第九章-应用TRIZ解决创新问题的实例.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,第九章 应用,TRIZ,解决创新问题的实例,1,2,4,3,3,5,第一节 污水管材的创新设计,第二节 薄板玻璃的加工,第三节 减少热处理过程中的烟雾污染,第四节 宝马汽车的外形设计,第五节 飞机机翼的进化,下一页,返回,第九章 应用,TRIZ,解决创新问题的实例,6,7,9,3,8,第六节 提高智能吸尘器的清洁效果,第七节 破冰船的创新设计,第八节,滚动直线导轨的集成化创新设计,第九节,计算机辅助创新设计简介,上一页,返回,第九章 应用,TRIZ,解决创新问题的实例,利用,TRIZ,理论解决发明问题时，可能使用到该理论的一个或多个工具，,图,9-1,所示为利用,TRIZ,理论解决问题的流程图，该图不仅描述了,TRIZ,理论各工具之间的关系，也描述了产品创新设计问题的解决方法。在解决发明问题时，首先是对给定的问题进行分析，包括系统的功能分析、理想化目标分析以及可用资源分析等。若发现系统存在技术冲突，则利用,TRIZ,理论提供的技术冲突矩阵加以解决,;,若所需解决的问题明确，但不知道如何进行处理，则可通过功能分析应用效应知识库直接来解决,;,也可对需要创新的技术系统进行进化过程的预测，并应用物场理论和,76,个标准解法找到进化途径。当利用,TRIZ,理论的工具获得问题的解决方案后，需对候选方案进行评估，包括理想化评估和系统特性评估，检验候选方案是否满足系统目标要求，是否符合进化模式要求。,下一页,返回,第九章 应用,TRIZ,解决创新问题的实例,在对候选方案进行评估后，若候选方案达到满意的要求，则进行后续的设计工作,;,反之，需要利用,TRIZ,对问题进行反复循环的分析，直到找出解决问题的最终可行方案。由此可见，利用,TRIZ,理论解决问题的关键是应用之前的前处理和应用之后的后处理。,TRIZ,作为解决发明问题的比较实用的创新理论，更应强调其在科研和生产实践中的应用，强调由应用而给企业带来的实际效益。下面通过一些实例，介绍,TRIZ,理论在科研和生产中的应用情况。,上一页,返回,第一节 污水管材的创新设计,一、应用背景,随着国家对环境保护力度的加大，传统的水泥管正在逐步退出市场。,20,世纪,90,年代后期，新型替代产品,各类环保排水管材开始在工程上应用。,在排污管道领域，应用较多的是塑料管，如,PV C,双壁波纹管、,PE,双壁波纹管、高密度聚乙烯,(HDPE),缠绕结构壁管等。近年来，采用欧洲瑞士与美国技术制作的镀锌螺旋钢管开始进入国内市场，广泛应用于通风、雨水管道系统中，由于受防腐性能的限制，还没有大量在污水管道工程中使用。,二、问题描述,下一页,返回,第一节 污水管材的创新设计,污水管道系统要求管材具有较高的可靠性，由于管材既要求承受静载荷又要求承受动载荷，所以要求管材必须具有较高的环刚度。由于污水具有一定的酸碱度并伴有沙土等，所以要求管材既要耐腐蚀，又要耐磨损。,分析塑料管及镀锌螺旋钢管的性能差别，主要是由于材质不同，而造成两类管材性能上具有的优势不同。镀锌螺旋钢管的优点是环刚度较大，耗材较少，不足是防腐性能一般，并且不耐磨损,;,塑料管的优点是耐腐蚀、耐磨损，但是环刚度的提高受到限制，耗材较多。,三、问题分析,根据以上对问题的描述，从承受载荷、提高刚度的角度讲，镀锌螺旋钢管本身强度好，使用镀锌螺旋钢管具有明显的优势，但其本身不耐腐蚀、不耐磨损，可靠性下降，致使其使用寿命降低。,上一页,下一页,返回,第一节 污水管材的创新设计,因此，若要改善镀锌螺旋钢管的耐腐蚀、耐磨损性能，提高其可靠性，就要增加镀锌层的钢板厚度，使运动物体重量增加，提高刚度与消耗钢材之间形成一对明显冲突,;,从耐腐蚀、耐磨损角度讲，使用塑料管有一定的优势，但当管道直径超过一定值时，塑料管承受载荷加大，其工作可靠性降低，提高刚度与消耗管材之间也形成一对明显冲突。,在提高管材可靠性的同时，应降低材料消耗，减轻介质对管道内壁的流动磨损和减少有害介质的浓度。从材料力学的角度考虑，当通过提高材料弹性模量受限时，只能另辟新径采用增强设计，但增强设计只是一个实现理想化的命题，究竟应采用怎样的设计方案能够解决提高刚度与减少材料之间的冲突，从而设计生产出一种新型管材，使其既具有钢管的高刚度性能，又具有塑料管的耐腐蚀、耐酸碱性能呢,?,上一页,下一页,返回,第一节 污水管材的创新设计,四、问题解决,1.,将一般领域间题描述转换成,39,项工程参数中的两项，即转换为,TRIZ,标准间题,无论是塑料管还是镀锌螺旋钢管，若要提高其环刚度，就要增加耗材，技术冲突是既要提高管材强度，同时管材的单位重量还要下降。