TRIZ理论及其在飞机中的运用

TRIZ理论及其在飞机结构设计中的运用 学院：机械工程学院          姓名：林晓锋          学号：11021078 一、TRIZ理论简介 1、TRIZ理论的定义 TRIZ的含义是发明问解决理论，其拼写是由“发明问题的解决理论”（Theory of Inventive Problem Solving）俄语含义的单词首字母（Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch）组成，在欧美国家也可缩写为TIPS。 TRIZ理论是由前苏联发明家阿利赫舒列尔(G. S. Altshuller)在1946年创立的， Altshuller也被尊称为TRIZ之父。 80年代中期前，该理论对其他国家保密，80年代中期，随一批科学家移居美国等西方国家，逐渐把该理论介绍给世界产品开发领域，对该领域已产生了重要的影响。 2、TRIZ理论核心思想和基本特征 现代TRIZ理论的核心思想主要体现在三个方面。 首先，无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。 其次，各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。 再就是技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。 3、TRIZ解决问题的过程 发明问题解决理论的核心是技术进化原理。按这一原理，技术系统一直处于进化之中，解决冲突是其进化的推动力。进化速度随技术系统一般冲突的解决而降低，使其产生突变的唯一方法是解决阻碍其进化的深层次冲突。 G.S. Altshuller依据世界上著名的发明，研究了消除冲突的方法，他提出了消除冲突的发明原理，建立了消除冲突的基于知识的逻辑方法，这些方法包括发明原理（Inventive Principles）、发明问题解决算法（ARIZ，Algorithm for Inventive Problem Solving）及标准解（TRIZ Standard Techniques）。 在利用TRIZ解决问题的过程中，设计者首先将待设计的产品达成为TRIZ问题，然后利用TRIZ中的工具，如发明原理、标准解等，求出该TRIZ问题的普适解或称模拟解（Analogous solution）；最后设计者在把该解转化为领域的解或特解。 4、TRIZ理论的基本哲理 TRIZ理论的基本哲理包括以下6条： （1）、所有的工程系统服从相同的发展规则。这一规则可以用来研究创造发明问题的有效解，也可用来评价与预测如何求解一个工程系统（包括新产品与新服务系统）的解决方案。 （2）、像社会系统一样，工程系统可以通过解决冲突（Conflicts）而得到发展。 （3）、任何一个发明或创新的问题都可以表示为需求和不能（或不再能）满足这些需求的原型系统之间的冲突。所以，“求解发明问题”与“寻找发明问题的解决方案”就意味着在利用折衷与调和不能被采纳时对冲突的求解。 （4）、为探索冲突问题的解决方案，有必要利用专业工程师尚不知道或不熟悉的物理或其它科学与工程的知识。技术功能和可能实现该功能的物理学、化学、生物学等效应对应的分类知识库可以成为探索冲突问题解的指针。 （5）、存在评价每项发明创造的可靠判据。这些判据是： ①该项发明创造是否是建立在大量专利信息基础上的？基于偶然发现的少数事例的发明项目不是严肃的研究成果。事实证明，一项重大或重要的发明项目通常是建立在不少于1万到2万项专利（或知产权/版权）研究的基础上。 ②发明人或研究者是否考虑过发明问题的级别？大量低水平的发明不如一项或少量高水平的发明。因为，低水平的发明只能在简单的情况下运用。 ③该项发明是否是从大量高水平的试验中提炼出来的结论或建议？ （6）、 在大多数情况下，理论的寿命与机器的发展规律是一致的。因而，“试凑”法很难产生两种或两种以上的系统解。 5、TRIZ理论主要内容 创新从最通俗的意义上讲就是创造性地发现问题和创造性地解决问题的过程，TRIZ理论的强大作用正在于它为人们创造性地发现问题和解决问题提供了系统的理论和方法工具。 