【智能系统】基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计

第12卷第1期 智能系统学报 Vol.12 No.1 2017年2月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Feb.2017 D0I:10.11992/is.201610016 网络出版地址：http:/kns.cmki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20170227.2211.020.html 基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计 桂方志，任设东，赵燕伟，楼炯炯 (浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室，浙江杭州310014) 摘要：针对可拓设计方法中第三创造法对现有产品模型的建立以及缺点列举中的不足，提出建立产品事元模型」 并引入功能分析与因果链分析方法的改进第三创造法。该方法利用功能分析方法对产品的缺点进行分析，并通过 因果链分析方法找出引起产品缺点的深层原因，以形成关键问题，最后运用第三创造法对关键问题的改进，得到产 品创新设计方案。应用改进后的第三创造法，对现有普通断线钳进行创新设计并生成了多种不同的设计方案，对这 些方案进行优度评价，选取优度最高者作为最终设计。设计结果验证了该方法的可行性和有效性。 关键词：第三创造法：事元模型：功能分析：因果链分析：创新设计 中图分类号：TP18:TH122文献标志码：A文章编号：1673-4785(2017)01-0038-09 中文引用格式：桂方志，任设东，赵燕伟，等.基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计[J].智能系统学报，2017,12(1)：38-46. 英文引用格式：GUI Fangzhi,REN Shedong,ZHAO Yanwei,etal.Product innovation design using the modified third creation method[J].CAAI transactions on intelligent systems,2017,12(1):38-46. Product innovation design using the modified third creation method GUI Fangzhi,REN Shedong,ZHAO Yanwei,LOU Jiongjiong (Key Laboratory of Special Purpose Equipment and Advanced Manufacturing Technology,Minister of Education/Zhejiang Province, Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310014.China) Abstract:Due to the deficiency of product modeling and defect listing in the third creation method,a modified third creation method of Extenics was proposed using the affair model,and the functional analysis and cause-effect chain analysis were introduced.The product defects were found by functional analysis and the underlying cause can be determined by the cause-effect chain analysis.Then,the key defects were determined.Finally,the defects were resolved using the modified third creation method and a new product was formed with many design schemes.Also, new bolt cutters were designed by selecting the optimum scheme,and they proved the feasibility and effectiveness of the method. Keywords:third creation method;affair model;functional analysis;cause effect chain analysis;innovative design 解决发明问题即创新设计，其核心是设计过程 文提出的一种解决矛盾问题的方法。赵燕伟、苏楠)】 中的冲突消解)。四川大学李彦等认为，对于产 将可拓学理论应用于产品设计，形成可拓设计方法， 品的创新设计一般基于以下3个方面：1)运用领域 该方法针对产品设计过程中出现的矛盾问题，利用可 知识的知识创新，如专家系统、基于实例推理CBR 拓学理论进行研究以寻求最优设计方案[：陈建等[) 等；2)改变思维方式的思维创新，如头脑风暴法、横 根据可拓设计方法研究了转换桥方法消解产品的绿 向思维法等：3)以工程技术为基础的发明问题解决 色设计冲突问题，并将其应用于油锯的绿色设计： 方法，如TR☑、创造模版法等。可拓学是我国学者蔡 LA0 Yongqiang等[将可拓设计方法与Kano需求模 型相结合，对产品族的创新设计进行了研究。 收稿日期：2016-10-14.网络出版日期：2017-02-27. 可拓学第三创造法[-】是从已有产品缺点出发 基金项目：国家自然科学基金项目(51275477). 通信作者：任设东.E-mail:renshedong(@zjul.edu.cm. 并进行改善的概念设计方法，其中对产品缺点的分

第 １２ 卷第 １ 期 智 能 系 统 学 报 Ｖｏｌ．１２ №．１ ２０１７ 年 ２ 月 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｆｅｂ． ２０１７ ＤＯＩ：１０．１１９９２ ／ ｔｉｓ．２０１６１００１６ 网络出版地址：ｈｔｔｐ： ／ ／ ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ ／ ２３．１５３８．ＴＰ．２０１７０２２７．２２１１．０２０．ｈｔｍｌ 基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计 桂方志，任设东，赵燕伟，楼炯炯 （浙江工业大学 特种装备制造与先进加工技术教育部／ 浙江省重点实验室，浙江 杭州 ３１００１４） 摘 要：针对可拓设计方法中第三创造法对现有产品模型的建立以及缺点列举中的不足，提出建立产品事元模型， 并引入功能分析与因果链分析方法的改进第三创造法。 该方法利用功能分析方法对产品的缺点进行分析，并通过 因果链分析方法找出引起产品缺点的深层原因，以形成关键问题，最后运用第三创造法对关键问题的改进，得到产 品创新设计方案。 应用改进后的第三创造法，对现有普通断线钳进行创新设计并生成了多种不同的设计方案，对这 些方案进行优度评价，选取优度最高者作为最终设计。 设计结果验证了该方法的可行性和有效性。 关键词：第三创造法；事元模型；功能分析；因果链分析；创新设计 中图分类号： ＴＰ１８；ＴＨ１２２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－４７８５（２０１７）０１－００３８－０９ 中文引用格式：桂方志，任设东，赵燕伟，等． 基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计［Ｊ］． 智能系统学报， ２０１７， １２（１）： ３８－４６． 英文引用格式：ＧＵＩ Ｆａｎｇｚｈｉ， ＲＥＮ Ｓｈｅｄｏｎｇ， ＺＨＡＯ Ｙａｎｗｅｉ， ｅｔ ａｌ． Ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｔｈｉｒｄ ｃｒｅａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］． ＣＡＡＩ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０１７， １２（１）： ３８－４６． Ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｔｈｉｒｄ ｃｒｅａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ＧＵＩ Ｆａｎｇｚｈｉ， ＲＥＮ Ｓｈｅｄｏｎｇ， ＺＨＡＯ Ｙａｎｗｅｉ， ＬＯＵ Ｊｉｏｎｇｊｉｏｎｇ （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｍｉｎｉｓｔｅｒ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ／ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１４， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｆｅｃｔ ｌｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｃｒｅａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ， ａ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｔｈｉｒｄ ｃｒｅａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｅｘｔｅｎｉｃｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｆｆａｉｒ ｍｏｄｅｌ， ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｕｓｅ⁃ｅｆｆｅｃｔ ｃｈａｉｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｆｅｃｔｓ ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ ｂｙ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ ｃａｕｓｅ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ⁃ｅｆｆｅｃｔ ｃｈａｉｎ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｔｈｅｎ， ｔｈｅ ｋｅｙ ｄｅｆｅｃｔｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｗｅｒｅ ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｔｈｉｒｄ ｃｒｅａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａ ｎｅｗ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗａｓ ｆｏｒｍｅｄ ｗｉｔｈ ｍａｎｙ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅｓ． Ａｌｓｏ， ｎｅｗ ｂｏｌｔ ｃｕｔｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｓｃｈｅｍｅ， ａｎｄ ｔｈｅｙ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｔｈｉｒｄ ｃｒｅａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ； ａｆｆａｉｒ ｍｏｄｅｌ； ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｃａｕｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ｃｈａｉｎ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ 收稿日期：２０１６－１０－１４． 网络出版日期：２０１７－０２－２７． 基金项目：国家自然科学基金项目（５１２７５４７７）． 通信作者：任设东．Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｒｅｎｓｈｅｄｏｎｇ＠ ｚｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ． 解决发明问题即创新设计，其核心是设计过程 中的冲突消解［１］ 。 四川大学李彦等［２］ 认为，对于产 品的创新设计一般基于以下 ３ 个方面：１）运用领域 知识的知识创新，如专家系统、基于实例推理 ＣＢＲ 等；２）改变思维方式的思维创新，如头脑风暴法、横 向思维法等；３）以工程技术为基础的发明问题解决 方法，如 ＴＲＩＺ、创造模版法等。 可拓学是我国学者蔡 文提出的一种解决矛盾问题的方法。 赵燕伟、苏楠［３］ 将可拓学理论应用于产品设计，形成可拓设计方法， 该方法针对产品设计过程中出现的矛盾问题，利用可 拓学理论进行研究以寻求最优设计方案［４］ ；陈建等［５］ 根据可拓设计方法研究了转换桥方法消解产品的绿 色设计冲突问题，并将其应用于油锯的绿色设计； ＬＩＡＯ Ｙｏｎｇｑｉａｎｇ 等［６］将可拓设计方法与 Ｋａｎｏ 需求模 型相结合，对产品族的创新设计进行了研究。 可拓学第三创造法［７－８］ 是从已有产品缺点出发 并进行改善的概念设计方法，其中对产品缺点的分

