1、目的：初步了解产品设计中的用时：120分钟讲师：时间：2022年9月26日第三讲概述冲突分类冲突问题的结构技术冲突的一般化基于物质场分析的冲突发现基于质量功能配置（QFD）的冲突发现基于公理设计（AD）的冲突发现1234567矛盾冲突解决冲突新的矛盾社会进步与发展自然科学的重大理论突破，是在发现并确认理论与实际的冲 突基础上，经过长时间的争论及反复的实验验证才形成的。如基于麦克斯韦经典电磁理论推演出的黑体辐射定律在长波 区的实验中暴露出了冲突，在原有的理论框架下解释这一冲 突的努力均未成功；普朗克提出了能量的变化不连续，引入 了普朗克常数的概念，导致了量子论的诞生。产品设计的规律 如能发现需求
2、与已有产品或产品内部的冲突，开发新产品或改进已有的产品，解决这些已发现的冲突，不仅满足社会日益增长的需求，同时为新产品生产企业带来效益。创新实例解决冲突冲突效率速度成本能耗外观环境产品发明问题的核心是解决冲突。未克服冲突的设计不是创新设计。TRIZ理论冲突的一般分类易难难冲突工程冲突社会冲突自然冲突组织冲突文化冲突个性冲突技术冲突物理冲突数学冲突宇宙定律冲突自然定律冲突冲突多种多样基于TRIZ的冲突分类冲突管理冲突技术冲突物理冲突TRIZ的冲突为了避免某些现象或希望取得某些结果，需要做一些事情，但不知如何去做。管理冲突本身具有暂时性，而无启发价值。因此，不能表现出问题的解的可能方向。为了实现某
3、种功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时出现了与该特性相反的特性。一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏。系统子系统1子系统2技术冲突技术冲突的表现技术冲突常表现为一个系统中两个子系统之间的冲突。冲突出现的情况技术冲突物理冲突在一个子系统中引入一种有用功能，导致另一个子系统产生一种有害功能，或加强了已存在的一种有害功能。消除一种有害功能导致另一个子系统有用功能变坏。有用功能的加强或有害功能的减少使另一个子系统或系统变得太复杂。一个子系统中有用功能加强的同时导致该子系统中有害功能的加强。一个子系统中有害功能降低的同时导致该子系
4、统中有用功能的降低。技术冲突实例波音737改进设计上述的改进设计中已出现了一个技术冲突，既希望发动机罩的直径要增大以吸入更多的空气，但又不希望发动机罩与地面的距离减少。技术冲突实例自行车车闸总成上述设计中的技术冲突为：将闸皮设计成可更换型，增加了骑车人的安全性，但必须备有闸皮可用，还要更换，使操作复杂。技术冲突实例飞机着陆灯的设计飞机必须装有一盏着陆灯。假如将该灯安装在机身或机翼表面，空气阻力增加，将减小飞机的飞行速度。如果将该灯置于机翼内部，覆盖上透明的导流板，设计将变得太复杂，且降低了机翼的强度。技术冲突实例织物印刷操作装置上述的改进设计中已出现了一个技术冲突，既加快织物的染印速度，但印上
5、的图案质量下降。橡胶辊待印花织物已印花织物刮刀图案辊染料槽染料溶液物理冲突实例侦查机敌区飞行侦察机应飞行的很快，以便尽快离开被侦察的地区；但在被侦察的地区上空又应飞行的很慢，以便多收集数据。飞机机翼面积飞机的机翼应有大的面积以便起飞与降落，但又要较小以便高速飞行。汽车安全气囊系统安全气囊应该安装以保护司机与乘客，但又不应该安装，目前的设计有时不能保护身材矮的司机及乘客。技术冲突与物理冲突的关系技术冲突总是涉及到两个基本参数A与B，当A得到改善时，B变得更差。物理冲突仅涉及系统中的一个子系统或部件，而对该子系统或部件提出了相反的要求。相对于技术冲突，物理冲突是尖锐的冲突，往往技术冲突的存在隐含物
6、理冲突的存在。技术冲突物理冲突控制着技术冲突的两个基本参数A与B的参数或物体。冲突实例金属表面化学镀层金属制品放置于充满金属盐溶液的池子中，溶液中含有镍、钴等金属元素，在化学反应过程中，溶液中的金属元素凝结到金属制品表面形成镀层。温度越高，镀层形成的速度越快，但温度高有用元素沉淀到池子底部与池壁的速度也越快。温度底又大大降低生产率。技术冲突加热溶液使生产率（A）提高，但材料浪费（B）增加。物理冲突选温度作为另一参数（C），溶液温度（C）增加，生产率（A）提高，材料浪费（B）增加；生产率（A）降低，材料（B）浪费减少；溶液温度即应该高，以提高生产率，又应该低，以减少材料消耗。冲突问题冲突问题对问
