基于TRIZ與實(shí)例推理原理的產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法（一）

3 基于TRIZ的綠色設(shè)計(jì)沖突消解

    如果案例庫(kù)中沒(méi)有找到相似案例，那么需要利用TRIZ來(lái)解決產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的沖突，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)�；�于TRIZ的綠色設(shè)計(jì)沖突消解，需要先將綠色設(shè)計(jì)屬性轉(zhuǎn)化成TRIZ沖突矩陣的工程參數(shù)（表5），然后根據(jù)工程參數(shù)利用TRIZ沖突矩陣表獲得發(fā)明原理。在綠色設(shè)計(jì)屬性向TRIZ工程參數(shù)的轉(zhuǎn)化中，把世界企業(yè)可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)(world business council for sustainable development，WBCSD)提出的7個(gè)環(huán)境效率要素與TRIZ的工程參數(shù)相關(guān)聯(lián)，建立了環(huán)境效率要素與TRIZ工程參數(shù)的關(guān)聯(lián)表。在此基礎(chǔ)上，筆者建立了綠色設(shè)計(jì)屬性與TRIZ工程參數(shù)的關(guān)聯(lián)表（表6），可方便、快速地將綠色設(shè)計(jì)屬性轉(zhuǎn)化為T(mén)RIZ工程參數(shù)�？紤]產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)法確定TRIZ工程參數(shù)和遇到空矩陣（沒(méi)有發(fā)明原理）的情形，此時(shí)可以利用方法解決該問(wèn)題。

    表5 TRIZ沖突矩陣的39個(gè)工程參數(shù)

    表6 綠色設(shè)計(jì)屬性與TRIZ工程參數(shù)的關(guān)聯(lián)表

4 創(chuàng)新方案可行性評(píng)價(jià)

    創(chuàng)新方案的可行性評(píng)價(jià)有兩個(gè)作用：第一，作為過(guò)濾指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果；第二，可能有多個(gè)創(chuàng)新方案可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)沖突的消解，因此需要對(duì)創(chuàng)新方案進(jìn)行可行性評(píng)價(jià)，選取最優(yōu)的方案給予實(shí)施。綠色產(chǎn)品創(chuàng)新方案的可行性評(píng)價(jià)矩陣如表7所示，用Sco表示綠色產(chǎn)品創(chuàng)新方案的可行性評(píng)價(jià)結(jié)果：

    式中，W₁、W₂、W₃、W₄分別為指標(biāo)C₁、C₂、C₃、C₄的權(quán)重；W_1i、W_2j、W_3k、W_4l分別為子指標(biāo)C_1i、C_2j、C_3k、C_4l的權(quán)重；S_coc1i、S_coc2j、S_coc3k、S_coc4l分別為子指標(biāo)C_1i、C_2j、C_3k、C_4l的評(píng)分。

    表7 產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)創(chuàng)新方案的可行性評(píng)價(jià)矩陣

    采用打分法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，各指標(biāo)的評(píng)分范圍為1（差）～9（優(yōu)）。指標(biāo)權(quán)重由模糊層次分析法(fuzzy analytic  hierarchy  process，F(xiàn)AHP)確定。

5 實(shí)例研究

    筆者以上述方法為基礎(chǔ)，利用可擴(kuò)展標(biāo)記XML語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)了產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持平臺(tái)（其基本框架組成如圖8所示），用于綠色產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，以某型號(hào)洗碗機(jī)零部件為例闡述創(chuàng)新過(guò)程。

    圖8 產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持平臺(tái)基本框架組成

    洗碗機(jī)屬于EuP(eco-design  requirements for energy- using products directive)指令監(jiān)管的第十四類(lèi)產(chǎn)品，因此對(duì)產(chǎn)品綠色性能有較高的要求。產(chǎn)品維修商和回收商對(duì)洗碗機(jī)底板的拆卸性提出了要求，洗碗機(jī)銷(xiāo)售商要求廣東某洗碗機(jī)制造企業(yè)改進(jìn)其出口洗碗機(jī)底板的拆卸性能，使其能夠?qū)崿F(xiàn)非工具拆卸，并且成本變動(dòng)范圍要小。洗碗機(jī)的關(guān)鍵零部件（如水杯、洗滌泵和電熱管等）位于洗碗機(jī)底部，原洗碗機(jī)的底板與下前橫檔和側(cè)板用螺釘連接（圖9）。改進(jìn)前的拆卸順序?yàn)樽笥覀?cè)板→前提腳板→下前橫檔→下后橫檔→底板，而且洗碗機(jī)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后螺釘容易銹死，因此不便于洗碗機(jī)的維護(hù)和維修以及廢棄后的拆卸回收處理。