第1期 桂方志，等：基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计 .39. 析采用缺点列举法。缺点列举法[9的关键是从产 1.3可拓变换 品的功能、使用过程和环境以及消费者的反馈等方 可拓变换是可拓理论中解决矛盾问题的主要方 面找到产品的缺点或产品使用过程中的不便，产品 法，可将矛盾问题转化为相容问题)]，其包括基本变换 表面的缺点易于发现并易于解决，但引起产品缺陷 (置换、增删、扩缩、分解、复制等)和传导变换。 的内在因素却很难把握。另外，可拓学第三创造法 1.4优度评价 采用的是建立产品物元模型，物元模型能够描述产 在可拓学中，优度评价方法「)是利用关联函数 品的特征及特征的量值，但是不能清楚地反映产品 来评价产品优劣的基本方法。它从产品的技术、经 与其作用对象之间的相互作用。 济和社会角度确定衡量指标，并赋予其权系数。通 针对上述不足，本文提出改进可拓学第三创造 过建立关联函数确定各指标的关联度，最后计算得 法。由可拓学基元理论可知，物与物之间的相互作 出设计方案的优度。优度的高低反映了方案的优 用可用事元来描述，因此本文主要采用事元及其复 劣，选择优度最高的设计方案确定产品的最优设计。 合元模型对产品进行描述，并对各组件从功能特征 方面用物元模型描述，以便从功能层面找出产品的 2改进可拓学第三创造法 缺点，进而生成更多创意。对产品缺陷的分析采用 2.1改进可拓学第三创造法流程 功能分析和因果链分析。功能分析和因果链分析 针对传统可拓学第三创造法中缺点列举的不 是源于社会科学研究的两种基本方法[0-，在 足，本文首先从功能层面分析现有产品功能层面的 TRZ理论中，这两种方法作为重要的分析工具，在 缺点，再通过因果链分析方法找出缺点的内在原 解决冲突问题中起着关键作用。 因，形成关键问题；然后通过对产品的关键问题进 1可拓学第三创造法 行拓展分析，并用可拓变换的方法生成众多产品创 新设计方案；最后对改进的方案进行优度评价，选 广东工业大学杨春燕)提出利用拓展分析方 择优度值最高者作为最终设计的新产品方案。该 法及可拓变换实现产品创新设计的第三创造法，该 方法的流程如图1所示。 方法针对现有产品的缺点，通过有序的流程对产品 建立产品基元模型 中存在的不足进行改进，形成新的设计方案，使其 满足客户需求。在此基础上，齐宁宁等)在可拓变 C是，产品（棉解 事元模型 换前加入了物元特征相关分析，丰富了设计流程， 1 使设计过程更加清晰合理，并用该方法对生活中的 功能分析与因果链分析组合分析 垃圾桶进行了创新设计。 功能芬析」 组件分析 一初始缺点☐因果链分析 可拓学第三创造法是针对现有产品的缺点，通 相互作用分析 中间缺点末端缺点☐ 过可拓学理论将缺点进行改进的产品创新设计方 功能模型建立☐ [关键缺点 法。其核心思想包括以下几个方面。 缺点生成 关键问题 1.1物元建模 第三创造法中的物元建模包括产品的多元模型建 提取一维缺点基元D(=1,2,·,m) 立和缺点分物元的建立。产品的多元模型可用多维物 元模型表示，缺点分物元用一维物元模型表示。 拓展分析 1.2拓展分析 可拓变换 为了从尽可能多的途径获得解决矛盾问题的 方法，可对基元进行拓展，即拓展分析方法)。拓 方案形成 展分析方法包括发散分析方法、相关分析方法、蕴 优度评价 含分析方法以及可扩分析方法。拓展分析方法不 能直接解决矛盾问题，而是给问题提供多种解决途 最终方案输出 径，分析之后需采用可拓变换的方法才能获得解决 图1改进第三创造法设计流程图 方案。 Fig.1 Flowchart of the modified third creation method

析采用缺点列举法。 缺点列举法［９］ 的关键是从产 品的功能、使用过程和环境以及消费者的反馈等方 面找到产品的缺点或产品使用过程中的不便，产品 表面的缺点易于发现并易于解决，但引起产品缺陷 的内在因素却很难把握。 另外，可拓学第三创造法 采用的是建立产品物元模型，物元模型能够描述产 品的特征及特征的量值，但是不能清楚地反映产品 与其作用对象之间的相互作用。 针对上述不足，本文提出改进可拓学第三创造 法。 由可拓学基元理论可知，物与物之间的相互作 用可用事元来描述，因此本文主要采用事元及其复 合元模型对产品进行描述，并对各组件从功能特征 方面用物元模型描述，以便从功能层面找出产品的 缺点，进而生成更多创意。 对产品缺陷的分析采用 功能分析和因果链分析。 功能分析和因果链分析 是源于社会科学研究的两种基本方法［１０－１１］ ， 在 ＴＲＩＺ 理论中，这两种方法作为重要的分析工具，在 解决冲突问题中起着关键作用。 １ 可拓学第三创造法 广东工业大学杨春燕［１２］ 提出利用拓展分析方 法及可拓变换实现产品创新设计的第三创造法，该 方法针对现有产品的缺点，通过有序的流程对产品 中存在的不足进行改进，形成新的设计方案，使其 满足客户需求。 在此基础上，齐宁宁等［１３］ 在可拓变 换前加入了物元特征相关分析，丰富了设计流程， 使设计过程更加清晰合理，并用该方法对生活中的 垃圾桶进行了创新设计。 可拓学第三创造法是针对现有产品的缺点，通 过可拓学理论将缺点进行改进的产品创新设计方 法。 其核心思想包括以下几个方面。 １．１ 物元建模 第三创造法中的物元建模包括产品的多元模型建 立和缺点分物元的建立。 产品的多元模型可用多维物 元模型表示，缺点分物元用一维物元模型表示。 １．２ 拓展分析 为了从尽可能多的途径获得解决矛盾问题的 方法，可对基元进行拓展，即拓展分析方法［７］ 。 拓 展分析方法包括发散分析方法、相关分析方法、蕴 含分析方法以及可扩分析方法。 拓展分析方法不 能直接解决矛盾问题，而是给问题提供多种解决途 径，分析之后需采用可拓变换的方法才能获得解决 方案。 １．３ 可拓变换 可拓变换是可拓理论中解决矛盾问题的主要方 法，可将矛盾问题转化为相容问题［７］ ，其包括基本变换 （置换、增删、扩缩、分解、复制等）和传导变换。 １．４ 优度评价 在可拓学中，优度评价方法［７］ 是利用关联函数 来评价产品优劣的基本方法。 它从产品的技术、经 济和社会角度确定衡量指标，并赋予其权系数。 通 过建立关联函数确定各指标的关联度，最后计算得 出设计方案的优度。 优度的高低反映了方案的优 劣，选择优度最高的设计方案确定产品的最优设计。 ２ 改进可拓学第三创造法 ２．１ 改进可拓学第三创造法流程 针对传统可拓学第三创造法中缺点列举的不 足，本文首先从功能层面分析现有产品功能层面的 缺点，再通过因果链分析方法找出缺点的内在原 因，形成关键问题；然后通过对产品的关键问题进 行拓展分析，并用可拓变换的方法生成众多产品创 新设计方案；最后对改进的方案进行优度评价，选 择优度值最高者作为最终设计的新产品方案。 该 方法的流程如图 １ 所示。 图 １ 改进第三创造法设计流程图 Ｆｉｇ．１ Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｔｈｉｒｄ ｃｒｅａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ 第 １ 期 桂方志，等：基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计 ·３９·

40 智能系统学报 第12卷 2.2功能分析 缺点； 功能分析是TR亿理论解决问题的重要分析方 2)从初始缺点出发，找出影响该缺点的直接因 法，该方法从产品各组件的功能出发，发现其中不 素，一般可通过查阅相关文献等方法来获得，中间 足之处)。功能分析能完整定义系统各组件之间 缺点可以有多层： 的功能关系，以便找出其中的问题。钱炜苗等]提 3)重复2)，直至达到停止的条件，形成末端 出将功能分析与约束理论相结合的方法，对太阳能 缺点； 组件接线盒的设计问题的根本原因进行分析并产 4)根据产品实际情况，在中间缺点和末端缺点 生解决方案。卢希美等[6利用功能分析方法找出 中筛选出关键缺点。 系统组件之间的相互作用，建立了物场模型，并用 3 实例检验了该方法的可行性。蔡敢为等)针对传 案例分析 统液压装载机的概念设计引入功能分析方法，设计 断线钳是用于剪切钢丝、钢筋、电缆等棒材和 了新型机构式装载机。通过功能分析能够确定产 线材的工具，广泛应用于建筑、通信等行业2】，其结 品改进设计的目标，从产品薄弱点确定设计的重 构如图2所示，它是由两个曲杠杆组成的复合式杠 点。其主要过程包括组件分析、相互作用分析以及 杆结构，其工作方式是两块刀片的刀刃对材料进行 功能模型的建立。 对口咬合。本文采用改进后的第三创造法对断线 1)在TIZ理论中，组件分为系统组件和超系 钳进行创新设计。 统组件，在进行组件分析时需要根据研究对象划分 系统组件和超系统组件。 压板刀片 手柄 2)两个物体相互接触就会产生相互作用。相 互作用一般是通过矩阵形式表示的，若某组件与其 刀刃骠栓 他组件之间均不存在相互作用，则表示该组件对整 图2断线钳的结构 个系统不产生功能，可直接从组件中去除。 Fig.2 The structure of bolt cutter 3)功能包括有用功能和有害功能，功能模型是 3.1 模型建立 用于描述系统组件或超系统组件的参数。从性能 根据断线钳的功能，建立断线钳的事元模型： 上看，有用功能中又存在正常功能、过度功能和不 「剪切，支配对象， 材料 足功能，只有正常功能符合产品改进的期望值，才 施动对象， 操作工 可以保留，而过度功能、不足功能以及有害功能都 接受对象， 钢丝V电缆V… 是不希望在新产品中出现的，可以通过一定的方法 工具， M 对其改进。 固定方式， 手工固定 2.3因果链分析 断线钳 操作方式， 内压M3 功能分析能够找出产品功能层面的缺陷或问 机械原理， 杠杆 题，因果链分析能够找出缺点或问题最根本的原 其中M= 装配方式， 螺栓连接 因。因果链分析是以图形的方式呈现工程系统中 最大剪切直径， 16 mm 的初始缺点及其潜在联系，通过探讨具体问题实现 产品的改进[]。该分析方法在很多领域都得到了 将断线钳的主要组件用物元表示： 广泛的应用：O.Abramov等用该方法分析了在农 刀片， 咬合方式， 对口咬合 药制备过程中的物理冲突；A.Zellert0在程序编译 刃口型式， 中刃口型 过程中能自动找到程序中出现问题的因果链：贾仁 M1= 互换性， 一般 安2)提出了用于火力发电系统的因果链分析法，采 结构， 一体化 用系统反馈环模型，找出产生冲突的因素所在，并 材料， 碳素工具钢 采取措施予以解决。在因果链分析中，缺点分为初 「压板， 用途， 防松 始缺点、中间缺点和末端缺点，三者之间存在因果 M2= 材料， 普通碳钢」 关联。其分析过程如下)]： 「手柄， 用途， 传送动力 1)根据产品的结构、性能等列出需解决的初始 M3= 材料，可锻铸铁

