产品创新设计样本.docx

产品创新设计样本.docx

《产品创新设计样本.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《产品创新设计样本.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

产品创新设计样本

1、项目背景

近年来，全球各国都面临着人口老龄化问题。

老年人比例逐渐增大，给老年人用品市场带来很大潜力。

据理解，老年人群体中普遍存在行动不便问题，大某些老人家经常需要靠拐杖辅助行走，需要椅子可以随时坐下休息。

然而，同步携带这两样工具非常麻烦，影响老人家出行，因而，市场亟需一种同步具备拐杖和椅子功能便携式产品。

从上述现状出发，本项目着力于研究拐杖与椅子有效结合，以拐杖为原型，结合雨伞工作原理，通过简朴变形可实现拐杖和椅子功能，携带以便，使用简朴，人性化限度高，符合当前市场需求，其产品必将受到普遍欢迎。

本项目采用TRIZ理论创新办法进行研究。

2、TRIZ理论与办法概述

2.1、ＴＲＩＺ理论简介

TRIZ理论是由前苏联创造家阿利赫舒列尔（G.S.Altshuller）在1946年创立，Altshuller也被尊称为TRIZ之父。

1946年，Altshuller开始了创造问题解决理论研究工作。

当时Altshuller在前苏联里海海军专利局工作，在解决世界各国知名创造专利过程中，她总是考虑这样一种问题：

当人们进行创造创造、解决技术难题时，与否有可遵循科学办法和法则，从而能迅速地实现新创造创造或解决技术难题呢？

答案是必定！

Altshuller发现任何领域产品改进、技术变革、创新和生物系统同样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡，是有规律可循。

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将来趋势。

后来数十年中，Altshuller穷其毕生精力致力于TRIZ理论研究和完善。

在她领导下，前苏联研究机构、大学、公司构成了TRIZ研究团队，分析了世界近250万份高水平创造专利，总结出各种技术发展进化遵循规律模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾创新原理和法则，建立一种由解决技术，实现创新开发各种办法、算法构成综合理论体系，并综合多学科领域原理和法则，建立起TRIZ理论体系。

2.2、ＴＲＩＺ核心思想和基本特性

当代TRIZ理论核心思想重要体当前三个方面。

一方面，无论是一种简朴产品还是复杂技术系统，其核心技术发展都是遵循着客观规律发展演变，即具备客观进化规律和模式。

另一方面，各种技术难题、冲突和矛盾不断解决是推动这种进化过程动力。

再就是技术系统发展抱负状态是用尽量少资源实现尽量多功能。

2.3、ＴＲＩＺ体系构造

任何问题解决过程都涉及两某些：

问题分析和问题解决。

成功创新经验表白，问题分析和系统转换对于解决问题都是非常重要。

因而，ＴＲＩＺ包括用于问题分析分析工具、用于系统转换基本知识工具和理论基本。

技术系统进化模式或定律是TRIZ基本。

这些模式包括用于工程系统进化基本规律，理解这些模式可以增强人们解决问题能力。

TRIZ分析工具包括ARIZ算法、物质—场分析、冲突分析和功能分析，这些工具用于问题模型建立、分析和转换。

它们并不是要运用存在问题产品每一条信息，而是用一种特殊方式，如冲突、物质—场模型或功能模型来表达一种问题。

（1）物质—场分析：

G.S.Altshuller对创造问题解决理论贡献之一是提出了功能物质—场（substance-field）描述办法与模型。

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构成。

产品功能是一种实现，因而可用物质—场分析产品功能。

（2）ARIZ算法ARIZ（algorithmforinventive-problemsolving）称为创造问题解决算法，它是TRZI一种重要工具，是创造问题解决完整算法，该算法采用一套逻辑过程逐渐将初始化问题程序化。

