基于可拓与TRIZ理论的可拆卸性结构设计方法及应用
    万方数据     为完成产品的可拆卸性设计,本文提出了一种基于可拓理论与TRIZ理论的可拆卸性设计方法。该方法首先使用可拓理论中的基元理论建立产品的关系元,然后通过物元变换得到产品结构设计中的矛盾,再运用TRIZ理论中的矛盾矩阵来解决问题,实现设计目标。最后用实例验证了该方法的有效性。

1 引言

    为了实现创新设计,人们提出了多种理论和方法,提出的QFD(质量功能布置)、功能方法树、设计目录、形态学矩阵等。然而,任何一种设计理论都有其适用的条件,都无法解决所有创新设计中遇到的问题,在现代设计中,多将两种或两种以上的设计理论相结合,用于解决创新设计问题。如TRIZ与FUZZY理论相结合;QFD、TRIZ理论和田口方法相结合;以及TOC与TRIZ理论相结合等。因此,多种设计理论的集成,已成为设计领域的重要研究方向。

2 可拓与TRIZ在产品设计中的应用

    2.1 可拓分析方法

    可拓学是用形式化模型研究事物拓展的可能性和开拓创新的规律与方法,为了形式化地描述世界万物,可拓学提出了物元的概念,用物元的可拓性来描述物的多种变化可能性。对于设计者而言,产品的设计参数并非只是单纯的量化数值,而往往是较具抽象的意象表达,如产品的机能描述;而此现象在设计中更为明显,因此物元模型的建立给了设计者一个良好的起始方案,可以此为源头,从事创新或改良设计。

    2.2 TRIZ矛盾分析方法

    TRIZ矛盾分析方法主要运用矛盾矩阵,分析新产品开发过程中的技术矛盾和物理矛盾,并通过运用创新原理解决矛盾。在TRIZ中,冲突矩阵是一个重要的解决问题的方法,它为设计者提供了另一种分析问题和解决问题的思路。一旦设计者掌握了这种新方法,会给设计者带来大量的解决冲突/矛盾的新设想。

3 基于可拓与TRIZ集成的拆卸结构设计方法

    3.1 可拓与TRIZ理论在设计中的差异

    可拓与TRIZ两方法由于建立的起源不同,所以在应用上也有些许差异。可拓方法着重于思考的推演,能提供设计者完整的思考路径与模式去从事创新与开发的工作。TRIZ方法则是以实际案例为基础反应各项工程特性,以经驻帮助设计者避开所遭遇的问题以谋求创新,能使设计者快速地实现产品创新。但可拓不能提供解决问题的有效方法。创造性解决问题理论(Theory of inventive problem solving,TRIZ)矛盾分析法能通过创新原理对矛盾进行创造性地解决来实现技术创新,然而TRIZ并不能辨别产品设计中的技术问题,更不能有效地定义矛盾。

    3.2 两种设计方法的集成

    基于可拓与TRIZ理论相结合的可拆卸结构没计方法设计流程,如图1所示,应用基于可拓与TRIZ的可拆卸结构设计方法解决创新设计中矛盾冲突的步骤如下:

可拓与TRIZ理论相结合的创新设计流程

    图1 可拓与TRIZ理论相结合的创新设计流程

 

万方数据     为完成产品的可拆卸性设计,本文提出了一种基于可拓理论与TRIZ理论的可拆卸性设计方法。该方法首先使用可拓理论中的基元理论建立产品的关系元,然后通过物元变换得到产品结构设计中的矛盾,再运用TRIZ理论中的矛盾矩阵来解决问题,实现设计目标。最后用实例验证了该方法的有效性。

    3.2.1 第一阶段:建立物元模型

    根据产品的拆卸序列,当产品分解到具体零部件,为了清楚地表达两个零件之间的配合关系,用可拓理论中的关系元来进行描述,如:

