创新设计是解决发明问题的创新方法与传统设计过程相结合，形成的以实现产品创新为基本要求的系统化设计过程。本书以发明问题解决理论－TRIZ为基本核心内容，面向产品概念设计阶段，系统讲授产品创新设计中发现问题、分析问题和创造性解决问题的系统化方法。本书以经典TRIZ为基础，结合作者及所在团队部分研究成果，按照解决问题的流程系统介绍发明问题的发现、分析和求解工具和方法。全书内容共19章，分为六篇：创新设计概论；分析问题工具；发明问题解决工具；目标导向工具；设计流程与软件工具；创新设计知识拓展。本书结合了作者及所在团队多年从事TRIZ培训、教学和项目咨询的经验和心得，适合作为TRIZ初学者及国家创新工程师认证（一级和二级）的技术创新方法部分的培训教材。
本书由河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心的人员编写。河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心2013 年4 月被科技部批准正式纳入国家工程技术研究中心建设序列, 主要面向企业技术创新需求, 从事技术创新方法理论研究、工程化关键技术和计算机辅助创新软件开发及其推广应用工作。本中心是创新方法研究会技术创新方法专业委员会所在地, 在理论研究方面已形成TRIZ、破坏性创新使能技术、功能设计、复杂性理论、产品平台设计、专利规避设计等富有特色且具有优势的研究方向,建立了一种面向我国企业创新需求的技术创新方法体系。中心曾承担科技部、广东省、河南省、河北省、天津市、青海省、内蒙古自治区等省、市、自治区和中国化工集团、中船重工、原北车集团、三一重工、广州无线电集团、中钢集团、河北钢铁、长城汽车、天冠集团、新奥集团等大型企业的技术创新方法培训工作, 参与制定了创新方法国家标准。2011年以中心牵头的技术创新方法推广与应用团队被科技部评为“十一五” 国家科技计划执行优秀团队, 2013 年获得河北省科技进步一等奖, 2012 ~ 2013 年中心在技术创新方法理论研究、推广应用及创新人才培养等方面成果突出, 分别获得中国产学研合作创新成果奖和中国产学研合作创新奖。
本书结合了中心在本校本科生和研究生创新设计课程教学和对外技术创新方法培训的经验, 面向创新设计过程, 以问题形成、分析和求解过程为主线, 以发明问题解决理论(TRIZ) 为核心内容, 面向在校本科生和研究生, 讲授创新设计理论和TRIZ 的基本概念、过程和方法。
本书内容按照40~56 学时编写, 对于创新设计课程学时数较少的院校, 采用本书可自行选择课堂讲授内容。
本书共6 篇20 章, 分为创新设计概论篇、问题分析工具篇、发明问题求解工具篇、目标导向工具篇、设计流程与软件工具篇和创新设计知识拓展篇。编写分工如下: 第1 章绪论、第2 章产品设计方法学概述、第3 章TRIZ 概述、第5 章因果分析与冲突区域确定、第7 章资源分析、第15 章产品技术成熟度及其预测、第16 章技术系统进化定律和进化路线以及附录由张换高编写; 第14 章裁剪由张换高、张建辉编写; 第10 章技术冲突解决理论、第11 章物理冲突解决理论由张换高、张鹏编写; 第4 章功能分析由张鹏、张建辉编写; 第18章发明问题解决的流程由刘芳、张换高编写; 第6 章理想解分析、第8 章TRIZ 中的思维工具由张鹏编写; 第19 章计算机辅助创新软件———Invention Tool 系列软件简介、第20 章专利申请与规避由张建辉编写; 第9 章效应知识库、第17 章需求进化由刘芳编写; 第12 章物质-场模型及其变换规则和第13 章标准解由杨伯军编写。
本书第5 章、第7 章、第14 章、第18 章结合了作者团队最新研究成果, 其余各章也融Ⅲ入了团队多年来的研究成果和心得。
感谢博士生刘力萌参与本书编写过程中的大量资料整理和文字编辑工作。感谢硕士生邱旸、邱亮、赵磊、王炎、郝明星、林娜、陶涛、郭洪奎等为本书翻译了大量资料和案例。
感谢中心曹国忠、孙建广、陈子顺、江屏、赵文燕等老师对本书内容提供了大量资料和建议。
最后感谢我们的导师檀润华教授对我们成长过程中的悉心指导和对本书的大力支持。
本书获得国家自然科学基金“ 机遇驱动的机械产品突破性创新设计方法研究”
(51675159), 河北省社会科学项目“ 我省科技型中小企业创新能力培育对策研究”
(HB17GL035) 的支持。同时获得河北省高等教育教学改革研究项目“提升工科类本科生创新创业能力的培养模式研究”(2016GJJG030) 和“机械设计制造及其自动化应用创新人才培养体系研究” (2012GJJG004) 的支持。
编 者Ⅳ
前言
第1 篇 创新设计概论篇
第1 章 绪论 3
1. 1 创新概述 3
1. 2 问题及其解决原理 5
1. 3 设计与创新设计 12
1. 4 本课程的性质、任务和研究内容 14
1. 5 创新设计研究展望 18
思考题 18
第2 章 产品设计方法学概述 19
