基于TRIZ的计算机辅助概念创新设计的研究

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3.0 陈辉 2024-11-19 5 4 2.98MB 93 页 15积分
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摘要
随着全球性竞争日趋激烈，对新一代产品有效而迅速地开发成为竞争中强
有力的武器。设计是产品开发过程中最重要的环节之一，产品概念设计作为设
计过程的早期阶段，其核心就在于产品创新。它在产品的整个生命周期中占有
极其重要的位置，它从根本上决定了产品的内在本质，以及产品的质量和成
本。
本文研究了概念设计的内涵和特征以及概念设计的原则和方法，在对概念
设计研究现状和概念设计主要问题分析的基础上，指出计算机辅助概念设计的
必要性。研究了创新设计思维与创新方法，并对创新设计的法则和基本方法进
行了总结，在此基础上对创新系统进行了初步的探讨。
本文在研究 TRIZ 理论的基础上，结合前述的概念创新理论和方法，探讨
了I－TRIZ 辅助概念创新平台中应用的 TRIZ 理论的背景、常用概念、工具、
方法及一般过程等。并指出了所应用 TRIZ 理论的优点和缺点。
在对概念设计和创新设计研究的基础上，将 TRIZ 作为概念设计的理论与
方法，利用 TRIZ 创新方法的特点，并结合一般的创新设计技法，使用 JSP 开发
环境开发了计算机辅助概念设计软件——I-TRIZ 计算机辅助概念创新设计平
台。并且将项目管理与 TQC 全面质量管理概念融入概念创新设计系统模式，使
其不仅仅是一个工具，而成为一个具有很大实用价值的系统，以帮助不同工程
领域的设计人员在产品的概念设计阶段，打破思维定势、拓宽思路，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，让设计过程更趋自
动化。同时运用该软件亦能帮助设计者以系统的模式进行产品概念创新设计，
可大大提高设计质量和缩短设计的时间。
关键词：TRIZ 概念设计 创新设计 JSP I-TIRZ
ABSTRACT
As global competition becomes fiercer, effective and efficient development of
new generations of products is the mighty weapon in the competitive strugg1e. Design
is the one of the most important stages in the procedure of product development.
Product conceptual design as an early stage of design process, the innovation plays a
very important role. It is at a very important position in the whole product life. And it
actually decide the the hypostasis, quality, cost of the product.
This dissertation describes the meaning and feature of conceptal design, studies
the principle and method of conceptal design. Based on analyse of conceptal design’s
issues and actuality, point out the inevitability and necessary of the emergence of
computer aid conceptal design. This dissertation also studies thinking, principle and
method of the innovation design, points out that we should pay much attention on the
individual innovation thinking. And discuss the innovation system in a conclusion.
This dissertation also describes briefly the background, theory, general process,
conception, tool, method, strongpoint and weakness of TRIZ, points out the evolution
direction of the TIRZ.
Based on what have stuied on TRIZ, conceptal design and innovation design, this
dissertation introduces the theory of innovation problem solving (TRIZ) as theory and
method of conceptual design, and it is very important to introduce TRIZ into the
conceptual design.The Computer Aided Conceptual Design software named I-TIRZ
based on TRIZ is developed by using JSP, which help engineer break through thought
pattern and open up thinking, and present feasible innovation design project with good
quality and high efficiency, and make right design direction in product conceptual
design phase of different engineering domain. The software I-TRIZ combined with
project management and TQC (Total Quality Control), by using I-TRIZ engineer can
also systematically solve the problem as a project, and could solve conception and
innovation design issues with short time and high quality.
