(lián)的，某一參數(shù)的變化可能影響到其他參數(shù)的變化。當試圖提高系統(tǒng)的某個參數(shù)時，會引起系統(tǒng)的另一個參數(shù)的惡化，它恰巧對應著TRIZ理論中對于技術矛盾的定義，可直接用TRIZ技術矛盾解決原理來解決，并實現(xiàn)產(chǎn)品的設計創(chuàng)新。在具體實例中，以某車型C柱飾板難安裝問題為例，運用TRIZ方法尋找解決該問題的方案。

2.2 明確問題系統(tǒng)的功能定義

在TRIZ理論中，分析某個系統(tǒng)的問題時，關注的是這個系統(tǒng)中所包含的物質產(chǎn)生的功能，而不是這個物質本身。因此，功能定義就是把所要求的功能進行抽象描述的過程，將所分析的系統(tǒng)中包含的物質對象所應該具有的各種功能，用一個動詞加上一個名詞來表達。并將其用圖形化的形式來形象化地表述，便于將研究對象與其所具有的功能分離。這個圖就叫功能分析圖，通過該圖來更好地理解系統(tǒng)本質，找出系統(tǒng)問題所在，再利用TRIZ方法來解決問題。

在選擇了C柱飾板難安裝問題為應用TRIZ方法的課題之后，首先要做的是對于問題進行清晰的分析，以便找出該問題屬于什么類型的矛盾問題，從而有針對性地進行分析并尋找解決方案。因此，采用功能圖來進行問題本質分析。

根據(jù)對C柱飾板難安裝問題的描述，對整個安裝系統(tǒng)進行功能分析：某車型目前安裝C柱飾板的方式為先將C柱飾板下端的卡腳插入衣帽板邊緣的卡槽內；然后通過本身自帶的定位銷將飾板在車身鈑金上定位；隨后通過本身自帶的卡子（CLIP）插入鈑金上的開孔來連接。因此，該系統(tǒng)的功能圖，如圖2所示。

圖2 C柱飾板安裝問題系統(tǒng)功能分析圖

通過圖2可以看出，在這個C柱飾板安裝系統(tǒng)中，存在著多個互相影響和作用的因素。接下來，將運用TRIZ的各項工具來發(fā)現(xiàn)各矛盾點，并尋找解決方案。

2.3 選擇TRIZ方法尋找問題方案

2.3.1 定義最終理想解（IFR）

TRIZ的IFR方法的思維方式是先拋開各種客觀限制條件，以取得最終理想結果作為終極目標；然后針對具體問題的發(fā)生情景，設定最優(yōu)的理想模型。這種絕對理想的系統(tǒng)狀態(tài)實際是不存在的，而產(chǎn)品的創(chuàng)新進化就是不斷接近理想化模型的一個過程。系統(tǒng)不斷向著理想化狀態(tài)進化是TRIZ理論的一個假設基礎。

因為傳統(tǒng)的思維方式中，要完成某一系統(tǒng)提供的某一功能，必須使用機構或設備來完成。而TRIZ的思維方式是，要完成此功能而不需要機構或設備。理想化的系統(tǒng)就是：無需機構、設備；使用很少的成本、空間及能量；最大化地利用各種資源[3]。

根據(jù)這個思維方式，使用IFR方法來建立安裝C柱飾板的理想化模型，是把系統(tǒng)、過程、資源、方法及機器等理想化成一種完美的狀態(tài)，不考慮現(xiàn)有狀態(tài)的限制，從而拓寬思路，最大化地發(fā)散思維。按照尋找和定義IFR方法的一般思路，使用IFR方法來對C柱飾板安裝系統(tǒng)進行思考。

1）什么是系統(tǒng)的最終目的？C柱飾板安裝到位。

2）什么是理想化的最終結果？工人能輕松安裝C柱飾板到位。

3）哪些事情阻止完成理想化最終結果？安裝力太大，工人安裝費力；C柱飾板定位失效，出現(xiàn)偏移；C柱飾板安裝不到鈑金上；C柱飾板與周邊零件匹配差。

4）這些事情為什么阻止完成理想化最終結果？工人抱怨安裝C柱飾板時人機工程差；車身安裝孔不符合設計定義；C柱定位銷不符合設計定義；C柱飾板連接結構不符合設計定義；衣帽板卡槽不符合設計定義；C柱飾板在安裝過程中與周邊零件產(chǎn)生干涉；C柱飾板材料不符合設計定義；衣帽板材料不符合設計定義；頂篷材料不符合設計定義；風擋黑邊不符合設計定義；風擋黑膠涂膠工藝控制問題；C柱飾板與周邊對手件搭接設計問題。

