【正文】 嚴(yán)烈. 中文AutoCAD2004機(jī)械工程繪圖案例經(jīng)典. 北京：冶金工業(yè)出版社，2004年1月. 446~483[19]黃珊秋. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006年8月. 110~11143注釋注釋① 力偶：力偶（couple），大小相等、方向相反、作用線不在同一直線上的一對(duì)力。力偶對(duì)物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。一力偶可用與其作用面平行、力偶矩相等的另一力偶代替，而不改變其對(duì)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。（解釋來(lái)自：百度百科） 圖注釋1 一對(duì)力偶示意圖（圖片來(lái)自百度網(wǎng)）②真空發(fā)生器：真空發(fā)生器就是利用正壓氣源產(chǎn)生負(fù)壓的一種新型，高效，清潔，經(jīng)濟(jì)，小型的真空元器件，這使得在有壓縮空氣的地方，或在一個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)中同時(shí)需要正負(fù)壓的地方獲得負(fù)壓變得十分容易和方便，真空發(fā)生器的傳統(tǒng)用途是吸盤配合進(jìn)行各種物搬運(yùn)。（解釋來(lái)自：百度百科）圖 注釋2真空發(fā)生器結(jié)構(gòu)原理圖（圖片來(lái)自百度網(wǎng)）③文中曲線的實(shí)驗(yàn)來(lái)源文獻(xiàn)[1]：圖注釋3是進(jìn)行安全測(cè)試的裝置，這個(gè)試驗(yàn)裝置中，總共用了4 對(duì)與Cleanbot IV 同樣規(guī)格的吸盤，吸盤產(chǎn)生的吸力克服重力對(duì)試驗(yàn)裝置的影響，試驗(yàn)中，負(fù)載會(huì)逐漸增加，當(dāng)負(fù)載大到一定程度，試驗(yàn)裝置會(huì)從玻璃上滑下，說(shuō)明已經(jīng)超過(guò)最大安全負(fù)載。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),安全負(fù)載會(huì)隨著吸盤真空度的增加而增加，但是并不是線性增加的。圖注釋4表示了吸力和安全負(fù)載之間的關(guān)系。圖注釋3 安全測(cè)試的裝置 注釋4吸力和安全負(fù)載之間的關(guān)系 （圖片來(lái)自文獻(xiàn)[1]） （圖片來(lái)自文獻(xiàn)[2]）45謝辭謝辭47能量物料信號(hào)模型：應(yīng)用于TRIZ理論的工程設(shè)計(jì)黑箱模型的改進(jìn)譯文與原文漢語(yǔ)譯文能量物料信號(hào)模型：應(yīng)用于TRIZ理論的工程設(shè)計(jì)黑箱模型的改進(jìn)Madara Ogot（美國(guó)賓夕法尼亞州州立大學(xué)，工程設(shè)計(jì)綱要及機(jī)械與核工程系，大學(xué)園，PA 16802,，美國(guó) madaraogot@）摘要：“發(fā)明問(wèn)題的解決理論”（TRIZ）被廣泛地認(rèn)為是一種適用于多學(xué)科領(lǐng)域的有效的系統(tǒng)的創(chuàng)新方法。本論文更加關(guān)注于工程設(shè)計(jì)方法以及例證如何改進(jìn)已為工程設(shè)計(jì)人員熟知的建模方法以應(yīng)用于TRIZ原理。例如，黑箱建模技術(shù)，一種在工程設(shè)計(jì)中較為普遍的問(wèn)題表達(dá)分析方法，被修改以應(yīng)用于TRIZ原理。新技術(shù)比如能量、物料、系統(tǒng)建模將不僅僅作為物質(zhì)場(chǎng)建模（原方法）的替代品，而是被吸收入工程設(shè)計(jì)家族現(xiàn)有的知識(shí)中。因此，它移除了通向更加廣闊的TRIZ應(yīng)用的障礙而不需要設(shè)計(jì)者學(xué)習(xí)新的本質(zhì)不同的建模方法；本論文通過(guò)許多的實(shí)例達(dá)到了這種奇妙的功效。關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}表達(dá)；問(wèn)題分析；TRIZ標(biāo)準(zhǔn)解決方案正文：TRIZ原理以其原理和方法收集的一般性被稱作可交叉運(yùn)用于多學(xué)科的方法。為了獲得更多的讀者，大多數(shù)的TRIZ文章均使用已為TRIZ協(xié)會(huì)開發(fā)了很多年的普通建模方法和術(shù)語(yǔ)。然而，這種陳述也會(huì)在將文章中討論的經(jīng)典的TRIZ理論與個(gè)人特定的學(xué)科銜接時(shí)產(chǎn)生困難，從而阻礙TRIZ原理的廣泛運(yùn)用。