产品创新设计.docx

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1、产品创新设计CA1-FENGHAI-(2023YEAR-YICA1)_JINGB1AN1、项目背景近年来，全球各国都面临着人口老龄化的问题。老年人比例的逐渐增大，给老年人用品市场带来很大的潜力。据了解，老年人群体中普遍存在行动不便的问题，大部分老人家常常需要靠拐杖辅助行走，需要椅子可以随时坐下休息。然而，同时携带这两样工具非常麻烦，影响老人家出行，因此，市场亟需一种同时具有拐杖和椅子功能的便携式的产品。从上述现状出发，本项目着力于研究拐杖与椅子的有效结合，以拐杖为原型，结合雨伞的工作原理，通过简单的变形可实现拐杖和椅子的功能，携带方便，使用简单，人性化程度高，符合当前市场的需求，其产品必将受到

2、普遍欢迎。本项目采用TRIZ理论创新方法进行研究。2、TRIZ理论与方法概述、TRIZ理论简介TRIZ理论是由前苏联发明家阿利赫舒列尔(G.S.AItShU1Ier)在1946年创立的，A1tShUi1er也被尊称为TRIZ之父。1946年，A1tshu11er开始了发明问题解决理论的研究工作。当时A1tshu11er在前苏联里海海军的专利局工作，在处理世界各国著名的发明专利过程中，他总是考虑这样一个问题：当人们进行发明创造、解决技术难题时，是否有可遵循的科学方法和法则，从而能迅速地实现新的发明创造或解决技术难题呢答案是肯定的！A1tshu11er发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物

3、系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡，是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律，就能能动地进行产品设计并能预测产品的未来趋势。以后数十年中，A1tShU11er穷其毕生的精力致力于TRIZ理论的研究和完善。在他的领导下，前苏联的研究机构、大学、企业组成了TRIZ的研究团体，分析了世界近250万份高水平的发明专利，总结出各种技术发展进化遵循的规律模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则，建立一个由解决技术，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，建立起TRIZ理论体系。、TR1Z的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

4、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。、TR1Z的体系结构任何问题的解决过程都包括两部分：问题分析和问题解决。成功的创新经验表明，问题分析和系统转换对于解决问题都是非常重要的。因此，TRIZ包含用于问题分析的分析工具、用于系统转换的基本知识的工具和理论基础。技术系统的进化模式或定律是TRIZ的基础。这些模式包含用于工程系统进化的基本规律，理解这些模式可以增强人们解决问题的能力。TRI

5、Z分析工具包含ARIZ算法、物质一场分析、冲突分析和功能分析，这些工具用于问题模型的建立、分析和转换。它们并不是要利用存在问题的产品的每一条信息，而是用一种特殊的方式，如冲突、物质一场模型或功能模型来表示一个问题。(1)物质一场分析：G.S.A1tshu11er对发明问题解决理论的贡献之一是提出了功能的物质一场(SUbStance-fie1d)描述方法与模型。其原理为所有功能都可以分解为两种物质及一种场，即一种功能由两种物质及一种场三个元件组成。产品的功能是一种实现，因此可用物质一场分析产品的功能。(2)ARIZ算法ARIZ(a1gorithmforinventive-prob1emso1vi

6、ng)称为发明问题解决算法，它是TRZ1的一种主要工具，是发明问题解决的完整算法，该算法采用一套逻辑过程逐步将初始化问题程序化。该算法特别强调冲突与理想解的程序化，一方面技术系统向着理想解的方向进化，另一方面如果一个技术问题存在冲突需要克服，该问题就变成一个发明问题。应用ARIZ取得成功的关键在于没有理解问题的本质前，要不断地对问题进行细化，一直到确定了物理冲突。该过程及物理冲突的求解已有软件支持。(3)功能分析功能分析的目的是从完成功能的角度而不是从技术的角度分析系统、子系统和部件。该过程包括裁剪，即研究每一个功能是否必需，如果必须。系统中的其他元件是否可完成其功能。设计中的重要突破、成本或

