基于TRIZ与实例推理原理的产品绿色创新设计方法（一）
3 基于TRIZ的绿色设计冲突消解
如果案例库中没有找到相似案例，那么需要利用TRIZ来解决产品绿色设计过程中遇到的冲突，从而实现产品的绿色创新设计。基于TRIZ的绿色设计冲突消解，需要先将绿色设计属性转化成TRIZ冲突矩阵的工程参数（表5），然后根据工程参数利用TRIZ冲突矩阵表获得发明原理。在绿色设计属性向TRIZ工程参数的转化中，把世界企业可持续发展委员会(world business council for sustainable development，WBCSD)提出的7个环境效率要素与TRIZ的工程参数相关联，建立了环境效率要素与TRIZ工程参数的关联表。在此基础上，笔者建立了绿色设计属性与TRIZ工程参数的关联表（表6），可方便、快速地将绿色设计属性转化为TRIZ工程参数。考虑产品设计的实际情况，可能会出现无法确定TRIZ工程参数和遇到空矩阵（没有发明原理）的情形，此时可以利用方法解决该问题。
表5 TRIZ冲突矩阵的39个工程参数
表6 绿色设计属性与TRIZ工程参数的关联表
4 创新方案可行性评价
创新方案的可行性评价有两个作用：第一，作为过滤指标的评价结果；第二，可能有多个创新方案可以实现设计冲突的消解，因此需要对创新方案进行可行性评价，选取最优的方案给予实施。绿色产品创新方案的可行性评价矩阵如表7所示，用Sco表示绿色产品创新方案的可行性评价结果：
式中，W1、W2、W3、W4分别为指标C1、C2、C3、C4的权重；W1i、W2j、W3k、W4l分别为子指标C1i、C2j、C3k、C4l的权重；Scoc1i、Scoc2j、Scoc3k、Scoc4l分别为子指标C1i、C2j、C3k、C4l的评分。
表7 产品绿色设计创新方案的可行性评价矩阵
采用打分法对各指标进行评估，各指标的评分范围为1（差）～9（优）。指标权重由模糊层次分析法(fuzzy analytic hierarchy process，FAHP)确定。
5 实例研究
笔者以上述方法为基础，利用可扩展标记XML语言，开发了产品绿色创新设计支持平台（其基本框架组成如图8所示），用于绿色产品的开发，以某型号洗碗机零部件为例阐述创新过程。
图8 产品绿色创新设计支持平台基本框架组成
洗碗机属于EuP(eco-design requirements for energy- using products directive)指令监管的第十四类产品，因此对产品绿色性能有较高的要求。产品维修商和回收商对洗碗机底板的拆卸性提出了要求，洗碗机销售商要求广东某洗碗机制造企业改进其出口洗碗机底板的拆卸性能，使其能够实现非工具拆卸，并且成本变动范围要小。洗碗机的关键零部件（如水杯、洗涤泵和电热管等）位于洗碗机底部，原洗碗机的底板与下前横档和侧板用螺钉连接（图9）。改进前的拆卸顺序为左右侧板→前提脚板→下前横档→下后横档→底板，而且洗碗机经长时间使用后螺钉容易锈死，因此不便于洗碗机的维护和维修以及废弃后的拆卸回收处理。
图9 底板零件的三维模型及其连接关系
首先运用产品绿色创新设计支持平台的实例检索模块，通过借鉴以往成功案例的经验对洗碗机进行改进。为了借鉴其他类别产品的设计知识，扩大实例检索范围，不限定产品类别、功能等参数，将材料设定为“钢材”，将绿色设计原则设定为“拆卸设计”，设计属性设定为“连接类型”。为了满足成本和拆卸性能的要求，在过滤条件中，将拆卸性能和经济性设定为“很好”，技术性能和回收性能设定为“良好”，然后进行实例检索。从实例库中搜索出的实例为电脑机箱侧板，特征是将螺钉连接改为卡槽连接，实现了非工具手工拆卸，目前卡槽连接在很多产品中得到广泛应用，技术十分成熟，因此本文借鉴该类型实例。
主机箱侧板的卡槽不承受主机箱的重量，主要保证连接的可靠性，而洗碗机底板需要承受洗碗机以及餐具的重量，其强度要求较高，需要对原有实例进行修改后再用。利用TRIZ对原有实例进行修改，可将其对应为改善的工程参数N014“强度”，恶化的工程参数Noll“应力或压力”。调用基于TRIZ的冲突消解模块对这一技术冲突进行问题求解，发现可采用发明原理3“局部特性”来进行求解，即将一物体或外在环境（动作）由相同成分组成的结构转变成由不同成分组成的结构。由此产生的绿色创新方案即在底板的左边和右边增加卡槽，使其共同承担洗碗机的重量，从而改善底板应力状况。为了验证改进后底板的可靠性，在Abaqus的环境下进行应力分析，卡槽受到的最大应力为286MPa，小于底板材料的抗拉强度500MPa，满足强度要求。改进后，只需将洗碗机底板直接从洗碗机底部抽出就可完成拆卸操作。
利用表7对绿色创新设计方案进行评价，其评价结果见表8。根据各评价指标的最大值和最小值以及表4中的语言变量，建立语汇转换标准，将评价结果转换为评价语汇。最后根据绿色设计实例存储结构将该设计案例存储到数据库中。
表8 绿色产品创新方案的可行性评价
6 结语
(1)将TRIZ与实例推理方法有效地集成，提出了基于TRIZ与实例推理原理的产品绿色创新设计方法，能够很好地实现产品绿色创新设计。
(2)以本体论为基础，结合TRIZ工具，给出了绿色产品设计实例的描述模型和检索模型，实现了绿色产品设计实例的检索、重用和修正。
(3)建立了绿色设计属性与TRIZ工程参数的关联表，便于设计人员将绿色设计属性转化为TRIZ工程参数，缩短绿色创新设计的时间。
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