基于TRIZ與實例推理原理的產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計方法（一）
3 基于TRIZ的綠色設(shè)計沖突消解
如果案例庫中沒有找到相似案例，那么需要利用TRIZ來解決產(chǎn)品綠色設(shè)計過程中遇到的沖突，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的綠色創(chuàng)新設(shè)計。基于TRIZ的綠色設(shè)計沖突消解，需要先將綠色設(shè)計屬性轉(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(world business council for sustainable development，WBCSD)提出的7個環(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)計屬性轉(zhuǎn)化為TRIZ工程參數(shù)。考慮產(chǎn)品設(shè)計的實際情況，可能會出現(xiàn)無法確定TRIZ工程參數(shù)和遇到空矩陣（沒有發(fā)明原理）的情形，此時可以利用方法解決該問題。
表5 TRIZ沖突矩陣的39個工程參數(shù)
表6 綠色設(shè)計屬性與TRIZ工程參數(shù)的關(guān)聯(lián)表
4 創(chuàng)新方案可行性評價
創(chuàng)新方案的可行性評價有兩個作用：第一，作為過濾指標的評價結(jié)果；第二，可能有多個創(chuàng)新方案可以實現(xiàn)設(shè)計沖突的消解，因此需要對創(chuàng)新方案進行可行性評價，選取最優(yōu)的方案給予實施。綠色產(chǎn)品創(chuàng)新方案的可行性評價矩陣如表7所示，用Sco表示綠色產(chǎn)品創(chuàng)新方案的可行性評價結(jié)果：
式中，W1、W2、W3、W4分別為指標C1、C2、C3、C4的權(quán)重；W1i、W2j、W3k、W4l分別為子指標C1i、C2j、C3k、C4l的權(quán)重；Scoc1i、Scoc2j、Scoc3k、Scoc4l分別為子指標C1i、C2j、C3k、C4l的評分。
表7 產(chǎn)品綠色設(shè)計創(chuàng)新方案的可行性評價矩陣
采用打分法對各指標進行評估，各指標的評分范圍為1（差）～9（優(yōu)）。指標權(quán)重由模糊層次分析法(fuzzy analytic hierarchy process，F(xiàn)AHP)確定。
5 實例研究
筆者以上述方法為基礎(chǔ)，利用可擴展標記XML語言，開發(fā)了產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計支持平臺（其基本框架組成如圖8所示），用于綠色產(chǎn)品的開發(fā)，以某型號洗碗機零部件為例闡述創(chuàng)新過程。
圖8 產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計支持平臺基本框架組成
洗碗機屬于EuP(eco-design requirements for energy- using products directive)指令監(jiān)管的第十四類產(chǎn)品，因此對產(chǎn)品綠色性能有較高的要求。產(chǎn)品維修商和回收商對洗碗機底板的拆卸性提出了要求，洗碗機銷售商要求廣東某洗碗機制造企業(yè)改進其出口洗碗機底板的拆卸性能，使其能夠?qū)崿F(xiàn)非工具拆卸，并且成本變動范圍要小。洗碗機的關(guān)鍵零部件（如水杯、洗滌泵和電熱管等）位于洗碗機底部，原洗碗機的底板與下前橫檔和側(cè)板用螺釘連接（圖9）。改進前的拆卸順序為左右側(cè)板→前提腳板→下前橫檔→下后橫檔→底板，而且洗碗機經(jīng)長時間使用后螺釘容易銹死，因此不便于洗碗機的維護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
首先運用產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計支持平臺的實例檢索模塊，通過借鑒以往成功案例的經(jīng)驗對洗碗機進行改進。為了借鑒其他類別產(chǎn)品的設(shè)計知識，擴大實例檢索范圍，不限定產(chǎn)品類別、功能等參數(shù)，將材料設(shè)定為“鋼材”，將綠色設(shè)計原則設(shè)定為“拆卸設(shè)計”，設(shè)計屬性設(shè)定為“連接類型”。為了滿足成本和拆卸性能的要求，在過濾條件中，將拆卸性能和經(jīng)濟性設(shè)定為“很好”，技術(shù)性能和回收性能設(shè)定為“良好”，然后進行實例檢索。從實例庫中搜索出的實例為電腦機箱側(cè)板，特征是將螺釘連接改為卡槽連接，實現(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，因此本文借鑒該類型實例。
主機箱側(cè)板的卡槽不承受主機箱的重量，主要保證連接的可靠性，而洗碗機底板需要承受洗碗機以及餐具的重量，其強度要求較高，需要對原有實例進行修改后再用。利用TRIZ對原有實例進行修改，可將其對應(yīng)為改善的工程參數(shù)N014“強度”，惡化的工程參數(shù)Noll“應(yīng)力或壓力”。調(diào)用基于TRIZ的沖突消解模塊對這一技術(shù)沖突進行問題求解，發(fā)現(xiàn)可采用發(fā)明原理3“局部特性”來進行求解，即將一物體或外在環(huán)境（動作）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)洗碗機的重量，從而改善底板應(yīng)力狀況。為了驗證改進后底板的可靠性，在Abaqus的環(huán)境下進行應(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度500MPa，滿足強度要求。改進后，只需將洗碗機底板直接從洗碗機底部抽出就可完成拆卸操作。
利用表7對綠色創(chuàng)新設(shè)計方案進行評價，其評價結(jié)果見表8。根據(jù)各評價指標的最大值和最小值以及表4中的語言變量，建立語匯轉(zhuǎn)換標準，將評價結(jié)果轉(zhuǎn)換為評價語匯。最后根據(jù)綠色設(shè)計實例存儲結(jié)構(gòu)將該設(shè)計案例存儲到數(shù)據(jù)庫中。
表8 綠色產(chǎn)品創(chuàng)新方案的可行性評價
6 結(jié)語
(1)將TRIZ與實例推理方法有效地集成，提出了基于TRIZ與實例推理原理的產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計方法，能夠很好地實現(xiàn)產(chǎn)品綠色創(chuàng)新設(shè)計。
(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)計實例的描述模型和檢索模型，實現(xiàn)了綠色產(chǎn)品設(shè)計實例的檢索、重用和修正。
(3)建立了綠色設(shè)計屬性與TRIZ工程參數(shù)的關(guān)聯(lián)表，便于設(shè)計人員將綠色設(shè)計屬性轉(zhuǎn)化為TRIZ工程參數(shù)，縮短綠色創(chuàng)新設(shè)計的時間。
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