基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的TRIZ設(shè)計(jì)模型

河南省科學(xué)技術(shù)信息研究院 徐 棟

基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的TRIZ設(shè)計(jì)模型

河南省科學(xué)技術(shù)信息研究院 徐 棟

當(dāng)今，傳統(tǒng)的串行設(shè)計(jì)模式已被證明越來(lái)越不適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需求，并行設(shè)計(jì)模式越來(lái)越顯示出其巨大的優(yōu)越性。例如我國(guó)早期第二汽車(chē)制造廠的汽車(chē)換型需要7 ～ 8年，而日本豐田只需半年。因此許多企業(yè)紛紛舍棄串行設(shè)計(jì)模式轉(zhuǎn)而采用并行設(shè)計(jì)模式。但是，由于并行設(shè)計(jì)中，過(guò)程并行執(zhí)行的特性將導(dǎo)致更多的工程沖突和物理沖突的同時(shí)出現(xiàn)。只有在盡可能短的時(shí)間內(nèi)協(xié)調(diào)和解決這些沖突，才能體現(xiàn)出并行設(shè)計(jì)模式的優(yōu)越性。

TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）方法，在我國(guó)稱(chēng)為發(fā)明問(wèn)題解決理論，已經(jīng)成功地解決了設(shè)計(jì)中的許多難題。尤其是它具有1套從250萬(wàn)件專(zhuān)利中總結(jié)出來(lái)的成熟的沖突解決理論。這套沖突解決理論不僅在前蘇聯(lián)得到廣泛應(yīng)用，在美國(guó)的許多大企業(yè)，如波音，通用，克萊斯勒，摩托羅拉等的新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中得到了應(yīng)用，并創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但是它在我國(guó)工礦企業(yè)中的應(yīng)用以及我國(guó)學(xué)術(shù)界對(duì)它的研究還很少。由于這套理論的術(shù)語(yǔ)比較抽象，將其結(jié)合到設(shè)計(jì)中還需要設(shè)計(jì)者有著較豐富的沖突解決經(jīng)驗(yàn)。這種情況導(dǎo)致了其應(yīng)用推廣的難度。本文，筆者提出了TRIZ（并行工程/發(fā)明問(wèn)題解決理論）的設(shè)計(jì)模型，并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)方法提供設(shè)計(jì)實(shí)例的信息化管理手段，以使設(shè)計(jì)者能夠相互共享沖突解決經(jīng)驗(yàn)，相互交流TRIZ的沖突解決方法，促進(jìn)TRIZ設(shè)計(jì)模型在的推廣應(yīng)用。

一、并行工程理論（CE）

并行工程是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過(guò)程（包括設(shè)計(jì)過(guò)程，制造過(guò)程和支持過(guò)程）進(jìn)行并行、一體化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化工作模式。這種工作模式力圖使開(kāi)發(fā)者一開(kāi)始就考慮到產(chǎn)品全生命周期中的所有因素，包括質(zhì)量，成本，進(jìn)度與用戶(hù)要求。并行工程的核心是并行設(shè)計(jì)，并行設(shè)計(jì)要求考慮的因素有：市場(chǎng)需求、制造、裝配、維護(hù)、環(huán)境保護(hù)等，目的就是縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期、進(jìn)一步壓縮新產(chǎn)品的生產(chǎn)成本、提供優(yōu)質(zhì)的售前咨詢(xún)服務(wù)和售后增值服務(wù)。并行設(shè)計(jì)過(guò)程中要處理大量相互依賴(lài)的制約關(guān)系，這些關(guān)系稱(chēng)為約束。并行設(shè)計(jì)的過(guò)程，可以看做是協(xié)調(diào)約束過(guò)程。通常情況下約束分為設(shè)計(jì)約束、可制造性約束、資源約束和時(shí)間約束4大類(lèi)。并行設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和這些約束決定了在設(shè)計(jì)過(guò)程中可能隨時(shí)發(fā)生沖突。從某種程度上來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)的發(fā)展過(guò)程也就是沖突不斷發(fā)生和解決的過(guò)程。

