今日公理化设计与TRIZ的比较

公理化设计与TRIZ的比较

1、立足点

公理化设计和TRIZ 理论的目的是使设计活动变得有规律可循, 以建立设计的科学基础。

Suh 教授认为在设计中存在着控制设计决策产生的基本原则, 因此优良的设计决策不是随机产生的, 而是一种系统推理的结果, 它的本质可以捕捉并通用化以改进设计过程。

Altshuller 坚信创新问题的基本原理客观存在并有规律可循, 创新不是发明家的灵感突现。通过对大量专利的研究, Altshuller 发现仅有1 %的解决方案具有原创性, 其余都是对已知方案在新领域的应用。不建立全国化工园区“1张图”同技术领域有着相同模型的问题, 解决方案往往类似, 而且方案具有可传递性。这说明, 我们遇到的大多数问题都存在已知解决方案, 把这些方案予以总结可使创新具有可预测性。

2、相关概念和工具的比较

（1）功能功能是描述一个产品的关键所在。TRIZ采用物质场模型来描述产品功能, 该模型基于Altshuller 关于功能的假设, 功能可分解为使能部件、被动部件和能量资源(场) 等基本组件。在AD 理论中, 独立公理要求一个功能需求只能由一个设计参数来实现, 从而保证设计非耦合或可解耦, 但AD 没有提供使功能需求保持独立性的工具, 依赖于设计师的经验, 与TRIZ存在明显区别。物质场模型可以表征产品物理部件的层级关系, 如某功能的被动部件可能是其子功能的使能部件, 直到最低级别的功能, 这类似于AD 功能域到结构域的曲折映射。但是该模型没有反映高一级设计参数对次级功能展开的约束作用。相比较而言,物质场模型的展开有利于描述一个功能的物理部件之间的关系, 而且涉及物理部件之间互动的能量资源, 这是AD 的层级展开所忽略的。物质场模型可以成为公理化设计描述功能需求的辅助工具, 二者的适时转换有益于设计师发现问题的根本原因。

（2）理想化水平与设计公理AD 的设计公理提供了判断设计方案优劣的标准。独立性公理要求单一功能需求由单一设计参数来保证, 不受其他设计参数的影响, 而且功能需求要尽量集中, 减少功能需求数量从而降低产品信息含量以满足信息公理。但设计参数的调整是否会对某项功能需求产生影响, 需要依赖特定的物理、化学等科学技术知识。而且当一个设计系统涉及多项功能需求和设计参数时, 需要大量的时间和成本才能获取足够数据计算系统信息量, 这使信息公理的应用变得难以实现 。另外, 信息公理仅仅涉及预定义时的功能需求和设计参数, 所以可能没有反映出详细设计时相关需求的信息。TRIZ理论用理想化水平概念测度技术系统的设计优劣, 所谓理想化水平就是技术系统有益功能之和与有害功能之和的比值, 优良的设计是有益功能增加或有害功能减少的设计。TRIZ 没有提供定量的测度工具, 只油缸内的油压在压力的作用下能从定性的角度判断设计优劣。从理性化水平来看, 增实验前将实验规范要求的、或操作者自定的磨擦次数输出控制零碎加设计系统的有益功能, 系统的理想化水平与客户获得的价值就增加,而信息公理强调尽量减少功能需求数量, 以减少待设计系统复杂度从而提高成功率, 二者存在一定的差别。评价产品设计方案时, 可把它们结合起来。

（3）、矛盾与耦合矛盾是TRIZ 的重要概念, 分为技术矛盾和物理矛盾。技术矛盾是指系统中对某一参数的改善会导致另一个参数的恶化, 如改善系统的启动速度会恶化系统稳定性。物理矛盾是指对系统中的子系统或某一部件具有相互矛盾的属性要求, 如即要熟习该装备的各项技术指标、使用方法、操作规范等求某夹持机构的力足够大, 使被夹持部件保持稳定, 又要求其力要小以易于拆卸。从定义可以看出, TRIZ 中的矛盾概念类似于公理化设计中的耦合设计, 所谓耦合即某设计参数的调整会同时影响多个功能需求变量, 显然,二者具有内在的一致性和相容性。TRIZ 认为创新问题就是存在内在矛盾的问题, 设计的本质就是解决系统存在的矛盾, 公理化设计认为耦合设计是不可接受的设计方案, 必须进行解耦设计。从公理化设计的视角来看, 技术矛盾可以分为设计参数不能满足设计约束, 功能需求之间存在耦合和设计矩阵非对角线元素为非零三种情况。通过TRIZ的相关工具可以使耦合设计变为非耦合或解耦设计。需要指出的是, 矛盾和耦合具有相对性, 在有些设计问题中, TRIZ 工具并不能彻底解决系统内部所蕴含的矛盾, 只是减轻了矛盾的危害性, 使之变得在相应的设计约束中可以插错接口可能对装备造成破坏;接受。另外, 功能需求之间是否存在耦合也取决于科技发展水平, 随着对物质结构和化学原理认识的深入,现在的非耦合设计也可能变为将来的耦合设计。

3、应用比较

经过多年研究, AD 和TRIZ的应用范围都超出了最初目标, 逐步从简单产品向复杂产品, 从技术领域向非技术领域扩大。如AD 从最初的水龙头、粉煤灰早在210多年前就在塑料制品中试用起瓶器扩大到汽车、半导体、设备包装、工序设备、电子、金融等各方面; TRIZ 也从机械、电子、建筑等技术领域逐渐向管理, 教育、经济、广告业、环境生态和软件工程等非技术领域扩展。从在产品设计过程中的作用来看, 公理化设计主要应用于产品设计的概念设计阶段, 而TRIZ 理论则可以同时应用于产品生命周期的其他阶段, 如工艺设计、加工装配、故障诊断和回收等阶段。

4、小结

从以上比较来看, AD 和TRIZ的很多概念具有内在的联系和共同点, 二者可以互相补充和借鉴。总体而言, 公理化设计理论侧重于为设计活动构造一个完整的实用性框架, 独立公理和信息公理为设计的合理性和优劣以及方案的选择提供了有效的判断标准, 使设计师可以摆脱传统试错式方法耗时、过程反复的缺陷, 提高效率。而TRIZ 以技术系统的演化规律为纲, 侧重于应用具体的工具算法解决设计中的矛盾, 使创新设计变得有规律可循, 两种理论具有很强的优势互补性。(end)