專利名稱：：一種基于triz與可拓學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種基于TRIZ與可拓學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。簡(jiǎn)稱T&E方法,包括TRIZ矛盾分析矩陣，用于解決阻礙產(chǎn)品創(chuàng)新的技術(shù)矛盾問題；可拓學(xué)發(fā)散樹方法，用于得到多個(gè)發(fā)散創(chuàng)新方案；優(yōu)度評(píng)價(jià)方法，用于得到最終最優(yōu)方案。
背景技術(shù)：
：TRIZ理論是TIPS(TheoryofInventiveProblemSolving)的俄i吾同義字。是一個(gè)蘇聯(lián)發(fā)明家GAltshullcr分析研究超過四十萬個(gè)專利，在1946年提出創(chuàng)新原理的解決方法，稱為TRIZ。TRIZ中最重要的是根據(jù)具有普遍用途的40個(gè)發(fā)明原理和工程領(lǐng)域內(nèi)常用的表述系統(tǒng)性能的39個(gè)通用工程參數(shù)，將這些工程參數(shù)的矛盾與發(fā)明原理建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系，整理成一個(gè)39X39階的矩陣。40個(gè)發(fā)明原理開啟了一道發(fā)明問題解決的天窗，將發(fā)明從魔術(shù)推向科學(xué)，讓那些似乎只有天才可以從事的發(fā)明工作，成為一種人人都可以從事的職業(yè)，使原來認(rèn)為不可能解決的問題可以獲得突破性的解決。這個(gè)39X39階的矩陣就是TRIZ矛盾矩陣。矩陣的構(gòu)成非常緊密而且自成體系?？赏貙W(xué)它以形式化的模型，探討事物拓展的可能性以及開拓創(chuàng)新的規(guī)律與方法，并用于解決矛盾問題?？赏貙W(xué)以基元(包括物元、事元和關(guān)系元)為邏輯細(xì)胞，以可拓工程方法為研究手段。從可拓學(xué)的觀點(diǎn)來看，任何事物都具有可拓性，可拓性是進(jìn)行創(chuàng)新的依據(jù)。它解決了"怎樣創(chuàng)新"、"從哪里創(chuàng)新"以及"對(duì)創(chuàng)新結(jié)果如何評(píng)價(jià)"等問題。由于人們的創(chuàng)造性思維過程就包括發(fā)散性思維和集中性思維，所以菱形思維模型能很好地描述人們的創(chuàng)造性思維過程，在這里，我們使用發(fā)散樹方法作為可拓學(xué)發(fā)散過程，使用優(yōu)度評(píng)價(jià)法作為可拓學(xué)收斂過程。優(yōu)度評(píng)價(jià)法是一種基于可拓學(xué)的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法，以物元理論和可拓集合理論為基礎(chǔ)，可對(duì)事物、方法、策略等進(jìn)行優(yōu)劣評(píng)價(jià)。利用優(yōu)度評(píng)價(jià)法對(duì)策劃創(chuàng)意和策劃方案及產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各種因素指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選，得到一個(gè)關(guān)于各創(chuàng)意和方案的優(yōu)度序列，優(yōu)度較高的創(chuàng)意和方案可以進(jìn)行決策和實(shí)施階段。若單獨(dú)使用TRIZ方法可解決阻礙產(chǎn)品創(chuàng)新優(yōu)化的技術(shù)矛盾，獲得產(chǎn)品創(chuàng)新優(yōu)化方案；若單獨(dú)使用可拓學(xué)方法，它可以解決由于非技術(shù)問題所造成的產(chǎn)品的技術(shù)矛盾，雖然都能夠解決產(chǎn)品優(yōu)化的問題，但由于TKIZ方法與可拓學(xué)方法對(duì)于指導(dǎo)創(chuàng)新的側(cè)重點(diǎn)不同，難免造成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造優(yōu)化不全面，從而影響產(chǎn)品最終優(yōu)化結(jié)果，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)各種質(zhì)量或人性化使用問題的存在。