基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台构建研究

余意平 杨勤

摘要：研究基于TTRIZ理论的工业设计创新服务平台的构建方法，便于工业设计领域能够利FBTRIZ理论更好地进行创新工作。通过总结TRIZ理论在工业设计领域的应用状况，分析了工业设计活动中的需求和TRIZ理论的相关性，提出了基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台的需求模型。基于该模型，提出了基于TRIZ理论的平台评价方法，构建了平台的创新辅助功能，建立了工业设计效应库。最终对平台的功能进行了定义，确定了平台架构，制作出平台原型，验证了构建方法的有效性。

关键词：工业设计 平台 TRIZ理论 创新设计

前言

TRIZ理论是目前世界上流传广泛的创新设计理论，最初TRIZ理论仅应用于工程技术领域，通过半个多世纪的发展，现在也逐步应用于管理、设计、社会等其他领域。目前国内和工业设计相关的服务平台主要集中于信息服务，提供的功能主要是设计资讯、设计资源的介绍，设计活动的推广等，并没有针对工业设计创新活动过程，帮助设计师进行创新设计的服务平台。基于此，文中首先分析TRIZ理论在工业设计领域的应用，提出一套基于TRIZ理论的工业设计服务平台的需求模型，结合TRIZ理论解决了平台的关键技术，包括平台的评价方法、创新辅助功能、工业设计效应库。最终构建了平台的架构，开发出原型，验证了平台的有效性，

一、TRIZ理论与工业设计

（一）TRIZ理论概述

在20世纪50年代，前苏联阿奇舒勒为TRIZ理论奠定了基础。他本人是一位发明家和创造学家，20岁是成为一名专利审查员。他通过总结大量的专利，提出了一套体系化的用于解决创新发明问题的理论。TRIZ的核心是解决矛盾，运用技术系统进化理论，用系统化的流程来解决问题和矛盾。（如表1）总结出了TRIZ理论体系。

此外，TRIZ理论还有一些资源分析、功能分析、因果分析等内容，但这些内容研究的较少圆，高长青在《TRIZ一发明问题解决理论》中有提到相关内容，这些内容虽然不在系统骨干中，但在TRIZ应用中能够起到明显的辅助作用。

（二）TRIZ理论在工业设计领域的应用研究

TRIZ理论在经历半个多世纪的发展后，成为一套成熟的解决创新问题的理论体系和方法体系，应用领域也从工程领域向社会科学、管理科学、经济科学等领域发展。

在设计领域，TRIZ多被应用在产品评价、生态设计等领域。Russo将TRIZ理论应用在生态设计领域中，他运用TRIZ理论的相关概念和工具来评估技术系统，得到方案的改进方向。Giuditta Pezzotta将TRIZ理论应用在产品服务系统（PSS）中，通过技术系统进化法则和s一曲线来分析发展趋势，Heikan lzumi利用TRIZ理论和信息集成方法提出了一个通过比较不同类型功能来提升设计过程的方法，艾险峰等将TRIZ理论中的理想度应用在产品方案的筛选可评价上，刘晓敏将TRIZ理论和功能类比理论相结合设计出类比源设计求解模型，柳丽娟针对快递包装设计中的冲突问题，利用TRIZ理论中的发明原理进行了改进。

在现阶段，对于TRIZ理论在工业设计领域的研究主要集中在如何将TRIZ体系中的工具和方法和工业设计过程中的某项需求相结合，解决在设计过程中遇到的具体问题。从上述的研究内容可以看出，TRIZ理论和工业设计上的创新有契合的地方，TRIZ理论体系在解决创新问题上有很大的优势。但是现在对于TRIZ理论在工业设计领域的应用并没有一个适用于工业设计创新服务的体系，为了能够帮助工业设计师更好地利用TRIZ方法和工具，本文通过对于工业设计创新服务需求的分析，构建一个基于TRIZ理论的适合工业设计创新实践的平台，提升在设计实践中的创新水平。

二、基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台需求分析

工业设计创新服务平台的需求主要是在工业设计活动中产生。平台用户需求是平台使用者期望在平台能够获得的功能，用户群体主要是和工业设计活动相关的人员，例如高校工业设计师生、制造业企业设计师等。最终通过分析工业设计活动的需求，总结出能够利用TRIZ理论的理想解。