7、题对问题线性问题线性问题网络问题网络问题星型问题星型问题点问题点问题冲突表现形式ABABABA导致BA需求BA消除B基本符号问题结构点问题在一个子系统内部包含一个物理冲突为点问题。物理冲突是隐含的，但通常是导致问题的根本原因。如在一个子系统中希望增加一种有用功能UF，但导致一种有害功能HF就构成一点问题。子系统UFHF点问题 问题结构对问题在被两个子系统实现的功能之间存在一个技术冲突为对问题。UFn 导致或需求HFk (kn,k与n为不同的子系统序号)子系统 nUFn子系统 kHFk对问题 问题结构线性问题在多于两个子系统之间，存在“链”式关系的技术或物理冲突为线性问题。UF n+1 需求UF
8、n,UFn需求UFn-1。子系统n+1Ufn+1子系统nUFn子系统n-1Ufn-1线性问题 问题结构网络问题多个具有相互关系的技术或物理冲突，形成一冲突环。UFn 导致 HFk，HFk 导致 UFl，UFl 导致 UFr,UFr 需求 UFn (nklr)子系统 nUFn 子系统 kHFk 子系统 UFl l 子系统 r UFr 网络问题 问题结构星型问题当一个子系统的某一功能改善后，另几个子系统的功能均变差。UFn导致HFk及HFp，UFn又需求UFq，UFn 消除 UFm(nkplm)子系统 k HFk 子系统 p HFp 子系统 nUFn 子系统 mUFm 子系统 q UFq TRIZ
9、理论冲突39个通用工程参数冲突描述实际应用中，首先要把组成冲突的双方内部性能用该39个工程参数中的2个来表示。目的是把实际工程设计中的冲突转化为一般的或标准的技术冲突。39个工程参数在重力场中运动物体的重量。运动物体的重量在重力场中静止物体的重量。静止物体的重量运动物体的任意线性尺寸，不一定是最长的，都认为是其长度。运动物体的长度39个工程参数静止物体的任意线性尺寸，不一定是最长的，都认为是其长度。静止物体的长度运动物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。运动物体的面积静止物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。静止物体的面积39个工程参数运动物体所占有的空间体积。运动物体的体积静止物
10、体所占有的空间体积。静止物体的体积物体的运动速度，过程或活动与时间之比。速度39个工程参数力是两个系统之间的相互作用。对于牛顿力学，力等于质量与加速度之积，在TRIZ中力是试图改变物体状态的任何作用。力单位面积上的力。应力或压力物体外部轮廓，或系统外貌。形状39个工程参数系统的完整性，系统组成部分之间的关系。磨损、化学分解、拆卸都降低稳定性。结构的稳定性强度是指物体抵抗外力作用使之变化的能力。强度物体完成规定动作的时间、服务期。两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。运动物体作用时间39个工程参数物体完成规定动作的时间、服务期。两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。静止物体作用时间运
11、动物体或系统所处的热状态，包括其它热参数。温度静止单位面积上的光通量，系统的光照特性。光照强度39个工程参数能量是物体做功的一种度量。在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。运动物体的能量能量是物体做功的一种度量。在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。静止物体的能量单位时间内所作的功。利用能量的速度。功率39个工程参数作无用功的能量。为了减少能量损失，需要不同的技术来改善能量的利用。能量损失部分或全部、永久或临时的材料、部件或子系统等物质的损失。物质损失部分或全部、永久或临时的数据损失。信息损失39个工程参数时间是指一项活动所延续的间隔。改进时间的损失指减少一项活动所花费的时间。时间损失材料、部
