基于TRIZ原理的產(chǎn)品綠色設(shè)計方法初探

謝若玲，韓 丹，黃秋雨

（湖北理工學(xué)院，湖北 黃石435003）

1 TRIZ原理概述

TRIZ是在1946年由前蘇聯(lián)發(fā)明家G.S.Altshuller發(fā)明創(chuàng)造出來的。TRIZ的建立是基于對數(shù)百萬項專利的分析獲得的集成式理論，并在長期的實踐中獲得了驗證。在發(fā)展過程中，TRIZ逐步演變?yōu)橛梢惶滋幚砑夹g(shù)、完成創(chuàng)新開發(fā)的各種措施、算法組合而成。

經(jīng)過發(fā)展，TRIZ原理主要有下面幾個方面：

（1）TRIZ原理和創(chuàng)新思維中提出了如何整體的分析矛盾的方法，有科學(xué)方法、創(chuàng)新思維方法與問題分析方法等；而關(guān)于不那么簡單問題的剖析，則包含了科學(xué)的問題剖析建模辦法。

（2）技術(shù)整體進化法則面向技術(shù)系統(tǒng)的革新規(guī)律，在對大批專利剖析的前提下TRIZ總結(jié)演練出八個基本進化法則。

（3）技術(shù)矛盾處理原理，獨特的創(chuàng)新產(chǎn)品往往遵照共有的法則。

（4）發(fā)明創(chuàng)造問題規(guī)范處理方法，針對詳細問題的物-場模型的差別特點，每個相對有原則的模型解決措施。

（5）創(chuàng)新問題處理方法TRIZ首要對問題情形的多樣、不同進行分析。

相比較過去的創(chuàng)新思維方法，TRIZ創(chuàng)新原理具有顯著的特性和優(yōu)點。它揭曉了創(chuàng)新的潛在法則和原理，致力于弄清和點明系統(tǒng)中的問題與矛盾，而非回避問題，它的目的是徹底處理問題，取得最后的解決方案，而不再是不確定的行為。實際表明，運用TRIZ創(chuàng)新原理，可大幅度地提高人們對創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計的效率，并且最后生產(chǎn)出高品質(zhì)的新產(chǎn)品。

2 綠色設(shè)計概述

綠色設(shè)計思想是產(chǎn)品設(shè)計中一種設(shè)計趨勢和重要設(shè)計方法，以人與環(huán)境的生態(tài)平衡為主，在創(chuàng)新中應(yīng)極力減少對環(huán)境的污染。環(huán)保、節(jié)約資源、經(jīng)濟的現(xiàn)代需求推動人們大力推廣綠色設(shè)計。綠色設(shè)計不單單是一種技術(shù)上的思考，也是一種思維上的轉(zhuǎn)變。在產(chǎn)品設(shè)計中，綠色設(shè)計是當(dāng)今公司加入市場角逐的重要新方式。過去的設(shè)計原理和辦法都是以人為本，以人的需求和問題為基點出發(fā)，但是忽視了在后面生產(chǎn)和運用產(chǎn)品的過程中能源耗費及對自然的負面影響。而傳統(tǒng)的綠色產(chǎn)品設(shè)計關(guān)注的卻是產(chǎn)品自身，而沒有考慮到產(chǎn)品和其他相關(guān)要素。由此，必須對過去產(chǎn)品設(shè)計的實踐方法進行變革。

產(chǎn)品綠色設(shè)計是一種結(jié)合多學(xué)科知識的綜合性設(shè)計方法，需要系統(tǒng)性地考慮產(chǎn)品從最初的用戶需求獲取到產(chǎn)品報廢后的回收處理整個生命周期過程。因此，綠色設(shè)計的內(nèi)容非常復(fù)雜，總體來講可歸納為以下四部分內(nèi)容：材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝設(shè)計、成本分析。綠色設(shè)計的原理總體來說就是“3R”原則：Reduce、Reuse、Recycle。其中，Reduc“e少量化設(shè)計原則”是指在滿足基本功能的前提下減少產(chǎn)品所用材料的數(shù)量、面積、重量等，從而達到資源節(jié)約、垃圾減少的綠色化目的。Reus“e再利用設(shè)計原則”是指將已報廢產(chǎn)品的零部件經(jīng)過拆卸、回收處理，再返回到產(chǎn)品的生命周期各階段繼續(xù)使用。Recycle“資源再生設(shè)計原則”是指對產(chǎn)品的部分廢棄材料經(jīng)過回收后再進行二次加工，從而得到新的材料投入到下一輪生產(chǎn)中。提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要：具有高水平環(huán)境特性的產(chǎn)品無疑將會提高產(chǎn)品的質(zhì)量，如通過綠色設(shè)計可提高產(chǎn)品的功能性、可靠性、耐久性、可維修性等。企業(yè)形象的改善：生產(chǎn)具有綠色標(biāo)志的產(chǎn)品將會顯著改善企業(yè)的公共形象。減少產(chǎn)品成本的需要：在綠色設(shè)計技術(shù)應(yīng)用的初期，往往認為改善產(chǎn)品的環(huán)境特性需要增加新的投入，從而增加產(chǎn)品的成本。事實上，綠色設(shè)計通過減少材料、能源的使用以及治理產(chǎn)品污染的花費，最終可以降低產(chǎn)品成本。