盡管TRIZ有如此強(qiáng)大的用途，但是無(wú)論是在工業(yè)上還是學(xué)術(shù)上它都沒(méi)有在工程設(shè)計(jì)方面得到廣泛的運(yùn)用。這篇文章通過(guò)將已為工程設(shè)計(jì)人員熟知的建模技術(shù)配合或合并于TRIZ的方法探索出了增強(qiáng)TRIZ在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域運(yùn)用的道路。該目的的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)將黑箱建模技術(shù)這一廣泛運(yùn)用于工程設(shè)計(jì)問(wèn)題描述和分析的方法進(jìn)行改進(jìn)以使其能夠應(yīng)用于TRIZ。新技術(shù)比如能量物料信號(hào)建模技術(shù)將不僅僅作為物質(zhì)場(chǎng)分析的替代品，還將具有以下不可或缺的特點(diǎn)：基于工程設(shè)計(jì)家族內(nèi)現(xiàn)存的知識(shí)，因此移除了阻礙TRIZ運(yùn)用的障礙；同時(shí)適用于物質(zhì)和技術(shù)矛盾系統(tǒng)；固有地展現(xiàn)模型系統(tǒng)內(nèi)部事態(tài)發(fā)展；包括同一模型的多種狀況；在整個(gè)系統(tǒng)中甄選出真正需要解決的問(wèn)題；包括系統(tǒng)中所有可用來(lái)獲取最終結(jié)果的資源，因此不再需要生成一張獨(dú)立的資源清單。在以下的文章中，將由兩個(gè)實(shí)例講述“能源物質(zhì)信號(hào)”模型的發(fā)展與應(yīng)用。另外，大多基于物質(zhì)場(chǎng)建模的標(biāo)準(zhǔn)解決方案也將被修改以合并于新的建模方法。TRIZ是俄文中“發(fā)明問(wèn)題的解決理論”的字頭，最早由以Genrich Altshuller為首的原蘇聯(lián)科研人員開始研究，現(xiàn)已被全世界所推廣運(yùn)用。它最初是基于對(duì)蘇聯(lián)60、70年代早期成千上萬(wàn)專利的分析。這些最初的分析從眾多專利中提取出了眾多的解決模式，這些解決模式可以被成功地用來(lái)解決新問(wèn)題。這些解決模式最后被綜合成數(shù)個(gè)工具包括：（1）物理影響（2）進(jìn)化原則（3）標(biāo)準(zhǔn)解法（4）技術(shù)矛盾和矛盾矩陣，以及（5）物理矛盾和分離原理所謂解決問(wèn)題的環(huán)境是指數(shù)字式技術(shù)在企業(yè)內(nèi)部及市場(chǎng)上中應(yīng)用。而核心是基于TRIZ的用于產(chǎn)品開發(fā)的程序模型。支持的該核心數(shù)字技術(shù)是CAI系統(tǒng)。核心創(chuàng)業(yè)的開拓與突破是一個(gè)市場(chǎng)機(jī)遇、模式、路線和路線上的企業(yè)的技術(shù)狀態(tài)和企業(yè)的包容能力相融合的過(guò)程。創(chuàng)新思維的開發(fā)依賴于TRIZ原理的運(yùn)用，作用解和標(biāo)準(zhǔn)解。構(gòu)造與加工的設(shè)計(jì)融合有賴于環(huán)境的支持。若有沖突，就要應(yīng)用到TRIZ原理來(lái)解決。TRIZ被認(rèn)為是一種可以產(chǎn)生解決問(wèn)題良好方法的原理，該原理運(yùn)用了先前發(fā)明家濃縮的知識(shí)精華。它提供了一些措施，這些措施可以消除設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)傾向于普通、舒適的解決方案的“心理慣性”即使存是在存在更好、非傳統(tǒng)的解決方案的情況下。從圖1可以看出，一個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)運(yùn)用TRIZ原理將一個(gè)具體的設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)一般的TRIZ設(shè)計(jì)問(wèn)題。后者則是基于對(duì)大量不同的工程領(lǐng)域問(wèn)題的分析、歸類。該一般的TRIZ設(shè)計(jì)問(wèn)題指向相應(yīng)的一般TRIZ設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以從這些設(shè)計(jì)方案中獲得解決他們具體設(shè)計(jì)問(wèn)題的方法。因此，TRIZ的力量就在于它與生俱來(lái)的本領(lǐng)能夠從不同的、表面上毫不相干的領(lǐng)域獲取解決方案用來(lái)解決特定的設(shè)計(jì)問(wèn)題，從而形成突破性的解決方案。