12、件、子系统等的数量，他们可以被部分或全部、临时或永久的被改变。物质或事物的数量系统在规定的方法及状态下完成规定功能的能力。可靠性39个工程参数系统特征的实测值与实际值之间的误差。减少误差将提高测试精度。测试精度系统或物体的实际性能与所须性能之间的误差。制造精度物体对受外部或环境中的有害因素作用的敏感程度。物体外部有害因素作用的敏感性39个工程参数有害因素将降低物体或系统的效率、或完成功能的质量。这些有害因素是由物体或系统操作的一部分而产生的。物体产生的有害因素物体或系统制造过程中简单、方便的程度。可制造性要完成的操作应需要较少的操作者、较少的步骤、使用尽可能简单的工具，一个操作的产出要尽可能多
13、。可操作性39个工程参数对于系统可能出现失误所进行的维修要时间短、方便、简单。可维修性物体或系统响应外部变化等能力，或应用于不同条件下等能力。适应性及多用性系统中元件数目及多样性，若用户也是系统中的元素将增加系统复杂性。掌握系统的难易程度是其复杂性的一种度量。装置的复杂性39个工程参数若一个系统复杂、成本高、需要较长的时间建造及使用，或部件与部件之间关系复杂，都使得系统的监控与测试困难。测试精度高，增加了测试的成本也是测试困难的一种标志。监控与测试的困难程度39个工程参数是指单位时间内所完成的功能或操作数。生产率指系统或物体在无人操作的情况下完成任务的能力。自动化程度的最低级别是完全人工操作。
14、最高级别是机器能自动感知所须的操作、自动编程、对操作自动监控。中等级别的需要人工编程、人工观察正在进行的操作、改变正在进行的操作、重新编程。自动化程度39个工程参数几何资源害处物理能力操控7项7项2项8项9项6项工程参数通用物理及几何参数通用技术负向参数通用物理正向参数1-12，17-18，2115-16，19-20，22-26，30-3113-14，27-29，32-3939个工程参数负向参数指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变差。正向参数指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变好。法兰连接应用实例为了机器或设备维护，法兰连接处常常还要被拆开；有些连接处还要承受高温、高压，但要求密封良好
15、。有的重要法兰需要很多个螺栓连接，如一些汽轮透平机械的法兰需要100多个螺栓为了满足密封良好的要求，设计过程中要采用较多的螺栓。但为了减少重量，或减少安装时间、或维修时减少拆卸的时间，螺栓越少越好。技术冲突如果密封性良好，则操作时间变长且结构的重量增加如果重量轻，则密封性变差如果操作时间短，则密封变差静止物体的重量可操作性装置的复杂性应用实例改进特性结构稳定性可靠性降低特性物质-场分析基本符号TRIZ功能定律功能物质1物质2场物质可以是任何东西，太阳、地球、轮船、飞机、水、X射线、分子等。能量的统称，如核能、电能、磁能、机械能、热能等。物质场物质-场分析基本符号FS1S2功能的基本图形表示 图
16、中F为场、S1及S2均为物质，其意义为：场F通过物质S2作用于物质S1并改变S1，它使S1与S2相互作用。功能表示系统的输入和输出之间，以完成任务为目的的总的相互关系。一个待设计的系统可能有多个功能，在一个功能中作为被动元件的S1可能是另一功能中的主动元件S2。这些功能的总体构成了待设计系统的总功能。用图形表示待设计系统 用图形表示待设计系统是物质场分析的基础标准作用不足作用过剩作用有害作用改变了的模型F:Me-机械,Th-热,Ch-化学,E-电,M-磁,G-重力U：有用效应；H：有害效应；S1：物质或元件，系统作用的接受者；S2：物质或元件，使场作用于S1的动作发出者；S3:新物质。用图形表
17、示待设计系统 功能分类及技术冲突模型三个元件都存在且都有效，是设计者追求的效应。其模型由图（a）表示。不完整功能非有效完整功能过剩完整功能有害功能有效完整功能组成功能的三元件部分元件不存在，需要增加元件来实现有效完整功能，或用一种新功能代替。功能中的三元件都存在，但设计所追求的作用未完全实现。需要改进以达到要求。如图（b）。功能中的三元件都存在，但设计者所追求的作用已超过。需要改进以达到要求。如（c）所示。三元件都存在，但产生与设计者所追求的结果相冲突。创新过程要消除有害功能。如（d）示。功能分类及技术冲突模型冲突实例一个产品或系统往往是多个功能的实现。如果用上图所示的符号系统来表示这些功能时
