TRIZ理论指导下工业设计创新流程研究

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　　摘要：研究TRIZ理论指导下的工业设计创新流程，需要研究者正确认识TRIZ理论，清楚其由来、发展过程、核心思想、基本原理与主要内容等信息，通过对工业设计基本内容阐述及工业设计同TRIZ理论之间关系的强调，分析T工业设计基于TRIZ理论进行创新的可行性。并以此为基础，研究工业设计一般方法流程与TRIZ理论指导，构建工业设计创新流程的对应模型，实现TRIZ理论下工业设计创新流程的有效研究，促进工业设计与我国工业共同发展。
　　关键词：TRIZ理论;工业设计;创新流程
　　doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2020.03.026
　　中图分类号：T-01                                    文献标识码：A                                文章編号：1671—1580（2020）03—0116—04
　　TRIZ理论也被称作发明问题解决理论。TRIZ理论起源于苏联，发展于欧美，现阶段，TRIZ理论已经在全球范围内成为重要创新理论，对各个领域产生较强的吸引力。关于TRIZ理论研究，中国研究史并不长，一些具备足够影响力的TRIZ理论研究成果，主要集中在管理学与机械工程等领域。近些年，TRIZ理论开始受到我国工业学术界的关注，积极结合TRIZ理论，研究工业设计方法创新、教学创新与设计问题解决，但是，关于TRIZ理论指导工业设计创新流程的研究并不多，因此，本文结合TRIZ理论内容、工业设计内容、二者关系、一般工业设计流程等内容，探讨基于TRIZ理论的工业设计创新流程，构建相应模型，以此为工业设计研究发展提供参考与助力。
　　一、TRIZ理论概述
　　（一）产生发展
　　TRIZ在1946年被俄国学者根里奇阿奇舒勒（G.S.Altshuller）与他的同事共同提出，他们分析、整理、归纳大量的专利与科技文献资料，针对发明创新问题，发现解决依据，并得出解决问题需要遵循的相关理论与方法。发现TRIZ理论后的20多年时间里，提出者与许多科学家共同工作，深入研究TRIZ，最后，将其整理成系统化的发明问题解决理论，这一整套理论就是被现今社会广泛应用的TRIZ理论。
　　（二）核心思想与原理
　　在现今社会，TRIZ理论具有三个核心思想：第一，复杂技术系统与简单产品的核心技术发展均需要对客观规律进行遵循，以此实现自身发展演变，也就是说，无论是复杂技术系统还是单一产品都需要具有客观进化模式与客观演变规律。第二，复杂技术系统与单一产品的进化过程，需要以各种技术难题、技术冲突、冲突解决为推动力。第三，技术系统的理想发展状态为借助最少的资源实现最多的功能。TRIZ理论的基本原理：现今社会中的科学技术领域问题与企业问题是重复出现的，相应地，问题的解决方案也会不断出现，使科学技术领域与现代企业的发展不断出现重复性变化，而发展过程中创新活动的高水平体现，需要企业与科技研究突破专业领域的限制，应用自身领域之外的多种科学知识与技术。因此，技术系统想要实现进化，需要对客观法则进行遵循，现代企业与科技也可以对这些法则进行运用，利用其预测产品发展趋势，使自身能够对新产品开发与研究的方向进行准确把握。
　　（三）主要内容
　　基于通俗意义角度分析创新，可以将创新定义为对问题进行创造性发现与创造性解决的过程，而创新密切联系TRIZ理论，该理论的作用就是为人类创新提供系统化的方法与理论，以此实现人类对问题的创造性发现与解决。TRIZ理论的主要内容包括以下几个方面：第一，进化法则，该法则主要针对技术系统，TRIZ理论充分融合技术系统自身发展过程中的进化演变规律，并借助大量专利分析，对基本进化法则进行总结，基本法则以8种法则为主。基于TRIZ理论中的基本进化法则，研究进化法则应用，能够明确产品技术状态，并预测产品发展趋势，从而实现新产品开发，并保证新产品的较高竞争力。第二，冲突解决原理，无论是哪一种发明，都需要对一定的规律进行遵循，不同发明之间也会存在共同的规律，TRIZ理论将这些规律整合为多种创新原理，为研究者提供便利，使其能够结合技术冲突的内在规律，有针对性地在TRIZ理论中寻找与应用创新原理，结合原理与实际冲突工程，得出相应技术冲突的解决方案。第三，问题分析方法与创新思维方法，该理论为问题的系统性分析提供科学方法，如，多屏幕法。