基于TRIZ和DEA理论的产品概念设计方法_产品创新数字化(PLM)_CAI_2192.doc

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1、基于TRIZ和DEA理论的产品概念设计方法_产品创新数字化(PLM)_CAI   在激烈的市场竞争中，企业若仅依靠完善现有产品已经无法保证其市场地位的维持或提升，不断追踪市场或顾客需求变化的产品创新，已经成为企业保持竞争优势的关键所在。      作为产品开发系列环节中最具创新性的阶段，产品的概念设计，决定了诸如形状、结构、功能等的产品差异化特征，是产品创新的核心。有关概念设计的研究在国内外已经成为企业技术与产品创新理论研究的热门课题，而在诸多的创新设计理论和方法中，最具影响的当属创新性问题解决理论(Theoryofinventiveproblems

2、olving,俄文简写为TRIZ).TRIZ理论研究催生出众多TRIZ问题的解决工具,这些方法在解决创新性问题时,仅凭经验取舍方案,很少涉及研发费用、人员工资以及人力资源分配等因素对创新的影响，显然是不完美的。基于此种考虑，本文提出一种以TRIZ与DEA相结合的方法研究产品概念设计问题：不仅保持各种TRIZ解决工具的本身优点，而且应用DEA方法能够更加客观的选取有效的设计方案。      本文第1节是对TRIZ与DEA的简单介绍，第2节给出以TRIZ与DEA相结合的方法，以之研究产品概念设计问题，第3节通过实证研究验证本方法的合理性.1 基本理论与方

3、法1.1 TRIZ理论      TRIZ方法的实质在于：首先，分析顾客需求和产品实际功能之间的矛盾(冲突），提出本次研究需要解决的创新问题；其次，运用TRIZ理论的不同解决工具，得到多个创新和改进的概念设计方案，而其前提是不拘泥于某一具体的行业和领域，对已知所有工业技术或者发明专利进行抽象总结，如图1所示。           冲突矩阵、分离原理、76个标准解、理想解、ARIZ算法、产品技术进化理论;效应等[1-3]是TRIZ理论主要的解决工具。这些工具由于自身固有的特点，在解决创新性问题的冲突时会构造不同的产品的创新方案。文献[1]对这些解决问题

4、的工具的特点有详细的介绍，根据描述问题的类型（按照参数、功能、冲突等），运用TRIZ解决该问题的框架图（见图）来解决问题6该框架图还有助于挑选合适的解决工具。1.2模糊DEA理论   数据包络分析(DataEnvelopmentAnalysis，DEA）由Charnes等于1987年创建[5]它采用数学规划模型评价具有多输入多输出的部门（或称决策单元，Decisionmakingunit，DMU）之间的相对有效性。DEA的显著特点是不需要考虑投入与产出之间的函数关系，不需要预先估计任何参数，排除了主观因素的影响。这种独特优势使得其在理论研究与实践应用

5、中取得了大量的成果。      当处理一些含有不确切数据的问题时，决策单元的输入输出值常常不能精确确定，或者输入输出值本身就难以清晰的描述，因此，Zadeh在传统DEA方法基础上，提出了能够处理具有模糊性因素的模糊DEA模型[6],     因为三角形模糊数具有简便、易于理解、能很好地表达各种模糊变量、使用广泛等特点，本文的变量标度采用三角形模糊数形式。一个三角形模糊数A通常记作（a，a，，a）a，a，a是实数。模糊集合理论认为，任意实数x在一定的程度上均是A的一员，而这种“程度”是用隶属函数来显示的，其值越接近1，意味着x越是A中的成员。记A的隶属

6、函数为[7]2基于TRIZ和DEA理论的产品概念设计方法2.1传统TRIZ理论的缺陷   传统TRIZ理论的解决问题工具很多且各具优点，但也存在如下缺陷：⑴忽视了各种解决工具对零部件性能改善后的相互影响，即每种解决工具虽能够对特定部件进行改善，但同时也可能会对其他部件存在恶化作用。⑵凭借研发人员的经验从备选方案中选择，具有一定的主观性。本文目的即是在保持TRIZ优点的前提下消除上述缺陷。 .2基于TRIZ和DEA理论的产品概念设计方法   针对上述缺陷，本文提出基于TRIZ与DEA的产品概念设计方法，即采取TRIZ方法设计改善方案，并运用DEA方法来

7、选取最优方案，从系统角度实现最优创新，促进技术设计、工艺过程和生产过程的不断完善。该方法分为5个步骤实施，如图2所示：      步骤1：定义顾客需求并对需求分析。原始顾客需求信息由市场部门收集，反映新产品需求的信息是凌乱的，需分类整理；同一产品可能有不同的需求，应依据不同重要性加以选择整理，以形成完备的顾客需求信息.       步骤2：创新问题分析。将顾客需求问题抽象为“问题的原因”和“问题的解决方向”两方面，对这两个方面的创新问题从参数、冲突、功能等角度进行分析，以得到创新问题的多种不同的解决方案。文献[2]给出了对于不同性质的冲突对应的具体的

8、解决方法。      步骤3：粗略评估方案的可行性。由步骤2得到的各个创新设计方案，可能会由于技术支持不够或