根据对技术冲突的描述，将该技术冲突转换为,39,项工程参数中的两项,:,(1),工程参数,14,号强度,:,强度指物体受到外力作用时，抵制使其发生变化的能力,;,或者在外部影响下的抵抗破坏,(,分裂,),和不发生形变的性质。在此问题中，管材强度要提高，为改善的参数。,(2),工程参数,1,号运动物体的重量,:,运动物体的重量指重力场中的运动物体作用在阻止其自由下落的支撑物上的力，重量也常常表示物体的质量。,上一页,下一页,返回,第一节 污水管材的创新设计,在此问题中，管材的单位重量要提高，为恶化的参数。,2.,根据得到的工程参数，确定解决间题需要的发明原理,根据得到的两个工程参数，改善参数,14,为强度，恶化参数,1,为运动物体的重量，查阅阿奇舒勒技术冲突矩阵得到,4,个创新原理,:1,号、,8,号、,15,号、,40,号。,(1)1,号分割原理的基本内容是,:,将物体分成独立的部分,;,使物体成为可拆卸的,;,增加物体的分割程度。,(2)8,号质量补偿原理的基本内容是,:,将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消其质量,;,将物体与介质,(,最好是气动力和液动力,),相互作用以抵消其质量。,上一页,下一页,返回,第一节 污水管材的创新设计,(3)15,号动态化原理的基本内容是,:,物体,(,或外部介质,),的特性的变化应当在每一工作阶段都是最佳的,;,将物体分成彼此相对移动的几个部分,;,使不动的物体成为动的。,(4)40,号复合材料原理的基本内容是,:,用复合材料代替单一材料。,综合分析以上,4,条发明原理，其中,1,号分割原理、,8,号质量补偿原理、,15,号动态化原理对该问题的彻底解决指导意义不大，而,40,号复合材料原理是解决该问题最有价值的发明原理。,3.TRIZ,解的类比应用得到间题的最终解,高密度聚乙烯,(HDPE),的物理性能,:,密度为,0.941 0.970 g/cm,3,，熔点为,131,。,上一页,下一页,返回,第一节 污水管材的创新设计,有较好的耐磨性、耐寒性、透气性、不透水性、耐化学药品性、电气绝缘性、耐应力开裂性、硬度和机械强度，较高的结晶度、软化点和使用强度，在室温下几乎不溶于任何有机溶剂。在空气中加热或在日光中照射易老化作用。,HDPE,具有很好的抗冲击性、耐腐性，在埋地应用上备受欢迎，然而由于它较低的弹性模量值，这使其在用于大口径管道时，遇到一个不可克服的瓶颈,管的环刚度无法提升到符合要求。,按照,ISO,的定义，环刚度由下式表述,:,SN=EI/D,3,当直径,D,增加一倍时，环刚度,SN,则相应地降低,8,倍。因而做,2 000 mm,口径的管与做,500 mm,口径的管，在技术上的难度不可同日而语。,上一页,下一页,返回,第一节 污水管材的创新设计,因为直径,D,增加了,4,倍使得环刚度减少了,64,倍。若要求保持环刚度,SN,不变，必须通过增加截面惯性矩,I,或材料弹性模量,E,至相当倍数，以抵消直径增加对环刚度产生的影响。而单靠增加,I,值是不现实的，因为几十倍,I,值的增加，意味着材料成本成数十倍的增加，同时当,I,值增加到一定程度时，工艺技术必然遇到难以实现的问题。故必须同时在提升,E,值方面做文章，才能实现,SN,值的保持。钢材的高弹性模量刚好使它能够担此重任。,表,9-1,是钢与,HDPE,的弹性模量的比较。,可见在长期条件下，钢的弹性模量是,HDPE,的近,200,倍。钢的这一卓越性能是钢塑复合的理论基础。,以,TRIZ,理论中,40,号复合材料原理用复合材料替代单一材料为指导，采用二层共挤技术复合压延工艺，制成塑料,(PVC,PE,PP),膜。,上一页,下一页,返回,第一节 污水管材的创新设计,再与镀锌钢板采用熔融粘贴的工艺制成塑钢复合板材，再以塑钢复合板材为原材料，在专用成管设备上制成复合螺旋波纹管材，如,图,9-2,所示。,五、结论,将研究对象理想化是自然科学的基本方法之一。理想化是对客观世界中存在物体的一种抽象，这种抽象客观世界既不存在，又不能通过实验验证。理想化的物体是真实物体存在的一种极限状态，对于某些研究起着重要的作用。在,TRIZ,中理想化是一种强有力的工具，在创新过程中起着重要的作用。,上一页,下一页,返回,第一节 污水管材的创新设计,塑钢复合螺旋波纹钢管与塑料管材相比，管材刚度大幅度提高,;,与镀锌螺旋钢管相比抗腐蚀性、耐磨损性能提高。