TRIZ理论在产品概念设计中的应用研究
TRIZ理论在产品概念设计中的应用研究
通过对概念设计的分析研究，阐述了TRIZ的理论体系及其简化的“1141”体系，归纳了TRIZ
的理论基础和基本思想，介绍了基于TRIZ的产品概念设计过程模型，分析了TRIZ中技术
冲突及物理冲突解决流程以及2种冲突解决原理之间的转化关系。基于TRIZ概念设计过程
模型，将TRIZ中技术冲突解决原理及物理冲突解决原理应用于新型旋转展车台的概念设计
中，并通过实验研究验证了TRIZ概念设计过程模型的正确性及可行性。
产品创新是企业在市场竞争中取胜的关键因素，而概念设计是产品创新的核心。概念设
计决定产品的形状、布局和工作原理等，其质量直接决定产品的最终质量。在产品概念设计
阶段快速产生1个有竞争力的产品创新方案，可以帮助企业快速响应市场需求、提高产品的
竞争力。发明问题解决理论TRIZ为概念设计提供了切实可行的方向，使概念设计过程变得
有序可寻且富有可操作性和可预见性。将TRIZ理论应用于产品的概念设计阶段，可大大提
高创新的质量和效率。
1 概念设计
产品设计过程分为产品需求分析、概念设计、技术设计和详细设计等4个阶段。目前的
设计过程模型是我国正在推广应用的并行设计过程模型，如图1所示。
图1 并行设计模型
概念设计是构思及选择产品工作原理的阶段，对于已有产品的改进设计，主要是改进部
分工作原理；对于新设计，要构思并选择全新的原理。产品创新方案的形成主要在概念设计
阶段，概念设计过程所产生的新的原理解具有市场竞争力及实际实现的可能性。
概念设计可总结概括为：概念设计是由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、
可组织的、有目标的设计活动，它表现为1个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不
断进化的过程。
概念设计是产品设计中的关键阶段，其重要性主要体现在2方面：(1)概念设计阶段在
很大程度上决定着最终产品的性能、创造性、价格、市场响应速度和效率等；(2)在产品概
念设计阶段，由于对设计人员的约束相对较少，具有较大的创新空间。因此重视概念设计，
为产品成功走向市场奠定了基础，是增加产品竞争力的根本途径。
2 基于TRIZ的产品概念设计过程模型
2.1 发明问题解决理论(TRIZ)
TRIZ是俄语“发明问题解决理论”的缩写。该理论是基于知识的、面向人的发明问题解
决系统化方法学。
(1)TRIZ的理论体系
TRIZ理论体系以辩证法、系统论和认识论为哲学指导，以自然科学、系统科学和思维
科学的分析和研究成果为根基和支柱，以技术系统进化法则为理论基础和核心思想，包括了
解决工程矛盾问题和复杂发明问题所需的各种分析方法、解题工具和算法流程。图2为TRIZ
的理论体系。
图2 TRIZ的理论体系
山东建筑大学TRIZ研究所张明勤教授则将TRIZ理论体系简化为“1141体系”，即I个
法则(技术进化法则)，1种思想(最终理想解IFR )，4类问题(技术冲突与发明原理、物理冲
突与分离原理、物场分析与标准解、How to模型与知识库)，1种算法(发明问题解决算法
ARIZ ) 。
( 2 ) TRIZ的理论基础和基本思想
G.S.Altshule:在研究了大量专利后发现:产品或技术系统的进化有规律可循;生产实践中
遇到的工程冲突往复出现;彻底解决工程冲突的创新原理容易掌握;其他领域的科学原理可
解决本领域技术问题。
TRIZ的核心是消除冲突及技术系统进化原理。G.S.Altshuler技术系统进化论指出技术
系统的进化并非随机的，而是遵循着一定的客观进化模式，所有系统都向“最终理想化”进化，
系统进化的模式可以在过去的专利发明中发现，并可应用于新系统的开发，从而避免盲目的
尝试和浪费时间。G.S.Altshuler将工程冲突分为技术冲突和物理冲突，解决冲突的传统办法
是最优化和折中法，结果冲突的双方均未得到百分之百满足，因此通常得到1个普通解决方
案，而TRIZ主张彻底解决冲突。G.S.Altshuler从各个不同工程领域的发明专利中寻找并总
结典型的工程冲突以及解决这些冲突的典型发明原理。
2.2 TRIZ概念设计过程模型
TRIZ理论研究的冲突主要包括技术冲突和物理冲突。技术冲突是指1个作用同时导致
有用及有害2种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致出现1个及几个子系统
或系统变坏。，物理冲突是指为了实现某种功能，1个子系统或元件应具有1种特性。但同
时又出现了与此特性相反的特性”。创新的核心是发现冲突及解决冲突。发现冲突是通过对
已有系统或虚拟系统的分析得到的，冲突的解可通过解决技术冲突或物理冲突得到。因此，