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明公開了一種基于TRIZ與可拓學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，(簡(jiǎn)稱T&E)，其目的在于解決的一個(gè)重要問題是將TRIZ與可拓學(xué)結(jié)合起來，克服了單獨(dú)使用TRIZ方法或者單獨(dú)使用可拓學(xué)方法進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的不足，為產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一條可行之路；同時(shí)也提高了產(chǎn)品創(chuàng)新優(yōu)化的效率、結(jié)果的可行性和產(chǎn)品創(chuàng)新優(yōu)化的成功率。一種基于TRIZ與可拓學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于具體操作步驟如下A)首先分析產(chǎn)品，找出阻礙產(chǎn)品技術(shù)性能的技術(shù)矛盾或非技術(shù)矛盾；B)若阻礙產(chǎn)品技術(shù)性能的矛盾為技術(shù)矛盾，則使用TRIZ矛盾矩陣，可得到解決技術(shù)矛盾的初步方案；C)然后進(jìn)入可拓學(xué)發(fā)散過程，使用發(fā)散樹方法，得到發(fā)散方案集wHD)最后進(jìn)入發(fā)散方案收斂過程，即采用優(yōu)度評(píng)級(jí)法，對(duì)由步驟D)得到的發(fā)散方案集進(jìn)行可拓學(xué)優(yōu)度評(píng)價(jià)，得到一個(gè)關(guān)于各發(fā)散方案的優(yōu)度序列，選取優(yōu)度值最高的方案作為最佳首選方案，進(jìn)入決策和實(shí)施階段；E)若阻礙產(chǎn)品技術(shù)性能的矛盾為非技術(shù)矛盾，則直接進(jìn)入步驟C)，最后進(jìn)入步驟D)。所述的TRIZ矛盾矩陣，主要用于解決阻礙產(chǎn)品技術(shù)性能的技術(shù)矛盾問題，獲得產(chǎn)品設(shè)計(jì)或改進(jìn)的新的初步技術(shù)方案。它包括標(biāo)準(zhǔn)矛盾矩陣表、期望參數(shù)改善的矛盾求解表、避免參數(shù)惡化的矛盾求解表、單一參數(shù)矛盾求解表，(標(biāo)準(zhǔn)矛盾矩陣表參見科學(xué)出版社出版的《發(fā)明問題解決理論》中的附錄部分)。所述的可拓學(xué)發(fā)散樹方法，用于對(duì)所獲得的創(chuàng)新方案進(jìn)行可拓發(fā)散，得到多個(gè)發(fā)散創(chuàng)新方案，根據(jù)物元的發(fā)散性，進(jìn)行可拓物元發(fā)散，得到一個(gè)關(guān)于各發(fā)散方案的優(yōu)度序列，即發(fā)散方案集方案l，方案2，……，方案n。所述的可拓學(xué)優(yōu)度評(píng)價(jià)方法，用于對(duì)多個(gè)發(fā)散創(chuàng)新方案進(jìn)行優(yōu)度評(píng)價(jià)，優(yōu)度較高的產(chǎn)品技術(shù)方案作為最佳首選方案，可以進(jìn)行決策和實(shí)施階段。T&E產(chǎn)品創(chuàng)新評(píng)價(jià)方法將TRIZ與可拓學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提煉成一種新的全面優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的新方法，完善了產(chǎn)品創(chuàng)新及其評(píng)價(jià)體系，提高了產(chǎn)品創(chuàng)新的效率、結(jié)果的口J行性和產(chǎn)品創(chuàng)新的成功率。本發(fā)明適用于各種工業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計(jì)，應(yīng)用非常廣泛。圖1為本發(fā)明方法實(shí)施步驟框圖；圖2為節(jié)選的標(biāo)準(zhǔn)TRIZ矩陣簡(jiǎn)表。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)說明，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例利用TRIZ與可拓學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，解決用于水處理的膜過濾裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。