18、，图（d）存在，则可判断系统或产品存在技术冲突。功能分类及技术冲突模型技术冲突系统中同时存在有效完整功能及有害功能，如果要消除有害功能的副面作用，则可能影响有效完整功能，因此，存在技术冲突。系统中同时存在非有效完整功能及有害功能，如果改善非有效完整功能，则可能加剧有害功能的副面作用，因此，存在技术冲突。工程实例在炼钢时，添加剂通过钢水搅拌器的入口进入到内部，通过旋转的叶片与钢水充分混合。钢水添加剂叶片混合器S1：叶片S2：钢水FTh：钢水中的热能 FTh S2S1QFDQFD(Quality Function Deployment)即质量功能布置，在60年代末由日本学者提出，是一种用户驱动的产
19、品开发方法，即将得到的顾客需求转换成为产品特征、零部件特征、工艺特征、等技术需求信息，使所设计和制造的产品能真正满足顾客需求。QFD 通过质量屋（HOQ，House of Quality）建立用户需求与设计要求之间的关系。设计者根据这些需求明确设计要求，作为设计的出发点以缩短产品设计周期。关于用户要求的竞争能力评估 敏感矩阵互相关矩阵技术措施用户需求关于技术措施的 竞争能力评估技术措施权重本公司现状公司改进计划改进比例销售关键绝对权重要求权重用户要求权重QFD识别冲突每一个质量屋都有一敏感矩阵，如果该矩阵中的元素出现负相关，就可能存在技术冲突或物理冲突。质量屋工程实例加工中心专用夹具是某企业的
20、主导产品之一，原设计中的夹紧及松开动作由操作者手工完成，用户提出需要一种快速夹紧装置。用户需求与质量要素或称设计参数之间的关系。经功能分析，确定该复合机构的各支持功能，并建立第二张HOQ表。工程实例按TRIZ理论，该机构设计中出现了如下的一对物理冲突：机构既要在长距离内作适应性调整，以适应不同尺寸零件的要求，又要在短距离内调整，以适相同尺寸批量零件的高效加工要求。公理设计介绍用户域功能域结构域设计问题工艺域产品设计过程就是彼此相邻两个域之间参数相互转换的过程。相邻的两个设计域是紧密联系在一起的，两者的设计元素均有一定的映射关系，每相邻的两个领域之间的关系可以表示成如下：左侧设计领域表示要完成的
21、或是想要完成的工作，右侧设计领域表示实现要求的方法。公理设计通过相邻的两个设计域之间进行“之字形”映射变换进行产品设计。以功能域和结构域的变换为例，从功能要求出发划分成子功能要求，功能要求就可以分解并形成一个功能层次模型，相应的设计参数也可以划分为不同的级别。冲突发现如果A为上三角或下三角阵，设计是可解耦的，按AD理论设计也是可接受的。如果A为一般阵，说明功能与物理参数之间存在耦合，不满足AD中的独立公理，可能存在冲突，通过进一步的分析确定是否存在冲突并解决冲突。公理设计的之字型分解过程及该过程分析是确定冲突的可用方法。该方法适用于新设计及已有产品的再设计。冲突发现混水阀由冷水阀与热水阀组成，
22、为了获得特定流量及特定温度的热水，需要不断的调节两阀。工程实例现应用第一公理建立其设计矩阵：FR1：调节流量FR2：调节温度DP1：热水阀DP2：冷水阀工程实例热水阀与混水阀输出的流量及热水的温度都有关系，冷水阀与混水阀的输出流量及温度也都有关系。2121DPDPXXXXFRFR工程实例耦合设计设计冲突调节冷水阀使输出流量增加或降低时，输出水的温度也增加或降低；调节热水阀使输出水的温度增加或降低时，使流量也增加或降低。混水阀的用户只能使冷、热水阀处于能接受折衷位置。2121DPDPXXXXFRFR工程实例 解决方案确定产品设计中冲突的三种方法：基于物质-场分析的方法、基于QFD的方法及基于AD的方法。第一种方法特别适用于已有产品冲突的确定，第二、三种方法既使用于全新产品开发，也适用于已有产品的改进设计。总结概述冲突分类冲突问题的结构技术冲突的一般化基于物质场分析的冲突发现基于质量功能配置（QFD）的冲突发现基于公理设计（AD）的冲突发现本节课程到此结束谢谢！