7、复杂程度的显著降低往往是功能分析及裁剪的结果。TRIZ包含基于知识的工具：40条发明原理、76个标准解和效应数据库。这些工具是在积累人类创新经验和大量专利的基础之上发展起来的额，基于知识的工具与分析工具的不同之处在于：基于知识的工具指出解决问题的过程系统转换的方式，而分析工具用于改变问题的描述。(1)40条发明原理用于指导TRIZ使用者找出用于创新的解决方窠。每一种解决方案都是一个建议，应用该建议可以使系统产生特定的变化以消除技术冲突。在解决大约1250项已知冲突时，冲突矩阵会推荐应当考虑的原理。(2)76个标准解用于解决基于技术系统进化模式的标准问题。按照目标，这些标准解被分为五累，分类中解

8、的顺序反映出技术系统的进化方向。要使用这些工具必须先确定问题的类别(基于物质一场模型)，然后再选定一系列标准解。这些标准解会建议采用哪一种系统变换来消除存在的问题。(3)效应知识库该知识库是TRIZ中最容易使用的一种工具。在对其进行研究的早期阶段，G.SAItshuIIer就已验证：对于一个给定的难题，运用各种物理、化学和几何效应可以使解决方案更理想和简单地实现，而要实现这一点必须开发出一份大型的知识库。要使用效应知识库，必须先选定一项系统要实现的适当功能，然后知识库会提供一些可选择方案来转化功能。、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

9、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。.AItshuIIer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(InVentiVePrinCiPIeS)、发明问题解决算法(ARIZ,A1gorithmforInventiveProb1emSo1ving)及标准解(TRIZStandardTeChniqUeS)。在利用TRIZ解决问题的过程中，设计者首先将待设计的产品表达成为TRIZ问题，然后利用TRIZ中的工具，如发明原理、标准解等，

10、求出该TRIZ问题的普适解或称模拟解(Ana1ogoussoIution)；最后设计者在把该解转化为领域的解或特解。、TR1Z的研究现状TRIZ近60年默默无闻的发展及近十几年来的迅速爆发性的普及与应用，越来越显示出在市场及技术竞争日趋激烈的环境下，TRIZ作为创造性地解决产品设计及制造过程中问题的一个有效工具所发挥的重要作用。由于TR1Z在仓IJ新概念设计过程中的强大功能，在全世界范围内兴起了研究TRIZ的热潮，TRIZ的研究与实践得以迅速的普及和发展。俄罗斯、瑞典、日本、以色列、美国等都成立了TR1Z研究中心，TR1Z方法也已广泛应用于工程技术领域，并在多个跨国公司迅速得以推广并为其带来巨

11、大收益。如今，它已在全世界广泛应用，创造成千上万项重大发明。经过半个多世纪的发展，如今TRIZ已经发展成为一套解决新产品开发实际问题的成熟理论和方法体系，并经过实践的检验，帮助众多知名企业取得了重大的经济效益和社会利益。在美国，许多公司都致力于以TR1Z为核心原理开发计算机辅助创新软件，如美国Inventionmachine公司的GO1dfireInnovator软件及IdeationInternationa1公司的IWB软件，另夕卜还有Triso1ver2.1、ImPrOVer等等。一些著名的公司如Ford、MotoroIa、GM、GE、HP等都已使用计算机辅助创新软件解决工程技术问题并取得

12、了巨大收益。计算机辅助计算机辅助创新软件已经成为国外企业、尖端科技领域解决技术难题、实现创新的有用工具。软件用户遍及航空航天、机械制造、汽车工业、国防军工、铁路、石油化工、水电能源、电子、土木建筑、造船、生物医学、轻工和家电等领域。、TR1Z的发展方向TRIZ的理论研究一直没有停止，其理论方法也在不断发展，并形成了庞大的理论体系。TRIZ目前的发展包括以下五个方面：(I)TRIZ基础理论研究如物质一场模型的新型符号系统、多冲突问题及解决技术的进一步发展，标准工程参数的增加，冲突矩阵的改进，可用资源的挖掘及ARIZ算法的改进等。(2) TRIZ与其他创新技法的集成研究TR1Z方法以其他的设计理论