２．２ 功能分析 功能分析是 ＴＲＩＺ 理论解决问题的重要分析方 法，该方法从产品各组件的功能出发，发现其中不 足之处［１４］ 。 功能分析能完整定义系统各组件之间 的功能关系，以便找出其中的问题。 钱炜苗等［１５］ 提 出将功能分析与约束理论相结合的方法，对太阳能 组件接线盒的设计问题的根本原因进行分析并产 生解决方案。 卢希美等［１６］ 利用功能分析方法找出 系统组件之间的相互作用，建立了物场模型，并用 实例检验了该方法的可行性。 蔡敢为等［１７］ 针对传 统液压装载机的概念设计引入功能分析方法，设计 了新型机构式装载机。 通过功能分析能够确定产 品改进设计的目标，从产品薄弱点确定设计的重 点。 其主要过程包括组件分析、相互作用分析以及 功能模型的建立。 １）在 ＴＲＩＺ 理论中，组件分为系统组件和超系 统组件，在进行组件分析时需要根据研究对象划分 系统组件和超系统组件。 ２）两个物体相互接触就会产生相互作用。 相 互作用一般是通过矩阵形式表示的，若某组件与其 他组件之间均不存在相互作用，则表示该组件对整 个系统不产生功能，可直接从组件中去除。 ３）功能包括有用功能和有害功能，功能模型是 用于描述系统组件或超系统组件的参数。 从性能 上看，有用功能中又存在正常功能、过度功能和不 足功能，只有正常功能符合产品改进的期望值，才 可以保留，而过度功能、不足功能以及有害功能都 是不希望在新产品中出现的，可以通过一定的方法 对其改进。 ２．３ 因果链分析 功能分析能够找出产品功能层面的缺陷或问 题，因果链分析能够找出缺点或问题最根本的原 因。 因果链分析是以图形的方式呈现工程系统中 的初始缺点及其潜在联系，通过探讨具体问题实现 产品的改进［１８］ 。 该分析方法在很多领域都得到了 广泛的应用：Ｏ． Ａｂｒａｍｏｖ 等［１９］用该方法分析了在农 药制备过程中的物理冲突；Ａ． Ｚｅｌｌｅｒ ［２０］ 在程序编译 过程中能自动找到程序中出现问题的因果链；贾仁 安［２１］提出了用于火力发电系统的因果链分析法，采 用系统反馈环模型，找出产生冲突的因素所在，并 采取措施予以解决。 在因果链分析中，缺点分为初 始缺点、中间缺点和末端缺点，三者之间存在因果 关联。 其分析过程如下［１３］ ： １） 根据产品的结构、性能等列出需解决的初始 缺点； ２） 从初始缺点出发，找出影响该缺点的直接因 素，一般可通过查阅相关文献等方法来获得，中间 缺点可以有多层； ３） 重复 ２），直至达到停止的条件，形成末端 缺点； ４） 根据产品实际情况，在中间缺点和末端缺点 中筛选出关键缺点。 ３ 案例分析 断线钳是用于剪切钢丝、钢筋、电缆等棒材和 线材的工具，广泛应用于建筑、通信等行业［２２］ ，其结 构如图 ２ 所示，它是由两个曲杠杆组成的复合式杠 杆结构，其工作方式是两块刀片的刀刃对材料进行 对口咬合。 本文采用改进后的第三创造法对断线 钳进行创新设计。 图 ２ 断线钳的结构 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｂｏｌｔ ｃｕｔｔｅｒ ３．１ 模型建立 根据断线钳的功能，建立断线钳的事元模型： Ａ ＝ 剪切， 支配对象， 材料 施动对象， 操作工 接受对象， 钢丝 ∨ 电缆 ∨ … 工具， Ｍ 固定方式， 手工固定 é ë ê ê ê ê ê ê ê ù û ú ú ú ú ú ú ú 其中 Ｍ ＝ 断线钳， 操作方式， 内压 Ｍ３ 机械原理， 杠杆 装配方式， 螺栓连接 最大剪切直径， １６ ｍｍ ︙ ︙ é ë ê ê ê ê ê ê ê ù û ú ú ú ú ú ú ú 。 将断线钳的主要组件用物元表示： Ｍ１ ＝ 刀片， 咬合方式， 对口咬合 刃口型式， 中刃口型 互换性， 一般 结构， 一体化 材料， 碳素工具钢 é ë ê ê ê ê ê ê ê ù û ú ú ú ú ú ú ú Ｍ２ ＝ 压板， 用途， 防松 材料， 普通碳钢 é ë ê ê ù û ú ú Ｍ３ ＝ 手柄， 用途， 传送动力 材料， 可锻铸铁 é ë ê ê ù û ú ú ·４０· 智 能 系 统 学 报 第 １２ 卷

第1期 桂方志，等：基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计 41. 3.2功能分析 表3断线钳功能表 功能分析是对产品分析的基础，通过功能分 Table 3 Functions of bolt cutter 析，能够将产品各组件的功能详细展现出来并能找 事元符 性能 出其中存在的问题。 组件 功能 等级 号表示 水平 3.2.1组件分析 M 剪切M A 基本功能 不足 在组件分析之前，需根据产品的约束条件对断 线钳进行系统划分。断线钳的操作方式是操作者 保证M,切割面 A 附加功能 正常 内压手柄使两刀片的刀刃挤压材料，本文保持力的 M 防止M,松动 A2 附加功能 正常 施加对象不变，因此将操作组件作为超系统，其他 组件作为工程系统，相应组件分析如表1所示。 转动M1 A 有害功能 表1断线钳系统组件分析 M. Table 1 Analysis of bolt cutter system components 剪切M A 基本功能 不足 工程系统 系统组件 超系统组件 M4固定M1,M2,M3 A 附加功能 正常 刀片(M,)、压板 螺栓(M,)、材料 断线钳(M) 对M3施力 As 辅助功能 过量 (M2)、手柄(M) (M,)、操作者(M6) M. 剪切M 基本功能 不足 3.2.2相互作用分析 考虑表1中断线钳两两组件之间的相互作用 3.2.4图形化表示 其分析如表2所示。其中“+”表示两组件之间有相 对上述断线钳功能表进行图形化描述，能够使 互作用，暗示两者之间可能存在功能：“-”表示两者 各组件之间功能的关系更加直观。不同功能的图 无相互作用，则在后续分析过程中不再考虑这两者 形化描述如表4所示。 表4功能图形化表示 的功能。断线钳组件的相互作用分析如表2所示。 Table 4 The graphic representation of function 表2断线钳相互作用分析 Table 2 Analysis of bolt cutters interaction 功能类型 性能水平 图形符号 组件 M M M: M. M. 正常功能 M 有用功能 不足功能 M 过度功能 M 有害功能 M M 将表3中的功能进行图形化表示如图3所示。 M M。 M. 3.2.3功能建模 功能体现在两组件之间发生参数或状态变 化。若某功能是有用的，可根据其作用对象的不 同，将有用功能分为基本功能（对象是系统目 图3断线钳的功能模型图 Fig.3 The function model of bolt cutter 标)、辅助功能（对象是超系统组件）或附加功能 (对象是其他组件)，这3种功能的重要性是不同 3.2.5功能缺点列举 的。有害功能是产品设计中必须要避免的，所以 将图3所反映出的问题列出来，就可得到如表 需特殊对待。对断线钳的各组件功能进行两两 5所示的功能缺点列表，根据这些缺点，就可以进行 分析，结果如表3所示。 下一步因果链分析，找出问题的潜在原因

