TRIZ理论的创新原理在汽车设计中的应用

许丹，雷小芳

(丹东黄海汽车有限责任公司，辽宁丹东 118000)

TRIZ理论的创新原理在汽车设计中的应用

许丹，雷小芳

(丹东黄海汽车有限责任公司，辽宁丹东 118000)

TRIZ理论提供了如何科学分析问题的方法。通过举例的方式阐述TRIZ理论的40个创新原理在汽车设计过程中的应用，为解决瓶颈问题提供方法。

TRIZ理论；创新原理；汽车设计

0 引言

纵观汽车设计行业，唯有不断创新，才能立于不败之地。发明是有规律的，创新亦有方法。TRIZ发明问题解决理论中的40个创新原理，为创新思维提供了工具，可以指导人们打破常规，突破惯性思维解决问题。本文通过举例的方式阐述TRIZ理论的40个创新原理在汽车设计中的应用，为解决瓶颈问题提供方法。

1 TRIZ理论

发明是指通过思维或实验过程首先为一项科学或技术难题找到并发现了解决方案、解决方法[1]。TRIZ理论即发明问题解决理论。1946年，苏联人阿奇舒勒通过研究成千上万的专利，发现了背后的模式，并形成了TRIZ理论的原始基础。当人们进行发明创造、解决难题时，可以遵循科学的方法法则，迅速找到解决问题的方法。TRIZ理论以系统的观点为新产品的发展指出了方向。TRIZ理论认为任何一个产品或者客观事物都可以看作一个系统，而任何一个系统都是按照一定的客观规律进化的，这并不取决于某一个人，新产品的产生是一种看似偶然的必然。因此，这个客观规律就是可以被发现、认知和利用的[2]。TRIZ理论体系结构如图1所示。

其核心思想是技术进化原理。发展都是遵循着客观规律演变的，即具有客观的进化规律和模式。各种难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。对于一个具体问题，使用通常的方法不能直接找到此问题的具体解，那么就将此问题(通过通用工程参数或物-场模型描述)转换并表达为一个TRIZ问题，然后利用TRIZ体系中的九大理论和工具进行TRIZ问题的解决[3]。TRIZ理论问题的解决过程如图2所示。

图1 TRIZ理论体系结构图

图2 TRIZ理论问题的解决过程[4]

2 TRIZ理论40条发明创新原理

功能是从技术实现的角度对产品的一种理解，是产品在特定约束条件下输入输出时参数或状态变化的一种抽象描述[5]。阿奇舒勒对大量专利进行研究、分析、总结，提出TRIZ理论中最重要的40条发明创新原理(见表1)，让看起来只有天才才能搞的发明，成为每个人都可实现的目标，为创新提供了理论依据。在具体化问题解决方案时，需要设计者依据标准解指明的方向，结合工程实例，由已有系统的特定问题和设计约束条件，充分发挥本领域知识和实际经验[6]。

表1 TRIZ理论40条发明创新原理

3 TRIZ理论的40条发明创新原理在汽车中应用的案例浅析

分割：遥控钥匙。当只有驾驶员一人上车时，遥控钥匙将四门都打开，会带来不安全因素。为了避免这个问题，利用分割原理，对中控盒进行改进，第一次按键，只打开主驾驶车门，第二次按键，四门才会全开。利用了分割原理，将主驾驶门分割出去解决问题。

抽取：冷暖手套箱。部分中高档车的手套箱除具备储物作用外，还具有冷暖箱的功能，内有空调出风口，夏天可以冰镇饮料，冬天可给食物保温、加热。将空调的冷暖气抽取一部分出来，引入手套箱内，方便实用。

局部质量：汽车后行李箱。在后行李箱左右两侧，增加放置随车工具袋、急救包等物品的分区，使行李箱摆放更加整齐、规范，急用时易找到。

非对称：发动机凸轮轴。利用凸轮轴的不对称性，控制发动机气门的开关，实现四冲程。

合并：带倒车影像内后视镜。当汽车正常驾驶时，作为普通内视镜使用；当倒车时，内视镜起到了屏幕的作用，通过摄像头，实现倒车可视。

普遍性：多功能方向盘。驾驶员在驾驶车辆过程中，想操作一些电子按键，但手又不能长时间离开方向盘，如果把这些按键集成在方向盘上，就成为目前流行的多功能方向盘。它集成了音响控制、车载电话、定速巡航、行车电脑等设置。