该算法特别强调冲突与抱负解程序化，一方面技术系统向着抱负解方向进化，另一方面如果一种技术问题存在冲突需要克服，该问题就变成一种创造问题。

应用ARIZ获得成功核心在于没有理解问题本质前，要不断地对问题进行细化，始终到拟定了物理冲突。

该过程及物理冲突求解已有软件支持。

（3）功能分析功能分析目是从完毕功能角度而不是从技术角度分析系统、子系统和部件。

该过程涉及裁剪，即研究每一种功能与否必须，如果必要。

系统中其她元件与否可完毕其功能。

设计中重要突破、成本或复杂限度明显减少往往是功能分析及裁剪成果。

TRIZ包括基于知识工具：

40条创造原理、76个原则解和效应数据库。

这些工具是在积累人类创新经验和大量专利基本之上发展起来额，基于知识工具与分析工具不同之处在于：

基于知识工具指出解决问题过程系统转换方式，而分析工具用于变化问题描述。

（1）40条创造原理用于指引TRIZ使用者找出用于创新解决方案。

每一种解决方案都是一种建议，应用该建议可以使系统产生特定变化以消除技术冲突。

在解决大概1250项已知冲突时，冲突矩阵会推荐应当考虑原理。

（2）76个原则解用于解决基于技术系统进化模式原则问题。

按照目的，这些原则解被分为五累，分类中解顺序反映出技术系统进化方向。

要使用这些工具必要先拟定问题类别（基于物质—场模型），然后再选定一系列原则解。

这些原则解会建议采用哪一种系统变换来消除存在问题。

（3）效应知识库该知识库是TRIZ中最容易使用一种工具。

在对其进行研究初期阶段，G.S.Altshuller就已验证：

对于一种给定难题，运用各种物理、化学和几何效应可以使解决方案更抱负和简朴地实现，而要实现这一点必要开发出一份大型知识库。

要使用效应知识库，必要先选定一项系统要实现恰当功能，然后知识库会提供某些可选取方案来转化功能。

2.4、TRIZ解决问题过程

创造问题解决理论核心是技术进化原理。

按这一原理，技术系统始终处在进化之中，解决冲突是其进化推动力。

进化速度随技术系统普通冲突解决而减少，使其产生突变唯一办法是解决阻碍其进化深层次冲突。

G.S.Altshuller根据世界上知名创造，研究了消除冲突办法，她提出了消除冲突创造原理，建立了消除冲突基于知识逻辑办法，这些办法涉及创造原理（InventivePrinciples）、创造问题解决算法（ARIZ，AlgorithmforInventiveProblemSolving）及原则解（TRIZStandardTechniques）。

在运用TRIZ解决问题过程中，设计者一方面将待设计产品表达到为TRIZ问题，然后运用TRIZ中工具，如创造原理、原则解等，求出该TRIZ问题普适解或称模仿解（Analogoussolution）；最后设计者在把该解转化为领域解或特解。

2.5、ＴＲＩＺ研究现状

TRIZ近60年默默无闻发展及近十几年来迅速爆发性普及与应用，越来越显示出在市场及技术竞争日趋激烈环境下，TRIZ作为创造性地解决产品设计及制造过程中问题一种有效工具所发挥重要作用。

由于ＴＲＩＺ在创新概念设计过程中强大功能，在全世界范畴内兴起了研究ＴＲＩＺ热潮，ＴＲＩＺ研究与实践得以迅速普及和发展。

俄罗斯、瑞典、日本、以色列、美国等都成立了ＴＲＩＺ研究中心，ＴＲＩＺ办法也已广泛应用于工程技术领域，并在各种跨国公司迅速得以推广并为其带来巨大收益。

如今，它已在全世界广泛应用，创导致千上万项重大创造。

通过半个多世纪发展，如今ＴＲＩＺ已经发展成为一套解决新产品开发实际问题成熟理论和办法体系，并通过实践检查，协助众多知名公司获得了重大经济效益和社会利益。

在美国，许多公司都致力于以ＴＲＩＺ为核心原理开发计算机辅助创新软件，如美国Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ　ｍａｃｈｉｎｅ公司Ｇｏｌｄｆｉｒｅ　Ｉｎｎｏｖａｔｏｒ软件及Ｉｄｅａｔｉｏｎ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ公司ＩＷＢ软件，此外尚有Ｔｒｉｓｏｌｖｅｒ２．１、Ｉｍｐｒｏｖｅｒ等等。