但是对于复杂问题分析，TRIZ理论提供的科学方法为物—场分析法，这种方法属于建模方法，能够对相关问题进行有效分析，帮助研究者对核心问题进行尽快地确认，使其及时发现冲突的根本。第四，针对创新问题的标准解决方法，该内容主要指在具体冲突中分析问题的物—场模型特征，针对不同特征，实施对应模型处理方法，例如，模型场与物质添加法、模型转换法、模型修整法等。第五，ARIZ这种问题解决算法对应的是冲突复杂与问题情境复杂的技术系统，该系统冲突的主要表现是相关部件的不够明确性，ARIZ这种问题解决算法是对特定初始问题实施多种变形与再定义的逻辑过程，具有一定的非计算性特点，算法实施的过程为：对问题进行逐步分析、转化与解决。第六，知识库，知识库建设主要结合的是工程学原理，应用的工程学原理主要包括几何学、化学与物理，对这些领域内的大量发明专利进行分析，利用分析结果进行知识库建设，并保证知识库为研究者的技术创新与问题解决提供有效方案。 　　整体角度分析，TRIZ理论内容可以被划分为三个层次，分别包括哲学层次、方法论层次与工具层次。在哲学层次，该理论包括矛盾、资源与理想度，这些内容属于哲学概念，具有普适性。在方法论层面，TRIZ理论中的ARIZ这种问题解决算法主要针对的是创新问题，可以对各种工具进行组织，使其共同构成系统性问题解决方法。最后，在工具层面，该理论的主要内容包括技术进化规律、资源分析、知识与效应库、功能分析、物场分析与对应的76标准解、分离原理、39工程参数冲突矩阵、理想解、40条发明原理等。这些内容均属于解决问题的重要工具，可以单独使用，用于解决创新问题，也可以组合使用，用于各种技术冲突问题。
　　二、TRIZ理论指导工业设计创新的可行性
　　（一）工业设计含义、特征与发展
　　工业设计的含义为借助视觉感受、经验、技术知识与训练等，在产品色彩、产品材料、形态结构、表面加工、表面装饰等方面，提供产品新资格与新品质的过程。分析工业设计定义，可以发现工业设计的几个主要特征：第一，工业设计指现代化工业中的产品设计，这些产品均属于批量生产。因此，工业设计主要服务于制造业;第二，产品设计是工业设计的主体，设计内容包括设计产品外观造型与设计产品结构性能;第三，工业设计涉及到的知识领域较广，属于一种复合性、综合性的边缘学科，综合技术、艺术、文化、市场营销以及环境等领域知识;第四，工业设计借助设计者的创意性劳动，按照消费者需求，对新产品进行不断开发，并且需要保证产品适应市场需求，以新产品体现企业在国内外市场中的市场开拓能力。因此，工业设计属于企业竞争力的核心要素。随着我国现代制造业的发展与工业化水平的提升，人们逐渐深化自身对制造业的认识，为制造业中的工业设计提出新的要求。工业设计内容已经从最初的外观设计与产品性能延伸到生产环境、生产工艺流程、产品包装、产品市场推广等过程，参与产品生产与产品流通的全部过程，密切联系环境设计、平面设计、时装设计、形象设计、传统手工艺设计、装饰设计以及展示设计等众多相关行业。基于技术进步发展的角度分析工业设计，可以发现，工业设计过程是设计者对各种现有成熟技术进行综合运用，融合环境学、美学等因素，借助设计创新与设计改进优化实现的新产品有效开发，并且这些新产品可以有效节约资源，满足市场需求，因此，工业设计属于涉及广泛领域的集成性创新过程。
　　（二）工业设计与TRIZ理论的关系
　　从工业设计的含义、特征与发展等内容可以看出，工业设计与TRIZ理论之间关系密切。二者密切的关系体现在以下三个方面：第一方面，TRIZ理论与工业设计都是现代化工业的重要产物，并且二者都为制造业提供支持与服务。第二方面，TRIZ理论的应用对象同工业设计的应用主体相同，都是产品，但是TRIZ理论主要应用在产品结构与技术性能等方面。第三方面，工业设计与TRIZ理论的本质都是创新，其应用与实施的目标都是提升产品竞争力与附加值。由此可见，TRIZ理论研究与工业设计研究的侧重点不同，但是二者都以工业产品为研究主体，可以说是殊途同归。我国的工业设计需要在注重美学领域产品外观造型设计的同时，同等重视产品的技术，在设计者设计范围愈发扩大的背景下，工业设计出现设计产品品种分类模糊化的问题，在新产品中显现各种学科相互兼容的现象，说明学科的交叉，体现现代产品设计的未来发展趋势。因此，工业设计需要基于自身与TRIZ理论的相通性，在设计过程中积极利用TRIZ理论，以TRIZ理论指导工业设计创新流程，提升工业设计质量，增强设计者的综合能力，满足工业设计与设计产品的发展需求。