膜過濾裝置存在的問題是膜污染。膜污染是指處理物料中的各種微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子在膜面、膜孔內(nèi)沉淀與積累，造成膜面污染、膜孔徑變小或堵塞，膜的透過阻力增加，膜通量減少和分離性能下降的現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、能耗、和膜的使用壽命等問題。國(guó)內(nèi)外膜技術(shù)研究專家也為此一直在尋找好的解決方案，比如錯(cuò)流過濾、加強(qiáng)橫向流速、增加氣體反沖、加入阻垢劑、設(shè)置湍流器等，這些手段雖然在一定程度上降低了膜污染，提高了過濾效果，但膜污染仍得不到徹底解決。采用木發(fā)明TRIZ與可拓學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來解決這一問題，通過該方法指導(dǎo)產(chǎn)品的創(chuàng)新優(yōu)化過程。其具體方法步驟如圖1所示一、找出阻礙產(chǎn)品創(chuàng)新的技術(shù)矛盾傳統(tǒng)膜分離技術(shù)的瓶頸問題是膜堵塞，不但會(huì)降低濾液的生產(chǎn)效率，同時(shí)造成了膜污染，大大降低了膜的使用壽命。因此，可以確定阻礙膜分離產(chǎn)品創(chuàng)新的矛盾是一對(duì)技術(shù)矛盾。二、使用TRIZ矛盾矩陣，可得到解決技術(shù)矛盾的初步方案；TRIZ理論提出用39個(gè)通用工程參數(shù)對(duì)矛盾進(jìn)行描述，如圖2所示。矛盾矩陣表的縱向表頭為希望改善的工程參數(shù)，橫向表頭為避免惡化的工程參數(shù)，橫向表頭和縱向表頭所對(duì)應(yīng)的工程參數(shù)的交點(diǎn)即為解決這一對(duì)技術(shù)矛盾的推薦發(fā)明原理。膜過濾裝置希望改善的工程參數(shù)選擇為生產(chǎn)率(NO.39)，避免惡化的工程參數(shù)選擇物體產(chǎn)生的有害因素(NO.31)帶入矛盾矩陣表，獲得由矛盾矩陣表所推薦的發(fā)明原理35#參數(shù)變化；22ft變有害為有益；l抑振動(dòng)；39#惰性環(huán)境。經(jīng)過分析，我們選擇18tl振動(dòng)這一發(fā)明原理作為產(chǎn)品創(chuàng)新優(yōu)化的指導(dǎo)，通過添加振動(dòng)的方式來解決阻礙膜分離產(chǎn)品創(chuàng)新的矛盾。d申請(qǐng)中國(guó)專利的膜過濾裝置(發(fā)明專利200610118851.1)，就是通過確定添加振動(dòng)方式，解決了膜分離技術(shù)的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了膜分離技術(shù)的創(chuàng)新。所述的膜過濾裝置由扭力桿及其上部圓柱形的過濾元件集合體及下部的振動(dòng)器組成。在振動(dòng)器上安裝有偏心塊，因而當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)軸傳至振動(dòng)器上時(shí)，偏心塊使重心偏離電機(jī)軸中心位置，形成偏心運(yùn)動(dòng)，該力使振動(dòng)器在水平方向回轉(zhuǎn)，由于振動(dòng)器的加重，造成了慣性矩。變頻電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)底座的擺動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的能量再通過中心主軸傳遞到裝置上部的膜組件的擺動(dòng)。這種擺動(dòng)會(huì)使組件中的膜的振動(dòng)產(chǎn)生剪切波，使需處理的液體中的雜質(zhì)處于懸浮狀態(tài)而從雜質(zhì)出口處排出，不會(huì)沉淀到膜表面上，也就消除了膜污染的問題。三、進(jìn)入可拓學(xué)發(fā)散過程，使用發(fā)散樹方法，建立膜過濾裝置膜組件可拓學(xué)物元發(fā)散模型把膜以某種形式組裝在一個(gè)基本單元設(shè)備內(nèi)，以便使用、安裝、維修。這種基本單元設(shè)備叫膜組件。在膜組件的衡量條件中，價(jià)格、裝填密度、清洗容易程度、膜更換容易程度、壓力降等因素起了主要作用，因此，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)著重考慮這五個(gè)因素?？