某些知名公司如Ｆｏｒｄ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ、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获得了巨大收益。

计算机辅助计算机辅助创新软件已经成为国外公司、尖端科技领域解决技术难题、实现创新有用工具。

软件顾客遍及航空航天、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。

2.6、ＴＲＩＺ发展方向

ＴＲＩＺ理论研究始终没有停止，其理论办法也在不断发展，并形成了庞大理论体系。

ＴＲＩＺ当前发展涉及如下五个方面：

（１）ＴＲＩＺ基本理论研究　　如物质—场模型新型符号系统、多冲突问题及解决技术进一步发展，原则工程参数增长，冲突矩阵改进，可用资源挖掘及ＡＲＩＺ算法改进等。

（２）ＴＲＩＺ与其她创新技法集成研究　ＴＲＩＺ办法以其她设计理论集成，为新产品开发和创新提供了理论指引和广泛也许性，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、稳健设计集成，ＴＲＩＺ与ＣＰＣ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，增长已有技术创新管理过程微观可操作性。

（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创新工具，它以ＴＲＩＺ办法作为基本，结合当代设计办法学、计算机辅助技术、多学科领域知识，以分析解决产品及其制作过程中遇到冲突为出发点，从而可以从主线上解决新产品开发过程中遇到技术难题而实现创新，并可为工程技术领域新产品、新技术创新提供科学理论指引，指明摸索方向。

将ＴＲＩＺ办法与计算机软件技术结合可以释放出巨大能量，不但为产品研发提供实时指引，并且还能在产品研发过程中不断扩充和丰富。

3、基于TRIZ理论分析求解过程

3.1、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形态，变拐杖为椅子，供老人歇息。

功能：

保存拐杖原有功能；

接受折叠椅子功能；

改进老式拐杖所带来问题。

（2）初始情景存在问题

高龄者由于年龄、身体等等因素，普通在寻常生活中行走都会觉得吃力，大多数此类老者都会有一把拐杖在身边，所谓拐杖，就是老人们行动辅助工具，是她们“第三只脚”。

虽然是靠着拐杖行走，但随着许多高龄者随着体质下降、骨质疏松与关节退化等等因素，平时长时间地站立和行走是比较困难。

（3）重要问题

在高龄者或者行动不便人外出散步时候，普通靠是拐杖协助她们保持身体平衡得以行走，走时间一长，很容易就会感觉到疲倦，必定需要就地歇息，却经常苦于无椅子可坐，身边就只有拐杖这一工具而已。