如何將解決實(shí)際問(wèn)題與創(chuàng)新結(jié)合起來(lái)呢？創(chuàng)新的核心是找到困難與矛盾所在，諸如解決沖突問(wèn)題和尋求快速解決的辦法。TRIZ不僅僅是一種有關(guān)于創(chuàng)新的有益技術(shù)，還涉及CAI軟件系統(tǒng)的開發(fā)。但是成功與有價(jià)值的創(chuàng)新應(yīng)該是在數(shù)字技術(shù)環(huán)境下的進(jìn)行。擁有這類數(shù)字技術(shù)環(huán)境的企業(yè)需要一個(gè)TRIZ應(yīng)用的程序模型和應(yīng)用TRIZ的良好思維模式，對(duì)于正在成長(zhǎng)與開創(chuàng)中的中國(guó)的企業(yè)更應(yīng)當(dāng)是如此。發(fā)明的原理、標(biāo)準(zhǔn)解和作用解這些TRIZ原理的基本工具在這些情形下非常有用和有效的。正如圖8所示，首先分析問(wèn)題，尋找解決問(wèn)題的新思路，然后做出有效甚至正確的決策。若沖突矛盾確實(shí)存在，我們就可以選擇這些問(wèn)題解決原理或者標(biāo)準(zhǔn)解去解決沖突、尋求答案。如果不存在沖突，應(yīng)選擇作用解去解決沖突，然后對(duì)新的概念模型發(fā)展?fàn)顟B(tài)做出評(píng)估。如果有一個(gè)或兩個(gè)概念被接受與認(rèn)可，它們就可以被融入到接下來(lái)的設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)中去；如果概念沒(méi)有被接受或認(rèn)可，就只能再次返回到創(chuàng)新評(píng)估階段去尋找新的解決方法。兩種發(fā)明原理可以用來(lái)解決技術(shù)矛盾和物理矛盾。在39個(gè)工程參量和一個(gè)矛盾解決矩陣中，我們可以由實(shí)際問(wèn)題依據(jù)40個(gè)原理選其中有用部分，選擇的前提是這些參量和要解決的矛盾有關(guān)連的。4個(gè)獨(dú)立的原理可用于解決物理沖突，它們的選擇要根據(jù)空間、時(shí)間、環(huán)境以及部分與整體關(guān)系來(lái)進(jìn)行。TRIZ理論中共有75個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解，根據(jù)問(wèn)題解決方式的不同，它們被劃分成五個(gè)大類。TRIZ中一個(gè)關(guān)鍵的理論就是建模，將所有的實(shí)在的物體（包括可見的和不可見的）作為物質(zhì)，同時(shí)將能量源（包括機(jī)械的、化學(xué)的、原子能的、熱能的、聲學(xué)的等等）作為場(chǎng)。因此一個(gè)公式（被稱為物質(zhì)場(chǎng)）可以被定義為具有一個(gè)物質(zhì)S1，其被一個(gè)場(chǎng)F1作用，因而生成了第二個(gè)物質(zhì)S2。一個(gè)完整系統(tǒng)的物質(zhì)場(chǎng)可以用如下的符號(hào)表示F 1?? S2 S1 (1)由公式可以看出，由物質(zhì)S1到物質(zhì)S2經(jīng)過(guò)了場(chǎng)F1正的或稱為需要的影響作用。值得注意的是在眾多的TRIZ文獻(xiàn)中，對(duì)物質(zhì)場(chǎng)的圖表描述有很大的不同。方程式（1）僅僅是給出了一種可能的表達(dá)形式。參數(shù)S1 、S2也常常被稱為功能載體、功能作用體，功能作用體分別地作用于功能載體以對(duì)其產(chǎn)生所需要的影響。那些不能同時(shí)具備三要素（功能載體、功能作用體和場(chǎng)）的模型是不完整的，而通過(guò)加入所缺少的要素系統(tǒng)中所出現(xiàn)的問(wèn)題就可能得以解決。另外，如果功能作用體對(duì)功能載體具有損害性的影響，這時(shí)直的場(chǎng)線將會(huì)被彎曲成波浪線以表示將會(huì)有損害發(fā)生。 注釋1：Altshuller39。s等人的主要工作是研究機(jī)械類導(dǎo)向型的專利，近年來(lái)許許多多的研究人員開始研究世界范圍內(nèi)涉及各個(gè)領(lǐng)域的專利同時(shí)不斷更新TRIZ工具。 Royzen在1999年提議使用功能載體功能作用體作用功效（簡(jiǎn)稱TOP）這一SFA的變量作為新一代的建模步驟。在TOP分析方法中有四個(gè)元素：功能載體、功能作用體、場(chǎng)和作用功效，其中作用功效可以被定義為有益的功效（簡(jiǎn)稱UP）或是有害的功效（簡(jiǎn)稱HP）。