嵌套：安全带卡扣。嵌套的应用，使安全带安装牢靠、使用方便简捷。

配重：油量显示。油浮子漂浮在油面上，利用传感器，监测出油量反馈到仪表，简洁直观地查看油量的多少。

预先反作用：汽车钢板弹簧。钢板弹簧安装后，自然状态下成弯曲状态。当路面对轮子的冲击力传来时，钢板产生变形，起到缓冲、减振的作用。

预先作用：预紧式安全带。普通安全带是在发生碰撞后，乘客身体前倾安全带收紧，有时力度过大给乘客带来伤害。为了避免这个问题，发明了预紧式安全带。预紧式安全带是在乘客因碰撞向前方移动前收紧，消除安全带和人的间隙，且拉紧力度不会给乘客造成伤害。

预先应急措施：安全气囊。当汽车发生碰撞时，传感器输出信号，在身体碰撞前打开气囊，避免了身体与方向盘、玻璃、仪表板的直接撞击，降低车祸风险。

等势原则。换汽车轮胎时，用千斤顶把汽车有坏轮胎的一侧顶起，方便装卸轮胎。

逆向思维：逆向数据。在汽车开发前期，大多逆向标杆车作为参照，利用逆向思维进行零件正向开发。

曲面化：汽车外钣金。利用流畅美观的曲面造型，减少风阻，提高车速。

动态化：记忆座椅。记忆不同驾驶员座椅角度位置，当再次驾驶时，自动调节到记忆位置，避免变换驾驶员时每次都要调节座椅角度的问题。

不足或超额行动。主要指孔轴配合中的间隙配合、过盈配合。

一维变多维：油泥模型。使空洞的二维图，变成三维立体的油泥模型。进行1∶1的制作，更加直观，方便更改。

机械振动：汽车喇叭报警装置。通过传统的机械振动，达到警示的作用。

周期性动作：ABS。在制动时，ABS根据每个车轮速度传感器传来的速度信号，进行抱死-松开-抱死-松开的周期性循环工作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态。

有效作用的连续性：发动机飞轮。发动机工作时，飞轮旋转存储能量，实现发动机4个工作循环。

紧急行动：发动机冷却。为了保证发动机在最适宜的温度状态下工作，利用冷却液，加速发动机冷却，缩短冷却时间。

变害为利：涡轮增压发动机。利用发动机自身的废气能量，推动涡轮增压器，实现涡轮增压。

反馈：车速调整音量。根据车速大小、外部噪声情况，收音机自动调节音量。

中介物：三元催化。借助三元催化器中铂、铑、钯等贵重金属，将CO、HC和NOx等有害物质转化为CO2、H2O、N2。

自服务：自适应弯道灯。车辆在进入弯道时，产生旋转的光型，给弯道以足够的照明，减少盲区。

复制：行车记录仪。可以记录行车过程中道路上发生的影像和声音，为交通事故提供证据。

廉价替代品：麻纤维板。汽车上的基材，可以选用新型的天然材料。例如采用以麻纤维做成的麻纤维板作为内饰基材，环保低价。

机械系统替代：无钥匙启动系统。传统的钥匙开锁已经有几千年的历史了，如何不用钥匙启动汽车呢？机械系统的替代多使用电子设备，结合视觉、听觉、触觉、无线感应的应用。无钥匙启动系统采用无线射频识别技术，车主随身携带的智能卡可以发出信号，不用将钥匙插在锁孔内，按下或拧动start键即可启动汽车，方便安全，科技感强。