这是她们感到比较懊恼问题。

（4）发生上述问题条件

问题普遍性：

上述重要问题是广大高龄者或者行动不便人经常苦恼事情；

问题广泛性：

对于大多数高龄者或者行动不便人都需要外出活动，普通都不喜欢宅在家里；

对象针对性：

对于高龄者、老人们，身边均有一把贴身拐杖。

子女们忙于工作无法相陪，这时候拐杖确是她们行动时候唯一依托。

（5）初步思路（讨论解决方案）

方案一：

老人们在外出时候可以随身携带一椅子；

缺陷：

实用性低，对于老人而言，外出时候再带一凳子会加重她们承担。

方案二：

社区可在路边建设更多凳子椅子供路人歇息；

缺陷：

这些公共椅子事后维护是比较困难，并且此举操作起来范畴可想而知。

（6）待解决问题

如何解决普遍性和操作便捷性之间关系；

如何确立产品可靠性，构造稳定性。

（7）对新技术系统规定

符合力学性能，稳定性强；

对大多数高龄者或者行动不便人都合用，普遍性高；

操作起来以便，简朴。

3.2、本项目TRIZ办法应用过程与求解（创造）过程

在将问题转化成TRIZ原则问题过程中，重要是寻找冲突，然后依照冲突特点，分别采用冲突矩阵及创造原理、分离原理、效应及效应库、原则解、进化模式及路线进行解决。

TRIZ提出描述技术冲突39个通用工程参数：

运动物体质量、静止物体质量、运动物体长度、静止物体长度等。

为理解决技术冲突，TRIZ理论提出了40项创造原理，如分割、分离、局部质量、不对称等。

而冲突矩阵将描述技术冲突39个工程参数与40条创造原理建立了相应关系，解决了设计过程中选取创造原理难题。

3.2.1、产品参数技术冲突分析

拐杖在老龄人群体当中颇受欢迎，它能协助行动不便高龄者外出行走，既有老式拐杖形态，最简朴就是仅一木棍，使之成为老龄人行走“第三只脚”。

但是老式拐杖在实际使用中存在设计上局限性，需要对其进行改进。

老式拐杖功能单一，唯辅助老龄人行走，当老人们长时间行走之后，需要停下来休息，而考虑到无地方可以歇息，此时，普通拐杖就无法满足使用者规定了。

而在普通拐杖上加上多项不同功能，这样拐杖构造就会显得很复杂，拐杖形状和重量就会大大增长了使用者承担。

改进参数：

NO.35适应性及多用性

恶化参数：

NO.36装置复杂性

由冲突矩阵拟定可用创造原理为：

NO.15动态化、NO.28机械系统代替、NO.29气动与液压构造、NO.37热膨胀。

对于实际问题，可以采用NO.15动态化，变化物体形态，在不同步间、不同环境中变换不同功能。

使用冲突分离原理：

将冲突双方在不同步间分离，在某一时间内冲突双方只浮现一方。

拐杖在平时辅佐使用者走路时候，只呈现老式拐杖基本单一功能；当使用者需要休息时，变换拐杖形态，变化拐杖原有功能，使之成为椅子，以发挥椅子基本功能，达届时间分离效果。

而这种方案在实际使用中，功能增多拐杖在构造稳定性上难以把握，构造不再简朴，技术系统中某某些构件不稳定，例如椅子面支撑杆在工作时候受力方向不同，使之难以拟定它实质位置。

