2 概念設計
自從Palh&Beitz于1984年在其《Engineering Design》一書中提出概念設計這一名詞以來，人們已經(jīng)對概念設計進行了十幾年的研究。將概念設計定義為：“在確定任務之后，通過抽象化，擬定功能結構，尋求適當?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案，這一部分設計工作叫做概念設計”。Frence在其書中也為概念設計下了一個定義：概念設計首先是要弄清設計要求和條件，然后生成框架式的廣泛意義上的解。在此階段中對設計師的要求較高，但卻可以廣泛地提高產(chǎn)品性能。它需要工程科學、專業(yè)知識、產(chǎn)品加工方法和商業(yè)運作知識等各方面知識相互融合在一起，以做出一個產(chǎn)品全生命周期內最為重要的決策。在這里“框架式的解”是指設計問題的一個輪廓，每個主要的功能都可以對應于其上，通過原理部件間的空間或結構上的關系，使它們有機地結合起來。從這個框架中得到產(chǎn)品大致的成本、重量或總體尺寸，以及在目前的環(huán)境下的可行性等。
概念設計不能簡單地等同于過去理解的方案設計。概念設計的內涵是十分廣泛和深刻的，它是根據(jù)產(chǎn)品生命周期各個階段的要求，進行產(chǎn)品功能創(chuàng)造、功能分解以及功能和子功能的結構設計；進行滿足功能和結構要求的工作原理求解和進行實現(xiàn)功能結構的工作原理載體方案的構思和系統(tǒng)化設計。概念設計的過程是一個發(fā)散思維和創(chuàng)新設計的過程，是一個求解實現(xiàn)功能的，滿足各種技術和經(jīng)濟指標的，可能存在的各種方案并最終確定綜合最優(yōu)方案的過程。
概念設計具有如下特性：1）創(chuàng)新性。創(chuàng)新是概念設計的靈魂。只有創(chuàng)新才有可能得到結構新穎、性能優(yōu)良、價格低廉的富有競爭力的機械產(chǎn)品。這里的創(chuàng)新可以是多層次的，在眾多設計路徑所產(chǎn)生的設計結果中，將產(chǎn)生一組可行的“新”方案；2)多樣性。概念設計的多樣性主要體現(xiàn)在其設計路徑的多樣化和設計結果的多樣化。不同的功能定義、功能分解和工作原理等，會產(chǎn)生完全不同的設計思路和設計方法，從而在功能載體的設計上產(chǎn)生完全不同的解決方案；3)層次性。概念設計的層次性體現(xiàn)在兩方面。一方面，概念設計分別作用于功能層和載體結構層，并完成由功能層向結構層的映射。另一方面，在功能層和結構層中也有自身的層次關系。功能的層次性也就決定了結構的層次性，不同層次的功能對應不同層次的結構。
3 發(fā)明問題解決原理
TRIZ理論的研究始于1946年，前蘇聯(lián)著名發(fā)明家G．S．Altshuller領導的研究機構分析了世界近250萬件高水平的發(fā)明專利，并綜合多學科領域的原理和法則后，建立起TRIZ理論體系。其目的是研究人類進行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術難題過程中所遵循的科學原理和法則，即任何領域的產(chǎn)品改進、技術的變革、創(chuàng)新和生物系統(tǒng)一樣，都存在產(chǎn)生、生長、成熟、衰老、滅亡的過程，是有規(guī)律可循的。人們如果掌握了這些規(guī)律，就能能動地進行產(chǎn)品設計，并能預測產(chǎn)品的未來發(fā)展趨勢。TRIZ正是這些規(guī)律的綜合。運用這一理論，可大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進程，而且能得到高質量的創(chuàng)新產(chǎn)品。
國際著名的TRIZ專家Savransky給TRIZ定義如下：TRIZ是基于知識，面向人的發(fā)明問題解決系統(tǒng)化方法學。首先，TRIZ是基于知識的方法。I)TRIZ是發(fā)明問題解決啟發(fā)式方法的知識，這些知識是從全世界范圍內的250萬件專利中抽象出來的；2）TRIZ大量采用自然科學及工程中的效應知識；3）TRIZ利用出現(xiàn)問題領域的知識，這些知識包括技術本身、相似或相反的技術，或過程、環(huán)境、發(fā)展及進化。其次，TRIZ是面向人的方法。TRIZ中的啟發(fā)式方法是面向設計者的，而不是面向機器的。該理論本身是基于將系統(tǒng)分解為子系統(tǒng)，以及有害功能和有用功能的區(qū)分等等。這些都取決于問題和環(huán)境，本身就具有主觀性和隨機性。計算機軟件僅僅起支持作用，根本不能完全代替設計者，只需要對處理這些隨機性問題的設計者們提供方法與工具。第三，TRIZ是系統(tǒng)化方法。運用TRIZ解決問題的過程是一個系統(tǒng)化的能方便應用已有知識的過程。最后，TRIZ是發(fā)明問題解決理論。TRIZ研究人類進行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術難題過程中所遵循的科學原理和法則，并將這些原理和法則用于解決設計中遇見的問題。
TRIZ工具可以分成兩組：
①分析工具。分析工具幫助定義、描述和模擬問題，它包括：ARIZ;物質一場分析；創(chuàng)新問卷調查表(ISQ)；問題描述器。
②基于知識的工具。基于知識的工具來源于人類創(chuàng)新的經(jīng)驗所獲得的知識的積累、組織和構造，為使用者提供了最高水平的問題解決價值，它包括：技術的演化模式；40條創(chuàng)新原理；分離原理；76條標準解決方案；創(chuàng)新指導；經(jīng)挑選的創(chuàng)新實例；算子系統(tǒng)。
成功地運用TRIZ解決問題依賴于下列4個因素：①TRIZ方法／體系(M);②TRIZ工具(T);③問題領域相關的專家和專業(yè)人員的知識(PKN)；④問題解決者的個人能力( PC)，它包括動機、自然創(chuàng)造力的水平、計算機水平、持續(xù)性等。將上面的因素代入到下列方程：
S=PC×PKN×(1+ M)×(I+T) (l)
式(l)中S就表示成功。
研究TRIZ的實踐驗證了上述成分的不同組合所得到的結果。例如，自然創(chuàng)造力或持續(xù)性就可以彌補TRIZ知識的缺乏，反之亦然。這已經(jīng)由TRIZ研究團體的一個知名現(xiàn)象所論證，即一位有經(jīng)驗的TRIZ專業(yè)人員可以在TRIZ分析的第一步就能找到問題的解決方案，而沒有經(jīng)驗的專業(yè)人員差不多必須完全分析了所有步驟，才能找到解決方案。很明顯，為了能夠很好地運用TRIZ，就必須盡量排除PC和PKN的影響，而將注意力集中在方法論上。
如何在概念設計階段快速地產(chǎn)生一個有競爭力的新概念，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速創(chuàng)新是當今設計領域的前沿課題，又是工業(yè)界希望盡快運用的成果。發(fā)明問題解決理論( TRIZ)對創(chuàng)新有明確的定義、有較為完整且可操作的原理，是發(fā)明創(chuàng)造方法學的真正開始，很適合概念設計中對創(chuàng)新的要求。
