基于TRIZ的产品设计集成创新方法研究综述

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Reviews on integrated innovation methods for1O S lTRIZ-based product designFUM in ，LJR ， De-lin。

(1.Mechanical and Electrical Engineering Colege，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China2.Colege of Economics and Management，Northeast Forestry University，Harbm 150040，China)Abstract：As one of inventive problem-solving theories，the TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)can provide original understandings on design conflicts.Thus，the theoretical structure is loose yet complexwithout specific product development process.Accordingly，by synthesizing the TRIZ with other innovativetheories，an integrated innovation model is established to theoretically and practically realize regular，systematic and modular product design processes.In this literature review，the advances and future trendson TRIZ-integrated AD，QFD and TOC design theories and methodologies are presented。

Key words：theory of inventive problem solving；innovation method；product design；literature reviewTRIZ(Theory of Inventive Problem So lving)在俄文中是发明问题解决原理的词头，它是由前苏联发明家Altshuler及其领导的研究员们通过分析各个国家专利而提出的-种解决问题的创新性理论，其组成包括了解决相应技术问题和实现创新开发的各种方法、工具以及算法，最终使TRIZ成为人类在创新活动中的理论指导方法.TRIZ的理论基础为技术系统的演化规律；具体分析工具包括预期失效判定分析、物质场模型、矛盾分析、发明问题解决算法、理想解分析等；具体应用工具包括标准解和知识效应库、技术参数、发明原理、分离原理、矛盾矩阵等 。

大量的应用研究实例表明，TRIZ更多的是帮助设计人员解决设计过程中具体出现的问题，但是没有给出具体方法指导产品开发设计人员找出设计中存在的冲突，没有具体的产品开发设计流程，同时，面对复杂多层次问题，TRIZ也没有合适的工具.而其他 的公理化设计 (AD)、质量功能展开(QFD)、约束理论(T0C)、实验设计(DE)、功能分析(FA)、田口方法等主流创新设计方法能很好解决做什么的问题，因此将 TRIZ与其他创新理论相结合，建立产品设计的集成创新模型，具有重要的现实意义和理论研究价值。

本文系统阐述了TRIZ理论与其他创新理论结基金项 目：科技部创新方法工作专项基金资助项目(2011IM020200)作者简介：付 敏(1969-)，女，副教授，工学博士.E-mail：fumin1996###163.corn第 2期 付 敏，等：基于 TRIZ的产品设计集成创新方法研究综述 171合用于产品创新设计的国内外研究现状，并对基于TRIZ理论 的集成创新方法研究进行 了总结及展望。

1 基于 TRIZ的产品设计集成创新方法的研究现状1.1 TRIZ和公理化设计(AD)的结合公理设计(AD)是由美国麻省理工学院的 SUHN P教授提出来的-种系统化的设计理论，主要涵盖域、层次结构、映射以及两条公理4个概念.公理设计将设计的过程划分为 4个主要域，即用户域、工艺域、功能域和结构域，为研究结构域与功能域之间的关系，需要将每层的设计功能和设计参数加以定义，同时通过独立公理和信息公理对设计合理性及最优化进行判断[2]。

AHN Y JE3J和 LEE K W[ ]认为AD和 TRIZ有很多概念存在内在的联系以及共同点，它们两者可以进行互相补充和借鉴.FREY D DE5]指出TRIZ中的矛盾与 AD中的耦合相互对应 ，解决 AD中的耦合问题在很大程度上撒于合理地利用TRIZ中的相关知识和工具.SHIRWAIER P Ac6]等经总结认为AD理论在设计活动中帮助构造-个完整且实用的框架，而独立性公理和信息公理对设计活动的优劣性、合理性以及如何选择方案提供了有效的判断准则，并使设计师可以不受传统试错式方法具有耗时、过程反复等缺陷的困扰，进而提高效率，而TRIZ将技术系统的演化规律作为纲领，并应用相应的工具及算法来解决设计中存在的矛盾，让创新设计变得有忌循，此两种理论拥有很强的互补性.MANN D教授[7]在公理设计里功能域到结构域的映射模型中，集成冲突解决原理，提出分解的设计方案，解决设计中的耦合问题，国内的张路军[83、刘刚[9 等人也先后尝试这种思路，同时进行了具体产品设计实例的验证；丁武[10]更进-步对其进行补充，并试图将 TRIZ的知识库工具以及分析工具集成到AD功能域和物理域的映射过程当中。