（一）工业设计活动中创新活动需求分析

工业设计在2015年更新了工业设计的新定义，提出工业设计是一种跨学科，将创新、技术、商业、研究及消费者紧密联系在一起的创造性活动，而本文中提出的基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台中定义的主要是狭义上的工业设计，是面向制造业的服务。杨向东描述了工业设计的一般流程，在实践中这些流程可能会有所改变，但是基本程序可以概括成（如图1）中的步骤。由于产品设计范围比较大，种类繁多，对于不同的产品，设计程序、方法都不尽相同。

通过针对流程中的分析，充分了解各个步骤在产品设计中的作用，总结出在工业设计各个流程中所需要的服务需求结果，（如表2）所示：

（二）基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台需求模型

在上文中分析了工业设计活动的服务需求，但并不是其中所有的需求都可以通过TRIZ理论来解决，通過分析各项需求与TRIZ理论的契合度，最终得到整体平台的需求项，总结出符合基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台的需求模型，（如图2）所示。

三、基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台关键技术研究

（一）平台的评价体系

设计人员在进行工业设计活动时，在各个阶段对于产品进行分析是必不可少的。TRIZ理论通过理想度的计算来对系统的总体效益进行评价。理想度的计算公式如下：

在上一节提出的基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台需求模型中，需要进行评价的主要内容有产品竞争力分析、产品设计分析、CMF分析、产品性能分析，对这几项的评价方法具体分析如下：

1.产品竞争力分析：在产品竞争力上，能够带来正向影响的因素包括产品所有的效益，例如产品的功能带来使用上的便捷、产品的外观带来心理上的舒适，能够带来负面印象的因素包括在产品上的所有花费，包括产品的价格、产品的维护成本、产品的处理成本。平台的产品竞争力计算公式如下：

2.产品设计分析：在前期调研工作结束，进入真正的创意设计阶段，会产生很多创意方案，对于这些方案的评价，正面主要集中于产品的功能、外观这亮点，负面评价主要集中与成本、危害这两点。平台的产品设计分析公式如下：

3.产品可行性分析

在方案设计结束之后，需要对筛选出来的方案进行样机制作，验证设计方案的可行性。产品可行性的正向影响包括产品的有用功能、产品的可靠性，产品的负面影响是产品的成本，这里的成本包括产品的原料成本、学习成本、使用成本等。产品的性能与可行性分析计算公式如下：

在工业设计活动是一种创造性的活动，在工业设计流程中，创新性无处不在。TRIZ理论作为创新问题解决方法，能够应用到工业设计流程中的步骤主要有三个部分：产品方案构思阶段，产品创意设计阶段，在设计完成之后产品优化阶段。平台通过综合TRIZ理论在平台提供创新设计辅助功能。

1.产品构思阶段创新辅助方法

在产品构思阶段，平台利用物质场理论分析产品与人、环境之间的关系，来辅助设计构思全新的产品。物质一场功能模型（如图3）所示，期中F为场，场泛指两个物体之间的相互作用，S1是希望发生变化的物质，s2是主动物体，图中表示的是场F通过S2作用于S1并改变S1。物质场分析法是描述系统结构关系的符号语言，能够直观地显示结構之间的关系。

具体应用方法步骤为：1）模拟产品使用场景，列出相关的设计要素；2）定义产品的功能，分析设计要素之间关系的功能模型；3）利用物质一场分析方法，建立产品的整体的功能模型；4）分析产品整体功能模型，观察各个部件上创新的可能性；5）得到新的设计方向，寻求新的创新信息。

2.产品创意设计辅助方法

在确定了产品设计方向之后，需要对产品进行具体的方案设计。在这个阶段，需要创新思维来得到解决方案。现阶段常用的传统思维方法有试错法、头脑风暴法等。TRIZ理论提供了多种新的创新思维方法，例如小人法、多屏幕法、STC算子法等。这里以STC算子法为例，展示用户如何在平台通过该方法进行创意设计。

STC算子是一种比较简单的思维实验，它通过极限思维的方式来打破思维定势，STC算子模型（如图4）所示。具体的分析过程为：1）明确现有的产品的尺寸、时间和成本i 2）想像产品的尺寸无穷大（s->0），无穷小（S>0）；3）想像产品使用过程的时间无穷大（T->0），无穷小（T->0）；4）想像产品的成本无穷大（C->0），无穷小（C>0）。此外，还可以对产品的其他因素进行定义，然后运用极限的思维进行分析。