现代TRIZ理论体系主要包括以下几个方面的内容： （1）、创新思维方法与问题方法 TRIZ理论中提供了如何系统分析问题的科学方法，如多屏幕法等；而对于复杂问题的分析，则包含了科学的问题分析建模方法——物-场分析法，它可以帮助快速确认核心问题，发现根本矛盾所在。 （2）.、技术系统进化法则 针对技术系统进化演变规律，在大量专利分析的基础上TRIZ理论提炼出八个基本进化法则。利用这些进化法则，可以分析确认当前产品的技术状态，并预测未来发展趋势，开发富有竞争力的新产品。 （3）、技术矛盾解决原理 不同的发明创造往往遵循共同的规律。TRIZ理论将这些共同的规律归纳成40个创新原理，针对具体的技术矛盾，可以基于这些创新原理、结合工程实际寻求具体的解决方案。 （4）、.创新问题标准解法 针对具体问题的物-场模型的不同特征，分别对应有标准的模型处理方法，包括模型的修整、转换、物质与场的添加等等。 （5）、发明问题解决算法ARIZ 主要针对问题情境复杂，矛盾及其相关部件不明确的技术系统。它是一个对初始问题进行一系列变形及再定义等非计算性的逻辑过程，实现对问题的逐步深入分析，问题转化，直至问题的解决。 （6） 基于物理、化学、几何学等工程学原理而构建的知识库 基于物理、化学、几何学等领域的数百万项发明专利的分析结果而构建的知识库可以为技术创新提供丰富的方案来源。 6、TRIZ理论的特点和优势 相对于传统的创新方法，比如试错法，头脑风暴法等，TRIZ理论具有鲜明的特点和优势。它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，而不是逃避矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解，而不是采取折衷或者妥协的做法，而且它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程，而不再是随机的行为。实践证明，运用TRIZ理论，可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。它能够帮助我们系统的分析问题情境，快速发现问题本质或者矛盾，它能够准确确定问题探索方向，不会错过各种可能，而且它能够帮助我们突破思维障碍，打破思维定势，以新的视觉分析问题，进 行逻辑性和非逻辑性的系统思维，还能根据技术进化规律预测未来发展趋势，帮助我们开发富有竞争力的新产品。 二 TRIZ 理论在飞机设计中的应用 1、 TRIZ 理论在飞机设计中的应用分析 TRIZ 理论是一种方法学,同时也是一个庞大的知识库,且已经编辑成了软件-Tech-optimizer。应用 TRIZ 理论解决问题的一般流程是:首先将需要解决的特定的问题转化为 TRIZ 问题,经过分析,找出问题的冲突本质所在,然后利用 TRIZ 中的工具,求出该 TRIZ问题的普适解或模拟解,再根据实际情况得出该问题的特定解。在利用 TRIZ 理论解决工程问题时,首先要分析冲突,也就是矛盾,找出冲突参数,然后根据冲突矩阵提供的解决原理,找出该问题的解。 （1）、飞机结构设计中的冲突分析 飞机作为一种高端产品,表 1 中列出的 39 个通用工程参数绝大多数在飞机结构设计中都有所体现。而且,从飞机的研制过程、使用条件及结构设计的基本要求来看,每个阶段都会遇到各种不同的矛盾。飞机结构设计中常用的工程参数如结构的重量、尺寸、强度、稳定性、可靠性、可制造性、可操纵性、复杂性、自动化程度等,这些参数之间经常会发生冲突。在飞机结构设计中最典型的冲突如结构的重量和强度,飞机结构设计者希望结构越强越好,但是 结构变强了结构的重量就会增加,而结构重量增加又是不希望的,因而就发生了冲突。解决飞机结构设计中的这些冲突,可以利用冲突矩阵,找出解决冲突的原理,根据解决原理,来解决冲突。 （2）、冲突矩阵的应用介绍 冲突解决问题矩阵的一部分,如表 3 所示。表中,横向和纵向1~39 个数字代表的 39 个参数,每个数字代表的工程参数见表 1,横向和纵向相交的数字代表解决这种冲突的原理,其中每个数字代表的原理见表 2。