３．２ 功能分析 功能分析是对产品分析的基础，通过功能分 析，能够将产品各组件的功能详细展现出来并能找 出其中存在的问题。 ３．２．１ 组件分析 在组件分析之前，需根据产品的约束条件对断 线钳进行系统划分。 断线钳的操作方式是操作者 内压手柄使两刀片的刀刃挤压材料，本文保持力的 施加对象不变，因此将操作组件作为超系统，其他 组件作为工程系统，相应组件分析如表 １ 所示。 表 １ 断线钳系统组件分析 Ｔａｂｌｅ １ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｂｏｌｔ ｃｕｔｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ 工程系统 系统组件 超系统组件 断线钳（Ｍ） 刀片（Ｍ１ ）、压板 （Ｍ２ ）、手柄（Ｍ３ ） 螺栓（Ｍ４ ）、材料 （Ｍ５ ）、操作者（Ｍ６ ） ３．２．２ 相互作用分析 考虑表 １ 中断线钳两两组件之间的相互作用， 其分析如表 ２ 所示。 其中“ ＋”表示两组件之间有相 互作用，暗示两者之间可能存在功能；“ －”表示两者 无相互作用，则在后续分析过程中不再考虑这两者 的功能。 断线钳组件的相互作用分析如表 ２ 所示。 表 ２ 断线钳相互作用分析 Ｔａｂｌｅ ２ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｂｏｌｔ ｃｕｔｔｅｒｓ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ 组件 Ｍ１ Ｍ２ Ｍ３ Ｍ４ Ｍ５ Ｍ６ Ｍ１ ＼ ＋ ＋ ＋ ＋ Ｍ２ ＋ ＼ － ＋ － － Ｍ３ ＋ － ＼ ＋ － ＋ Ｍ４ ＋ ＋ ＋ ＼ － － Ｍ５ ＋ － － － ＼ － Ｍ６ － － ＋ － － ＼ ３．２．３ 功能建模 功能体现在两组件之间发生参数或状态变 化。 若某功能是有用的，可根据其作用对象的不 同，将有用 功 能 分 为 基 本 功 能 （ 对 象 是 系 统 目 标） 、辅助功能（ 对象是超系统组件） 或附加功能 （对象是其他组件） ，这 ３ 种功能的重要性是不同 的。 有害功能是产品设计中必须要避免的，所以 需特殊对待。 对断线钳的各组件功能进行两两 分析，结果如表 ３ 所示。 表 ３ 断线钳功能表 Ｔａｂｌｅ ３ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｂｏｌｔ ｃｕｔｔｅｒ 组件 功能 事元符 号表示 等级 性能 水平 Ｍ１ 剪切 Ｍ５ Ａ 基本功能 不足 Ｍ２ 保证 Ｍ１切割面 Ａ１ 附加功能 正常 防止 Ｍ１松动 Ａ２ 附加功能 正常 Ｍ３ 转动 Ｍ１ Ａ３ 有害功能 剪切 Ｍ５ Ａ 基本功能 不足 Ｍ４ 固定 Ｍ１ ，Ｍ２ ，Ｍ３ Ａ４ 附加功能 正常 Ｍ６ 对 Ｍ３施力 Ａ５ 辅助功能 过量 剪切 Ｍ５ Ａ 基本功能 不足 ３．２．４ 图形化表示 对上述断线钳功能表进行图形化描述，能够使 各组件之间功能的关系更加直观。 不同功能的图 形化描述如表 ４ 所示。 表 ４ 功能图形化表示 Ｔａｂｌｅ ４ Ｔｈｅ ｇｒａｐｈｉｃ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎ 功能类型 性能水平 图形符号 有用功能 正常功能 不足功能 过度功能 有害功能 将表 ３ 中的功能进行图形化表示如图 ３ 所示。 图 ３ 断线钳的功能模型图 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｂｏｌｔ ｃｕｔｔｅｒ ３．２．５ 功能缺点列举 将图 ３ 所反映出的问题列出来，就可得到如表 ５ 所示的功能缺点列表，根据这些缺点，就可以进行 下一步因果链分析，找出问题的潜在原因。 第 １ 期 桂方志，等：基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计 ·４１·

.42 智能系统学报 第12卷 表5断线钳功能缺点 3.4 拓展分析 Table 5 Functional defect of bolt cutter 由功能分析和因果链分析得出产品创新设计 序号 功能缺点 可拓模型表示 的关键问题，将这些问题用一维基元表示： D,=(磨损，支配对象，刀片) 1 剪切材料效率低 S=(剪切，效率，低) D2=(刀片，用途，剪切) 2 操作者施加过量的力 S2=(施加，力，过量)》 D3=(断线钳，机械原理，杠杆) 手柄带动刀片转动S3=(转动，支配对象，刀片) D,=(滑移，支配对象，材料) 3.3因果链分析 对这些缺点基元进行如下拓展分析。 因果链分析关键在于对矛盾的挖掘，对于某一 3.4.1对刀片和待剪切材料进行蕴含分析 个矛盾问题，引起其产生的原因可能有很多，但是 在刀片变钝的情况下，必须对刀片进行磨刀或 在究其原因的时候，需要注意矛盾的层次性，在找 者换刀，磨刀需要有磨刀装置，磨刀装置又可集成 某一缺点的原因时，只需分析其直接诱因，而不必 到断线钳上或采用独立磨刀装置两种方式…。 究其内涵，如果在找原因时跳跃性太大，会丢失很 因此，其蕴含分析过程如图5(a)所示。 多产生问题的原因，减少了解决问题的关键点。 若采用在断线钳上安装磨刀装置，则根据 由功能分析找到了断线钳存在的3个缺点，针 可加分析原理，将断线钳与磨刀装置构成“聚合 对缺点S,进行因果链分析，其结果如图4所示。 物”；若采用拿来其他独立的磨刀机构，则可根 据可积分析原理将断线钳与磨刀装置构成完整 3(剪刀，效率，面 的工程系统。 剪刀，次数，多) 陪损，支配对象M一滑移支配对象，M闪 同理，对剪切材料蕴含分析如图5()所示。 M,硬度，低) M,固定装置无) D,磨损，支配对象，刀片)】 (M磨刀装置无 M,表面特性，光滑) (刃口，型式，V型) D,打磨，支配对象，刀刃)D,替换，支配对象，刀片) (M,互换性，差) (M,状态转动) M,结构，一体化M,机械原理，杠杆) 安装，支配对象，磨刀装置1 拿来支配对象磨刀装置1 位置断线钳上 D 图4因果链分析 位置，其他地点 Fig.4 Cause-effect chain analysis 每个缺点都可能是解决问题的突破口，材料方 (a)缺点D,蕴含分析 面的原因与断线钳的创新设计无关，因此无需继续 D,(滑移，支配对象，材料) 分析其深层次原因。从图4的分析结果可以提炼出 D,(固定，支配对象材料) 关键缺点，并可将其转换为关键问题，以采用适当 方法加以解决。本文提取出的关键缺点、其问题表 安装，支配对象周定装置 「拿来，支配对象固定装置 述以及可能解决的方案如表6所示。 D 位置断线钳上 位置其他地点 表6因果链分析结果 Table 6 Result of cause-effect chain analysis (b)缺点D,蕴含分析 序号 关键缺点 缺点表述可能解决的方案 图5蕴含分析 1(M.磨刀装置，无)无法磨刀 加装磨刀机构 Fig.5 Implication analysis 2(M,互换性，差) 换刀不便 改变刀片结构 根据上述蕴含分析结果，再利用发散分析将思 刀片绕 路具体化： 3 (M,状态，转动) 改变机械结构 螺母转动 「安装 支配对象 磨刀石1 位置， 断线钳上」 未固定材料、 D 安装， 支配对象， 磨刀棒 (M,固定装置，无) 加装固定装置 断线钳 D112= 位置， 断线钳上」

表 ５ 断线钳功能缺点 Ｔａｂｌｅ ５ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｄｅｆｅｃｔ ｏｆ ｂｏｌｔ ｃｕｔｔｅｒ 序号 功能缺点 可拓模型表示 １ 剪切材料效率低 Ｓ１ ＝ （剪切，效率，低） ２ 操作者施加过量的力 Ｓ２ ＝ （施加，力，过量） ３ 手柄带动刀片转动 Ｓ３ ＝ （转动，支配对象，刀片） ３．３ 因果链分析 因果链分析关键在于对矛盾的挖掘，对于某一 个矛盾问题，引起其产生的原因可能有很多，但是 在究其原因的时候，需要注意矛盾的层次性，在找 某一缺点的原因时，只需分析其直接诱因，而不必 究其内涵，如果在找原因时跳跃性太大，会丢失很 多产生问题的原因，减少了解决问题的关键点。 由功能分析找到了断线钳存在的 ３ 个缺点，针 对缺点 Ｓ１ 进行因果链分析，其结果如图 ４ 所示。 图 ４ 因果链分析 Ｆｉｇ．４ Ｃａｕｓｅ⁃ｅｆｆｅｃｔ ｃｈａｉｎ ａｎａｌｙｓｉｓ 每个缺点都可能是解决问题的突破口，材料方 面的原因与断线钳的创新设计无关，因此无需继续 分析其深层次原因。 从图 ４ 的分析结果可以提炼出 关键缺点，并可将其转换为关键问题，以采用适当 方法加以解决。 本文提取出的关键缺点、其问题表 述以及可能解决的方案如表 ６ 所示。 表 ６ 因果链分析结果 Ｔａｂｌｅ ６ Ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｃａｕｓｅ⁃ｅｆｆｅｃｔ ｃｈａｉｎ ａｎａｌｙｓｉｓ 序号 关键缺点 缺点表述 可能解决的方案 １ （Ｍ，磨刀装置，无） 无法磨刀 加装磨刀机构 ２ （Ｍ１ ，互换性，差） 换刀不便 改变刀片结构 ３ （Ｍ１ ，状态，转动） 刀片绕 螺母转动 改变机械结构 ４ （Ｍ，固定装置，无） 未固定材料、 断线钳 加装固定装置 ３．４ 拓展分析 由功能分析和因果链分析得出产品创新设计 的关键问题，将这些问题用一维基元表示： Ｄ１ ＝ (磨损，支配对象，刀片) Ｄ２ ＝ (刀片，用途，剪切) Ｄ３ ＝ (断线钳，机械原理，杠杆) Ｄ４ ＝ (滑移，支配对象，材料) 对这些缺点基元进行如下拓展分析。 ３．４．１ 对刀片和待剪切材料进行蕴含分析 在刀片变钝的情况下，必须对刀片进行磨刀或 者换刀，磨刀需要有磨刀装置，磨刀装置又可集成 到断线钳上或采用独立磨刀装置两种方式……。 因此，其蕴含分析过程如图 ５（ａ）所示。 若采用在 断 线 钳 上 安 装 磨 刀 装 置， 则 根 据 可加分析原理，将断线钳与磨刀装置构成“ 聚合 物” ；若采用拿来其他独立的磨刀机构，则可根 据可积分析原理将断线钳与磨刀装置构成完整 的工程系统。 同理，对剪切材料蕴含分析如图 ５（ｂ）所示。 （ａ）缺点 Ｄ１ 蕴含分析 （ｂ）缺点 Ｄ４ 蕴含分析 图 ５ 蕴含分析 Ｆｉｇ．５ Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ 根据上述蕴含分析结果，再利用发散分析将思 路具体化： Ｄ１１１┤ Ｄ１１１１ ＝ 安装 支配对象 磨刀石 位置， 断线钳上 é ë ê ê ù û ú ú Ｄ１１１２ ＝ 安装， 支配对象， 磨刀棒 位置， 断线钳上 é ë ê ê ù û ú ú ì î í ï ïï ï ï ·４２· 智 能 系 统 学 报 第 １２ 卷