13、集成，为新产品的开发和创新提供了理论指导和广泛的可能性，使技术创新过程由以往凭借经验和灵感，发展到按照技术演变规律进行。例如，TRIZ与QFD、稳健设计的集成，TRIZ与CPC的组合等。(3) TRIZ与技术创新管理过程集成研究提供宏观过程模型，增加已有技术创新管理过程的微观可操作性。(4)开发计算机辅助创新软件计算机辅助创新软件是基于知识的创新工具，它以TRIZ方法作为基础，结合现代设计方法学、计算机辅助技术、多学科领域的知识，以分析解决产品及其制作过程中遇到的冲突为出发点，从而可以从根本上解决新产品开发过程中遇到的技术难题而实现创新，并可为工程技术领域新产品、新技术的创新提供科学的理论指导

14、，指明探索方向。将TR1Z方法与计算机软件技术结合可以释放出巨大的能量，不仅为产品研发提供实时指导，而且还能在产品的研发过程中不断扩充和丰富。3、基于TRIZ理论分析求解过程、项目描述(1)技术系统：多功能拐杖作用：在老人需要憩息之时随时可以转换拐杖的形态，变拐杖为椅子，供老人歇息。功能：保留拐杖原有的功能；接收折叠椅子的功能；改善传统拐杖所带来的问题。(2)初始情景存在的问题高龄者由于年龄、身体等等的原因，一般在日常生活中行走都会觉得吃力，大多数这类的老者都会有一把拐杖在身边，所谓拐杖，就是老人们的行动辅助工具，是他们的“第三只脚”。虽然是靠着拐杖行走，但随着许多高龄者伴随体质的下降、骨质疏

15、松与关节退化等等的原因，平时长时间地站立和行走是比较困难的。(3)主要问题在高龄者或者行动不便的人外出散步的时候，一般靠的是拐杖帮助他们保持身体的平衡得以行走，走的时间一长，很容易就会感觉到疲惫，肯定需要就地歇息，却常常苦于无椅子可坐，身边就只有拐杖这一工具而已。这是他们感到比较懊恼的问题。(4)发生上述问题的条件问题普遍性：上述的主要问题是广大高龄者或者行动不便的人常常苦恼的事情;问题广泛性：对于大多数高龄者或者行动不便的人都需要外出活动，i般都不喜欢宅在家里；对象针对性：对于高龄者、老人们，身边都有一把贴身拐杖。儿女们忙于工作无法相陪，这时候拐杖确是他们行动的时候的唯一依靠。（5）初步思路

16、（讨论解决方案）方案一：老人们在外出的时候可以随身携带一椅子；缺点：实用性低，对于老人而言，外出时候再带一凳子会加重他们的负担。方案二：社区可在路边建设更多的凳子椅子供路人歇息；缺点：这些公共椅子的事后维护是比较困难的，而且此举操作起来的范围可想而知。（6）待解决的问题如何解决普遍性和操作便捷性之间的关系；如何确立产品的可靠性，结构的稳定性。（7）对新技术系统的要求符合力学性能，稳定性强；对大多数高龄者或者行动不便的人都适用，普遍性高；操作起来方便，简单。、本项目TR1Z方法应用过程与求解（发明）过程在将问题转化成TRIZ标准问题的过程中，主要是寻找冲突，然后根据冲突的特点，分别采用冲突矩阵及发明原理、分离原理、效应及效应库、标准解、进化模式及路线进行解决。TRIZ提出描述技术冲突的39个通用工程参数：运动物体质量、静止物体质量、运