基于TRIZ理论下的工程机械类产品造型设计研究

王林强 刘 超

1.金华市科技情报研究所 浙江 金华 321000;2.金华市科学技术开发中心 浙江 金华 321000

1 TRIZ理论在国内的发展现状

20世纪80年代中期,我国的个别科研人员在研究专利时已经了解到了TRIZ 理论。在1997年前后,在参加国际会议的中真正接触到了TRIZ,虽然只有一小部分学术分子,但就是这一小部分学术分子让TRIZ走进高校,虽然只是特定专业的选修课。TRIZ理论培训是在2001年的时候真正意义上登陆了华夏的土地,这其中亿维讯公司扮演者冷路人的角色,2002年亿维讯公司正式在我国建立了TRIZ的“大本营”,这标志着TRIZ理论在中国的应用和推广已经学会奔跑正式进入“快行道”;在2007年,由中国科技部牵头官方正式对创新方法的研究进行推广,并于8月13日将“科技部技术创新试点省”的荣誉称号落户四川和黑龙江两省。2009年科技部组织了TRIZ理论培训,这意味着TRIZ 的培训首次上升到国家的层次高度。目前,国内越来越多的企业、大学开始对TRIZ 理论的研究及应用投入了巨大资源,像前苏联一样中国船舶、中国兵器、中国航天等大型军工集团引领者我国的TRIZ研究;另外铁道系统的科研院、单位以及清华大学、浙江大学等高校也在TRIZ理论研究方面做着巨大的努力。

2 TRIZ为产品造型创新设计提供的理论支持

2.1 产品技术进化理论

任何产品从产生到消亡都可遵循一定的规律,产品技术进化理论的得出就是通过分析并归纳这种对相似进程而得出的理论。这种理论将产品从根本上分析其生长规律,准确地得到前产品的技术水平,并且新一代产品的可能进化方向预测出来,使产品设计的导向性能让设计师从宏观角度进行把握。

2.2 76个标准解

问题可以通过76个标准解得到进一步简化。如果可以直接用标准解解决问题,那么寻求问题解决方案的时间会大大缩短,降低设计师的思考时间就相当于提升了效率。

2.3 盾解决矩阵

由于当设计师在发现问题并对问题进行分析后,虽然解决矛盾的方法也能想出不少,但是最佳方法很难被发现不说,往往还要耗费过多的时间。包含了40 条创造问题解决原理与39条标准参数的39*39的大型矩阵叫做矛盾解决矩阵,设计师可以通过这个矩阵帮助在最短的时间内找到最佳解决方法,这种方法是传统解决方法突破后形成的创造性解决方法。

2.4 理想化原理

产品概念设计过程中,现有产品思维定势常常影响设计师,答案经常倾向于在特定范围内寻找,影响创造力发挥,通过理想化原理的协助可以去除已经存在的产品概念定势,重新审视产品可以从使用立场出发,或者从理想化。

3 基于TRIZ理论下的工程机械类产品造型设计

3.1 叶身特征的造型设计

在对叶身特征的造型分析环节,需要对叶片数据的定义进一步明确化。其中,叶片造型数据一般通过具体用户的对话框实现数据的读入。例如,在理解根面与冠面数据理解环节一般通过表1实现：

表1

关于叶身结构的特殊性进行了初步了解。其中,由于叶身结构是“由若干个截面型线拟合而成的光滑曲面体”,为此,关于其结构的开发,主要通过以下几个步骤完成。首先,需要获取叶片零件的具体设计参数。在开展叶片开发环节,由于叶片零件的设计参数一般通过对话框的方式获取,而叶片的截面型线的数量及其具体点数都是变化的,则导致叶片参数的设计必须满足具体的参数化设计要求;其次,还需要对基准截面型线进行精准的确定。由于叶片的高度一般是由基准截面开始计算,为此在实现基准截面型线确定环节,一般会采用程序动态的方式来实现;其次,关于插值生成底平面的确定以及顶平面截面型线的选择。通过对菱形导叶片的工作截面图进行分析,并对菱形导叶片、叶根、以及叶冠与叶身的接触圆锥面认识基础上,通过对叶片造型的把握,对正确的插值方法进行选择;再次,进一步实现叶片型线数据处理的科学化。由于叶片型线数据处理关系到叶片造型设计的关键,为此,在实现型线数据处理环节,必须确保其处理结果的科学化。例如, 当造型出来的叶片出现粗糙或发生畸变时,则直接导致给定的叶片型线点的排列方向发生变化。此外,当出现给定的点超出背弧现象时,叶片型线的处理必须先将超出的多余点去掉,并在此基础上,实现型线坐标点按的顺时针排列。

3.2 工程机械类产品造型创新——TRIZ中的S曲线

阿奇舒勒经过分析世界250 万件专利发现,所有产品向最先进功能进化时,都有一条“小路”引领着它前进。这条“小路”就是进化过程中的规律,就是所谓的S曲线。S曲线完整的描述了一个产品从孕育、成长、成熟到衰退的变化规律。

S曲线也可认为是一条产品技术成熟度的预测曲线。S曲线描述的是一个技术系统中的诸项性能参数的发展变化规律。每个技术系统的进化都按照生物进化的模式进行的,一般都要经历一下4 个阶段：婴儿期、成长期、成熟期、衰退期。每个阶段都会呈现出的不同特点。阿奇舒勒从性能参数、专利等级、专利数量、经济效益4 个方面来描述技术系统在各阶段所表现出来的特点。技术成熟度预测包含一个重要内容,那就是产品进化曲线—S曲线。它用于表示茶农从诞生到推出市场这样一个生命周期的基本发展过程,S曲线有助于了解技术系统的成熟度,辅助企业做出恰当的研发决策。

总之,工程机械类产品作为特定的工程中所用的施工类机械,多年来一直难被人们诟病于其“过于工程”的外形特征。随着技术等方面的发展,工程机械类产品仅仅拥有功能属性就远远不够了。所以,充分对工程机械本身、所处领域、对应市场等多方面进行深入研究就显得格外重要。同时,造型创新设计时的方法就更需要对其深入探讨。