基于TRIZ的概念设计过程可围绕问题的分析与解决冲突来进行。TRIZ概念设计过程模型
见图3。
图3 TRIZ概念设计过程模型
(1)分析
分是TRIZ工具之一，是解决问题的重要阶段。它主要包括产品的功能分析、理想解(IFR)
的确定、可用资源分析和冲突区域的确定。
(2)冲突的解决
①技术冲突解决原理
G.S.Altshuler通过对大量专利文献研究、分析后，为了更好地解决实际问题，总结出39
个通用工程参数和40个发明原理。39个工程参数专门用于描述技术系统所发生问题的参数
属性，有利于实现具体问题的一般化表达；40个发明原理是TRIZ中最重要、具有普遍用途
的工具，它开启了l道解决发明问题的天窗，使原来认为不可能解决的问题获得突破性的进
展，40个发明原理现已从传统的工程领域扩展到微电子、医学、管理、文化教育等当今社
会的各个领域。39个通用工程参数和40个发明原理共同组成了冲突解决矩阵。
②物理冲突解决原理
TRIZ中解决物理矛盾有11种分离方法归结为4大分离原理，即空间分离、时间分离、
基于条件的分离以及系统级别分离。
TRIZ通过中间工具建立了问题模型和解决方案模型之间的联系，是1种程式化的创新
设计方法。TRIZ具有良好的学习性、继承性和操作性。图4为TRIZ程式化解决冲突的流
程。
图4 TRIZ程式化解决冲突流程
3 TRIZ理论在新型旋转展车台概念设计中的应用
3.1 问题分析
近年来4s汽车专卖店在我国迅速发展，每个品牌的4S店基本上都超过100家，但是我
国轿车销售4S店除少数几个中高档品牌外，其余品牌的4S店现状已不容乐观。究其原因，
除了国家宏观调控及轿车市场回归理性发展等因素外，成本太高也是不得不考虑的因素。据
调查，其场租每天在8～20元/㎡甚至更高，在目前汽车销售利润很薄的情况下，大部分经
销商很难承受如此昂贵的场租。因此，实现在有限场地展示更多的汽车成为问题解决的唯一
出路。
现有展车模式大部分是静态展车，静态展车模式致使在有限的汽车展示场地展示汽车数
量少，导致展示汽车品种少，满足不了用户多层次的需求。故可将此问题中的冲突定义为：
冲突l——展车数量一展车台尺寸；冲突2——展车面积希望大，这样展车数量就比较多；
展车面积希望小，这样汽车展示比较集中，便于顾客选择。
3.2 系统中的冲突解决
(1) 利用技术冲突解决冲突l(见表1)。
表1 技术冲突解决表
纵观40个发明原理，可选择15动态化原理来解决问题。动态化原理的具体描述为：使
物体或其环境自动调节，以使其在每个动作阶段的性能达到最佳；把物体分成几个部分，各
部分之间可相对改变位置；将不动的物体改变为可动的，或具有自适应性。
(2)将物理冲突转化为技术冲突解决冲突2冲突2为典型的物理矛盾，物理矛盾比技术
矛盾更尖锐，可选择4大分离原理来解决问题。英国Bath大学的Mann通过研究提出，解
决物理矛盾的分离原理与解决技术矛盾的发明原理之间存在关系。表2为分离原理与发明原
理关系表。
表2 分离原理与发明原理的关系
对于冲突2，可选择分离原理中的空间分离原理来解决。将其转化成技术矛盾，则可利
用表2中相应的原理，即：1.分割原理；2.抽取原理；3.局部质量原理；4.非对称原理；7.
嵌套原理；13.反向作用原理；17.空间维数变化原理；24.借助中介物原理；26.复制原理；30.
柔性壳体或薄膜原理。并通过比较分析以上原理，选定17.空间维数变化原理来解决该物理
矛盾。
空间维数变化原理的具体描述为：将物体从一维变到二维或三维空间；单层排列的物体，
变为多层排列；将物体倾斜或侧向放置；利用照射到临近表面或物体背面的光线。
3.3 最终理想解(IFR)
冲突1基于动态化原理，打破传统的静态展车模式，大胆采用动态化展车，将原来静态的
展车台变为可运动的展车台。冲突2基于空间维数变化原理，采用摩天轮式垂直旋转方案，
展车台单体向空间发展，实现由二维到三维的转变。
综合冲突1、2的解决方案，可得到最终的设计方案——新型垂直旋转展车台，采用整体结构垂直旋转，展车台单体均布于空间同一圆上。新型旋转展车台结构示意图如图5所示。
图5 新型旋转展车台不意图
1．展车台 2．展车台底座 3．毛肢 4. 回转机构 5．中间支撑 6．底座
4 实验研究
基于该方案，对新型旋转展车台进行了实验研究与实物设计制造。通过模型制作与运行调试，较为满意地达到了预期的效果，充分证明该结构形式的可行性、可制造性、可装配性、可组装性、可控性等。2008年6月山东建筑大学TRIZ研究所与青岛东轸泊车公司联合研制了3车位新型旋转展车台实物，该实物运行平稳，定位准确，证明了原理的正确性和可行性。
5 结论
TRIZ理论可以让设计者快速准确的找到问题的解决方案，将其引入产品概念设计中，基于TRIZ的概念设计流程图可使问题的解决实现程式化，有规律可循。