Key Words：TRIZ, Conceptual Design, Innovation Design, JSP , I-
TIRZ
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 .....................................................................................................................1
§1.1 课题来源与研究目标 .......................................................................................1
§1.2 课题的背景及意义 ...........................................................................................1
§1.3 概念设计及其特征 ...........................................................................................4
§1.3.1 概念设计的内涵 ........................................................................................4
§1.3.2 概念设计的特征 ........................................................................................6
§1.3.3 概念设计的原则 ........................................................................................7
§1.3.4 概念设计创新性研究 ................................................................................8
§1.3.5 概念设计方案推理技术研究 ....................................................................8
§1.3.6 概念设计的主要问题 ..............................................................................10
§1.4 计算机辅助概念设计 .....................................................................................11
§1.4.1 计算机辅助概念设计发展由来 ..............................................................11
§1.4.2 计算机辅助概念设计基本内容 ..............................................................12
§1.4.3 计算机辅助概念设计主要技术 ..............................................................12
§1.5 概念设计系统国内外研究现状 .....................................................................15
§1.6 本论文的主要研究内容 .................................................................................16
第二章 创新设计思维与方法的研究 ...........................................................................18
§2.1 创新设计概述 .................................................................................................18
§2.1.1 引言 ..........................................................................................................18
§2.1.2 机械创新设计 ..........................................................................................18
§2.2 创新思维 ..........................................................................................................20
§2.2.1 创新思维的特征与总体过程 ..................................................................21
§2.2.2 工程技术人员创新能力的构成与开发 ..................................................22
§2.2.3 创新思维的类型 ......................................................................................24
§2.3 创新的基本方法 ..............................................................................................24
§2.3.1 创新的基本法则 ......................................................................................24
§2.3.2 创新的基本方法 ......................................................................................25
§2.4 创新设计系统 ..................................................................................................28
第三章 I-TIRZ 概念创新设计系统模型设计 .............................................................. 29
§3.1 产品概念开发过程模型 .................................................................................29
§3.1.1 机械产品设计的性质与内容 ..................................................................29
§3.1.2 产品概念设计流程 .................................................................................32
§3.1.3 产品概念设计建模技术 .........................................................................33
§3.2 TQC 全面质量管理 ........................................................................................34
§3.3 I-TRIZ 辅助概念创新设计系统模型 ............................................................ 36
第四章 I-TRIZ 平台中 TRIZ 理论的应用研究 ............................................................41
§4.1 TRIZ 发展背景 ................................................................................................41
§4.2 TRIZ 的定义 ....................................................................................................41
§4.3 TRIZ 的基本理论 ............................................................................................42
§4.3.1 技术系统及其进化模式 ............................................................................42
§4.3.2 理想解 ........................................................................................................44
§4.3.3 解的级别 ....................................................................................................45
§4.3.4 冲突 ............................................................................................................45
§4.3.5 工程参数 ....................................................................................................50
§4.3.6 冲突解决矩阵（矛盾矩阵表） ................................................................51
§4.3.7 冲突解决原理（创新法则或发明原理） ................................................52
§4.3.8 物－场分析法(Su-Field Analysis)............................................................ 52