这样，就产生了另一对技术冲突。

改进参数：

NO.35适应性及多用性

恶化参数：

NO.13构造稳定性

由冲突矩阵拟定可用创造原理为：

NO.2分离、NO.30柔性壳体或薄膜、NO.34抛弃与修复、NO.35参数变化。

对此，我从中选取采用NO.35参数变化。

使用冲突分离原理：

整体与局某些离，使冲突双方在不同层次分离。

支撑杆和主轴连接部件可选用强度和硬度高材料，在拟定支撑杆展开位置同步，也提高了各某些支架承受压力强度。

3.2.2、产品参数物理冲突分析

依照上述问题描述，老龄人在平时行走时候会用到老式拐杖基本功能，就是能辅助行走，这个功能规定拐杖必要越简朴越好，以减轻老龄人行走负重，并且操作以便。

而在另一种条件下---老龄人长时间走动需要停下来休息条件下，则但愿拐杖功能越多越好，以便达到停下来用以歇息、有地方可以歇息规定。

这样就产生了矛盾：

产生物理冲突

物理冲突：

拐杖需要构造简朴便于使用，减少负重；

拐杖构造应避免过于简朴而功能单一。

解决原理：

分离原理为物理冲突提供解决办法。

普通，分离原理有四种形式：

空间分离、时间分离、基于条件分离、整体与局某些离。

每个分离原理都相应各种不同创造原理。

3.2.3、物质—场模型分析

TRIZ理论以为，技术系统构成要素S1、作用体S2、场F三者缺少其中一种就会导致系统不完整。

而当系统中某一物质特定机能没有实现时，系统就会产生问题。

为了控制这一物质产生问题，有必要引入此外物质。

由此产生这些物质之间互相作用并随着能量（场）产生、变换、吸取等，物—场模型也从一种形式变换为另一种形式。

因而各种技术系统及其变换都可用物质和场互相作用形式表述。

建立物质——场模型

其中F为机械场，S1为拐杖，S2为人（手）

存在问题：

有用功能：

辅助老龄人行走；

缺少功能：

用以歇息地方

在原有系统上，我发现缺少了可以满足需要——用以歇息功能，在建立系统物质——场模型之后，我对此进行了改良。

依照约束条件，我从原则化表中体出改进方案。

使用原则解法3，向外部复杂物质——场跃迁，在S2或者S1外部引入一种永久或者暂时外部添加物S3。

由此得出，若在S2外部引入话，可以在原有系统——拐杖（S2）上加入椅子（S3），以补足拐杖所缺少功能。

如下模型：

椅子种类诸多，倘若加入是定型椅子，所构成系统体积必然很大，依照原则化表中原则解法17，向带有工具分散物质—场跃迁，提高完毕工具功能物质分散度。

把定型椅拆成小零件或者小部件再与拐杖结合，这时，我可以用折叠椅来代替原有定型椅，运用折叠椅灵活性和伸缩性变化原有系统形态，减小它体积。

为理解决新系统中两个小系统之间连接复杂性和稳定性问题，依照原则化表中原则解法38，变化双系统或者多系统之间连接。

由此得出，把拐杖（S2）和椅子（S3）合二为一，即椅子中心支撑杆为拐杖，拐杖外部和顶部为椅子，两个小系统构件互相应用，组合成一种新系统（S4）。

如下模型：

3.2.4、由TRIZ分析得到某些通解

基于以上应用TRIZ办法分析，我得到了一下几种通解：

1、老人外出可以携带一张比较轻便椅子，累时候可以就地休息

2、政府在更多活动场合建设更多公共椅子，让老人随时随处可以歇息

3、制作一张可折叠适合老人椅子，便于老人出门携带。

4、老人携带一张垫子，可以随时随处坐。

5、我通过制作一支多功能拐杖，一举两得。

在多功能拐杖这个问题上，我结合以上TRIZ分析得到如下几种方案：

（1）、通过简朴机械构造将椅子和拐杖合并，即在拐杖主体某些与椅子椅面配合，然后通过设计一种三角形构造来作为椅子脚。

（2）、通过简朴机械构造，拐杖由多截可以通过铰链连接棍体构成，我通过拆卸拐杖来重新组合成一张椅子，当要作为拐杖时候，可以通过拆卸椅子来重新拼回拐杖。

（3）、基于1.2这个通解，我发现很难将一支拐杖拼出一张椅子，我考虑使用两条拐杖来组合在一起，拼成一张椅子。

（4）、我从舒服度考虑，同样是采用拐杖拼接成椅子办法，但是材料改为使用面积比较大塑料板。

（5）、通过简朴机械构造，将拐杖通过伸缩切换为椅子。

基于以上分析，同步结合既有物品雨伞工作原理，我得到如下一种通解：

图1.折叠状态

图2.展开为椅子状态

如下为各个构成部件所谓分析：

（1）、手握端（效果图如下图所示）

图3.手握端

手握端是可以拆卸一某些，当作为拐杖时，把它安装在拐杖主轴上，可以当手握扶手使用；当把拐杖作为椅子时候，可以简朴地拆卸下来，这样就形成了一张平整椅子。

手握端与主轴结合原理很简朴，我是仿照电灯泡和灯座配合原理来实现，即在主轴安装弹簧和预留一种槽，当用力将手握端顶进去时，通过逐走弹簧和槽之间作用使得手握端能稳固地固定在主轴上。