3.产品优化设计辅助方法

在产品优化设计阶段，产品方案原型已经确定，这时优化主要集中在产品的技术性能上。产品的实现是由多个结构构成的，当改进某项部件，即提升产品某个方面性能的时候，可能会影响相关联的部件，导致另—方面性能受到影响，当这些影响是负面的时候，就需要进行优化产品系统。而这种影响在TRIZ理论中就被称为冲突。产品的优化也可以视作矛盾缓和、解决的过程。

TRIZ理论中将矛盾分为技术矛盾与物理矛盾，技术矛盾即提升一项技术参数导致另一项恶化，物理矛盾即针对系统的某项参数有两个不同的要求。技术矛盾可以用矛盾矩阵来解决，物理矛盾可以用分离方法来解决，（如图5）即矛盾解决方案。

（三）工业设计效应库的构建

效应在TRIZ理论中基于知识的工具，分析专利技术实现过程中所利用到的科学原理之间的相关性上形成的。工业设计活动中，为了实现某项功能和感受，也会选择相关的设计手法、设计材料等。为了便于用户设计者能够便捷地获得某项需求相关的设计要素，可以通过分析大量不同产品的产品功能与设计要素之间的关系，构建工业设计效应库。每个产品都可以从结构、色彩、材料、表面处理方式等角度来分析该要素对产品的影响。

建立工业设计效应库的目的是建立设计项目的功能和设计要素之间的关系，使设计师在产品设计过程中可以根据与目标选择设计要素。（如表3）是工业设计效应库的一部分，平台通过大量分析现有产品的功能与设计要素之间的关系，构建出工业设计效应库，并不断完善。

四、基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台的构建与运行

（一）平台的功能定义

基于TRIZ理论的工业设计服务平台构建的第一步就是要有明确的定义，定义的合理与否会直接影响未来平台运行的效果。本文构建的基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台是面向各类有在工业设计创新服务方面有需求的主体，例如广大企业、高校师生，利用TRIZ理论和工具向他们提供在工业设计方向上的创新服务的公共服务平台。

本平台通过整合各类创新资源、论文、专利，依托TRIZ理论下的冲突矩阵、发明原理等工具为核心，运用最终理想结果IFR为评价体系，通过互联网、APP平台为渠道，为工业设计需求方提供包括研发设计服务、TRIz创新服务、产品平台进化分析服务、技术支撑服务、专利分析与规避服务等创新服务，平台功能定义框架（如图6）所示。

（二）平台总体架构

本节依据前一小节的功能定义，设计了基于TRIZ理论的工业设计服务平台的总体架构，平台的总体架构分为四个层次：平台接入层、平台功能层、平台支撑层、平台资源层。架构（如图7）所示：

（三）平台开发

基于平台架构，开发了基于TRIZ理论的工业设计创意服务平台的原型系统，通过对于原型系统的开发来验证平台的有效性。文章使用Dreamweaver作为开发工具，SQL Server作为数据库管理系统初步实现平台的原型。平台采用B/S（浏览器/服务器）的架构，用户通过计算机网页端、移动端APP使用本平台，在这种情况下，服务器完成数据运算、收集、分析等业务，客户端只处理少部分结果获取、网页渲染等基础业务，可以有效减少客户端负载，降低用户投入，提升用户体验。系统的网络框架（如图8）所示。

五、平台运行效果

平台首页（如图9）所示，平台的首页是平台整体功能的导航页，也是其他功能的入口。网站首页整体采用了蓝绿色为主色调，体现了技术性和科技性。

为了便于用户能够快速找到其需要的功能，首页将各类服务进行分类汇总，将重点信息进行首屏推荐。

用户通过登录来使用平台的服务，平台功能使用界面（如图10）所示。左侧为用户信息和平台功能导航区域，中间最大的区域为用户操作区域，右侧可以查看历史工作方案。

六、总结

本文通过分析TRIZ理论在工业设计领域的应用，结合目前工业设计产业发展过程中的需求，研究了可应用在工业设计领域的TRIZ工具，提出了基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台需求模型。再通过分析需求模型，研究了平台构建中的关键技术，阐述了平台的功能定位，构建了基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台架构，并设计实现了基于TRIZ理论的工业设计创新服务平台原型。未来平台的发展可以进一步整合网络资源。对平台工具的使用流程进行优化，提升平台的使用效率。

本平台通过整合资源，能够将各种创新资源进行集中，通过平台统一进行分配使用，再通过TRIZ工具和方法进行分析应用，能够帮助设计产业链上各个层级的用户进行有效的设计创新，为制造业升级助力。