基于TRIZ理論下的工程機械類產品造型設計研究

王林強 劉 超

1.金華市科技情報研究所 浙江 金華 321000;2.金華市科學技術開發中心 浙江 金華 321000

1 TRIZ理論在國內的發展現狀

20世紀80年代中期,我國的個別科研人員在研究專利時已經了解到了TRIZ 理論。在1997年前后,在參加國際會議的中真正接觸到了TRIZ,雖然只有一小部分學術分子,但就是這一小部分學術分子讓TRIZ走進高校,雖然只是特定專業的選修課。TRIZ理論培訓是在2001年的時候真正意義上登陸了華夏的土地,這其中億維訊公司扮演者冷路人的角色,2002年億維訊公司正式在我國建立了TRIZ的“大本營”,這標志著TRIZ理論在中國的應用和推廣已經學會奔跑正式進入“快行道”;在2007年,由中國科技部牽頭官方正式對創新方法的研究進行推廣,并于8月13日將“科技部技術創新試點省”的榮譽稱號落戶四川和黑龍江兩省。2009年科技部組織了TRIZ理論培訓,這意味著TRIZ 的培訓首次上升到國家的層次高度。目前,國內越來越多的企業、大學開始對TRIZ 理論的研究及應用投入了巨大資源,像前蘇聯一樣中國船舶、中國兵器、中國航天等大型軍工集團引領者我國的TRIZ研究;另外鐵道系統的科研院、單位以及清華大學、浙江大學等高校也在TRIZ理論研究方面做著巨大的努力。

2 TRIZ為產品造型創新設計提供的理論支持

2.1 產品技術進化理論

任何產品從產生到消亡都可遵循一定的規律,產品技術進化理論的得出就是通過分析并歸納這種對相似進程而得出的理論。這種理論將產品從根本上分析其生長規律,準確地得到前產品的技術水平,并且新一代產品的可能進化方向預測出來,使產品設計的導向性能讓設計師從宏觀角度進行把握。

2.2 76個標準解

問題可以通過76個標準解得到進一步簡化。如果可以直接用標準解解決問題,那么尋求問題解決方案的時間會大大縮短,降低設計師的思考時間就相當于提升了效率。

2.3 盾解決矩陣

由于當設計師在發現問題并對問題進行分析后,雖然解決矛盾的方法也能想出不少,但是最佳方法很難被發現不說,往往還要耗費過多的時間。包含了40 條創造問題解決原理與39條標準參數的39*39的大型矩陣叫做矛盾解決矩陣,設計師可以通過這個矩陣幫助在最短的時間內找到最佳解決方法,這種方法是傳統解決方法突破后形成的創造性解決方法。

2.4 理想化原理

產品概念設計過程中,現有產品思維定勢常常影響設計師,答案經常傾向于在特定范圍內尋找,影響創造力發揮,通過理想化原理的協助可以去除已經存在的產品概念定勢,重新審視產品可以從使用立場出發,或者從理想化。

3 基于TRIZ理論下的工程機械類產品造型設計

3.1 葉身特征的造型設計

在對葉身特征的造型分析環節,需要對葉片數據的定義進一步明確化。其中,葉片造型數據一般通過具體用戶的對話框實現數據的讀入。例如,在理解根面與冠面數據理解環節一般通過表1實現：

表1

關于葉身結構的特殊性進行了初步了解。其中,由于葉身結構是“由若干個截面型線擬合而成的光滑曲面體”,為此,關于其結構的開發,主要通過以下幾個步驟完成。首先,需要獲取葉片零件的具體設計參數。在開展葉片開發環節,由于葉片零件的設計參數一般通過對話框的方式獲取,而葉片的截面型線的數量及其具體點數都是變化的,則導致葉片參數的設計必須滿足具體的參數化設計要求;其次,還需要對基準截面型線進行精準的確定。由于葉片的高度一般是由基準截面開始計算,為此在實現基準截面型線確定環節,一般會采用程序動態的方式來實現;其次,關于插值生成底平面的確定以及頂平面截面型線的選擇。通過對菱形導葉片的工作截面圖進行分析,并對菱形導葉片、葉根、以及葉冠與葉身的接觸圓錐面認識基礎上,通過對葉片造型的把握,對正確的插值方法進行選擇;再次,進一步實現葉片型線數據處理的科學化。由于葉片型線數據處理關系到葉片造型設計的關鍵,為此,在實現型線數據處理環節,必須確保其處理結果的科學化。例如, 當造型出來的葉片出現粗糙或發生畸變時,則直接導致給定的葉片型線點的排列方向發生變化。此外,當出現給定的點超出背弧現象時,葉片型線的處理必須先將超出的多余點去掉,并在此基礎上,實現型線坐標點按的順時針排列。

3.2 工程機械類產品造型創新——TRIZ中的S曲線

阿奇舒勒經過分析世界250 萬件專利發現,所有產品向最先進功能進化時,都有一條“小路”引領著它前進。這條“小路”就是進化過程中的規律,就是所謂的S曲線。S曲線完整的描述了一個產品從孕育、成長、成熟到衰退的變化規律。

S曲線也可認為是一條產品技術成熟度的預測曲線。S曲線描述的是一個技術系統中的諸項性能參數的發展變化規律。每個技術系統的進化都按照生物進化的模式進行的,一般都要經歷一下4 個階段：嬰兒期、成長期、成熟期、衰退期。每個階段都會呈現出的不同特點。阿奇舒勒從性能參數、專利等級、專利數量、經濟效益4 個方面來描述技術系統在各階段所表現出來的特點。技術成熟度預測包含一個重要內容,那就是產品進化曲線—S曲線。它用于表示茶農從誕生到推出市場這樣一個生命周期的基本發展過程,S曲線有助于了解技術系統的成熟度,輔助企業做出恰當的研發決策。

總之,工程機械類產品作為特定的工程中所用的施工類機械,多年來一直難被人們詬病于其“過于工程”的外形特征。隨著技術等方面的發展,工程機械類產品僅僅擁有功能屬性就遠遠不夠了。所以,充分對工程機械本身、所處領域、對應市場等多方面進行深入研究就顯得格外重要。同時,造型創新設計時的方法就更需要對其深入探討。