鉴于国内外研究重点多数集 中在仪 汉运用TRIZ的矛盾冲突以及解决矛盾方法来解决 AD理论中的耦合问题，反而很少注意到TRIZ理论对AD分解中的指导作用，田启华[u]指出AD理论的层次分解将 TRIZ理论的技术进化法则作为指导，进而减少分解过程的盲目性.基于此，余海亮在产品系统功能分解前使用 TRIZ进化理论判断其进化趋势，并将科学效应知识库以及专利知识库中的创新知识应用到公理设计中，创建-个集成设计功能结构映射(AD.FPS)/TRIZ模型.李博[ ]以AD理论为整体架构，将设计过程分为消除耦合和降低信息量两个阶段，并选择性地使用 TRIZ矛盾解决原理解决其中的矛盾，或者用 TRIZ标准解法消除有害功能.侯磊[1。]以AD理论为框架建立概念创新设计模型，应用 TRIZ理论的多种工具进行解耦，并且参考信息公理及理想化水平的共同作用，以选定最终方案。

1.2 TRIZ和质量功能配置(QFD)的结合质量功能配置(QFD)[1 ]的核心思想是产品从可行性分析到投产，都应该将市场的需求作为驱动，着重把市场的需求转换成产品开发的各类信息，QFD使用的基本工具是质量屋”(House ofQuality，HOQ).QFD主要关注的是产品的规划以及问题的预防，并不是产品具体参数的设计，也就是说 QFD只能解决做什么”，而 TRIZ用于解决怎么做”.因此-些学者致力于将 TRIZ理论和 QFD集成的研究应用方面：D( m 指出 TRIZ理论可以利用于质量功能的各个阶段，TRIZ能够在相关矩阵中加强质量功能的展开；ELLEN D博士尝试将 TRIZ中的某些工具引进到 QFD 中，同时对引进到 QFD 中那些TRIZ工具归类；TERNINKO jE ]将 QFD与 TRIZ的理想解相结合；YAMASHINA[M3，LEE NE ]先后集成了QFD和 TRIZ，并利用质量屋”将顾客的需求映射到质量特性改善中，运用 TRIZ理论中的矛盾矩阵、物质-场分析和效应知识库分别将零部件质量特性进行改善，使新产品的设计和技术的创新愈加有效。

华中生Ⅱ ]考虑到用上述方法改进后的零件之间可能会产生新 的负相关 问题，提出 了改进 的QFD.TRIZ集成方法.檀润华E均]指出运用 QFD中的第-个质量屋，通过功能分析可以创建第二个质量屋，由敏感矩阵的负相关项来明确设计冲突和类型，且用 TRIZ中冲突解决原理解决冲突.管虹翔[20]为提升 QFD对问题表述的准确度，引入了相关关系”，并与 TRIZ结合提出了基于相关 QFD的技术评价、需求评价、质量屋群评价方法以及产品设计模型，提高了产品的开发速度.穆建华[21]主要从信息和应用集成对 QFD和 TRIZ的理论集成进行研究，创建了信息集成模型和应用集成模型，同时把模型分成信息收集与分析、具体实施应用这两个阶段。

廖枝平[2 ]运用TRIZ理论的冲突矩阵以及40条发明原理来处理产品设计过程中存在的技术冲中 国 工 程 机 械 学 报 第 11卷突，提出了-个简化的质量屋模型，从而使创新理论对 中小型企业更加有可操作性与实用性.王浩伦l2。]针对大规模定制生产模式下的企业产品创新能力不足的问题，指出了在 QFD和 TRIZ基础上的产品创新流程。

1.3 TRIz和约束理论(JI'oC)的结合约束理论(T0C)是 Goldrat博士提出的面向约束的管理理论，利用T0C分析产品冲突问题，该理论关键是要找到约束和影响客观实际系统的关键因素并加以解决.T0C概念即运用系统化方法建立问题的逻辑图表，确认根原因并形成解决根原因的过程，TOC可以引导设计者构建问题、确定问题、构建求解模型、确认系统产生约束以及约束的条件、找到约束的突破点、改 良或解除确定的不合理约束、肯定要克服的阻碍以及实施解的过程，并打下了最终解决冲突问题的基础[2 。

RIZZO[25]初步提出可以利用 T0C中的矛盾解决图，定义产品设计当中的矛盾，然后再用TRIZ解决冲突.STRA删 R[2。]和 MANN D研究 了由TRIZ与 T0C集成的产品概念设计方法，运用 TOC中的当前实现树和冲突解决图表为 TRIZ识别产品设计中的主要问题，使用 TRIZ中的发明工具产生创新方案.此后，很多学者进行实例研究，验证 T0C帮助 TRIZ解决问题的可行性，但是这些研究并没有为 TOC与 TRIZ的结合构建-个系统的框架，形成普遍的方法[ 。

国内学者对TRIZ与TOC集成的方法的研究，主要是通过对 TOC的改进，以便有效地找出产品系统中要解决的矛盾，接着用 TRIZ中的工具形成解决问题 的方案，如苑彩云[。引，华 中生[ 使用TRIZ与 T0C的方法进行产品的改进设计；韦子辉[30]创建的关于 TRIZ与 TOC的多冲突问题解决过程模型.宋开红r31]以 T0C和 TRIZ理论为根本，通过-个实例论述了两种方法相结合形成产品设计的详细步骤。