以镀锌板材作基体材料连续成型为骨架内管，以塑料片层为防腐抗磨材料，使管材的抗压强度指标、耐腐蚀性、耐磨损性能都得到保证。以,TRIZ,理论为基础研发的污水管材既具备钢管的高刚度性又有塑料管的高防腐性，因此该产品填补了国内同时具备高刚度性和高防腐性的钢管的空白。,上一页,返回,第二节 薄板玻璃的加工,一、应用背景,某企业需要生产大量的、各种形状的玻璃板。在玻璃板的加工过程中，首先工人需要将玻璃板切成长方形，然后根据客户的要求，加工成一定的形状。然而，在加工过程中，由于薄板玻璃受力时很容易断裂，容易出现玻璃破碎现象，而且玻璃的厚度是客户订单上要求的，不能通过增加玻璃厚度来达到防止玻璃破碎的目的。,二、问题描述,为了加工出各种形状的玻璃板，薄板玻璃在加工过程中必然会受到力的作用，由于薄板玻璃无法承受该力的作用而发生破碎，从而增加了加工过程的难度。,下一页,返回,第二节 薄板玻璃的加工,为了避免发生玻璃破碎的现象，工人们在加工过程中必须非常小心。因此，在加工过程中，对薄板玻璃的加工操作就要进行严格的控制，保证玻璃受力不超过极限，以达到加工成型玻璃板的目的。,三、问题分析,根据以上对问题的描述，发现加工过程的现状是,:,要生产出满足客户要求的玻璃板，在制造过程中极容易出现玻璃破碎的情况,;,而要防止玻璃破碎，需要增加玻璃厚度，可这又无法满足客户要求。分析得出薄板玻璃加工过程中存在着一对技术冲突，即玻璃板的可制造性与制造流程的方便性之间的冲突。,四、问题解决,上一页,下一页,返回,第二节 薄板玻璃的加工,1.,将一般领域间题描述转换成,39,项工程参数中的两项，即转换为,TRIZ,标准间题,“既要保证玻璃板能加工成型又要避免玻璃的破碎”，从待解决问题的文字叙述中，试着找出问题是由哪些互相矛盾冲突的属性所引起，将文字叙述转换成,39,项工程参数中的两项,:,工程参数,32,号可制造性,:,可制造性指物体或系统制造过程中简单、方便的程度。这是欲改善的特性，以此作为改善的参数。,工程参数,33,号操作流程的方便性,:,操作流程的方便性指在操作过程中，如果需要的人数越少，操作步骤越少，以及所需的工具越少，同时又有较高的产出，则代表方便性越高。这是被恶化的特性，以此作为被恶化的参数。,上一页,下一页,返回,第二节 薄板玻璃的加工,2.,根据得到的工程参数，确定解决间题需要的发明原理,查找阿奇舒勒技术冲突矩阵，从矩阵表查找第,32,列和第,33,行对应的方格，得到方格中推荐的发明原理序号共,4,个，分别是,2,号、,5,号、,13,号、,16,号与前面的发明原理序号对应，得到,4,条发明原理及其解释如下,:,(1)2,号分离原理,:,将物体中“负面”的部分或特性抽取出来,;,只从物体中抽取出必要的部分或特性。,(2)5,号合并原理,:,合并空间上的同类或相邻的物体或操作,;,合并时间上的同类或相邻的物体或操作。,(3)13,号反向作用原理,:,颠倒过去解决问题的方法,;,使物体的活动部分改变为固定的，让固定的部分变为活动的,;,翻转物体,(,或过程,),。,上一页,下一页,返回,第二节 薄板玻璃的加工,(4)16,号未达到或超过的作用原理,:,主要体现在现有的方法难以完成对象的,100%,可用同样的方法完成“稍少”或“稍多”一点，使问题简化。,综合分析以上,4,条发明原理的解释，其中,2,号分离原理、,13,号反向作用原理、,16,号未达到或超过的作用原理对问题彻底解决的贡献有限，而,5,号合并原理对问题的彻底解决贡献最大，是最有价值的发明原理。,3.TRIZ,解的类比应用得到间题的最终解,由,5,号合并原理的解释“合并空间上的同类或相邻的物体或操作”，想到将多层薄板玻璃叠放在一起，从而形成一叠玻璃，而且事先在每层玻璃面上洒一层水或涂一层油，以保证堆叠后的玻璃可以形成足够强的豁附力。一叠玻璃的强度会远大于单层玻璃的强度，在加工中就可以承受较大的力的作用，从而改善了薄板玻璃的可制造性。,上一页,下一页,返回,第二节 薄板玻璃的加工,当加工完成后，再分开每层玻璃，从而获得了满足客户要求的产品。,五、结论,通过薄板玻璃加工过程中“可制造性与操作流程的方便性”问题的解决，说明了利用,TRIZ,的冲突解决原理，将冲突标准化，使用冲突矩阵，选择,TRIZ,中的发明原理解决冲突，从而形成了确定冲突及解决冲突问题的系统化方法与过程。,上一页,返回,第三节 减少热处理过程中的烟雾污染,一、应用背景,某工厂得到一份订单，需要对大型的金属零件进行热处理。进行这项工作的操作程序是,:,吊车司机必须从加热炉中吊出通红的铸铁，将它运到一个油槽的上方并将其缓慢地放入油槽中。