每个原理中具体的又包括几种方法,详见[1]中解决原理的介绍。如希望改善参数 1,但恶化了参数 38,对应到冲突矩阵中,横轴对应数字 1,表示运动物体的重量,纵轴对应数字38,表示自动化程度,二者相交的数字是 26,35,18,19,这是四个解决原理,分别表示复制、参数变化、振动、周期性作用原理,每个原理又包括具体的方法。 2 TRIZ 理论在飞机设计中的应用实例 （1） TRIZ 解决飞机结构设计中强度与重量的冲突 飞机结构设计中的冲突很多,最典型也是经常碰到的冲突就是强度与重量的冲突。本例不针对某一具体的飞机结构设计,而是通过这个例子说明 TRIZ 法的具体应用。飞机的强度是希望改进的,而强度的改进导致了重量的恶化,即增加了重量。利用冲突矩阵表,发现 1,8,40,15 四个原理可以解决冲突。 （2）、 TRIZ 在飞机结构改进设计中的应用 波音公司在改进 737 设计过程中,出现了技术冲突为:即希望发动机增大功率,增大功率就需要吸入更多的空气,这样发动机罩的直径需要增大,导致发动机罩与地面的距离变小,而发动机罩与地面的距离又不希望减小,这就出现了技术冲突。根据解决原理,最后决定采用不对称原理设计方案,将发动机罩的下部设计成平的,如图 2 所示。 3、TRIZ的其他应用 1、TRIZ理论在国外的应用 在前苏联，TRIZ方法一直被作为大学专业技术必修科目，已广泛应用于工程领域中。苏联解体后，大批TRIZ研究者移居美国等西方国家，TRIZ流传于西方，受到极大重视，TRIZ的研究与实践得以迅速普及和发展。西北欧、美国、台湾等地出现了以TRIZ为基础的研究、咨询机构和公司，一些大学将TRIZ 列为工程设计方法学课程。经过半个多世纪的发展，如今TRIZ理论和方法已经发展成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的理论和方法体系，工程实用性强， 并经过实践的检验，如今它已在全世界广泛应用，创造出成千上万项重大发明，为知名企业取得了重大的经济效益和社会效益。 TRIZ理论广泛应用于工程技术领域，目前已逐步向其他领域渗透和扩展。应用范围越来越广，由原来擅长的工程技术领域分别是向自然科学、社会科学、管理科学、生物科学等领域发展。现在已总结出了40条发明创造原理在工业、建筑、微电子、化学、生物学、社会学、医疗、食品、商业、教育应用的案例，用于指导各领域遇到问题的解决。 TRIZ是专门研究创新设计的理论，已建立一系列的普适性工具帮助设计者尽快获得满意的领域 解。TRIZ作为技术问题或发明问题解决的一种强有力方法，并不是针对某个具体的机构、机械或过程，而是要建立解决问题的模型及指明问题解决对策的探索方 向。TRIZ的原理、算法也不局限于任何特定的应用领域。它是指导人们创造性解决问题并提供科学的方法、法则。因此，TRIZ 可以广泛应用于各个领域创造性的解决问题。不仅在前苏联得到广泛应用、在美国的很多企业特别是大企业，如波音、通用、克莱斯勒、摩托罗拉等的新产品开发得到了应用，创造了可观的经济效益。 据统计， 2003年，三星电子采用 TRIZ 理论指导项目研发而节约相关成本 15 亿美元，同时通过在67个研发项目中运用 TRIZ 技术成功申请了52项专利。仅仅一项创新技术就能对一个跨国企业产生如此大的影响，这种情况是不多见的，TRIZ的创始人 G. S. Altshuller 对此也始料未及。 从1997年三星引入TRIZ理论到2003年的近7年时间里，三星应用TRIZ 取得了显著的创新成果，但很多创新环节仍然需要 TRIZ 专家的协助才能完成，而且这些专家往往都有十年以上的TRIZ应用经验并通晓不同的工程领域。我们因此称三星的这种创新模式为“专家辅助创新”。 2、TRIZ理论在中国的应用 TRIZ理论引入中国也只是近几年的事，但它已经逐渐得到国内诸多科研结构、公司和专家的重视，在以TRIZ理论为核心的创新方法与技术研究应用方面，走在前列的是我国的亿维讯科技有限公司。该公司是一家从事计算机辅助创新技术及技术咨询的高新技术企业，他们的创新技术研究水平目前已经处于世界前列。