二、發(fā)明問(wèn)題解決理論（TRIZ）

TRIZ是前蘇聯(lián)G.S.Ahshuler及其領(lǐng)導(dǎo)的一批研究人員所提出的發(fā)明問(wèn)題解決理論。其核心是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化原理。按這一原理，產(chǎn)品向著理想解的方向進(jìn)化，不斷解決沖突是產(chǎn)品進(jìn)化的推動(dòng)力。在產(chǎn)品創(chuàng)新過(guò)程中，沖突是最難解決的一類(lèi)問(wèn)題。大量的工程實(shí)例表明，TRIZ的出發(fā)點(diǎn)是借助于經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的沖突，沖突發(fā)現(xiàn)的過(guò)程也是通過(guò)對(duì)問(wèn)題的定性描述來(lái)完成的。沖突可分為2類(lèi)：技術(shù)沖突和物理沖突。

1.技術(shù)沖突。技術(shù)沖突是指系統(tǒng)一個(gè)方面得到改進(jìn)時(shí)，削弱了另一方面的期望。如增加飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，一般就增加發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，原機(jī)翼強(qiáng)度不一定足夠，即削弱了機(jī)翼的強(qiáng)度。Ahshuler通過(guò)對(duì)沖突的深入研究已發(fā)現(xiàn)39個(gè)通用工程參數(shù)，任何一個(gè)技術(shù)沖突都可用其中的一對(duì)參數(shù)來(lái)描述；同時(shí)他還發(fā)現(xiàn)，由其中一對(duì)參數(shù)描述的任一技術(shù)沖突都有創(chuàng)新解，求解該創(chuàng)新解的方法是可確定的，這些方法或原理被歸納出40條。A ltshuler還發(fā)明了一種沖突矩陣，該矩陣的首行與首列元素都由39個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)組成，其他矩陣元素給出了解決相應(yīng)技術(shù)沖突可用原理在這40條中的序號(hào)。A ltshuler的沖突理論似乎是產(chǎn)品創(chuàng)新的靈丹妙藥，在實(shí)際應(yīng)用該理論前的前處理與應(yīng)用之后的后處理還是十分重要的。當(dāng)針對(duì)具體問(wèn)題確認(rèn)了一個(gè)技術(shù)沖突后，要用該問(wèn)題所處技術(shù)領(lǐng)域中的特定術(shù)語(yǔ)描述該沖突。并將沖突的描述翻譯成一般術(shù)語(yǔ)，由這些一般術(shù)語(yǔ)選擇標(biāo)準(zhǔn)沖突描述參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)決定的是一般問(wèn)題，并可選擇可用解決原理。一旦某一原理被選定后，必須根據(jù)特定的問(wèn)題應(yīng)用該原理以產(chǎn)生一個(gè)特定的解。對(duì)于復(fù)雜的問(wèn)題，一條原理是不夠的，原理的作用是使原系統(tǒng)向著改進(jìn)的方向發(fā)展。在改進(jìn)的過(guò)程中，對(duì)問(wèn)題的深入思考、經(jīng)驗(yàn)都是需要的。

2.物理沖突。物理沖突在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中某一部分同時(shí)所表現(xiàn)出的2種相反狀態(tài)稱(chēng)為物理沖突。物理沖突的1個(gè)經(jīng)典例子是當(dāng)增加1個(gè)零件的強(qiáng)度時(shí)，往往該零件的質(zhì)量或尺寸增加，而設(shè)計(jì)者不希望增加零件的尺寸或質(zhì)量，因此，出現(xiàn)了物理沖突。TRIZ中提供了如下物理沖突解的4條分離原理：從時(shí)間上分離相反的特性，在一時(shí)間段內(nèi)物體表現(xiàn)為一種特性，在另一時(shí)間段內(nèi)物體表現(xiàn)為另一種特性；從空間上分離相反的特性，物體的一部分表現(xiàn)為一種特性，另一部分表現(xiàn)為另一種特性；從整體與部分上分離相反的特性，整體具有一種特性，而部分具有相反的特性；在同一種物質(zhì)中相反的特性共存：物質(zhì)在特定的條件下表現(xiàn)為唯一的特性，在另一種條件下表現(xiàn)為另一種特性。當(dāng)一個(gè)問(wèn)題被深入地分析之后，往往首先采用分離原理解決沖突。