第1期 桂方志，等：基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计 43. 「拿来， 支配对象， 磨刀石 3.5 可拓变换 D121= 位置， 其他」 可拓变换方法有多种，针对不同的模型可采取 「拿来， 支配对象， 磨刀棒 不同的变换。由上述拓展分析结果可知，断线钳的 D112= 位置， 其他 各项缺点都有很多不同变换方向，因此可以采用不 「拿来， 支配对象， 电动磨刀器 同的设计方案。设可拓基本变换方法为 D12= 位置， 其他 T={置换，分解，增加，删减，扩大，缩小，复制，…}= 「拿来， 支配对象， 电动砂轮 {T,T2,T3,T4,T,T6,T7,…},取 D124= 位置， 其他 「压板，用途， 防松 「安装， 支配对象， 套筒 M2= Dau 材料， 普通碳钢」 位置， 断线钳上」 D4n寸 M31=(手柄，用途，传送动力) 「安装， 支配对象， 机械臂 D412= M2=(断线钳，机械原理，杠杆) 位置， 断线钳上」 「刀片，用途， 剪切 「拿来， 支配对象， 卡盘1 M= D4121= 材料， 碳素结构钢」 位置， 其他 则根据上述拓展分析，分别对其作如下可拓变换： 「拿来， 支配对象， 虎钳 D412= 变换1 位置， 其他 压板， 用途， 防松 拿来， 支配对象， 弹簧夹头 M,= 增加∧置换 D4123= 材料， 普通碳钢」 位置， 其他 压板， 用途， 防松∧磨刀 「拿来， 支配对象， 吸盘 TM2∧T3M2= Da2a 材料， 砂岩 位置， 其他 变换2 3.4.2 对刀片进行可扩分析 M1=(手柄，用途，传送动力)一→增加一→T,M1= 在刀片变钝或者已经无法再使用的情况下，可 「手柄⊙磨刀棒，用途， 传送动力 采取的另一种方法就是将其更换掉，但是目前的断 位置， 手柄中 线钳的刀片是一体化结构，因此可按一定条件对刀 变换3 片进行可分解分析： Mm=(断线钳，机械原理，杠杆)→置换→T,Mm= D2//(l){D21,D2}, l=用途 对断线钳的机械原理进行发散分析 (断线钳，机械原理，曲柄滑块) 3.4.3 断线钳的功能是剪切材料，现有断线钳为双杠 变换4 杆机构，两刃口在剪切时呈现V形，材料会产生滑 「刀片，用途， 剪切 M,'= 分解→ 移，因此，可将断线钳的V形对口咬合改为平行对 材料， 碳素结构钢 口咬合。故而对断线钳的机械原理进行发散分析： T2M1'={M1,M2} D1=(断线钳，机械原理， 曲柄滑块) 剪切 其中M:= 「刀刃，用途， 材料， 碳素工具钢 ,M12= D2=(断线钳， 机械原理，凸轮机构) D, 「刀架， 用途， 固定刀刃 D=(断线钳， 机械原理，蜗杆机构) 材料， 普通碳钢」 可拓变换具有传导性，其中一个特征发生变 3.4.4对断线钳的组件进行相关分析 化，其他若干特征也会随之发生变化，适用于当原 由于断线钳的各组件之间具有相关性，通过相 问题的变换引起其他问题发生转变的矛盾问题。 关分析能够清楚表明它们之间的相互关系，其相关 对断线钳的机械原理可拓变换之后，即M发生了变 网模型如下： M 化，由上述相关分析可知M1、M2、M3、M4、M,将发生 传导变换，如杠杆机构的改变会使刀片的材料或型 M, 式发生变化，即，T4,M=M。另外，也可能改变压 Ms M~ M3 板的用途及材料，即，TM,M2=M。这将会造成断线 M 钳的整个结构发生变化，但是这种变化不一定会使 M 结构更加复杂

Ｄ１１２┤ Ｄ１１２１ ＝ 拿来， 支配对象， 磨刀石 位置， 其他 é ë ê ê ù û ú ú Ｄ１１２２ ＝ 拿来， 支配对象， 磨刀棒 位置， 其他 é ë ê ê ù û ú ú Ｄ１１２３ ＝ 拿来， 支配对象， 电动磨刀器 位置， 其他 é ë ê ê ù û ú ú Ｄ１１２４ ＝ 拿来， 支配对象， 电动砂轮 位置， 其他 é ë ê ê ù û ú ú ì î í ï ï ï ï ïï ï ï ï ï ïï Ｄ４１１┤ Ｄ４１１１ ＝ 安装， 支配对象， 套筒 位置， 断线钳上 é ë ê ê ù û ú ú Ｄ４１１２ ＝ 安装， 支配对象， 机械臂 位置， 断线钳上 é ë ê ê ù û ú ú ì î í ï ïï ï ï Ｄ４１２┤ Ｄ４１２１ ＝ 拿来， 支配对象， 卡盘 位置， 其他 é ë ê ê ù û ú ú Ｄ４１２２ ＝ 拿来， 支配对象， 虎钳 位置， 其他 é ë ê ê ù û ú ú Ｄ４１２３ ＝ 拿来， 支配对象， 弹簧夹头 位置， 其他 é ë ê ê ù û ú ú Ｄ４１２４ ＝ 拿来， 支配对象， 吸盘 位置， 其他 é ë ê ê ù û ú ú ì î í ï ï ï ï ïï ï ï ï ï ïï ３．４．２ 对刀片进行可扩分析 在刀片变钝或者已经无法再使用的情况下，可 采取的另一种方法就是将其更换掉，但是目前的断 线钳的刀片是一体化结构，因此可按一定条件对刀 片进行可分解分析： Ｄ２ ／ ／ （ｌ）｛Ｄ２１ ，Ｄ２２ ｝， ｌ ＝ 用途 ３．４．３ 对断线钳的机械原理进行发散分析 断线钳的功能是剪切材料，现有断线钳为双杠 杆机构，两刃口在剪切时呈现 Ｖ 形，材料会产生滑 移，因此，可将断线钳的 Ｖ 形对口咬合改为平行对 口咬合。 故而对断线钳的机械原理进行发散分析： Ｄ３┤ Ｄ３１ ＝ (断线钳， 机械原理， 曲柄滑块) Ｄ３２ ＝ (断线钳， 机械原理， 凸轮机构) Ｄ３３ ＝ (断线钳， 机械原理， 蜗杆机构) ︙ ì î í ï ï ï ï ïï ３．４．４ 对断线钳的组件进行相关分析 由于断线钳的各组件之间具有相关性，通过相 关分析能够清楚表明它们之间的相互关系，其相关 网模型如下： Ｍ６ ～ Ｍ ～ Ｍ１ Ｍ２ Ｍ３ Ｍ４ Ｍ５ ì î í ï ï ï ï ï ï ïï ３．５ 可拓变换 可拓变换方法有多种，针对不同的模型可采取 不同的变换。 由上述拓展分析结果可知，断线钳的 各项缺点都有很多不同变换方向，因此可以采用不 同的设计方案。 设可拓基本变换方法为 Ｔ ＝ {置换，分解，增加，删减，扩大，缩小，复制，…} ＝ {Ｔ１ ，Ｔ２ ，Ｔ３ ，Ｔ４ ，Ｔ５ ，Ｔ６ ，Ｔ７ ，…} ，取 Ｍ２ ＝ 压板， 用途， 防松 材料， 普通碳钢 é ë ê ê ù û ú ú Ｍ３１ ＝ （手柄，用途，传送动力） Ｍ０２ ＝ （断线钳，机械原理，杠杆） Ｍ′１ ＝ 刀片， 用途， 剪切 材料， 碳素结构钢 é ë ê ê ù û ú ú 则根据上述拓展分析，分别对其作如下可拓变换： 变换 １ Ｍ２ ＝ 压板， 用途， 防松 材料， 普通碳钢 é ë ê ê ù û ú ú →增加∧置换 Ｔ１Ｍ２∧Ｔ３Ｍ２ ＝ 压板， 用途， 防松∧磨刀 材料， 砂岩 é ë ê ê ù û ú ú 变换 ２ Ｍ３１ ＝ (手柄，用途，传送动力) →增加→Ｔ３Ｍ３１ ＝ 手柄􀱇磨刀棒， 用途， 传送动力 位置， 手柄中 é ë ê ê ù û ú ú 变换 ３ Ｍ０２ ＝ (断线钳，机械原理，杠杆) →置换→Ｔ１Ｍ０２ ＝ (断线钳，机械原理，曲柄滑块) 变换 ４ Ｍ１ ′＝ 刀片， 用途， 剪切 材料， 碳素结构钢 é ë ê ê ù û ú ú →分解→ Ｔ２Ｍ１ ′＝ Ｍ１１ ，Ｍ１２ { } 其中 Ｍ１１ ＝ 刀刃， 用途， 剪切 材料， 碳素工具钢 é ë ê ê ù û ú ú ，Ｍ１２ ＝ 刀架， 用途， 固定刀刃 材料， 普通碳钢 é ë ê ê ù û ú ú 。 可拓变换具有传导性，其中一个特征发生变 化，其他若干特征也会随之发生变化，适用于当原 问题的变换引起其他问题发生转变的矛盾问题。 对断线钳的机械原理可拓变换之后，即 Ｍ 发生了变 化，由上述相关分析可知 Ｍ１ 、Ｍ２ 、Ｍ３ 、Ｍ４ 、Ｍ５将发生 传导变换，如杠杆机构的改变会使刀片的材料或型 式发生变化，即Ｍ ＴＭ１ Ｍ１ ′ ＝ Ｍ１ ″。 另外，也可能改变压 板的用途及材料，即Ｍ ＴＭ２Ｍ２ ＝ Ｍ２ ′。 这将会造成断线 钳的整个结构发生变化，但是这种变化不一定会使 结构更加复杂。 第 １ 期 桂方志，等：基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计 ·４３·