气压和液压结构：支撑杆。传统机械式的支撑杆，手动支撑，对人的力气和身高有一定限制。而液压支撑杆利用了液压原理，轻松地解决了这个问题，不费时、不费力，更安全牢靠。

柔性壳体或薄膜：玻璃防爆膜。汽车防爆膜具有隔热、隔紫外线、防爆的作用，在不改动玻璃的情况下，利用一层薄膜，起到了防爆的作用。

多孔材料：钣金减重孔。在钣金符合使用要求范围内，进行几何切割，以减轻整车质量。

颜色改变：反光条。在夜间反射周围的光线，起到警示作用。

同质性：焊接的焊条。利用材料的一致性，熔断焊条，联结钣金。

抛弃或再生：空调暖风。利用发动机的余热，通过循环水引至驾驶室。

物理或化学参数改变：供油量调节。电喷发动机供油量通过传感器，采集温度、转速、负荷等信号，精确地计算出供油时间和供油量，提高燃烧率。

相变：LNG。LNG以液体形式存在于气瓶内，易储存、容量大，使用时气化成天然气，参与发动机燃烧。

热膨胀：空调温度开关。温控开关内部有个双金属片，具有不同的热膨胀系数，这样就能在达到一定范围的临界点温度时发生形变使触点结合，达到通电的目的。

加速氧化：增压发动机。发动机增压系统就是将空气预先压缩后供入气缸，以提高空气密度、增加进气量、提高空燃比，改善燃油经济性。

惰性环境：轮胎。氮气是惰性气体,汽车在高速运行的时候,氮气不会随着轮胎温度的升高而膨胀,从而避免爆胎引发的交通事故。

复合材料：碳纤维。汽车轻量化可以节能减排，一些新型轻量化材料，例如碳纤维、镁铝合金近年来得到广泛应用，应用在汽车后尾翼、可溃缩转向管柱、汽车车身。

4 结论

TRIZ理论提供了如何科学分析问题的方法，在汽车设计过程中，通过40个创新原理，创造性地发现问题，突破性的解决问题。大量的实践表明：合理应用TRIZ理论，能够对问题情境进行系统分析，尽快触到问题本质，发现存在的矛盾，并确定正确的研究方向，而且有利于突破定式思维的束缚，从多个新的角度分析问题矛盾，并估测其未来趋势，在提升创新速度和产品质量等方面都大有裨益[7]。

[1]赵敏，胡钰.创新的方法[M].北京：当代中国出版社,2008.

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ZHANG J Y,GUO Y L,YANG S C,et al.Innovation Design of Products Based on TRIZ Theory[J].Journal of Machine Design,2009,26(2):35-38.

[3]冷崇杰，项辉宇，闫晓玲.基于TRIZ理论的产品结构创新设计[J].制造业自动化,2010,32(8):27-30.

LENG C J,XIANG H Y,YAN X L.Creative Design of Product Structure Based on TRIZ Theory[J].Manufacturing Automation,2010,32(8):27-30.

[4]高常青，黄克正，王国锋，等.由TRIZ理论的通用解求问题的特殊解[J].中国机械工程,2006,17(1):84-88.

GAO C Q,HUANG K Z,WANG G F,et al.From Generic Solution to Specific Solution of TRIZ[J].China Mechanical Engineering,2006,17(1):84-88.

[5]檀润华.创新设计:TRIZ:发明问题解决理论[M].北京：机械工业出版社，2002.

[6]卢希美，张付英，张青青.基于TRIZ理论和功能分析的产品创新设计[J].机械设计与制造,2010(12):260-262.

LU X M,ZHANG F Y,ZHANG Q Q.Product Innovation Design Based on the Theory of TRIZ and Functional Analysis[J].Machinery Design amp; Manufacture,2010(12):260-262.

[7]安国.科技创新方法(TRIZ)在企业的应用[J].现代商贸工业,2015(14):71-72.

ApplicationofInnovationPrincipleofTRIZTheoryinAutomotiveDesign

XU Dan，LEI Xiaofang

(Dandong Huanghai Automotive Co.,Ltd.,Dandong Liaoning 118000,China)

A scientific method has been provided by a way of TRIZ theory in analyzing relevant problem.Through a way of example, the application of 40 TRIZ theory innovation principle in the design process of automobile was described, which provided a method for solving the bottleneck problem.

TRIZ theory;Innovation principle;Automobile design

U462

A

1674-1986(2017)11-080-03

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.11.020

2017-06-23

许丹(1987—)，女，学士，工程师，研究方向为汽车总布置。E-mail:xudan_sj@126.com。