    圖9 底板零件的三維模型及其連接關(guān)系

    首先運(yùn)用產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持平臺(tái)的實(shí)例檢索模塊，通過(guò)借鑒以往成功案例的經(jīng)驗(yàn)對(duì)洗碗機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。為了借鑒其他類(lèi)別產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識(shí)，擴(kuò)大實(shí)例檢索范圍，不限定產(chǎn)品類(lèi)別、功能等參數(shù)，將材料設(shè)定為“鋼材”，將綠色設(shè)計(jì)原則設(shè)定為“拆卸設(shè)計(jì)”，設(shè)計(jì)屬性設(shè)定為“連接類(lèi)型”。為了滿足成本和拆卸性能的要求，在過(guò)濾條件中，將拆卸性能和經(jīng)濟(jì)性設(shè)定為“很好”，技術(shù)性能和回收性能設(shè)定為“良好”，然后進(jìn)行實(shí)例檢索。從實(shí)例庫(kù)中搜索出的實(shí)例為電腦機(jī)箱側(cè)板，特征是將螺釘連接改為卡槽連接，實(shí)現(xiàn)了非工具手工拆卸，目前卡槽連接在很多產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，技術(shù)十分成熟，因此本文借鑒該類(lèi)型實(shí)例。

    主機(jī)箱側(cè)板的卡槽不承受主機(jī)箱的重量，主要保證連接的可靠性，而洗碗機(jī)底板需要承受洗碗機(jī)以及餐具的重量，其強(qiáng)度要求較高，需要對(duì)原有實(shí)例進(jìn)行修改后再用。利用TRIZ對(duì)原有實(shí)例進(jìn)行修改，可將其對(duì)應(yīng)為改善的工程參數(shù)N014“強(qiáng)度”，惡化的工程參數(shù)Noll“應(yīng)力或壓力”。調(diào)用基于TRIZ的沖突消解模塊對(duì)這一技術(shù)沖突進(jìn)行問(wèn)題求解，發(fā)現(xiàn)可采用發(fā)明原理3“局部特性”來(lái)進(jìn)行求解，即將一物體或外在環(huán)境（動(dòng)作）由相同成分組成的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成由不同成分組成的結(jié)構(gòu)。由此產(chǎn)生的綠色創(chuàng)新方案即在底板的左邊和右邊增加卡槽，使其共同承擔(dān)洗碗機(jī)的重量，從而改善底板應(yīng)力狀況。為了驗(yàn)證改進(jìn)后底板的可靠性，在Abaqus的環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)力分析，卡槽受到的最大應(yīng)力為286MPa，小于底板材料的抗拉強(qiáng)度500MPa，滿足強(qiáng)度要求。改進(jìn)后，只需將洗碗機(jī)底板直接從洗碗機(jī)底部抽出就可完成拆卸操作。

    利用表7對(duì)綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表8。根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大值和最小值以及表4中的語(yǔ)言變量，建立語(yǔ)匯轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，將評(píng)價(jià)結(jié)果轉(zhuǎn)換為評(píng)價(jià)語(yǔ)匯。最后根據(jù)綠色設(shè)計(jì)實(shí)例存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)將該設(shè)計(jì)案例存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

    表8 綠色產(chǎn)品創(chuàng)新方案的可行性評(píng)價(jià)

6 結(jié)語(yǔ)

    (1)將TRIZ與實(shí)例推理方法有效地集成，提出了基于TRIZ與實(shí)例推理原理的產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，能夠很好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

    (2)以本體論為基礎(chǔ)，結(jié)合TRIZ工具，給出了綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例的描述模型和檢索模型，實(shí)現(xiàn)了綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例的檢索、重用和修正。

    (3)建立了綠色設(shè)計(jì)屬性與TRIZ工程參數(shù)的關(guān)聯(lián)表，便于設(shè)計(jì)人員將綠色設(shè)計(jì)屬性轉(zhuǎn)化為T(mén)RIZ工程參數(shù)，縮短綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)的時(shí)間。

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本文標(biāo)題：基于TRIZ與實(shí)例推理原理的產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法（二）

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