TRIZ中技术矛盾解决矩阵的应用

    1引言
   
    TRIZ是俄文发明问题解决理论单词的词头缩写，其英文缩写为TIPS (Theory of Inventive Problem Solving) TRIZ是由前苏联海军部专家Genrich S.Altshuller创立的，他被誉为TRIZ之父。从1946年开始，他通过对数以百万计的专利文献进行研究，提炼出一套解决复杂技术间题的系统方法。其目的是研究人类在进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理、方法和规律。掌握了这些，人们就能能动地进行产品开发设计，预测未来发展趋势。九十年代初TRIZ传播到美国，迅速引起了学术界和企业界的极大关注。
   
    2技术矛盾解决矩阵
   
    产品创新的主要任务是不断解决过时产品和市场需求之间的矛盾。产品之所以不能满足市场需求，就是因为其内部存在阻碍更新换代的矛盾。在TRIZ理论中，称这类矛盾为技术矛盾。所谓技术矛盾是指用已知的原理和方法去改进系统某部分或参数时，不可避免的会出现系统的其它部分或参数变坏的现象。例如:质量和强度、汽车的速度和燃料耗费等等。Altshuller通过对大量发明专利的研究，抽象出产生系统矛盾对立的典型技术特性39项(见附录I)。在此基础上，又给出了40个发明创造原理(见附录1)，提示设计者最有可能解决问题的方法，它成为解决技术矛盾的关键。Altshvller把39项技术特性分别作为二、Y轴做成了技术矛盾解决矩阵，如图1所示。表中:轴表示"恶化的技术特性""Y轴表示"希望改善的技术特性"。x,y轴上各技术特性交点处的数字表示用来解决系统矛盾对立所使用的发明创造原理的编号，每个交点处最多有4个原理。这些原理既可单独使用，也可组合使用。例如，欲改善"运动物体质量"(表中Y轴第I项)，往往会使"运动物体的尺寸"(表中x轴第3项)特性恶化。为了解决这一矛盾，TRIZ提供的4个解决原理，分别为15,8,29,34。
   
    技术矛盾解决矩阵所提供的原理往往并不能直接使问题得到解决，而是提供了最有可能解决问题的探索方向。解决问题时，还必须根据所提供的原理及所要解决问题的特定条件，提出解决问题的具体方法。
   

    3 TechOptimizer技术创新软件
   
    TechOptimizer软件是以TRIZ为理论基础，结合创造性设计方法，辅助工程技术人员、科研人员以及企业经营者进行产品改进、新产品开发以及获得突破性创新技术的计算机辅助创新软件。它能帮助不同工程领域技术人员在产品的概念设计阶段，根据市场需求正确地发现并迅速解决产品开发中的关键问题，高质量、高效率地提出可行的创新设计方案，将设计引向正确方向。该软件是由美国Invention Machine公司开发的，是一种基于知识的创新工具。
   
    TechOptimizer软件由产品分析、流程分析、特征传递、科学原理检索、创新原理、预测和网络助手等功能模块组成。其主要特点是:可根据用户需求，快速发现现有产品或流程中存在的间题，并给出高质量解决方案;帮助设计者解决技术矛盾，避免妥协设计;加速新产品和工艺研发过程;在概念设计阶段进行成本分析，有效降低产品成本;扩展用户的知识领域;智能化的向导随时给出操作提示，软件使用更容易;以及自动生成分析报告等。
   
    4玻璃加工机床浮动主轴的创新方案设计
   
    4.1常用玻璃加工方法及其存在的问题
   
    平板玻璃的磨边加工，玻璃棱边被加工成一定的形状，如平直边、圆边或C形边等，通常采用能在一次性操作中完成的生产线。玻璃的粗磨、半精磨、精磨、抛光等由装在多达六个工位上的金刚石砂轮连续进行。对于玻璃工艺制品和水晶玻璃的装饰性磨削加工.则多用手动或在多轴自动专用磨床上进行装饰性加工。光学透镜的粗磨，一般在专用磨床上采用轮缘为圆弧的杯形砂轮。
   
    目前，由于机床主轴在加工玻璃时，自身不能对刀具所受外力的变化快速地进行自我调整，致使玻璃产品和刀具容易破碎。
   
    4.2应用技术矛盾解决矩阵提出创新方案
   
    玻璃在进行磨削加工时，砂轮主轴必须高速旋转。但由于玻璃不平整会导致对砂轮施加压力的变化，而玻璃是脆性材料，受力不当容易破裂，这就要求主轴能随着所受压力的变化而快速调整，即其既要高速旋转又必须具有自适应性，在受力变大时能够自行退让。
   

    如何解决这种矛盾呢?现应用技术矛盾解决矩阵来提出相应的解决方案。
   
    在表1改善的技术特性栏中选择第9项"速度"，在恶化的技术特性栏中选择第14项"强度"。可以看出，为了解决这一矛盾，TRIZ提供了4种解决原理，其编号分别为8,3,26,14。通过对这些原理的比较，选择原理14"回转、椭圆性"，即改直线运动为回转运动，将立方体变成椭圆体，使用滚筒及球状、螺旋状的物体……。再仔细阅读那些例子并从中得到一个思路，即原理14是怎样运用在其它的专利中。通过筛选，选择例子CONTACT OVER A SPHERICAL SUFACE，如图2所示。由此，可以考虑用点接触来替代物体的面接触。显然，这种替代可以大大减少接触物体间的摩擦力。
   
    在改善的技术特性栏中选择第1项"运动物体质量"，在恶化的技术特性栏中选择第3项"运动物体尺寸"。在提供的4个解决原理中选择原理15"动态性"，即自动调节物体，使其在各动作、阶段的性能最佳;将物体分割成既可变化又可相互配合的数个构成要素;使不动物体可动或可相互交换。由此考虑用"气浮"，因为"气浮"对主轴受力变化的响应迅速，且主轴所受切削力较小，因此所需气体压力也不会很大。