　　三、TRIZ理论指导下的工业设计创新流程
　　（一）传统工业设计流程
　　研究TRIZ理论下工业设计对应的创新流程，应重点研究工业设计对应的传统流程，即一般流程方法。在工業设计流程研究中，美国IDEO公司与意大利的奥利维蒂公司占据重要地位，由这两个公司发明的设计流程属于现代社会独立设计公司与企业设计部门的代表。奥利维蒂公司的设计程序主要包括：对市场需求进行深入调查、科学定位产品、在设计中融入企业形象、拟定创意初步方案、设计产品色彩与形态以及产品结构等，IDEO公司的设计程序主要包括观察市场、设计前的头脑风暴、初步制定简易原型、设计深入探讨等。对这两种流程进行综合分析，可以对工业设计中的一般方法流程进行归纳，结论为：发现与分析问题、制定初步解决方案、对产品进行色彩与形态设计、设计结构、共同评价筛选、整体设计完成。现今社会的工业设计中含有多种创意方法，比较常见的方法为KJ法、移植法、头脑风暴法与希望点列举法等。在这些方法的基础上，还包括形式周期表方法、意象尺度法、坐标法、形态语义设计方法、特征线法、模度与控制线法、标准化设计法等，这些方法用于形态演绎与评价。对工业设计本身的一般方法流程进行研究，有利于工业设计与TRIZ理论有效结合，在TRIZ理论指导下，得出工业设计创新流程。
　　（二）TRIZ理论指导下的新型工业设计流程
　　研究学者普遍认为，工业设计包括三个层次，即开发性设计、改良性设计与式样设计。根据TRIZ理论中的创新等级分析工业设计的三个层次，可以发现，式样设计与TRIZ理论中的形态创新相对应，因此，式样设计属于一级创新。改良性设计实施的主要内容是改进系统组件，因此，该设计对应的是二级创新。开发性设计的设计内容会涉及到新技术与新原理，以此改进系统内部多种组件，并对现有解决方案进行改变，因此，该设计属于三级创新。工业设计问题解决，需要设计所属类别清晰化，以此为基础，在TRIZ理论系统中找到设计问题对应的工具与理论，选择合适的理论方法有效解决具体设计问题。为在TRIZ系统中提升理论选择的效率，高长青等学者展开相关研究，比较TRIZ系统中众多问题解决工具的适用性与优缺点，研究TRIZ理论中多种工具的适用场合，如，ARIZ算法适用于对较复杂的问题进行解决;技术进化理论适用于对产品进化阶段进行确定，寻求新技术;物场分析与标准解适用于为现有设计方案提供新概念;效应库适用于问题解决方向已知的场合;分离原理适用于物理冲突已明确的场合;发明原理、冲突矩阵适用于技术冲突已用工程参数完成描述的场合。分离原理、发明原理与冲突原理属于经典TRIZ理论核心，具有较广的适用范围。技术进化理论适用于三级创新问题与四级创新问题的解决，但是该理论并不能对具体产品进行进化模式的确定。物场分析与对应标准解这一工具适用于工业设计中的开发性设计，解决三级难度问题，促进设计过程产生新概念。而ARIZ的解决过程比较复杂，对应的是四级科学创新问题与五级科学创新问题，但工业设计对应的三个层次设计内容主要包括技术创新、结构创新与形态创新等创新问题，并不涉及科学创新。因此，工业设计创新流程需要排除TRIZ理论中的ARIZ理论与技术进化理论。 　　TRIZ理论中的物理冲突主要指系统组件对相同元素产生不同需求，针对这种问题，分离原理可以对其进行有效解决。在TRIZ理论中，技术冲突也是冲突理论中的主要冲突，指一个作用造成有害与有用两种结果，且结果同时出现，这种冲突问题需要使用工程参数描述，在描述完成后，结合冲突矩阵，寻找对应的发明原理，利用原理解决问题。工业设计内容涵盖色彩设计、结构设计、形态设计、表面质地设计与表面装饰设计等，可以发现，TRIZ理论的39工程参数与工业设计内容并不存在较大关联，因此，通常无法利用技术冲突对其进行描述。基于此，工业设计需要冲突解决模块，细化设计问题的描述情况，如果设计问题可以借助工程参数描述成为某种技术冲突，就可以对应地使用发明原理解决方法或冲突矩阵解决方法，但是对于工程参数来说，难以描述其为特定技术问题的冲突，就将其划到物理冲突范围内，使用分离原理对该问题进行有效解决，或者利用发明原理与分离原理的对应关系，对具体问题进行迂回解决。在TRIZ理论中，理想度属于一种哲学概念，是重要参数，可以对系统好坏与机器优劣进行有效评价。因此，理想度可应用于工业设计中，主要对设计方案进行评价与筛选。在TRIZ理论体系中，效应这种知识库的组织方式为从技术目标发展到实现方法，该工具主要用于解决方向已经知晓的问题。在工业设计中，后期设计阶段的产品功能、技术原理与产品形态等已经基本确定，后续的结构设计问题主要包括滑动、加强筋与卡扣等类似问题，由此可见，这一阶段的问题解决方向已经被知晓，因此，可以利用TRIZ理论中的效应库指导结构设计，辅助相关问题的解决。