一個(gè)完整系統(tǒng)的TOP分析可以用如下的方程式表示：F 1T O UP (2)方程式（2）表示功能作用體通過(guò)場(chǎng)對(duì)功能載體產(chǎn)生一個(gè)有用的作用功效。SFA和TOP算法都要求工程設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)新的建模技術(shù)、習(xí)慣和術(shù)語(yǔ)，因此它將阻礙技術(shù)更新。在下面的章節(jié)中將為你講述前面提到的能源物料信號(hào)模型的基礎(chǔ)黑箱模型。在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，通過(guò)檢索進(jìn)化理論中不同思維模式和問(wèn)題解決路線可以發(fā)現(xiàn)與我們正在研究的現(xiàn)有產(chǎn)品的相關(guān)聯(lián)的解決問(wèn)題的方法。首先應(yīng)當(dāng)選擇一種模式，然后選擇出該模式下的一種路線。設(shè)計(jì)人員從選定的路線中確定當(dāng)前產(chǎn)品屬于哪一種情形。在這一路線中，當(dāng)前狀態(tài)與末狀態(tài)之間的距離即為在該路線下的技術(shù)矛盾解決原理。通過(guò)運(yùn)用以上檢索方法，一種或幾種技術(shù)矛盾解決原理就被選定出來(lái)。每一種技術(shù)矛盾解決原理包括了一種或幾種潛在的狀態(tài)，也就是當(dāng)前狀態(tài)與末狀態(tài)的上一級(jí)狀態(tài)之間的狀態(tài)。每種潛在狀態(tài)同樣也蘊(yùn)含著蘊(yùn)含一種或幾種關(guān)于潛在解決技術(shù)矛盾的新想法、新原理，這些新想法及原理可作為當(dāng)前技術(shù)方案在將來(lái)發(fā)展中的改進(jìn)。研究人員開發(fā)出解決問(wèn)題的物質(zhì)—場(chǎng)模型，然后根據(jù)蘇—場(chǎng)模型從系列1和系列4中選出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解并隨之得到一個(gè)預(yù)先解。系列5則被用來(lái)對(duì)預(yù)先解做最后的修正并得到終解。TRIZ的作用解在模糊的設(shè)計(jì)工作開始階段有助于綜合利用物理學(xué)和問(wèn)題解決原理實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意催發(fā)一般來(lái)講，一個(gè)普通工程人員僅能掌握大約100個(gè)作用解。因此，對(duì)設(shè)計(jì)人員而言，作用解的數(shù)據(jù)庫(kù)是十分必要的輔助工具?，F(xiàn)在一些計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新軟件也用該數(shù)據(jù)庫(kù)作為輔助開發(fā)工具。接下來(lái)討論的黑箱建模是基于Pahl和Beitz (1996)的工作。對(duì)工程系統(tǒng)的分析表明，其實(shí)質(zhì)是引入或轉(zhuǎn)化能源、物料或者是信號(hào)來(lái)獲得所需要的輸出，其中能源可以是多種形式的比如光能、原子核能、機(jī)械能、電能等等；物料是物質(zhì)的表征；信號(hào)則代表著信息傳遞的外觀形態(tài)，例如儲(chǔ)存在硬盤上的數(shù)據(jù)信息可以通過(guò)電信號(hào)傳遞到電腦內(nèi)存中。因此，一個(gè)工程系統(tǒng)最初可以被建模成一個(gè)如圖2所示的“黑箱”，在“黑箱”的兩側(cè)有能源、物料、信號(hào)作為輸入或者輸出。在“黑箱”模型中能源用細(xì)線表示，物料用粗線表示，而信號(hào)則用點(diǎn)畫線表示。因此這種工程系統(tǒng)可以表示出輸入和輸出之間的功能關(guān)系。TRIZ原理應(yīng)用的概念發(fā)展技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論的模板和方法十分有助于新思路鑒別 ，但是它們并不是下一代技術(shù)方案的特定概念。下一代技術(shù)方案的概念發(fā)展應(yīng)該在思路產(chǎn)生之后發(fā)生。問(wèn)題分析需要對(duì)問(wèn)題有一個(gè)清楚的理解，因此可以將“黑箱”模型所表現(xiàn)出的總問(wèn)題可以進(jìn)一步分解為小的子問(wèn)題。通過(guò)問(wèn)題分解，我們可以將對(duì)一個(gè)大的復(fù)雜的工程問(wèn)題的解決轉(zhuǎn)化尋找一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的的子問(wèn)題解決辦法的問(wèn)題。