3 基于TRIZ原理的產(chǎn)品綠色設(shè)計方法初探

綠色設(shè)計的本質(zhì)是為了達到生態(tài)的平衡，為達到這個目的需要不斷解決每個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的具體矛盾。TRIZ相比其他的方法論能夠更加快速地解決矛盾，將其作為在綠色設(shè)計過程中的輔助方法是最為合適的。在具體的應(yīng)用環(huán)節(jié)，首先需要把綠色設(shè)計中所遇要點轉(zhuǎn)化成相對應(yīng)的數(shù)值，以對等的角度將綠色產(chǎn)品設(shè)計問題轉(zhuǎn)變成TRIZ原理理論問題，如此就可使用TRIZ理論來解決問題。這個流程一般可以歸納如下：提出有著綠色設(shè)計特點的各個設(shè)計環(huán)節(jié)中的要求，找出這些設(shè)計環(huán)節(jié)中需要改善的要求，并確定在具體的產(chǎn)品設(shè)計中所注重的要求。建立綠色設(shè)計要求與TRIZ的聯(lián)系表。找出與綠色設(shè)計要求相對應(yīng)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。探究可以處理綠色設(shè)計要求的創(chuàng)新方法。運用這個創(chuàng)新方法實現(xiàn)綠色設(shè)計的要求。

基于以上分析，本文以一美妝工具清潔器的設(shè)計進行基于TRIZ原理的產(chǎn)品綠色設(shè)計方法的應(yīng)用性探索：

（1）通過構(gòu)建美妝工具清潔器設(shè)計中的各個環(huán)節(jié)。結(jié)合綠色設(shè)計“3R”原則，從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝設(shè)計、成本分析四個方面對這件產(chǎn)品的設(shè)計環(huán)節(jié)進行拆分。材料選擇方面，由于美妝工具需要長期接觸人體面部皮膚，清潔器首要考慮無毒上、無害，其次是耐久性及循環(huán)使用的可能性；從結(jié)構(gòu)設(shè)計上需滿足各類美妝工具的清潔需求，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上需要有所分割、方便放置，為方便制造，外部結(jié)構(gòu)需要盡量方正；工藝方面以量產(chǎn)為主；成本方面分為前期與再循環(huán)期，前期按照各個環(huán)節(jié)的正常標(biāo)準(zhǔn)核算，后期可通過循環(huán)方式達到節(jié)省材料的目的。

（2）依據(jù)美妝工具清潔器的設(shè)計需求構(gòu)建出綠色設(shè)計與TRIZ的關(guān)聯(lián)表。參照TRIZ工程參數(shù)表（表1）、綠色設(shè)計屬性與TRIZ工程參數(shù)對照表（表2）、建立美妝工具清潔器設(shè)計環(huán)節(jié)中的側(cè)重點關(guān)聯(lián)表（表3）。

表1 TRIZ工程參數(shù)表

表2 綠色設(shè)計屬性與TRIZ工程參數(shù)對照表

表3 美妝工具清潔器設(shè)計環(huán)節(jié)中的側(cè)重點關(guān)聯(lián)表

4 以美妝工具清潔器設(shè)計為例

（1）在表3中，通過認真對照找出了此案例中可以解決產(chǎn)品設(shè)計過程中綠色設(shè)計問題的發(fā)明原理，排除掉不相關(guān)項目，材料的選擇方面應(yīng)注意物體本身及使用損耗過程中都不會產(chǎn)生有害物質(zhì)的材料；結(jié)構(gòu)方面盡量采用簡潔、穩(wěn)定性高的設(shè)計方式，考慮到制造工藝需要物體體積小能放置于桌面，便于批量制造；成本方面在產(chǎn)品的設(shè)計中盡量統(tǒng)一材料，使用便于循環(huán)使用，并易于降解的材料。