.44 智能系统学报 第12卷 根据上述变换并结合实际分析，可得到以下设 ML3、ML,赋予权系数，即 计方案。 a=(a1,2,a3,a）=(0.1,0.3,0.3,0.3) 方案1 替换压板材料，使其具备磨刀功能，其 对于衡量指标Ml2,其最优点位于区间[a,b门= 物元模型可表示为 [20,400]的中点，即 「新断线钳， 用途， 剪切 M=a+6=20+400 210 最大剪切直径， 16 mm 2 2 创新等级， 微小改进 则其关联函数为 N= 制造成本， 230元 [2(x-a) a+b 便携性， 一般 b a 2 K(x)= 互换性， 一般 2(b-x) x≥0+b 方案2改变机构的机械原理，采用四边形机 b-a’ 2 构进行传动，使刀刃剪切时保持平行，增大剪切力， 由上式计算改进后方案的关联度分别为K,(230)= 其物元模型可表示为 0.895,K2(220)=0.947,K3(240)=0.842。 「新断线钳，用途， 剪切 由于产品的创新等级和便利性指标是一个离 最大剪切直径，20mm 散的数据，对方案的创新等级、便携性以及互换性 创新等级， 较大改进 衡量指标进行量化8】，可令 N2= 制造成本， 220元 3, d=全新技术 便携性， 好 d=重大改进 互换性， 一般 K(d)=1, d=较大改进 机械原理， 曲柄滑块」 0, d=微小改进 方案3将方案2中的刀片模块化，其物元模 -1, d=无改进 型可表示为 1, p=好 「断线钳，用途， 剪切 K(p)=0, P=一般 最大剪切直径，20mm -1, p=差 刀片结构， 模块化 1, e=好 创新等级， 重大改进 K(e)= 0, e=一般 N3= 制造成本， -1, 240元 e=差 便携性， 好 则关联度矩阵为 互换性， 好 K(N)=(K (MI),K (ML),K (MI3),K (MI)) 机械原理， 曲柄滑块 K(N2)=(K2(ML),K2(ML2),K2(ML3),K2(ML)) 3.6优度评价 K(N3)=(K3(ML),K3(ML2),K(ML3),K3(ML)) 针对普通断线钳的制造以及应用情况，从其技 K(N1)=(0,0.895,0,0) 术、经济和社会方面进行全方位衡量，确定其衡 即{K(N2)=(1,0.947,1,0) 量条件： K(N3)=(2,0.842,1,1) MI (MI,MI2,MI3,MI) 由关联度规范化公式 ML,=(创新等级，d) K(MI) ML2=(制造成本，c元/把) =- K,(ML) ML3=(便携性，p) 式中，k:表示第i个方案的第j个衡量指标，m为方 MI4=(互换性，e) 案总数量。可将上述关联度规范化为 根据市场调查并查阅相关资料，d∈{全新技 k(N)=(0,0.944,0,0) 术，重大改进，较大改进，微小改进，无改进}，c∈ k(N2)=(0.5,1,1,0) [20,400],p∈{好，一般，差}，e∈{好，一般，差}。 k(N3)=(1,0.889,1,1) 根据评价指标的重要程度高低，对M、ML2、 由优度计算公式：

根据上述变换并结合实际分析，可得到以下设 计方案。 方案 １ 替换压板材料，使其具备磨刀功能，其 物元模型可表示为 Ｎ１ ＝ 新断线钳， 用途， 剪切 最大剪切直径， １６ ｍｍ 创新等级， 微小改进 制造成本， ２３０ 元 便携性， 一般 互换性， 一般 é ë ê ê ê ê ê ê ê ê ù û ú ú ú ú ú ú ú ú 方案 ２ 改变机构的机械原理，采用四边形机 构进行传动，使刀刃剪切时保持平行，增大剪切力， 其物元模型可表示为 Ｎ２ ＝ 新断线钳， 用途， 剪切 最大剪切直径， ２０ ｍｍ 创新等级， 较大改进 制造成本， ２２０ 元 便携性， 好 互换性， 机械原理， 一般 曲柄滑块 é ë ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ù û ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú 方案 ３ 将方案 ２ 中的刀片模块化，其物元模 型可表示为 Ｎ３ ＝ 断线钳， 用途， 剪切 最大剪切直径， 刀片结构， ２０ ｍｍ 模块化 创新等级， 重大改进 制造成本， ２４０ 元 便携性， 互换性， 好 好 机械原理， 曲柄滑块 é ë ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ê ù û ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ú ３．６ 优度评价 针对普通断线钳的制造以及应用情况，从其技 术、经济和社会方面进行全方位衡量， 确定其衡 量条件： ＭＩ ＝ ＭＩ１ ，ＭＩ２ ，ＭＩ３ ，ＭＩ４ { } ⇔ ＭＩ１ ＝ (创新等级，ｄ) ＭＩ２ ＝ (制造成本，ｃ 元 ／ 把) ＭＩ３ ＝ (便携性，ｐ) ＭＩ４ ＝ (互换性，ｅ) ì î í ï ï ï ï ïï 根据市场调查并查阅相关资料，ｄ∈｛全新技 术，重大改进，较大改进，微小改进，无改进｝，ｃ∈ [２０，４００] ，ｐ∈{好，一般，差} ，ｅ∈{好，一般，差} 。 根据评价指标的重要程度高低，对 ＭＩ１ 、ＭＩ２ 、 ＭＩ３ 、ＭＩ４ 赋予权系数，即 α ＝ α１，α２，α３，α４ ( ) ＝ (０．１，０．３，０．３，０．３) 对于衡量指标 ＭＩ２ ，其最优点位于区间 [ａ，ｂ] ＝ [２０，４００] 的中点，即 Ｍ ＝ ａ ＋ ｂ ２ ＝ ２０ ＋ ４００ ２ ＝ ２１０ 则其关联函数为 Ｋ(ｘ) ＝ ２（ｘ － ａ） ｂ － ａ ， ｘ ≤ ａ ＋ ｂ ２ ２（ｂ － ｘ） ｂ － ａ ， ｘ ≥ ａ ＋ ｂ ２ ì î í ï ï ï ï 由上式计算改进后方案的关联度分别为 Ｋ２１（２３０）＝ ０．８９５，Ｋ２２（２２０）＝ ０．９４７，Ｋ２３（２４０）＝ ０．８４２。 由于产品的创新等级和便利性指标是一个离 散的数据，对方案的创新等级、便携性以及互换性 衡量指标进行量化［１８］ ，可令 Ｋ(ｄ) ＝ ３， ｄ ＝ 全新技术 ２， ｄ ＝ 重大改进 １， ｄ ＝ 较大改进 ０， ｄ ＝ 微小改进 － １， ｄ ＝ 无改进 ì î í ï ï ï ï ï ï Ｋ(ｐ) ＝ １， ｐ ＝ 好 ０， ｐ ＝ 一般 － １， ｐ ＝ 差 ì î í ï ï ïï Ｋ(ｅ) ＝ １， ｅ ＝ 好 ０， ｅ ＝ 一般 － １， ｅ ＝ 差 ì î í ï ï ïï 则关联度矩阵为 Ｋ Ｎ１ ( ) ＝ Ｋ１ ＭＩ１ ( ) ，Ｋ１ ＭＩ２ ( ) ，Ｋ１ ＭＩ３ ( ) ，Ｋ１ ＭＩ４ ( ( ) ) Ｋ Ｎ２ ( ) ＝ Ｋ２ ＭＩ１ ( ) ，Ｋ２ ＭＩ２ ( ) ，Ｋ２ ＭＩ３ ( ) ，Ｋ２ ＭＩ４ ( ( ) ) Ｋ Ｎ３ ( ) ＝ Ｋ３ ＭＩ１ ( ) ，Ｋ３ ＭＩ２ ( ) ，Ｋ３ ＭＩ３ ( ) ，Ｋ３ ＭＩ４ ( ( ) ) ì î í ï ï ï ï 即 Ｋ Ｎ１ ( ) ＝ (０，０．８９５，０，０) Ｋ Ｎ２ ( ) ＝ (１，０．９４７，１，０) Ｋ Ｎ３ ( ) ＝ (２，０．８４２，１，１) ì î í ï ï ï ï 由关联度规范化［１９］公式 ｋｉｊ ＝ Ｋｉ ＭＩｊ ( ) ｍａｘ ｑ∈{１，２，…，ｍ} Ｋｑ ＭＩｊ ( ) 式中，ｋｉｊ表示第 ｉ 个方案的第 ｊ 个衡量指标，ｍ 为方 案总数量。 可将上述关联度规范化为 ｋ Ｎ１ ( ) ＝ (０，０．９４４，０，０) ｋ Ｎ２ ( ) ＝ (０．５，１，１，０) ｋ Ｎ３ ( ) ＝ (１，０．８８９，１，１) ì î í ï ï ï ï 由优度计算公式： ·４４· 智 能 系 统 学 报 第 １２ 卷