每次当炙热的铸铁被放入到油槽中去的时候，都会产生大量的烟雾，会让吊车司机的喉咙感觉很不舒服。,工作了几天后，吊车司机找到车间经理抱怨说,:“,天天笼罩在烟雾中，这样干我很难呼吸。我的控制室离房顶很近，所有从油槽里升起的烟都向我飘来，我不干了。”,在对小型零件进行热处理的时候，烟雾本来不是问题，因为车间里的通风设备能够满足要求。,下一页,返回,第三节 减少热处理过程中的烟雾污染,但是，在对大型零件做热处理时，烟雾就变成了主要问题，因为热处理工艺不能改变，如,图,9-3,所示。车间经理面临一个典型的管理情况,:,他必须想出一种办法来解决烟雾的问题，但他并不知道办法在哪里。,二、问题分析,1.,分析技术系统,从定义上来说，一个技术系统应该包括,3,个部分,:,两种物质和一个场。要解决问题，首先应明确引起问题的技术系统。在这个例子中，引起问题的技术系统是油槽里的油、金属部件，以及该部件的热能。烟是这个过程的副产物，对吊车司机造成危害。,我们可以列出该技术系统中的主要成分及其相应功能，如,表,9-2,所示。,上一页,下一页,返回,第三节 减少热处理过程中的烟雾污染,在本例中，吊车司机将通红的部件放到装满油的油槽中，金属部件一接触油就会产生浓烟，污染环境。我们的目的就是希望通过消除烟雾或降低烟雾造成的危害，改善吊车司机的工作环境。,2.,陈述技术冲突,在本例中，需要被消除的负面特性是烟雾。最直接的方法就是用金属盖把油槽盖住，这样可以防止油烟四散。但是，这样做会使系统的复杂性和重量增加。,针对这种情况，可以构建出下列技术冲突,:,技术冲突,1:,如果利用金属盖将特性,(,浓烟带来的有害作用,),减少,(,消除,),，则系统的“复杂性”增加。,上一页,下一页,返回,第三节 减少热处理过程中的烟雾污染,技术冲突,2:,如果利用金属盖将特性,(,浓烟带来的有害作用,),减少,(,消除,),，则系统的“重量”增加。,3.,解决技术冲突,1),技术冲突,1,让我们对照冲突矩阵来看一下技术冲突,1,。,与特性“浓烟带来的有害作用”在意义上最接近的是“物体产生的有害因素”，与“复杂性”在意义上最接近的是“系统的复杂性”。在冲突矩阵表中，对应的单元格中的创新原理是,:19,1,31,。让我们来分析一下这些创新原理。,原理,19“,周期性作用原理”建议,:,(1),用周期性动作或脉冲动作代替连续动作。,上一页,下一页,返回,第三节 减少热处理过程中的烟雾污染,(2),如果周期性动作正在进行，改变其运动频率。,(3),在脉冲周期中利用暂停来执行另一有用动作。,应用原理,19,意味着间歇地将金属部件放入油槽加温，这只有通过打开和关闭油槽的盖子才能实现。可惜的是，现存的条件不允许这样做，所以该原理不适用。,原理,1“,分割原理”建议,:,(1),将一个物体分成相互独立的部分,;,(2),将一个物体分成容易组装和拆卸的部分,;,(3),增加一个物体的可分性。,应用原理,1(1),意味着将盖子分割成不同的部分，应用,1(2),将盖子分割程度增加至成千上万，甚至上百万份。,上一页,下一页,返回,第三节 减少热处理过程中的烟雾污染,进一步延伸这个概念，盖子即可由非常细小的球体,(,甚至是液体,),构成。这样的活动盖就不会影响将炽热部件放入油中。,原理,31“,多孔材料原理”建议,:,(1),给物体加孔，或运用辅助的有孔材料,(,插入或覆盖等,);,(2),如果一物体已经有孔，事先向孔中充入相应物质,应用原理,31(1),意味着用多孔材料制成盖子。将原理,1(2),和原理,31(1),结合，使我们想到用有孔的小球或液体来做油槽盖。有孔材料可以吸收烟雾。,2),技术冲突,2,让我们对照冲突矩阵来看一下技术冲突,2,。,上一页,下一页,返回,第三节 减少热处理过程中的烟雾污染,与特性“浓烟带来的有害作用”在意义上最接近的是“物体产生的有害因素”，与“重量”在意义上最接近的是“静止物体的重量”。在冲突矩阵表中，对应的单元格中的创新原理是,:35,22,1,、,39,。下面来分析一下这些创新原理。,原理,35“,参数变化原理”建议,:,(1),改变物体的物理状态。,(2),改变浓度或密度。,(3),改变物体的柔性。,(4),改变温度或体积。,原理,35(1),建议改变系统的物理性能，即将目前固态的系统变成液态或气态。在技术冲突,1,中已涉及利用液态。,上一页,下一页,返回,第三节 减少热处理过程中的烟雾污染,将油槽盖变为气态是很有趣的一项建议，但我们如何实现呢,?,种比空气重的惰性气体，可以覆盖在油的表面充当油槽盖。,原理,22“,变有害为有益原理”建议,:,(1),利用有害因素获得积极的效果，尤其是环境中的有害因素。