　　根据以上分析内容，以TRIZ理论为重要指导的工业设计，在构建创新流程的过程中，需要结合工业设计一般方法流程，将其作为新流程的基本框架，结合TRIZ理论中的多种工具，建立如图1所示的新型工业设计流程，即TRIZ理论指导下的工业设计创新流程。这套新型工业设计流程可以对实际设计问题进行更快地确定与解决，提升设计问题解决效率与设计工作效率。
　　四、结语
　　综上所述，基于TRIZ理论指导，研究工业设计创新流程，需要研究者以TRIZ理论研究为基础，探析工业设计利用TRIZ理论开展创新工作的可行性，并结合工业设计一般方法流程与TRIZ理论指导，构建新型工业设计问题解决体系，实现工业设计创新流程对应模型的有效构建，促进工业设计优化与我国工业制造业发展。
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　　Research on Innovation Process of Industrial Design Guided by TRIZ Theory
　　CHENG Huabo，ZHANG Haimin
　　（AnHui Polytechnic University，Wuhu Anhui 241000，China）
　　Abstract： To study the innovation process of industrial design under the guidance of TRIZ theory， researchers need to correctly understand TRIZ theory， clarify its origin， development process， core ideas， basic principles and main contents， expound the basic content of industrial design， emphasize the relationship between industrial design and TRIZ theory， and analyze the guidance of TRIZ theory. Feasibility of industrial design innovation. On the basis of these contents， combined with the general method and process of industrial design and the guidance of TRIZ theory， the corresponding model of industrial design innovation process is constructed to realize the effective research of industrial design innovation process under TRIZ theory， and to promote the common development of industrial design and industry in China.
　　Key words： TRIZ theory; industrial design; innovation process
　　[责任编辑：周海秋]
　　收稿日期：2019—08—18
　　基金项目：2019年度安徽高校人文社会科学研究重点项目“基于皖江流域民俗元素开发的文创产品研究——以桐城王圩燈会道具文创产品开发为例”（项目编号：SK2019A0125）;安徽省社科普及规划项目“以安徽省‘江淮杯’工业设计大赛平台的大众设计教育研究”（项目编号：KZ00216037）。
　　作者简介：程华波（1979—），男，湖北武汉人，安徽工程大学，讲师，硕士。研究方向：工业设计理论与实践教学。
　　张海敏（1981—），女，江苏杭州人，安徽工程大学，讲师，硕士。研究方向：产品设计理论与实践教学。
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