第1期 桂方志，等：基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计 .45. [ka [3]赵燕伟，苏楠.可拓设计[M].北京：科学出版社，2010. [4]赵燕伟，周建强，洪欢欢，等.可拓设计理论方法综述 C(N)=(a1,a2,…,an) 含吨 与展望[J].计算机集成制造系统，2015,21(5)： 1157-1167 kn】 ZHAO Yanwei,ZHOU Jianqiang,HONG Huanhuan,et al. 对上述两种方案的综合评价结果为：C(N,)=0.283, Overview and prospects of extension design methodology[]]. C(N2)=0.650,C(N3)=0.967。 Computer integrated manufacturing systems,2015,21(5): 根据评价结果，选择优度最高者作为最终设计 1157-1167. 方案，即采用方案3作为断线钳的创新设计方案，该 [5]陈建，赵燕伟，李方义，等.基于转换桥方法的产品绿 方案的机构原理如图6所示。 色设计冲突消解[J].机械工程学报，2010,46(9)： 132-142. CHEN Jian,ZHAO Yanwei,LI Fangyi,et al.Transforming bridge-based conflict resolution for product green design[]]. Journal of mechanical engineering,2010,46 (9): 132-142. [6]LIAO Yongqiang,YANG Chunyan,LI Weihua.Extension 图6方案3机构原理图 innovation design of product family based on Kano Fig.6 Schematic diagram of the program 3 requirement model[J].Procedia computer science,2015, 55:268-277. 4结束语 [7]杨春燕，蔡文.可拓学[M].北京：科学出版社，2014. [8]蔡文，杨春燕，林伟初.可拓工程方法[M].北京：科学 可拓设计以解决设计过程中的矛盾问题为目 出版社，1997. 标，其中提出的三个创造法能初步处理产品开发过 [9]何文波，刘丽萍.基于缺点列举法的产品设计[J].河南 程中的矛盾问题并可应用于产品设计中。本文改 科技大学学报：社会科学版，2006,24(2)：70-72. 进了可拓设计方法中第三创造法的不足之处，采用 HE Wenbo,LIU Liping.Product design based on enumerating 事元建立产品模型，采取功能分析和因果链分析相 defect J].Journal of Henan university of science and 结合的分析方法对缺点进行列举，并利用可拓学中 technology:social science,2006,24(2):70-72. 的方法对普通断线钳进行改进，设计出了3种不同 [10]龙书芹.论默顿的功能分析范式[J].广西社会科学， 的设计方案，通过优度评价获得最优的设计方案， 2006(2):175-177 对产品的创新设计提供一种可行有效的思路。文 LONG Shugin.Causal analysis and functional analysis in 中仅对结构简单的普通断线钳进行了创新设计，对 the sociological research-the status of causal analysis in 于该方法在复杂装备中的创新设计的应用仍需进 Robert K.Merton's paradigm[J].Guangxi social sciences, 2006(2):175-177. 一步研究。 [11]SHIMODA Y,NARUMI D,MIZUNO M.Environmental 参考文献： impact of urban heat island phenomena-cause-effect chain and evaluation in Osaka City-[J].Journal of Life Cycle [1]檀润华.产品创新设计若干问题研究进展[J].机械工程 Assessment,Japan,2005,1(2):144-148. 学报，2003,39(9)：11-16. [12]杨春燕.新产品构思的第三创造法[J].广东工业大学 TAN Runhua.Progress of some problems in product design 学报，1997,14(1)：25-30. for innovation [J].Chinese journal of mechanical YANG Chunyan.Third way of creation in new product engineering,2003,39(9):11-16. conception [J].Journal of Guangdong university of [2]李彦，李翔龙，赵武，等.融合认知心理学的产品创新 technology,1997,14(1):25-30. 设计方法研究[J].计算机集成制造系统，2005,11(9)： [13]齐宁宁，杨春燕.基于可拓学第三创造法的产品概念设 1201-1207. 计[J].数学的实践与认识，2015(5)：226-238. LI Yan,LI Xianglong,ZHAO Wu,et al.Research on QI Ningning,YANG Chunyan.Product conceptual design product creative design with cognitive psychology[J]. based on third creative method of Extenics J]. Computer integrated manufacturing systems,2005,11(9): Mathematics in practice and theory,2015(5):226-238. 1201-1207. [14]孙永伟，谢尔盖·伊克万科.TRZ打开创新之门的金

Ｃ Ｎｉ ( ) ＝ α１ ，α２ ，…，αｎ ( ) ｋｉ１ ｋｉ２ ︙ ｋｉｎ é ë ê ê ê ê êê ù û ú ú ú ú úú ＝ ∑ ｎ ｉ ＝ １ αｉ ｋｉｊ 对上述两种方案的综合评价结果为：Ｃ Ｎ１ ( ) ＝ ０．２８３， Ｃ Ｎ２ ( ) ＝ ０．６５０，Ｃ Ｎ３ ( ) ＝ ０．９６７。 根据评价结果，选择优度最高者作为最终设计 方案，即采用方案 ３ 作为断线钳的创新设计方案，该 方案的机构原理如图 ６ 所示。 图 ６ 方案 ３ 机构原理图 Ｆｉｇ．６ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍ ３ ４ 结束语 可拓设计以解决设计过程中的矛盾问题为目 标，其中提出的三个创造法能初步处理产品开发过 程中的矛盾问题并可应用于产品设计中。 本文改 进了可拓设计方法中第三创造法的不足之处，采用 事元建立产品模型，采取功能分析和因果链分析相 结合的分析方法对缺点进行列举，并利用可拓学中 的方法对普通断线钳进行改进，设计出了 ３ 种不同 的设计方案，通过优度评价获得最优的设计方案， 对产品的创新设计提供一种可行有效的思路。 文 中仅对结构简单的普通断线钳进行了创新设计，对 于该方法在复杂装备中的创新设计的应用仍需进 一步研究。 参考文献： ［１］檀润华． 产品创新设计若干问题研究进展［Ｊ］． 机械工程 学报， ２００３， ３９（９）： １１－１６． ＴＡＮ Ｒｕｎｈｕａ． Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ［ Ｊ ］． Ｃｈｉｎｅｓｅ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２００３， ３９（９）： １１－１６． ［２］李彦， 李翔龙， 赵武， 等． 融合认知心理学的产品创新 设计方法研究［Ｊ］． 计算机集成制造系统， ２００５， １１（９）： １２０１－１２０７． ＬＩ Ｙａｎ， ＬＩ Ｘｉａｎｇｌｏｎｇ， ＺＨＡＯ Ｗｕ， ｅｔ ａｌ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｒｅａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ｗｉｔｈ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｐｓｙｃｈｏｌｏｇｙ ［ Ｊ ］． Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ， ２００５， １１（９）： １２０１－１２０７． ［３］赵燕伟， 苏楠． 可拓设计［Ｍ］． 北京： 科学出版社， ２０１０． ［４］赵燕伟， 周建强， 洪欢欢， 等． 可拓设计理论方法综述 与展 望 ［ Ｊ］． 计 算 机 集 成 制 造 系 统， ２０１５， ２１ （ ５ ）： １１５７－１１６７． ＺＨＡＯ Ｙａｎｗｅｉ， ＺＨＯＵ Ｊｉａｎｑｉａｎｇ， ＨＯＮＧ Ｈｕａｎｈｕａｎ， ｅｔ ａｌ． Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ［Ｊ］． Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０１５， ２１（５）： １１５７－１１６７． ［５］陈建， 赵燕伟， 李方义， 等． 基于转换桥方法的产品绿 色设计冲突消解［ Ｊ］． 机械工程学报， ２０１０， ４６ （ ９）： １３２－１４２． ＣＨＥＮ Ｊｉａｎ， ＺＨＡＯ Ｙａｎｗｅｉ， ＬＩ Ｆａｎｇｙｉ， ｅｔ ａｌ． Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ ｂｒｉｄｇｅ⁃ｂａｓｅｄ ｃｏｎｆｌｉｃｔ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔ ｇｒｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１０， ４６ （ ９ ）： １３２－１４２． ［６］ ＬＩＡＯ Ｙｏｎｇｑｉａｎｇ， ＹＡＮＧ Ｃｈｕｎｙａｎ， ＬＩ Ｗｅｉｈｕａ． Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ｆａｍｉｌｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｋａｎｏ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ［ Ｊ］． Ｐｒｏｃｅｄｉａ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｃｉｅｎｃｅ， ２０１５， ５５： ２６８－２７７． ［７］杨春燕， 蔡文． 可拓学［Ｍ］． 北京： 科学出版社， ２０１４． ［８］蔡文， 杨春燕， 林伟初． 可拓工程方法［Ｍ］． 北京： 科学 出版社， １９９７． ［９］何文波， 刘丽萍． 基于缺点列举法的产品设计［ Ｊ］． 河南 科技大学学报： 社会科学版， ２００６， ２４（２）： ７０－７２． ＨＥ Ｗｅｎｂｏ， ＬＩＵ Ｌｉｐｉｎｇ． Ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｎｕｍｅｒａｔｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔ ［ Ｊ ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｎａｎ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ： ｓｏｃｉａｌ ｓｃｉｅｎｃｅ， ２００６， ２４（２）： ７０－７２． ［１０］龙书芹． 论默顿的功能分析范式［ Ｊ］． 广西社会科学， ２００６（２）： １７５－１７７． ＬＯＮＧ Ｓｈｕｑｉｎ． Ｃａｕｓａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｃｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ⁃ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｃａｕｓａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ Ｒｏｂｅｒｔ Ｋ． Ｍｅｒｔｏｎ􀆳ｓ ｐａｒａｄｉｇｍ［Ｊ］． Ｇｕａｎｇｘｉ ｓｏｃｉａｌ ｓｃｉｅｎｃｅｓ， ２００６（２）： １７５－１７７． ［１１］ ＳＨＩＭＯＤＡ Ｙ， ＮＡＲＵＭＩ Ｄ， ＭＩＺＵＮＯ Ｍ． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｈｅａｔ ｉｓｌａｎｄ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ⁃ｃａｕｓｅ⁃ｅｆｆｅｃｔ ｃｈａｉｎ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｉｎ Ｏｓａｋａ Ｃｉｔｙ—［ Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｃｙｃｌｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ， Ｊａｐａｎ， ２００５， １（２）： １４４－１４８． ［１２］杨春燕． 新产品构思的第三创造法［ Ｊ］． 广东工业大学 学报， １９９７， １４（１）： ２５－３０． ＹＡＮＧ Ｃｈｕｎｙａｎ． Ｔｈｉｒｄ ｗａｙ ｏｆ ｃｒｅａｔｉｏｎ ｉｎ ｎｅｗ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ ［ Ｊ ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １９９７， １４（１）： ２５－３０． ［１３］齐宁宁， 杨春燕． 基于可拓学第三创造法的产品概念设 计［Ｊ］． 数学的实践与认识， ２０１５（５）： ２２６－２３８． ＱＩ Ｎｉｎｇｎｉｎｇ， ＹＡＮＧ Ｃｈｕｎｙａｎ． Ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｒｄ ｃｒｅａｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｅｘｔｅｎｉｃｓ ［ Ｊ ］． Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｙ， ２０１５（５）： ２２６－２３８． ［１４］孙永伟， 谢尔盖·伊克万科． ＴＲＩＺ 打开创新之门的金 第 １ 期 桂方志，等：基于改进可拓学第三创造法的产品创新设计 ·４５·