5）如何使前項“阻礙因素”消失？a.理想機器：新的安裝工具。b.理想過程：新的安裝方向或角度。c.理想技巧：新的安裝手勢。d.理想物質：更換C柱飾板材料，提高形狀保持性能；更換衣帽板材料，提高卡槽的支撐強度；更換C柱飾板卡子材料，控制安裝插入力；更換鈑金材料/壁厚，提高安裝孔區(qū)域的支撐強度。e.理想方法：新的C柱飾板與車身鈑金的連接方式；新的C柱飾板定位方式；新的C柱飾板與對手件的界面關系。

6）可以使用哪些資源構建環(huán)境？C柱飾板、衣帽板、車身鈑金、注塑設備、焊接設備、沖壓設備、標準白車身、試驗工裝、CAE模擬分析軟件及人機裝配模擬分析軟件。

通過IFR工具，不難找出查詢相關專利的關鍵詞：自動安裝；貼合；飾板變形；鈑金變形；衣帽架變形；無工具；無卡子；自連接；無旋轉；非卡接。接下來，可通過這些關鍵詞，進行專利查詢，通過現(xiàn)有的專利，找到可以解決問題的潛在解決方案。

2.3.2 矛盾矩陣法

當一個問題發(fā)生，其中可能存在著矛盾。在零件設計和生產(chǎn)過程中，存在的矛盾一般都能轉化為技術矛盾和物理矛盾。這2類矛盾，也是TRIZ問題的主要解決對象。技術矛盾就是問題系統(tǒng)中某參數(shù)或特性的改善會引起另一個參數(shù)或特性的惡化，因為這2個參數(shù)是相互影響相互制約的。TRIZ就是將可能導致技術矛盾的參數(shù)總結成39個通用參數(shù)，組成一個39×39的矩陣，就是“矛盾矩陣”。

物理矛盾就是問題系統(tǒng)中對同一個參數(shù)具有相反的需求，這就構成了物理矛盾。對于問題系統(tǒng)中存在的物理矛盾，則可以使用分離原則，通過時間分離、空間分離、系統(tǒng)分離或條件分離，找到對應的40發(fā)明原則；或將物理矛盾轉換為技術矛盾，再通過矛盾矩陣找到可以改進的資源參數(shù)值。然后通過相關專利的查找，獲得解決問題的潛在解決方案[4]。

使用矛盾矩陣法，首先需要把技術問題轉換為TRIZ的表述形式，即找出技術矛盾的改善與惡化的參數(shù)。然后在已經(jīng)建立的矛盾矩陣中，尋找對應的發(fā)明原理解決方案，再利用科學效應庫，獲得解決具體問題的方法，如圖3所示。

圖3 解決技術矛盾的矛盾矩陣過程模型

矛盾矩陣是分析技術矛盾的一個良好工具，它的每一行每一列都分別對應著39個通用工程參數(shù)。找到系統(tǒng)問題的技術矛盾后，可通過40發(fā)明原則，找到改進的資源參數(shù)值。

矛盾矩陣的查找方法為：

1）根據(jù)分析所確定的工程參數(shù)，確定欲“改善的參數(shù)”和會“惡化的參數(shù)”；

2）在欲改善的參數(shù)的行中選擇希望改善的參數(shù)，在列中找出會惡化的參數(shù)；

3）相應橫列和縱列相交的方格中有一系列數(shù)字，這些數(shù)字就是建議解決此矛盾的發(fā)明原理的序號，按序號查找發(fā)明原理匯總表，得到發(fā)明原理名稱；

4）將所推薦的發(fā)明原理逐個應用到具體問題的解決方法上，分析每個發(fā)明原理在該問題上如何應用和實現(xiàn)。

在C柱安裝系統(tǒng)中，存在多個技術矛盾，下面用舉例使用矛盾矩陣法來尋找解決某一個技術矛盾問題的方法。比如，通過減薄C柱飾板的壁厚，來減輕C柱飾板質量，可以便于工人安裝，但減薄壁厚也會讓C柱飾板安裝時容易變形。對于“質量”這個參數(shù)，雖然希望能有改善，但這樣做會使“形狀”這個參數(shù)惡化。因此，在矛盾矩陣中，通過這2個參數(shù)，來尋找可以解決問題的發(fā)明原則。

通過矛盾矩陣中“質量”和“形狀”的行列交集，可找到對應的發(fā)明原則（28：更換機械系統(tǒng)；2：抽取/分離；10：預先動作；27：取代以便宜壽命短的物件；26：復制；39：惰性環(huán)境；1：分割；40：復合材料），從而找到可改進的資源（10：預先動作；40：復合材料）。進而從“預先動作”以及“復合材料”入手，根據(jù)C柱安裝系統(tǒng)的實際情況，可以找出諸如“使用新型抗沖擊材料”的潛在解決方案。

（待續(xù)）