（2）通過對發(fā)明原理的總結(jié)，結(jié)合運用TRIZ原理中的分割原則、聯(lián)合原則和多功能原則，設(shè)計方案基本已呈現(xiàn)出來。對比現(xiàn)有美妝工具清潔器需要大量清水造成資源浪費的現(xiàn)象、需要手持造成產(chǎn)品不便捷性、需要自然晾干造成耗時較長的問題和產(chǎn)品功能單一的多種問題，設(shè)計出一款結(jié)合清洗、烘干和消毒為一體的美妝工具清潔器（圖1）。其中部件4是一個可拆卸的化妝刷放置器，拿掉部件4、5即可實現(xiàn)此美妝工具清潔器的多用化，進行其他物品的清潔與消毒（圖2）。

圖2

圖1中部件1、2、3、4、5主要起到清潔方面的作用，在材料選擇方面?zhèn)戎赜谖矬w本身都不會產(chǎn)生有害物質(zhì)的材料，考慮到這些產(chǎn)品部件的結(jié)實耐用性，與成本方面在產(chǎn)品的設(shè)計中盡量統(tǒng)一材料，使用便于循環(huán)使用的材料，最終選擇PMMA材質(zhì)。PMMA材料具備較好的透明度和化學(xué)穩(wěn)定性等，并且外觀優(yōu)美。

圖1

部件6風(fēng)機和部件7紫外燈起到烘干和消毒的作用。

部件9、10基于其本身部件的客觀需要結(jié)合綠色設(shè)計的要求，最終部件9膠套選擇硅膠材料，硅膠材料具備良好的耐熱、耐寒和耐大氣老化等性能。部件10膠墊選擇天然橡膠材料，天然橡膠抗撕破性好，耐磨性好，加工性良好。

5 結(jié)論

本文基于前人對TRIZ和綠色設(shè)計理論研究的基礎(chǔ)進行了更加深入的研究，對TRIZ、綠色設(shè)計實際的發(fā)展?fàn)顩r做出了綜述和總結(jié)，匯總了這兩種理論，在融合研究的成果中找到了自己的研究方法和思路。

樹立了結(jié)合TRIZ和綠色產(chǎn)品設(shè)計要求的模型，經(jīng)過發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品的問題和需求，通過TRIZ處理問題并且生成滿足需求的產(chǎn)品，將兩種理論融合應(yīng)用于從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的一系列步驟中，形成一套完整的邏輯體系。該模型的步驟分為以下幾個要點：一、構(gòu)建產(chǎn)品各個設(shè)計環(huán)節(jié)中的綠色設(shè)計要求，找出這些設(shè)計環(huán)節(jié)中必須要改善的問題，并在產(chǎn)品設(shè)計中找出所偏重的需要。二、構(gòu)建產(chǎn)品綠色設(shè)計的要求與TRIZ理論的相關(guān)聯(lián)系表。三、找到和綠色設(shè)計要求相關(guān)的關(guān)聯(lián)數(shù)值。四、發(fā)現(xiàn)可以處理綠色設(shè)計要求的創(chuàng)造原則。五、運用該創(chuàng)新方法實現(xiàn)綠色的產(chǎn)品設(shè)計。

本文通過改進已有產(chǎn)品在設(shè)計中的不足之處，彌補了設(shè)計中的缺陷，從而驗證基于TRIZ和綠色創(chuàng)新設(shè)計模型在改進美妝工具清潔器中的有效性。

綠色產(chǎn)品設(shè)計原則對產(chǎn)品展現(xiàn)設(shè)計而言，既是全球市面上的需要也是全球策略發(fā)展的需要，更是全球自然環(huán)境的需要。綠色設(shè)計對于改造生態(tài)環(huán)境有著明顯的作業(yè)，并且對企業(yè)的長久發(fā)展也有著深遠的影響。設(shè)計要以社會發(fā)展的需要為目的，堅定運用綠色產(chǎn)品設(shè)計思維以及先進的科學(xué)技術(shù)，提高產(chǎn)品設(shè)計的水平，讓產(chǎn)品設(shè)計的進程變得更加正確，并且加強社會經(jīng)濟與環(huán)境的共同穩(wěn)定的發(fā)展。

用TRIZ方法論研究探討的綠色設(shè)計是合理的，運用TRIZ方法之后能夠有效地達到環(huán)保、節(jié)約資源、經(jīng)濟的需求，為之后的設(shè)計中運用TRIZ建立產(chǎn)品綠色設(shè)計的方法奠定基礎(chǔ)。

本文也基于TRIZ和綠色設(shè)計對設(shè)計模型進行了初步的探究，在論文中還有以下能夠進一步研究和改進的地方：

（1）本文是基于TRIZ和綠色設(shè)計兩點進行設(shè)計模型的構(gòu)建，可以考慮將更多的設(shè)計要點理論融入進來，創(chuàng)建更加完善的設(shè)計模型。

（2）本研究把實例研究的重點放在了已有產(chǎn)品改進上，可以考慮在將來的研究中選擇創(chuàng)新產(chǎn)品，這樣可能會取得更進一步的革新。