这样构造拆卸非常以便并且不费劲，非常适合老人操作使用。

（2）、滑块

图4.滑块

本项目使用了两个滑块来固定八组摇杆构造。

滑块设计成八边形棱柱是由于我有八组摇杆构造，这样达到空间对称，使得受力均匀。

棱柱一种断面切割了八个中心对称分布槽，目是把限定摇杆机构左右移动螺柱杆件，当八个螺柱放下槽中后，上面要堵住（图中没有标出）。

棱柱八个侧面挖了八个中心对称分布槽，这些槽是预留空间给八组摇杆运动。

我项目效仿了雨伞某些原理，用两个滑块就可以实现椅子收缩和展开了。

图5.一对摇杆构造与两个滑块结合

（3）、主轴

图6.主轴

主轴重要起支撑作用，上端有一种与手握段结合弹簧卡座，由于时间问题没有画出来！

下面有一条螺钉伸出来，目是让拐杖具备伸缩功能，并且当椅子时候可以恰当调节椅子高度。

（4）、底座

图7.完整底座效果图

图8.局部放大图

底座是一种三脚架支座，当前诸多拐杖都采用这种设计，因素是这样更加稳定。

而我这样设计，既可以让拐杖更加稳定，又可以在转换为椅子时候作为椅子脚，一举两得！

固然这个底座和主轴配合还实现了可收缩功能，主轴螺柱可以通过卡在底座不同位置来获得不同高度，固然这个卡方式还不是较好，后来可以改进！

（5）、软皮革

图9.软皮革

软皮革是包裹在八组摇杆构造上端，类似于雨伞布作用。

当拐杖折叠起来作为拐杖使用时候，皮革也收缩起来，当展开拐杖当做椅子时候，皮革便会张开，此时起提高舒服度和加固椅子表面作用。

（6）、摇杆构造

摇杆构造由上杆和下杆构成

图10.上杆

图11.下杆

上杆和下杆通过销钉连接便可以构成摇杆构造，如图12所示。

图12.摇杆构造

按一定比例制作摇杆构造两端分别连接到上下两个滑块之中，使得拐杖伸缩自如，实现了折叠功能。

（7）、固结构造

图13.固结构造

如图13所示是固结构造，原理和雨伞固结原理同样。

通过在主轴上加一种可收缩机械按钮，实现固定摇杆构造作用。

由于人体重比较大，因此在选取材料时候要分析一下受力状况，最后拟定与否可行。

3.3、方案评估与选优

（1）方案评估

A.可行性

通解1-5都具备一定可行性，其中通解1、通解3、通解4原理相似，均由老人家携带“椅子”以便随时休息，虽然可行，但实际操作比较麻烦，不符合人性化设计，通解1、通解3椅子携带不以便，通解4垫子虽然轻便，但不符合老年人使用规定。

通解2灵活性低，投入大，后期维护麻烦，难以大规模推广。

通解5既满足功能上规定，也具备便携，灵活等长处，其中，通解5.1构造简朴，但椅子和拐杖结合限度较低，携带相对不以便，通解5.2、通解5.3使用较麻烦，可靠性低，通解5.4外形较庞大，携带相对不以便，5.5则同步具备基本避开其她方案缺陷，具备体积小，便携，使用以便，可靠性高，成本较低等长处。

B.创新性

通解1、3、4基本不具备创新性，通过简朴拼盘式办法来实现多功能，通解2与市政规划有关，和老式设计和规划无异，不具创新性。

通解5是通过一定技术手段把“拐杖”和“椅子”结合在一起，具备一定创新性，其中，市场上已有类似于通解5.1-5.4产品，不具创新性。

通解5.5巧妙结合了雨伞工作原理，通过合理变形实现多功能，具备较高创新性。

（2）选优

结合以上考虑，显然，通解5.5既有效解决了本项目提出问题，又避免了其她方案所产生局限性之处，是本项目最优解。

4.结束语

TRIZ理论成功地揭示了创造创造内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在矛盾，其目的是完全解决矛盾，获得最后抱负解。

它不是采用折衷或者妥协做法，并且它是基于技术发展演化规律研究整个设计与开发过程，而不再是随机行为。

实践证明，运用TRIZ理论，可大大加快人们创造创造进程并且能得到高质量创新产品。

本项目通过实践使用TRIZ理论解决问题，真切感受到TRIZ理论是非常有用，对于产品创新设计有指引意义，能引领咱们朝着对的方向进行创新，使得诸多问题得到比较轻松地解决。

参照文献

[1]檀润华.TRIZ及应用:

技术创新过程与办法.高等教诲出版社.

[2]高常青.TRIZ:

创造问题解决理论.科学出版社.

[3]陈广胜.创造问题解决理论（TRIZ）基本教程.黑龙江科学出版社.

[4]张忠将、李敏等.SolidWorks机械设计从入门到精通.机械工业出版社.