,(2),通过与一个有害因素结合，消除另一个有害因素。,(3),在一定的范围内增加有害作用，来停止原有的有害作用。,原理,22(3),提出增加烟雾使其成为在油和氧气间的屏障，而防止油槽冒烟。,原理,1“,分割原理”再次出现，请参看上面的分析。,原理,39“,惰性环境原理”建议,:,(1),用惰性环境代替通常的环境。,(2),在物体中添加惰性或中性添加剂。,上一页,下一页,返回,第三节 减少热处理过程中的烟雾污染,(3),使用真实环境。,三、最终方案,将原理,3s(1),和原理,39(1),结合起来，提出了一个简单的解决方案,:,用一种液体,(35(1),或惰性,(39(1),气体作为油槽盖来防止油槽冒烟，这样既能防止冒烟，又不会增加系统的复杂性，还不影响司机的工作。,上一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,一、应用背景,在欧洲那些最初为行人和马车修建的城市道路上，由于汽车持有量的增加，交通变得十分拥挤，虽然政府采取了提高燃料费的措施，但交通拥挤的状况并没有得到明显改善。为了改变这种状况，市政府通过增加税收以进一步提高大型汽车在城市里的使用费用，目的在于鼓励小型汽车的生产。然而由于市场上没有非常有特色的小型汽车，在某种意义上小型汽车还不能成为有钱人身份、地位的象征。因此，以生产大型私人豪华轿车为主的德国宝马和奔驰公司，准备联合开发一种名牌智能化的小型汽车，使其在汽车市场上能独领风骚，满足有钱人的需要。,宝马和奔驰公司决定开发的系列新款迷你型汽车，不仅在城市中使用非常方便。,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,可以增加道路的使用空间，减轻空气污染，缓解交通拥挤，容易停车，而且价格更为经济、性能更为有效。,二、问题描述,当汽车的车身较长时，在碰撞过程中会有一个较大的变形空间，可以吸收碰撞过程中产生的能量，缓解交通事故对人的冲击力，减轻对乘车者的人身伤害。但这种汽车的重量与体积较大，转弯半径大，机动性差，非常笨拙，在一定程度上造成了交通拥挤。而迷你型汽车体积小、重量轻，转弯半径小，机动灵活性好，可以减轻交通拥堵问题，但因为车身较短，不具备变形缓冲功能，因此在碰撞时容易造成人员的伤亡。,三、问题分析,上一页,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,根据以上对问题的描述，发现在汽车制造过程中，如果缩短车身长度，则汽车的安全性降低，碰撞时容易造成人员的伤亡，而增加车身长度，在一定程度上会造成交通拥堵。分析得出在汽车制造过程中存在着一对物理冲突,:,交通拥堵与防撞性能的冲突。既要减轻交通拥堵、提高机动灵活性，又要避免因车身长度缩短造成的在交通事故中防撞性能降低的冲突。,四、问题解决,1.,将一般领域间题描述转换成,39,项工程参数中的两项，即转换为,TRIZ,标准间题,“既要减轻交通拥堵、提高机动灵活性，又要避免因车身长度缩短造成的在交通事故中防撞性能降低”。,上一页,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,从待解决问题的文字描述中，试着找出问题是由哪些相互矛盾冲突的属性所引起，将文字描述转换成,39,项工程参数中的两项,:,工程参数,5,号运动物体的面积参数,:,运动物体的面积指运动物体被线条封闭的一部分或者表面的几何度量，或者运动物体内部或者外部表面的几何度量。面积是以填充平面图形的正方形个数来度量的，如面积不仅可以是平面轮廓的面积，也可以是三维表面的面积，或一个三维物体所有平面、凸面或凹面的面积之和，此例中为物体的长度，属于改善的参数。,工程参数,22,号能量损失,:,能量损失指做无用功消耗的能量为了减少能量损失，有时需要应用不同的技术手段，来提高能量利用率。,2.,根据得到的工程参数，确定解决问题需要的发明原理,上一页,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,根据上述两个工程参数，查阅阿奇舒勒技术冲突矩阵，可以得到对该问题的解决有指导意义的两条创新原理,:,(1)15,号动态化原理,:,使一个物体或其环境在操作的每一个阶段自动调整，以达到优化的性能,;,划分一个物体成具有相互关系的元件，元件之间可以改变相对位置,;,如果一个物体是静止的，使之变为运动的或可改变的。