由此設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以集中精力去解決關(guān)系設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵的子問(wèn)題，然后再去解決其他子問(wèn)題。每個(gè)子問(wèn)題映射到相應(yīng)的子功能則一個(gè)小小的設(shè)計(jì)形成了，最后整合所有已獲得的子功能就可以得到整體所需要的總功能。值得注意的是，功能分解和應(yīng)運(yùn)而生的“黑箱”圖表都是很普通的，都不需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)掌握特定的工作工藝原則。另一方面，“黑箱”建模可以進(jìn)行對(duì)現(xiàn)存系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)：將現(xiàn)存系統(tǒng)分解為對(duì)應(yīng)子功能的子系統(tǒng)，然后將子系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的子功能，如此下去就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)存系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)。新的創(chuàng)意可以直接來(lái)源于國(guó)際市場(chǎng)上的其他企業(yè)。企業(yè)產(chǎn)生出的新穎創(chuàng)意可以傳播銷售到其他企業(yè)，這使得企業(yè)自身能夠保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。同樣，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中會(huì)誕生出許多大型的工程計(jì)劃，例如著名的西氣東輸工程。這其中對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)蘊(yùn)含巨大商機(jī)：例如，相關(guān)企業(yè)去生產(chǎn)所需鋼管，大口徑閥門；創(chuàng)新思路與設(shè)計(jì)產(chǎn)品，把他們的產(chǎn)品賣給這些工程管理者。人類需求是不斷從低級(jí)向高級(jí)轉(zhuǎn)變的：從生理需求、安全需求、社會(huì)需求、被尊重的需求，到自我現(xiàn)實(shí)化的需求。人們這些從低級(jí)需求到高級(jí)需求的轉(zhuǎn)變對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)則意味著機(jī)遇。在這一過(guò)程中，企業(yè)應(yīng)該生產(chǎn)不同類別的汽車去抓住這些因顧客需求改變而帶來(lái)的商機(jī)?！昂谙洹苯?shí)例在本論文中舉出了從TRIZ文獻(xiàn)中摘取的兩則實(shí)例用以說(shuō)明“黑箱”模型的使用方法。汽車安全氣囊和汽車安全帶配合使用可以在汽車發(fā)生來(lái)自前面急速碰撞時(shí)給汽車內(nèi)的駕駛者提供有效的保護(hù)。當(dāng)安裝于汽車前端的碰撞傳感器感應(yīng)到汽車大速率減速時(shí)，安全氣囊展開。傳感器觸發(fā)安全氣囊充氣指令，通過(guò)一個(gè)快速的化學(xué)反應(yīng)（一個(gè)小型爆炸反應(yīng)）迅速產(chǎn)生大量氮?dú)馓畛浒踩珰饽摇Ｍǔ?，安全氣囊可以在碰撞被探測(cè)出后1/20秒的時(shí)間內(nèi)充分展開(據(jù)Kowalick, 1997年)。安全氣囊的初始“黑箱”模型如圖3(a)所示。整個(gè)汽車安全氣囊的“黑箱”模型有一個(gè)信號(hào)輸入，輸入信號(hào)即為由汽車碰撞產(chǎn)生的機(jī)械能。圖3(b)表示了將整體的“黑箱”模型分解為許多子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)有相應(yīng)的能源、物料和信號(hào)流。在圖中，箭頭表示出了事情發(fā)生的先后順序，始于沖擊的檢測(cè)，（傳感器）發(fā)信號(hào)給化學(xué)反應(yīng)裝置，化學(xué)反應(yīng)裝置迅速產(chǎn)生填充氣體和機(jī)械能給氣囊。然后司機(jī)猛然沖進(jìn)氣囊，隨后發(fā)生與車廂內(nèi)側(cè)的碰撞。要注意司機(jī)和氣囊之間的距離以及氣囊與車廂內(nèi)側(cè)之間的距離，因?yàn)檫@兩個(gè)距離可以表明機(jī)械力的作用是雙向的。電腦的硬盤驅(qū)動(dòng)器是一種可以用來(lái)