蓪⑺鼈冏鳛槟そM件的特征，根據(jù)各個(gè)特征值對(duì)膜過濾裝置膜組件進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選。膜組件用物元可以表示為考慮到膜組件有多個(gè)物元組成板框式膜組件、螺旋巻式膜組件、管狀膜組件、中空纖維膜組件四種膜組件，基于發(fā)散樹的一般模型，得到膜組件的物兀表示的一般形式為膜組件W:價(jià)格q,裝填密度q,清洗容易程度q，膜更換容易程度^壓力降Cs,Cl(7V)c5W裝填密度a，&=清洗容易程度Q，c氛)c氛)膜更換容易程度q壓力降Cs,得出膜組件方案集"，[/5^,2,3,4}，其中:<image>imageseeoriginaldocumentpage7</image>四種膜組件每種方案有5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)(特征)c廣價(jià)格(元/m3)，c,裝填密度(m2/！113)，c廣清洗容易程度，c廠膜更換容易程度，c5=壓力降。其具體評(píng)價(jià)指標(biāo)量值如下表所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>以上所述四種方案為優(yōu)度評(píng)級(jí)對(duì)象。四、進(jìn)入發(fā)散方案收斂過程，通過使用拓學(xué)優(yōu)度評(píng)價(jià)方法，將發(fā)散方案收斂于優(yōu)度方案。首先將評(píng)價(jià)指標(biāo)C3。C4。C5量化為9級(jí)[最難，很難，難，較難，一般，較易，易，很易，最易]，分別對(duì)應(yīng)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得4個(gè)方案所對(duì)應(yīng)的數(shù)值物元為/,，/2，&，/4。然后采用層次分析法構(gòu)造層次模型，將C1;C2，C3，C4,C5，根據(jù)在膜組件選用中的重要程度，使用1，3，5，7，9或1，1/3，1/5，1/7，1/9來表示某因素相對(duì)于另一因素的重要程度，確定它們兩兩因素之間的相互比率，這里"1"表示兩因素具有同樣重要程度，"3"表示稍微重要，"5"表示明顯更重要，"7"表示強(qiáng)烈重要，"9"表示極端重要；若因素甲比乙的重要程度為b，則乙比甲的為1/b。采用層次分析法構(gòu)造出判別矩陣A為.11/21/21Z21211/21/31/3爿=22123231/212131/31Z21，其中Aij表示C,與Cj重要程度之比。例如，乂24=1/3，表明因素C2比C4的重要程度為1/3，力42=3,表明。4比&的重要程度為3，即裝填密度與膜更換容易程度相比稍微次要，膜更換容易程度與裝填密度相比，稍微重要。通過計(jì)算該判斷矩陣最大特征值/1_所對(duì)應(yīng)的特征向量，得到權(quán)系數(shù)向量為a=(0.118942186,0.12417968，0.33835754,0.2525435，0.16597706)對(duì)判別矩陣做一致性檢驗(yàn)，計(jì)算一致性指標(biāo)C.I.<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(式3)式巾"為判別矩陣的階數(shù)，此處n-5。平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.平均隨機(jī)一致性指標(biāo)是多次(500次以上)重復(fù)進(jìn)行隨機(jī)判斷矩陣特征值的計(jì)算之后取算術(shù)平均數(shù)得到，下表是重復(fù)計(jì)算1000次的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)-平均一致性指標(biāo)R丄信列表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>計(jì)算一致性比例C.R.(式4)當(dāng)C.T.<0.1時(shí)，一般認(rèn)為判別矩陣的一致性是可以接受的。計(jì)算得一致性指標(biāo)C.兄=0.0884<0.1,因此判別矩陣的一致性是可以接受的,在可拓?cái)?shù)學(xué)中，用關(guān)聯(lián)函數(shù)來刻畫元素具有某種性質(zhì)的層度。