2. 1 概述 19
2. 2 产品设计过程及理论简介 21
2. 3 典型创新思维简介 26
2. 4 常见的创新技法简介 30
思考题 38
第3 章 TRIZ 概述 40
3. 1 创新的规律性 40
3. 2 TRIZ 简史 41
3. 3 TRIZ 解决问题的基本原理 42
3. 4 TRIZ 理论体系 43
3. 5 TRIZ 基本概念 44
思考题 48
第2 篇 问题分析工具篇
第4 章 功能分析 51
4. 1 功能结构 51
4. 2 物质-场模型和功能表达 60
4. 3 功能模型分析 61
4. 4 案例分析: 快速切断阀的功能模型 64
思考题 67
第5 章 因果分析与冲突区域确定 68
5. 1 因果分析与冲突区域概述 68
5. 2 常用因果分析工具 69
5. 3 基于根原因分析的最终冲突区域确定 72
思考题 78
第6 章 理想解分析 79
6. 1 理想化 79
6. 2 理想化水平 80
6. 3 理想解与最终理想解 80
6. 4 理想解分析的过程 82
思考题 84
第7 章 资源分析 85
7. 1 概述 85
7. 2 资源分类 86
7. 3 资源分析方法 93
7. 4 案例分析 96
思考题 98
第8 章 TRIZ 中的思维工具 99
8. 1 九窗口法 99
8. 2 空间-时间-成本算子 100
8. 3 聪明小人法 101
思考题 103
第3 篇 发明问题求解工具篇
第9 章 效应知识库 106
9. 1 效应 106
9. 2 效应应用范例 108
9. 3 效应知识库及应用过程 110
Ⅴ
9. 4 案例分析: 快速切断阀的改进设计 111
思考题 113
第10 章 技术冲突解决理论 114
10. 1 冲突及其分类 114
10. 2 技术冲突的通用化 115
10. 3 发明原理 118
10. 4 冲突矩阵和技术冲突解决过程 162
10. 5 案例分析 164
思考题 166
第11 章 物理冲突解决理论 168
11. 1 物理冲突 168
11. 2 分离原理 169
11. 3 案例分析 173
思考题 175
第12 章 物质-场模型及其变换规则 176
12. 1 物质与场 176
12. 2 物质-场模型的类型 178
12. 3 物质-场变换规则 180
思考题 186
第13 章 标准解 187
13. 1 概述 187
13. 2 76 个标准解 187
13. 3 标准解应用过程 196
13. 4 案例分析: 昆虫危害粮食的问题 198
思考题 200
第14 章 裁剪 201
14. 1 概述 201
14. 2 裁剪规则和启发式裁剪问句 202
14. 3 裁剪对象选择 205
14. 4 裁剪过程 208
14. 5 案例分析 210
思考题 214
第4 篇 目标导向工具篇
第15 章 产品技术成熟度及其预测 216
15. 1 产品技术成熟度 216
15. 2 产品技术成熟度预测方法 219
15. 3 案例分析 224
思考题 225
第16 章 技术系统进化定律和进化
路线 226
16. 1 概述 226
16. 2 技术系统进化定律与进化路线 227
16. 3 技术系统进化的四个阶段 237
16. 4 技术系统进化理论的应用 238
16. 5 案例分析 240
思考题 241
第17 章 需求进化 242
17. 1 需求的定义 242
17. 2 需求工程 242
17. 3 需求演变模型 244
17. 4 需求进化定律 247
思考题 248
第5 篇 设计流程与软件工具篇
第18 章 发明问题解决的流程 252
18. 1 概述 252
18. 2 TRIZ 解决发明问题的流程 252
18. 3 ARIZ 算法 256
18. 4 案例分析: 织物印染系统 263
思考题 267
第19 章 计算机辅助创新软件———
InventionTool 系列软件简介 269
19. 1 概述 269
19. 2 计算机辅助创新原理 269
19. 3 基于CAI 的辅助创新原理 273
19. 4 InventionTool 系统简介 275
19. 5 工程案例: 基于CAI 技术的蝶阀密封
结构创新设计 279
思考题 284
第6 篇 创新设计知识拓展篇
第20 章 专利申请与规避 286
Ⅵ
20. 2 专利申请书格式与内容简介 286
20. 3 专利申请一般策略 287
20. 4 专利侵权的判定 288
20. 5 专利规避基本知识 291
20. 6 专利规避案例分析 293
思考题 296
附录 297
附录A TRIZ 名词中英文对照及解释 297
附录B 常用物理效应和化学效应 300
附录C 发明专利请求书格式 303
附录D 冲突矩阵(见文后插页)
参考文献 305
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