他们将创新技术研发中心设在世界创新技术理论和应用研究的发源地——白俄罗斯的明斯克，那里有数百名创新技术理论专家，是当今创新技术研究的领跑者；在中国则设有行业创新技术研发中，着力于创新技术在以中国为中心的工程技术领域的应用和推广。他们提供的一套完整的计算机辅助创新解决方案，正在国内诸多科研院所和大型企业研究机构发挥作用，为快速提升我们创新技术水平提供技术上的支持。 TRIZ 理论在国内应用前景： (1)TRIZ 理论是被事实证明可行的。TRIZ 理论在前苏联的军事、工业、航空航天等领域已经发挥了巨大作用。在西方国家,TRIZ 也为其飞机结构设计解决了许多问题,上面例子中波音737 飞机的改进只是 TRIZ 法的一个简单应用。因而,TRIZ 理论也可以在国内的飞机结构设计中应用。 (2)在国内,没有提出一个系统的、有国际影响力的创新理论体系,而俄罗斯、美国、德国、日本都有自己的系统的理论。TRIZ理论可以很好的弥补国内这一方面的空缺,进而探讨建立适合国情的自己的创新理论体系。 (3)最为重要的是 TRIZ 理论适合国内飞机结构设计的需要。 国内飞机结构设计的研制周期长、资金少,引入 TRIZ 理论,可以提供解决问题的方法,减少试验的次数,减少不必要的摸索过程,从而减少资金投入,缩短研制周期。 (4)TRIZ 理论,作为一个优秀的创新设计理论,可以为国内的飞机结构设计所用,并且可以进行广泛深入的推广。同时,国内在使用 TRIZ 理论的过程中,也可以使该理论的内容得到丰富和扩展。 3、TRIZ理论的实践意义 TRIZ理论以其良好的可操作性、系统性和实用性在全球的创新和创造学研究领域占据着独特的地位。在经历了理论创建与理论体系的内部集成后，TRIZ理论正处于其自身的进一步完善与发展，以及与其它先进创新理论方法的集成阶段，尤其是已成为最有效的计算机辅助创新技术和创新问题求解的理论与方法基础。 经过半个多世纪的发展，TRIZ理论已经发展成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的理论和方法体系，它实用性强，并经过实践检验，应用领域也从工程技术领域扩展到管理、社会等方面。现在TRIZ理论在西方工业国家受到极大重视，TRIZ的研究与实践得以迅速普及和发展。如今它已为众多知名企业取得了重大的效益。 实践证明，运用TRIZ理论，可大大加快人们创造发明的进程，而且能得到高质量的创新产品。它能够帮助我们系统的分析问题情境，快速发现问题本质或者矛盾，它能够准确确定问题探索方向，不会错过各种可能，而且它能够帮助我们突破思维障碍，打破思维定势，以新的视觉分析问题，进行逻辑性和非逻辑性的系统思维，还能根据技术进化规律预测未来发展趋势，帮助我们开发富有竞争力的新产品。 四、小结 综上所述，相对于传统的创新方法，TRIZ具有鲜明的特点和优势。它将发明创造问题归纳为5个层次，39项技术特性、40个创新原理；由创新思维 方法与问题分析方法、技术系统进化法则、技术矛盾矩阵、物质-场分析标准解法和问题解决算法(ARIZ) 5个分析和解决问题的方法论构成的一整套系统化的、实用的解决发明问题的理论方法体系。它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，并基于技术发展的进化规 律来研究整个技术发展过程。可快速确认和解决系统中存在的矛盾，大大加快发明创造进程，提升创新的能力。具体来说运用TRIZ可以给我们以下启示:(1) 创新将像从事日常技术工作一样成为可能；(2)创新不再是专家的“灵光一现”，创新可以持续不断地进行下去；(3)对问题进行系统分析，高效发现问题本 质，使准确定义问题和矛盾成为可能；(4)能对创新性问题或者矛盾解决提供更合理的方案和更好的创意；(5)能打破思维定势，激发创新思维，从更广的视角 看待问题；(6)基于技术系统进化规律，准确确定探索方向，预测未来发展趋势，开发新产品；(7)打破知识领域界限，实现技术突破等等。 通过对 TRIZ 理论的介绍和该理论在飞机结构设计上的应用研究以及该理论在国内飞机结构设计中的应用前景分析,认为该理论可以用来解决飞机结构设计中的冲突,尤其是可以为国内飞机结构设计所用、解决国内飞机结构设计中的冲突。