,(2)17,号维数变化原理,:,将一维空间中运动或静止的物体变成在二维空间中运动或静止的物体，将二维空间中运动或静止的物体变成在三维空间中运动或静止的物体,;,将物体用多层排列代替单层排列,;,使物体倾斜或改变其方向,;,使用给定表面的反面。,3.TRIZ,解的类比应用得到问题的最终解,上一页,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,应用巧号动态化创新原理可以得到以下解决方案,:,15,号创新原理为动态化原理，提高运动物体的面积参数。,迷你型汽车的发动机被安装在车身下面，以增加发动机与乘客分隔空间的大小。与客车相比，碰撞影响区域位于车身下面发动机的位置，因此可提升位于碰撞影响区域上面的乘客空间。其动力装置采用完全电控的发动机系统，是一台,600cc,涡轮控制的三气缸发动机，没有机械连杆与油门或变速杆连接。这种装置激活六速自动变速箱，变速箱可以在若干模式下运作，从完全自动到手工触摸转移，不必使用离合器。,应用,17,号维数变化创新原理可以得到如下解决方案,:,17,号创新原理为“维数变化原理”，将物体一维直线运动变为二维平面运动。,上一页,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,迷你型汽车的动力机车安装在滑翔架上，碰撞时车身沿斜面运动，减轻碰撞时的冲击力，并增强了其抵抗外力变形的能力。,与其他类似的概念车进行比较发现，这种迷你型智能汽车虽然微小，但空间似乎极其宽敞。乘车者坐在前、后纵向排列的两个座位里，前面两个车轮由铰链连接，车身坐落在此悬浮臂上，像摩托车一样，经由一种倾角控制系统控制转向端活动，并且车身前部可以斜靠进入边角。,五、结论,迷你型汽车本身并没有使用特殊材料来吸收能量，仅仅做了结构上的创新，其抵抗外力变形的能力便可堪与一辆普通轿车相媲美。本实例遵循了,TRIZ,理论的基本原则,:,没有增加新的材料而实现了其预定功能。,上一页,返回,第五节 飞机机翼的进化,一、应用背景,早期的飞机机翼都是平直的。最初，飞机采用的是矩形机翼，这种机翼很容易制造。但由于其翼端较宽，会给飞机带来很大的飞行阻力，因而，也就严重影响了飞机的飞行速度。,后来，德国、英国、美国的喷气式飞机先后上天。飞机开始进入了喷气式时代，其飞行速度迅速提高，接近音速。这时，机翼出现“激波”，使机翼表面的空气压力发生变化。同时，飞机的前进阻力骤然剧增，比低速飞行时达十几倍甚至几十倍，这就是所谓的“音障”。为了突破“音障”，许多国家都在研制新型机翼。后掠翼型机翼一举突破了“音障”的障碍。当时德国人发现把机翼做成向后掠的形式，像燕子的翅膀一样，可以延迟“激波”的产生，缓和飞机接近音速时的不稳定现象。,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,但是，新的问题又随之出现了。向后掠的机翼，与不向后掠的平直机翼相比，在同样的条件下产生的升力要小。这不仅对飞机的起飞、着陆和巡航带来了不利影响，而且浪费了很多宝贵的燃料。能否设计出一种适应飞机的各种飞行速度又具有快慢兼顾特点的机翼呢，这成为当时航空界所面临的一大难题。,二、问题描述,根据上述分析，系统存在的技术冲突为,:,(1),传统固定机翼不适合高空飞行。这是因为，在突破“音障”的时候，会产生非常大的阻力，容易导致飞机在空中解体，而且此时飞机消耗的能量也相应加大。,上一页,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,(2),改进的三角机翼不适合低速飞行。这是因为，当起飞与降落以及巡航时，在相同推力条件下，飞机产生的升力小。当然，飞机消耗的能量，也相应的加大了。总之，矛盾集中体现在飞机的飞行速度与其在飞行时能量的消耗这两个工程参数之间。,三、问题分析,我们要解决的这个问题，涉及两个工程参数,:19,号运动物体的能量消耗和,9,号速度。,根据这两个工程参数，可从冲突矩阵中得到以下,4,条创新原理,:,8,号质量补偿原理,;,15,号动态化原理,;,35,号参数变化原理,;,上一页,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,38,号加速强氧化原理。,显然，质量补偿原理不适合用来解决这个问题。因为，战斗机要求机身轻便、灵活、机动。而且，加重机身还会使速度这个技术特性恶化。,可以使用加速强氧化原理，使燃料的燃烧更加充分，以使飞机获得更大的推力。但是众所周知，战斗机上使用的是特制的、高热量的航空油，它们在涡轮喷气发动机中的燃烧，也已经比较充分了。所以，再使用加速强氧化原理来改善燃油的充分燃烧率，效果就不是很明显了。