三、基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的CE/TRIZ設(shè)計(jì)模型

1.CE/TRIZ設(shè)計(jì)模型。并行設(shè)計(jì)中沖突的同時(shí)涌現(xiàn)迫切地要求設(shè)計(jì)者能夠盡快地協(xié)調(diào)和解決這些沖突。然而，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的要求和并行設(shè)計(jì)的約束決定了大量的沖突可能是極其復(fù)雜的。設(shè)計(jì)者可能經(jīng)過(guò)很多次挫折仍然無(wú)法找到?jīng)_突的合適解，這要求設(shè)計(jì)者有非常扎實(shí)的理論根基和豐富的沖突解決經(jīng)驗(yàn)，因而對(duì)設(shè)計(jì)者提出了極高的要求。TRIZ作為1門(mén)有著50年歷史且不斷發(fā)展的科學(xué)，形成了一套結(jié)構(gòu)化的知識(shí)，可以很快集中創(chuàng)新能力于直接關(guān)系到最終結(jié)果的特定問(wèn)題上，快速找到解決問(wèn)題的最佳途徑。因此將TRIZ方法用于并行設(shè)計(jì)中協(xié)調(diào)和解決沖突問(wèn)題的CE/TRIZ設(shè)計(jì)模型將是一種很好的設(shè)計(jì)模型。然而，TRIZ方法要求設(shè)計(jì)者用該問(wèn)題所處技術(shù)領(lǐng)域中的特定術(shù)語(yǔ)描述該沖突。而且要將沖突的描述轉(zhuǎn)換成一般術(shù)語(yǔ)來(lái)選擇標(biāo)準(zhǔn)沖突描述參數(shù)。并用這些標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)選擇可用的解決原理。一旦某一原理被選定后，必須根據(jù)特定的問(wèn)題應(yīng)用該原理以產(chǎn)生一個(gè)特定的解。這要求設(shè)計(jì)者對(duì)TRIZ方法的標(biāo)準(zhǔn)沖突描述參數(shù)和沖突解決原理有較深刻的理解和應(yīng)用。TRIZ方法解決沖突問(wèn)題的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)將成功地應(yīng)用TRIZ方法解決沖突問(wèn)題的工程實(shí)例并存儲(chǔ)到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中以供設(shè)計(jì)者參考，學(xué)習(xí)和相互交流將很好地解決這個(gè)問(wèn)題，并能促進(jìn)這種方法在我國(guó)的廣泛應(yīng)用和深入研究。

2.網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)總體設(shè)計(jì)思想。由于設(shè)計(jì)實(shí)例可能來(lái)自各個(gè)不同的企業(yè)或科研單位，它們?cè)谖锢砩鲜欠植嫉模虼吮仨毑捎肳eb技術(shù)。M icrosoft的SQL SERVER2000有很好的安全性、伸縮性、可靠性、易用性并能提供數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)，可將其作為數(shù)據(jù)庫(kù)后臺(tái)開(kāi)發(fā)工具。為支持開(kāi)發(fā)和插接復(fù)雜的業(yè)務(wù)應(yīng)用程序或規(guī)則，可采用基于CORBA技術(shù)的客戶(hù)機(jī)/應(yīng)用程序服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器3層模式。

（1）對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)要采用ODBC（Open Database Connectivity）驅(qū)動(dòng)。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)中應(yīng)盡可能多地包括沖突的全方位信息：包括沖突描述、沖突所用發(fā)明原理或分離原理、沖突解決過(guò)程、沖突所在項(xiàng)目、沖突負(fù)責(zé)人信息。以使設(shè)計(jì)者對(duì)各個(gè)實(shí)例有很清晰的了解并能被設(shè)計(jì)者所用或?yàn)樵O(shè)計(jì)者提供靈感。為了方便設(shè)計(jì)者之間的交流，提供負(fù)責(zé)人信息。而且采用各種方式：如數(shù)字、字符、文本、圖形、圖像等存儲(chǔ)信息。

（3）為支持網(wǎng)上訪問(wèn)，可采用PHP腳本語(yǔ)言制作動(dòng)態(tài)交互式網(wǎng)頁(yè)。必須安排系統(tǒng)管理員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理和維護(hù)，給不同的人員分配不同的權(quán)限和角色并建立各種視圖以確保數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性。為確保數(shù)據(jù)的正確性，新數(shù)據(jù)的插入需經(jīng)過(guò)專(zhuān)家的審核，對(duì)原有數(shù)據(jù)的刪除和修改只限于管理員，專(zhuān)家等少數(shù)擁有權(quán)限的人或數(shù)據(jù)所有者本人，并須經(jīng)過(guò)專(zhuān)家的審核。

（4）支持按沖突標(biāo)志、負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目、發(fā)明原理、分離原理以及它們的混合模式對(duì)表和視圖進(jìn)行查詢(xún)，支持全文索引。