.46 智能系统学报 第12卷 钥匙I[M].北京：科学出版社，2015 [21]贾仁安，沈小龙.系统运行全部反馈环关键因果链分析 [15]钱炜苗，吕凤吹，王耘，等.功能分析与约束理论集成 法一以转型期火力发电系统实践为例[J】.系统工程 驱动产品改进设计研究[J].机械设计，2011,28(9)： 理论与实践，2014,34(10)：2675-2687. 1-5. JIA Ren'an,SHEN Xiaolong.Analysis Method of system QIAN Weimiao,LV Fengchui,WANG Yun,et al. running by key causal chains of all feedback loops-An Research on improvement design of FA and TOC integrated example to practice for the coal-power system in the drive product[J].Journal of machine design,2011,28 transferring period [J].Systems engineering-theory (9):1-5. practice,2014,34(10):2675-2687. [16]卢希美，张付英，张青青.基于TRZ理论和功能分析 [22]夏小玲，刘伟平.液压断线钳与普通断线钳剪切痕迹的 的产品创新设计[J].机械设计与制造，2010(12)： 检验及应用J].中国司法鉴定，2010(5)：52-55. 255-257. XIA Xiaoling,LIU Weiping.Cutting marks made by LU Ximei,ZHANG Fuying,ZHANG Qingqing.Product hydraulic cutter and bolt cutter J].Chinese journal of innovation design based on the theory of TRIZ and forensic sciences,2010(5):52-55. functional analysis[J].Machinery design manufacture, 作者简介： 2010(12):255-257. 桂方志，男，1992年生，硕士研究 [17]蔡敢为，潘宇晨，王红州，等.基于功能分析的新型装 生，主要研究方向为数字化制造、可拓 载机构型综合研究[J].机械工程学报，2014,50(11)： 设计。 50-59. CAI Ganwei,PAN Yuchen,WANG Hongzhou,et al. Functional analysis based type synthesis of a novel type of loading mechanisms J].Journal of mechanical engineering,2014,50(11):50-59. 任设东，男，1989年生，博士研究 [18]DOBRUSSKIN C.On the identification of contradictions 生，主要研究方向为数字化制造、可拓 using cause effect chain analysis J].Procedia CIRP, 设计。 2016.39:221-224. [19]ABRAMOV O,KOGAN S,MITNIK-GANKIN L,et al. TRIZ-based approach for accelerating innovation in chemical engineering[J].Chemical engineering research and design,2015,103:25-31. 赵燕伟，女，1959年生，教授，博士 [20]ZELLER A.Isolating cause-effect chains from computer 生导师，主要研究方向为数字制造/数 programs[C]//Proceedings of the 10th ACM SIGSOFT 字装备建模与仿真的基础理论和关键 Symposium on Foundations of Software Engineering.New 技术、现代物流系统智能配送与优化调 York,USA,2002:1-10. 度、可拓设计等

钥匙Ⅰ［Ｍ］． 北京： 科学出版社， ２０１５． ［１５］钱炜苗， 吕凤吹， 王耘， 等． 功能分析与约束理论集成 驱动产品改进设计研究［ Ｊ］． 机械设计， ２０１１， ２８（９）： １－５． ＱＩＡＮ Ｗｅｉｍｉａｏ， ＬＶ Ｆｅｎｇｃｈｕｉ， ＷＡＮＧ Ｙｕｎ， ｅｔ ａｌ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＦＡ ａｎｄ ＴＯＣ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｒｉｖｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ［ Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅ ｄｅｓｉｇｎ， ２０１１， ２８ （９）： １－５． ［１６］卢希美， 张付英， 张青青． 基于 ＴＲＩＺ 理论和功能分析 的产品创新设计［ Ｊ］． 机械设计与制造， ２０１０ （ １２）： ２５５－２５７． ＬＵ Ｘｉｍｅｉ， ＺＨＡＮＧ Ｆｕｙｉｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｑｉｎｇｑｉｎｇ． Ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ＴＲＩＺ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ［ Ｊ］． Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ＆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ， ２０１０（１２）： ２５５－２５７． ［１７］蔡敢为， 潘宇晨， 王红州， 等． 基于功能分析的新型装 载机构型综合研究［Ｊ］． 机械工程学报， ２０１４， ５０（１１）： ５０－５９． ＣＡＩ Ｇａｎｗｅｉ， ＰＡＮ Ｙｕｃｈｅｎ， ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇｚｈｏｕ， ｅｔ ａｌ． Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂａｓｅｄ ｔｙｐｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ａ ｎｏｖｅｌ ｔｙｐｅ ｏｆ ｌｏａｄｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ［ Ｊ ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１４， ５０（１１）： ５０－５９． ［１８］ ＤＯＢＲＵＳＳＫＩＮ Ｃ． Ｏｎ ｔｈｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎｓ ｕｓｉｎｇ ｃａｕｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ｃｈａｉｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ［ Ｊ ］． Ｐｒｏｃｅｄｉａ ＣＩＲＰ， ２０１６， ３９： ２２１－２２４． ［１９］ ＡＢＲＡＭＯＶ Ｏ， ＫＯＧＡＮ Ｓ， ＭＩＴＮＩＫ⁃ＧＡＮＫＩＮ Ｌ， ｅｔ ａｌ． ＴＲＩＺ⁃ｂａｓｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ［ Ｊ］． Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ， ２０１５， １０３： ２５－３１． ［２０］ ＺＥＬＬＥＲ Ａ． Ｉｓｏｌａｔｉｎｇ ｃａｕｓｅ⁃ｅｆｆｅｃｔ ｃｈａｉｎｓ ｆｒｏｍ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｒｏｇｒａｍｓ［ Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １０ｔｈ ＡＣＭ ＳＩＧＳＯＦＴ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ＵＳＡ， ２００２： １－１０． ［２１］贾仁安， 沈小龙． 系统运行全部反馈环关键因果链分析 法———以转型期火力发电系统实践为例［ Ｊ］． 系统工程 理论与实践， ２０１４， ３４（１０）： ２６７５－２６８７． ＪＩＡ Ｒｅｎ􀆳ａｎ， ＳＨＥＮ Ｘｉａｏｌｏｎｇ． Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｒｕｎｎｉｎｇ ｂｙ ｋｅｙ ｃａｕｓａｌ ｃｈａｉｎｓ ｏｆ ａｌｌ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌｏｏｐｓ⁃Ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｔｏ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏａｌ⁃ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ ［ Ｊ ］． Ｓｙｓｔｅｍｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ⁃ｔｈｅｏｒｙ ＆ ｐｒａｃｔｉｃｅ， ２０１４， ３４（１０）： ２６７５－２６８７． ［２２］夏小玲， 刘伟平． 液压断线钳与普通断线钳剪切痕迹的 检验及应用［Ｊ］． 中国司法鉴定， ２０１０（５）： ５２－５５． ＸＩＡ Ｘｉａｏｌｉｎｇ， ＬＩＵ Ｗｅｉｐｉｎｇ． Ｃｕｔｔｉｎｇ ｍａｒｋｓ ｍａｄｅ ｂｙ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｕｔｔｅｒ ａｎｄ ｂｏｌｔ ｃｕｔｔｅｒ ［ Ｊ］． Ｃｈｉｎｅｓｅ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｆｏｒｅｎｓｉｃ ｓｃｉｅｎｃｅｓ， ２０１０（５）： ５２－５５． 作者简介： 桂方志，男，１９９２ 年生，硕士研究 生，主要研究方向为数字化制造、可拓 设计。 任设东，男，１９８９ 年生，博士研究 生，主要研究方向为数字化制造、可拓 设计。 赵燕伟，女，１９５９ 年生，教授，博士 生导师，主要研究方向为数字制造／ 数 字装备建模与仿真的基础理论和关键 技术、现代物流系统智能配送与优化调 度、可拓设计等。 ·４６· 智 能 系 统 学 报 第 １２ 卷