,再来看一看后面两个原理,:15,号动态化原理和,35,号参数变化原理。,按照这两条创新原理提供的方法，技术人员对机翼进行改进，使其成为活动部件。,上一页,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,并且，在飞机飞行的时候，飞行员可以自由地控制机翼的形态，使之能够在比较大的范围内改变“后掠角”的大小，从而获得从平直翼到三角翼的变化。这样就适应了飞机从低速到高速不同飞行状态下的要求。,以,F111,战斗机为例，它在起飞阶段，处于低速度飞行状态，如,图,9-4,所示。此时，机翼呈平直状，可以获得较大升力，飞机表现出良好的低速特性。另一方面，由于避免了长距离滑行所浪费的能量，也有效地解决了飞机在低速度状态下，速度与能量消耗之间的矛盾。,F111,在云层之上高速飞行时，两翼后掠以减小飞行阻力，如,图,9-5,所示。这样，不仅减小了飞机的能耗，也延迟了“激波”的产生，从而缓和了飞机接近音速时的不稳定现象，使飞机能够安全地达到更高的速度。飞机在不同的速度之下，采用不同的后掠角，可很好地适应不同的飞行要求。,上一页,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,四、讨论结果,综合考虑上面几个创新原理，最终的解决方案为,:,(1),应用,15,号动态化原理,;,(2),应用,35,号参数变化原理。,改变飞机的飞行形态，使飞机在不同的飞行状态下，得到不同的气动外形，可以在很大程度上节约不必要的能耗。根据,35,号参数变化原理，并结合,15,号动态化原理给出的启示，技术人员将飞机的机翼设计成一个活动的可变翼。这是飞机设计理念上一个大胆的创新，它一举突破了传统的固定翼设计理念，在飞行器设计领域开辟了一片新天地。反思传统的妥协设计思维方式，就只能在速度与能耗之间，做拆中性的设计了。,上一页,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,采用冲突矩阵查出的创新原理启示，则避免了传统的妥协设计方式，从一个全新的角度，更好地解决了速度与能量这对技术冲突。,TRIZ,理论与妥协设计的不同之处，在此得到了充分的体现，这是,TRIZ,理论应用的一个经典例证。,五、设计思路,现在，设计人员已经找到了最满意的设计思路,:,能够在同一架飞机上得到平直翼和三角翼的优良的飞行特性，极大地节约了在起飞与降落过程,(,平直翼在低速飞行中，可得到较大的升力，从而缩短跑道的长度，借此节约了能源,),和高速飞行过程,(,三角翼在高速飞行中，可以轻易地突破音障，减轻机翼的受力，提高飞机在高速飞行时的强度，最终的结果也是降低了能量的消耗,),消耗的能量。,上一页,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,六、最终方案,根据上述分析的结果，技术人员成功地设计出,F111,这种在当时是最新型的可变后掠翼战斗,/,轰炸机。这是世界上第一架采用后掠翼思想设计的飞机，它开创了新一代超音速战斗机的新纪元。从此以后，世界战机家族又多了“可变后掠翼战斗机”这个新成员。在此之后设计出的一系列战斗机，如英国、德国、意大利三国联合成立的帕纳维亚飞机公司的狂风超音速战斗机等,(,见,图,9-6,),，都采用了这种全新的设计思想。,上一页,下一页,返回,第四节 宝马汽车的外形设计,新的设计方案虽然抛弃了传统的固定翼设计概念，但可变翼飞机仍保留了平直机翼升力大的优点。而在高速飞行时，它的两翼又尽量后掠，飞机变得像三角机翼一样，能轻而易举地突破“音障”，从而有效地降低了飞机迎风面积大的不足，实现了节能减耗以及提高飞行速度的期望，最终实现了提高其战斗力的根本目的。,上一页,返回,第六节 提高智能吸尘器的清洁效果,一、背景技术简介,吸尘器机器人又称清洁机器人，自动吸尘器或智能吸尘器，它是目前家用电器领域最具挑战性的热门研发课题，而且开发的难度极大。,作为一种令人满意的智能化的吸尘机器人，它应当具备能自动并彻底清洁家庭或办公室中它能走得到的地面的功能,不需要人弯着腰操作，不需要人拖着电线移来移去，不需要人把它拆开把累积在内部的垃圾倾倒出来，不需要人在旁边忍受它的噪声，需要的只是人们一次性设定它的工作方式,(,例如，一次性工作还是每天工作一次，还是隔天工作，还是,3,天或隔几天工作一次，每次工作在什么时刻等,),，其余人们便不用管它,(,当然人们也可把它当作普通吸尘器使用,插上导管清洁如床或茶几底下等它走不进去的地方,),。