設(shè)評(píng)價(jià)條件集為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>權(quán)系數(shù)分配為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>建立關(guān)聯(lián)函數(shù)，并計(jì)算該關(guān)聯(lián)函數(shù)的關(guān)聯(lián)度，對(duì)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行規(guī)范化，最后計(jì)算優(yōu)度值(詳細(xì)計(jì)算參考山科學(xué)出版社出版的《可拓工程》一書中的3.5節(jié))。最終獲得各方案的優(yōu)度序列=，則各方案的相對(duì)優(yōu)先次序?yàn)楣軤钅そM件〉板框式膜組件>中空纖維膜組件〉螺旋巻式膜組件，由此得出優(yōu)度值為0.54117453所對(duì)應(yīng)的方案即管狀膜組件為最佳可選方案。綜上所述，我們基于TRIZ與可拓學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，將添加了振動(dòng)方式的和安裝有管狀膜組件的膜過濾裝置作為最佳優(yōu)度評(píng)價(jià)方案。至此，我們完成了膜過濾裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)的全過程，證明了該方法的口丁行性和對(duì)產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的依據(jù)。權(quán)利要求1.一種基于TRIZ與可拓學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于具體操作步驟如下A)首先分析產(chǎn)品，找出阻礙產(chǎn)品技術(shù)性能的技術(shù)矛盾或非技術(shù)矛盾；B)若阻礙產(chǎn)品技術(shù)性能的矛盾為技術(shù)矛盾，則使用TRIZ矛盾矩陣，可得到解決技術(shù)矛盾的初步方案；C)然后進(jìn)入可拓學(xué)發(fā)散過程，使用發(fā)散樹方法，得到發(fā)散方案集id="icf0001"file="A2009100511570002C1.tif"wi="18"he="19"top="62"left="150"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>D)最后進(jìn)入發(fā)散方案收斂過程，即采用優(yōu)度評(píng)級(jí)法，對(duì)由步驟D)得到的發(fā)散方案集進(jìn)行可拓學(xué)優(yōu)度評(píng)價(jià)，得到一個(gè)關(guān)于各發(fā)散方案的優(yōu)度序列，選取優(yōu)度值最高的方案作為最佳首選方案，進(jìn)入決策和實(shí)施階段；E)若阻礙產(chǎn)品技術(shù)性能的矛盾為非技術(shù)矛盾，則直接進(jìn)入步驟C)，最后進(jìn)入步驟D)。全文摘要一種基于TRIZ與可拓學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品優(yōu)化與設(shè)計(jì)方法，A)首先分析產(chǎn)品，找出阻礙產(chǎn)品技術(shù)性能的技術(shù)矛盾或非技術(shù)矛盾；B)若阻礙產(chǎn)品技術(shù)性能的矛盾為技術(shù)矛盾，則使用TRIZ矛盾矩陣，可得到解決技術(shù)矛盾的初步方案；C)然后進(jìn)入可拓學(xué)發(fā)散樹過程，使用發(fā)散樹方法，得到發(fā)散方案集(如右所示)；D)最后進(jìn)入發(fā)散方案收斂過程，即采用優(yōu)度評(píng)級(jí)法，對(duì)由步驟C)得到的發(fā)散方案集進(jìn)行可拓學(xué)優(yōu)度評(píng)價(jià)，得到一個(gè)關(guān)于各發(fā)散方案的優(yōu)度序列，選取優(yōu)度值最高的方案作為最佳首選方案，進(jìn)入決策和實(shí)施階段；E)若阻礙產(chǎn)品技術(shù)性能的矛盾為非技術(shù)矛盾，則直接進(jìn)入步驟C)，最后進(jìn)入步驟D)。本發(fā)明可廣泛用于各種工業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計(jì)。文檔編號(hào)G06Q50/00GK101551897SQ20091005115公開日2009年10月7日申請(qǐng)日期2009年5月14日優(yōu)先權(quán)日2009年5月14日發(fā)明者仲梁維,靜倪,凡費(fèi)申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)