1.4 TRIZ和专利研究及仿生学的结合国内外学者针对TRIZ与专利结合的研究表现在三个层面：利用 TRIZ进行专利回避以及优化专利权利、利用专利数据进行产品进化趋势预测、建立面向TRIZ的专利数据检索系统，但是很少涉及TRIZ与专利相结合致力于产品创新设计的研究。

刘振峰r3 ]从多个环节比较详细地建立了基于TRIZ和专利的产品创新模式；黄伟r3。]提出以专利分析法和 TRIZ为基础 的产品结构创新与优化设计流程。

柴亚楠[ ，李林强[。 ]尝试将TRIZ理论和仿生学结合以共同解决工程技术问题，即将工程技术问题转换为 TRIZ的标准问题，用物 -场模型描述问题，探讨问题的理想解，明确问题解所在的方向和位置，找出可以利用的资源，为仿生学方法从工程技术问题到生物模型起到桥梁作用，最后依据仿生学研究路径设计出相关的技术装置。

1.5 TRIZ和多种创新方法的结合针对已有产品的改良创新设计：钱炜苗L3。]提出-种功能分析(FA)和 T0C共同作用辅助 TRIZ的产品改进方法；李阳3 ]提出-种绿色设计模型，即用 T0C找出问题，TRIZ解决问题，用实例推理(CBR)将特殊解转化为具体解；张建军[38]提出使用T0C发现影响产品的重要矛盾，并用 TRIZ找出解决问题的通用办法，最终，结合模糊评价理论得出此问题的最优解。

针对于比较完整的产品开发创新流程--产品功能确定、原理设计、方案选择评价，张翔建立了公理设计(AD)、系统化设计和 TRIZ理论的集成设计模型，对三种方法的缺陷进行互补，进-步改善设计方法体系.徐起贺39]则以TRIZ理论为设计原理框架，用 QFD得到用户需求与产品技术之间的联系，确定产品功能，用基于实例推理(CBR)方法解决了将 TRIZ解的模型转化为工程解的难题.纪国华[40 提出了将 TRIZ理论当做各种冲突的解决工具，利用工艺设计 ( P)加强工艺编制质量与效率，基于QFD分析得出的各种参数特性，依托实验设计(D0E)优化参数组合，四者相结合引导产品创新设计全过程的辅助模型 .刘晓敏r41]通过集成各种设计方法，如 TRIZ、未预见发现(UXD)、约束理论(T0C)、类比设计(ABD)等，创建-种产品创新概念设计集成过程模型，最终完成产品设计。

石贵龙[42]提出-种基于 QFD中的质量屋工具、把 TRIZ当做问题解决工具、并将田口方法中的损失函数作为度量标准的问题解决理论”，使产品凭最小的风险满足顾客需求，解决产品参数上的问题，使产品性能更稳定.TE INKO J博士L43]，金莹[ ，高清振[ ]前后创建了以QFD，TRIZ和田口方法为基础的产品设计模型，将三种设计方法的优势互补.马怀宇[4。]利用 QFD，FA和 TRIZ三种方法，为从需求分析到生成方案的设计流程，给出了具体的方法和工具处理各个环节的问题。

2 结论与展望将TRIZ理论与其他设计理论的比较和整合，第 2期 付 敏，等：基于 TRIZ的产品设计集成创新方法研究综述 173进行产品创新设计方面，主要表现在公理化设计(AD)、质量功能布置(QFD)、约束理论(T0C)三大方法.利用 AD可以为设计过程提供-个 良好的构架，让设计者有清晰的设计流程，并且信息公理可以指导设计人员通过方案评价选择最终方案；利用QFD可以帮助设计人员从顾客需求的角度确定要设计出的产品需满足的功能结构；利用 T0C可以帮助设计人员更清晰地确定需要解决的冲突问题。

同时，-些学者将专利方法、仿生法、田口方法等创新方法与 TRIZ融合，建立了设计模型，并经过验证证明了其可行性.然而，这些基于TRIZ理论与其他创新理论融合用于产品创新的研究，很多处于概念阶段，很多学者只是提出了-个大致的模型，对于具体的细节操作还有很多不明确的地方，而且很多模型中仅仅结合了 TRIZ理论中的矛盾解决方法，忽略了TRIZ理论中其他强大的理论体系。

所以未来基于 TRIZ的产品设计集成创新方法的研究有如下趋势：-是尽量细化模型操作步骤，让大多数工程技术人员很容易学习接受这种整合的理论，并眷地运用到生产实践中去；二是尽量挖掘 TRIZ本身的开发产品的能力，强化它 自身的作用，减轻设计人员为了研发新产品而学习过多的创新方法的负担；三是尽量多地尝试与其他创新方法的结合，以期开发出-套适用于大多数仓IJ新设计的产品开发设计流程。