§4.3.9 标准解（Standard Solution）...................................................................54
§4.3.10 效应 ..........................................................................................................54
§4.4 TRIZ 的优点和发展趋势 ...............................................................................55
第五章 I-TRIZ 计算机辅助概念创新平台软件系统建模分析与实现 ...................... 56
§5.1 J2EE 平台概览 ................................................................................................ 56
§5.2.1 J2EE N 层体系 ....................................................................................... 56
§5.2.2 J2EE 技术的优点 ................................................................................... 58
§5.2 I-TRIZ 计算机辅助概念创新软件系统架构设计 ....................................... 58
§5.2.1 基于 MVC 模式的系统架构 ...................................................................58
§5.2.2 Web 表现层-Struts.................................................................................59
§5.2.3 持久层-DAO............................................................................................61
§5.2.4 工厂模式 ..................................................................................................61
§5.2.5 Proxy 代理模式 ....................................................................................... 61
§5.3 I－TRIZ 计算机辅助概念创新系统功能设计 .............................................62
§5.3.1 I－TRIZ 开发环境以及运行环境 .........................................................62
§5.3.2 I－TRIZ 系统功能结构 .........................................................................63
§5.3.3 I－TRIZ 系统功能模块 .........................................................................63
§5.3.4 I-TRIZ 系统功能特点 ........................................................................... 63
§5.4 I－TRIZ 系统建模分析 .................................................................................63
§5.4.1 用例图 ......................................................................................................63
§5.4.2 活动图 ......................................................................................................65
§5.4.3 I－TRIZ Web 模块结构 .......................................................................67
§5.5 系统运行界面 .................................................................................................68
§5.5.1 登陆页面 ..................................................................................................68
§5.5.2 运行界面 ..................................................................................................68
第六章 I-TRIZ 平台程序运行实例 .............................................................................. 74
§6.1 建立项目 ..........................................................................................................74
§6.2 项目详细管理 ..................................................................................................75
第七章 结论与展望 .......................................................................................................83
§7.1 总结 .................................................................................................................83
§7.2 展望 .................................................................................................................84
参考文献 .........................................................................................................................85
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................89
致 谢 ................................................................................................................................90
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 课题来源与研究目标
本课题来源于上海市教委重点学科建设“系统管理”项目子项“计算机辅
助概念设计”（项目编号：T0502）
本文的目的是研究概念和创新设计的一般方法，并重点研究 TRIZ 理论在产
品概念创新设计阶段中的应用，在此基础上开发一个计算机辅助创新平台。具体
内容为：在分析 TRIZ 理论中的各种工具、方法及其过程的基础上，利用 TRIZ 理
论中解决创新问题的优势，结合一般概念设计方法的长处来解决概念创新设计问
题。并进一步结合往届研究生关于 PLM、PDM 的研究，探讨基于 TRIZ 理论的计
算机辅助概念创新设计系统，即 Innovation With TRIZ 计算机辅助概念创新设计
平台系统的开发与实现，争取做到对产品设计（概念设计及详细设计）、生产和
销售的全覆盖。
§1.2 课题的背景及意义
经济的全球化带来了动态多变的市场环境，同时也加剧了全球范围内企业
间的竞争。随着经济全球化的形成，21 世纪我国制造业将面临来自全球的严峻挑
战。同时，现代科技的迅猛发展，尤其是计算机技术的飞速进步和广泛应用，微
电子、信息、新材料及集成技术的发展，深刻地影响着产品设计开发过程、制造
过程、营销和售后服务过程，并改变着产品结构和功能。目前在设计领域，后期
的详细设计阶段应用的 CAD 技术已相当成熟，而作为包含了从产品需求分析到
详细设计之间的概念设计阶段的研究，在国内外还处于起步时期。然而，这一研
究因其困难性和重要性已越来越受到国内外众多专家学者以及企业界人士的关
注。
随着改革开放不断深入发展,中国已经成为工业生产大国，但还不是工业生
产强国。我国的产品大多以 OEM 贴牌加工的方式变成了外国的货品，而即使是
我们自有品牌的出口，也因为设计的粗陋使得中国制造的产品成了低劣低价的代
名词，过于注重模仿与引进、不注重自主知识产权和产品创新设计是我国多数产
品的通病。一个非常著名的提法是，中国要成为世界产品的“生产车间”，但与
那些跨国企业生产的造型新颖、工艺考究的产品赚取的成倍利润相比，这个生产
车间为自己创造的利润却只有 1％～2%.
中国工程院院士、浙江大学校长潘云鹤教授在谈到产品创新时说[9]，创新有
两类：第一类是原理上的改变，如从无到有的创新，比如科技发明；第二类创新
摘要：

摘要随着全球性竞争日趋激烈，对新一代产品有效而迅速地开发成为竞争中强有力的武器。设计是产品开发过程中最重要的环节之一，产品概念设计作为设计过程的早期阶段，其核心就在于产品创新。它在产品的整个生命周期中占有极其重要的位置，它从根本上决定了产品的内在本质，以及产品的质量和成本。本文研究了概念设计的内涵和特征以及概念设计的原则和方法，在对概念设计研究现状和概念设计主要问题分析的基础上，指出计算机辅助概念设计的必要性。研究了创新设计思维与创新方法，并对创新设计的法则和基本方法进行了总结，在此基础上对创新系统进行了初步的探讨。本文在研究TRIZ理论的基础上，结合前述的概念创新理论和方法，探讨了I－TRI...

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