,下一页,返回,第六节 提高智能吸尘器的清洁效果,它能自动充电，自动把内部垃圾传送到一个大容量垃圾箱中去。同时它还很安全,:,不会有触电危险，不会撞坏东西，不会被撞坏，不会跌落至楼梯下，也不会走得太远而消失得无影无踪，更重要的是作为一种家用电器而非奢侈品，它的价格不会太贵，普通家庭完全买得起。,日本日立公司自,20,世纪,80,年代后期，便开始研发这样的吸尘机器人，但是至今尚未有成熟的产品面世。其他如日本松下、韩国三星、,LG,、,Hanool Robotics,、瑞典伊莱克斯、荷兰飞利浦、德国,Karcher,、英国,Dyson,、澳大利亚,Floorbotics,、美国,Eureka,及,iRobot,Evolution Robotic,、中国台湾联腾电子等公司均曾经开发并提供了一些样品或小批量产品。,上一页,下一页,返回,第六节 提高智能吸尘器的清洁效果,有的如玩具般在房间内随意移动,(,如,iRobotics,的,Roomba,被,时代,周刊评为,2002,年度全球最佳发明，最近中国台湾联腾电子公司也推出了同它类似的产品,),，有的能在单个房间内较简单地按一定的路线移动并能自动充电,(,如伊莱克斯公司的,Trilobite),，有的还能在垃圾回收站清理掉内部垃圾,(,如,karcher),。,事实上，虽然有了这样一些样品或产品，但并不能达到令人满意的程度，尚存的缺点是,:,清洁效果不佳，功能没有完全达到，还有价格更是不能让人接受。因此，均只能算是早期产品或称第一代产品。,二、初始问题情境,三星公司开发的是一种全新的机器人真空清洁器，如,图,9-7,所示。机器人可充当自主真空清洁器，从而在无需人工参与的情况下清洁房间地面。,上一页,下一页,返回,第六节 提高智能吸尘器的清洁效果,电池充电后大约可使用,50 60 min,。当工作期间电池电量不足时，机器人会自动将真空关闭，并返回充电座重新充电。当充电完毕后，它会回到原来的位置继续进行清洁。,三星公司面对的主要难题是,:,为了提高机器人的清洁能力，消费者尝试过用更大功率的电机增大吸力，虽然缩短了清洁时间，但却需要更频繁地为电池充电。,所以，该项目的目标是,:,需要对现有真空清洁器进行最小的改动，以提供更高的真空清洁能力，同时不增大电池容量和吸风电机功率。,三、应用,TRIZ,进行矛盾问题求解,1.,定义问题模型,上一页,下一页,返回,第六节 提高智能吸尘器的清洁效果,技术冲突,1:,如果机器人真空清洁器的吸入功率足够大，则灰尘可从被清洁表面上很好地除去，但电池电量会由于耗电量的增大而快速用完，并且真空工作时间会缩短。,技术冲突,2:,如果机器人真空清洁器的吸入功率足够小，则电池的工作时间可延长，但吸尘器没有足够的吸力来吸收微尘。,整个系统的主要功能,:,提供更高的真空清洁能力,(,即技术冲突,1,要改善的功能,),。,整个系统的作用对象,:,尘埃和污物。,系统实现主要功能所使用工具,:,机器人真空清洁器吸气口中的气流。,根据,TRIZ,理论的发明问题解决算法，为了解决此问题，应该找出一些特殊的功能单元,(,在,TRIZ,理论中把它们称为,X-element),。,上一页,下一页,返回,第六节 提高智能吸尘器的清洁效果,并把它们转变为技术系统，在吸气口处提供强大的气流，同时不增大耗电量，并不因此而增大电池和电机的容量。,2.,研究理想解决方案,物理冲突,:,吸气口处的吸力应该足够大，以便除去灰尘，同时又应该足够小，以便减小耗电量。,技术最终理想结果,:,通过对机器人真空清洁器进行最小的改动，让其自身提供大的吸力并作用在吸气口处的灰尘上，同时使电池保持足够长的工作时间。,物理理想最终结果,:,通过对吸气口进行最小的改动，让气流在吸气口与被清洁表面的相互作用工作区中，自身提供大的吸力并作用在吸气口处的灰尘上，同时使电池保持足够长的工作时间。,上一页,下一页,返回,第六节 提高智能吸尘器的清洁效果,3.,具体解决方案,研究具体解决方案,:,利用空气搅动原理工作的机器人真空清洁器。,具体解决方案实例,:,怎样使用整个真空清洁器的物场资源取得最终理想结果,?,对真空清洁器的物场资源分析见,表,9-3,。最终三星公司采用如,图,9-8,所示的技术方案，让过滤后的排出气流重新进入工作区。,该方案采用了一个吸气口，以通过它从被清洁表面吸入灰尘，该方案还至少采用了一种包含空气循环机构的搅动装置，以从空气中过滤灰尘。那些污浊的空气通过吸气口吸入并被过滤。,上一页,下一页,返回,第六节 提高智能吸尘器的清洁效果,过滤后的空气回流到排气管线内，排气管线上有一个空气喷射口，用于帮助从需要清洁的表面移走灰尘。空气喷射口