3.數(shù)據(jù)庫(kù)模型。Web分布式動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)建立后，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的各種操作：插入、查詢(xún)、修改、刪除等，并可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)間的導(dǎo)入、導(dǎo)出等功能。該Web數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)分4個(gè)步驟：

（1）連接。Web瀏覽器與Web服務(wù)器建立連接。

（2）請(qǐng)求。Web瀏覽器通過(guò)socket向Web服務(wù)器提交請(qǐng)求。

（3）應(yīng)答。Web瀏覽器提交請(qǐng)求后，通過(guò)http協(xié)議傳送給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器接到后進(jìn)行事務(wù)處理，處理結(jié)果又通過(guò)http傳回給Web瀏覽器，從而在Web瀏覽器上顯示出所請(qǐng)求的頁(yè)面。

（4）關(guān)閉連接。當(dāng)應(yīng)答接觸后，斷開(kāi)Web瀏覽器和Web服務(wù)器之間的連接。

4.數(shù)據(jù)庫(kù)表的設(shè)計(jì)。根據(jù)以上的要求，在SQL SERVER2000中建立數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。包括9張表：技術(shù)沖突表、物理沖突表、負(fù)責(zé)人表、項(xiàng)目表、發(fā)明原理意義查詢(xún)表、分離原理意義查詢(xún)表、沖突矩陣查詢(xún)表、物理沖突意義查詢(xún)表、通用工程參數(shù)意義查詢(xún)表。各表存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)如下：

（1）技術(shù)沖突表。主要存儲(chǔ)技術(shù)沖突描述和將具體問(wèn)題一般化后得到的通用工程參數(shù)、理想解以及對(duì)可行解進(jìn)行選擇、綜合、優(yōu)化后得到的最終沖突解決方案。其中選用的發(fā)明原理2、3、4可為空。沖突的圖形描述可用S–Feld（物質(zhì)場(chǎng)）模型圖或其他圖片。可以通過(guò)通用工程參數(shù)對(duì)與沖突矩陣查詢(xún)表的連接獲得對(duì)應(yīng)的可用發(fā)明原理ID。

（2）物理沖突表。主要存儲(chǔ)物理沖突描述和將具體問(wèn)題一般化后得到的物理沖突lD、理想解以及對(duì)可行解進(jìn)行選擇、綜合、優(yōu)化后得到的最終沖突解決方案。其中，選用的分離原理2、3、4可為空。沖突的圖形描述可以是S.Feld（物質(zhì)一場(chǎng)）模型圖或其他圖片。

（3）負(fù)責(zé)人表。主要存儲(chǔ)沖突負(fù)責(zé)人的聯(lián)系信息。

（4）項(xiàng)目表。主要存儲(chǔ)沖突所在項(xiàng)目所用資源信息：作用于系統(tǒng)的物質(zhì)、場(chǎng)、時(shí)間、空間等。

（5）發(fā)明原理意義查詢(xún)表。主要存儲(chǔ)40條發(fā)明原理的意義?？梢酝ㄟ^(guò)與技術(shù)沖突表的連接獲得對(duì)應(yīng)的工程實(shí)例。

（6）分離原理意義查詢(xún)表。主要存儲(chǔ)4條分離原理的意義，可以通過(guò)與物理沖突表的連接獲得對(duì)應(yīng)的工程實(shí)例。

（7）沖突矩陣查詢(xún)表。主要存儲(chǔ)39x39個(gè)沖突矩陣元素，矩陣對(duì)角和一部分元素為空。

（8）物理沖突意義查詢(xún)表。主要存儲(chǔ)物理沖突24種分類(lèi)。

（9）通用工程參數(shù)意義查詢(xún)表。主要存儲(chǔ)39個(gè)通用工程參數(shù)的意義。可以通過(guò)與技術(shù)沖突表的連接獲得對(duì)應(yīng)的工程實(shí)例。

四、結(jié)論

本文，筆者提出了基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的TRIZ設(shè)計(jì)模型，并給出了具體可操作的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。本數(shù)據(jù)庫(kù)的使用將大大加快并行設(shè)計(jì)中沖突的解決速度，有助于設(shè)計(jì)者間的相互學(xué)習(xí)和交流，促進(jìn)TRIZ方法在我國(guó)的廣泛應(yīng)用和深入研究。