    描述了零件A与B之间的配合关系,式中:Or—关系;Cr—关系的特征;Vr—与特征相对应的量值。

    3.2.2 第二阶段:通过物元变换确定改良目标

    在产品设计方面.主要目标是简化产品结构,对于产品的可拆卸性结构设计,在保持产品性能的同时尽量使产品便于拆卸。需要进行优化设计的情况有以下3种:

    (1)一个零件与两个或多个零件相配合。

    (2)零件A与B不能一次性拆卸,需要多个拆卸步骤。

    (3)零件A与B的拆卸方法过于复杂或不能实现无损拆卸。

    3.2.3 第三阶段:以矛盾矩阵搜寻解决法则

    通过步骤2建立产品新的结构物元模型,得到了原始设计与绿色设计之间的矛盾,以此可以得到创新改良因素,然后将其用TRIZ理论来解决矛盾,在TRIZ方法之矛盾矩阵中选取有关联的参数,寻对应之解决法则,可以得到产品的创新设计,将得到的创新设计对比设计要求,如果满足则设计完成,如果不满足继续在TRIZ矛盾矩阵中寻找相应法则。

4 案例分析——笔记本键盘的创新设计

    笔记本电脑的使用越来越广泛,在日常使用过程中,灰尘和各种异物会不断落入笔记本键盘之中,因此需要定时清洗。我们以某系列笔记本为例,这类笔记本的键盘多采用弧形的卡口卡在掌托上,背后一般有四个螺纹进行固定,如图2所示。在拆卸过程中,先将背后的4个螺丝卸下,再将键盘轻轻向上撬起。

键盘的原始连接方式

    图2 键盘的原始连接方式

    现建立键盘的关系元如下:

    通过上面建立的模型,我们可以得知键盘与笔记本的连接方式过于复杂,不利于拆卸,因此通过“增加”和“置换”变换的概念建立新的模型。

 

万方数据     为完成产品的可拆卸性设计,本文提出了一种基于可拓理论与TRIZ理论的可拆卸性设计方法。该方法首先使用可拓理论中的基元理论建立产品的关系元,然后通过物元变换得到产品结构设计中的矛盾,再运用TRIZ理论中的矛盾矩阵来解决问题,实现设计目标。最后用实例验证了该方法的有效性。

    从新的模型中可以得知创新的链接方式须替代卡扣和螺纹连接,但新的连接方式可能会使制造成本增加,连接不牢固等矛盾。从TRIZ的48个工程参数中的两对矛盾参数来描述为:

    (1)质量改善的参数:物质浪费(No.25)。带来负面影响的参数:形状(No.9)。(2)质量改善的参数:自动化水平(No.43)。带来负面影响的参数:力( No.15)。

    由矛盾矩阵确定可用原理为:No.35(物理/化学状态变化);No.5(合并);No.29(气体与液压结构);No.3(局部质量);No.13(逆向思维);No.12(预先应急措施原理);No.8(配重);No.4(非对称)。

    通过分析,运用No.35,No.5和No.13三个创新原理,参照创新目标,可以产生一种新的连接方式:在笔记本两侧各开一个槽,装上半圆形的卡扣,同时在键盘两侧相同位置各开一个半圆形的空间。安装时,先将键盘放好,合上卡扣,即可固定键盘;拆卸时,将卡扣打开,即可轻松取下键盘。合上和打开卡扣时的情况,如图3所示。这种连接方式能很好的满足固定键盘的要求,同时代替了螺纹连接,节省了拆卸时间,提高了拆卸效率。

键盘的创新连接方式

    图3 键盘的创新连接方式

5 结论

    针对绿色设计中可拆卸结构设计问题,提出运用可拓和TRIZ冲突消解原理相结合的设计方法,为产品进行可拆卸设计提供思路。

    运用可拓方法建立物元模型,确定创新目标,然后运用TRIZ矛盾参数解决矛盾,实现创新设计。该方法综合使用了两种方法的优点,为设计者从事创新与改良设计,缩短设计周期提供了理论支持。最后用笔记本键盘创新设计实例对文中的方法进行了例证,验证了该方法的有效性。

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    收录时间:2015年10月03日 04:15:52 来源:e-works 作者:匿名
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