一种基于triz物场分析工具聚焦系统边界的系统分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于TRIZ物场分析聚焦系统边界的系统分析方法，该方法通过聚焦系统边界，忽略庞大数目的非边界组件，关注近边界组件，为系统分析提供明确的方向与依据。引入TRIZ理论中经典且广泛应用的物场模型与物场分析来描述并分析边界上的近边界组件对，发挥该工具定义模型与分析模型的有利优势，对系统问题进行更好地描述与分析。本发明所提供的分析流程与详细分析步骤可以帮助使用者有条理地对系统进行分析，为系统分析提供具有客观可操作性的方法与流程。
【专利说明】
-种基于TRIZ物场分析工具聚焦系统边界的系统分析方法
技术领域
[0001] 本发明属于机械行业的系统分析领域，设及一种基于TRIZ物场分析工具聚焦系统 边界的系统分析方法。
【背景技术】
[0002] 系统分析是发现系统问题(如系统无法正常运行或系统运行状况不佳)的关键，是 优化系统前必不可少的步骤。对于具有庞大组件数目的复杂机械系统，方便准确地分析系 统具有一定地难度，对经验与专业知识的积累要求很高。大多数的工程人员在分析系统时 依靠个人的工作经验与主观判断，有时甚至只能进行盲目捜索，缺少条理性的指导方法。
[0003] 目前运用较广的系统分析方法是功能分析法，将系统的功能进行拆分，从功能的 角度去分析系统。该方法抓住系统的关键属性，为系统分析提供了可行的方法支撑，但对如 何划分功能模块，将功能分解到何种程度合适并没有详细地交代，实际操作中对使用者的 专业知识积累要求仍较高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有方法的不足，关注系统边界，提供一种基于TRIZ理论 物场分析工具并聚焦系统边界的系统分析方法，该方法便于使用者操作，可W准确客观地 发现系统问题或矛盾。
[0005] -种基于TRIZ物场分析工具聚焦系统边界的系统分析方法，包括W下步骤：
[0006] 步骤1: W与待分析的系统问题关联的所有系统部件作为待分析系统组件范围；
[0007] 步骤2:根据系统组件与超系统组件接触表面识别系统与超系统的近边界组件； [000引步骤3: W系统近边界组件为基础，绘制系统所有组件的联接关系图，并确定系统 近边界组件对超系统近边界组件所产生作用的类型；
[0009] 所述作用的类型包括物理作用、化学作用或生物作用；
[0010] 步骤4:依据作用的类型，对于每组近边界组件对，参照TRIZ理论中12类场的符号 与名称对照表确定实现作用的场；
[0011] 所述近边界组件对是指在边界上存在接触表面的一个系统近边界组件与其对应 的超系统近边界组件；
[0012] 所述TRIZ理论中12类场的符号与名称对照表详见参考文献1;
[0013] 步骤5:构建边界物场模型；
[0014] 运用TRIZ物场模型对每组近边界组件对进行描述:提取组件对中的两个组件作为 物质Si (Substance)与S2,提取步骤4所识别的场作为物场模型中的场F(Field),构建边界 物场模型。
[0015] 步骤6:依据边界物场类型采用TRIZ物场分析方法对物场模型进行分析，根据物场 分析结果判断系统是否找到关键问题;若找到关键问题，则分析结束；，否则，返回步骤1从 前一次的系统近边界组件中选取子系统重新确定待分析系统组件范围，重复上述分析过 程，直到找到系统关键问题所在，完成对系统的分析。
[0016] 近边界组件中两物质之间的作用类别包括有效的作用、不足的作用W及有害的作 用，有效的作用包括充分的作用和过度的作用。
[0017] 所述近边界组件对所构成的技术系统，运用TRIZ物场模型进行描述并运用TRIZ物 场分析进行分析。
[0018] 当步骤4中构建的边界物场模型为有效完整模型时，判断为未找到关键问题，直接 返回步骤1从前一次的系统近边界组件中选取子系统重新确定待分析系统范围；
[0019] 所述有效完整模型是指构成物场模型的两个物质与场均存在，且场所对应的作用 效果为充分的模型。
[0020] 若模型中的3个元素不全，缺少场或者缺少物质则称为不完整模型。当元素齐全 时，若作用为不足，则为效应不足的完整模型;若作用为有害，则为有害效应的完整模型。
[0021] 依据步骤4中构建的边界物场模型类型，判断是否找到系统关键问题W及问题产 生原因：
[0022] 当边界物场模型为不完整模型时，则判断为找到关键问题；
[0023] 当边界物场模型中模型元素不全时，则关键问题是由于缺少组件或场所导致；
[0024] 当边界物场模型为效应不足的完整模型时，则关键问题是由于场的强度不足所导 致；
[0025] 当边界物场模型为有害效应的完整模型，则关键问题是由于场产生的效果有害所 导致。
[00%]有益效果
[0027] 本发明提供了一种基于TRIZ理论物场分析工具并聚焦系统边界的系统分析方法， 通过聚焦系统边界，忽略庞大数目的非边界组件，关注近边界组件，为系统分析提供明确的 方向与依据。引入TRIZ理论中经典且广泛应用的物场模型与物场分析来描述并分析边界上 的近边界组件对，发挥该工具定义模型与分析模型的有利优势，对系统问题进行更好地描 述与分析。本发明所提供的分析流程与详细分析步骤可W帮助使用者有条理地对系统进行 分析，为系统分析提供具有客观可操作性的方法与流程。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明所述方法的流程示意图；
[0029] 图2为系统边界示意图；
[0030] 图3为组件联接关系示意图；
[0031 ]图4为近边界组件中作用类别符号示意图；
[0032] 图5为边界物场模型示意图；
[0033] 图6为物场模型分类示意图，其中，（a)为有效完整模型，（b)为不完整模型，（C)为 效应不足的完整模型，（d)为有害效应的完整模型；
[0034] 图7为订书机结构示意图；
[0035] 图8为图7对应的组件联接关系示意图；
[0036] 图9为订书机系统中边界物场模型示意图，其中，（a)为桌子-基座物场模型，（b)为 手-压杆物场模型，（C)为出针器-针物场模型，（d)为基座-纸物场模型；
[0037] 图10为玩具投掷器示意图；
[0038] 图11为图10中系统问题对应的分析系统的组件结构示意图；
[0039] 图12为图11对应的组件联接关系示意图；
[0040] 图13为图12对应的边界物场模型示意图，其中，（a)为大齿轮-小齿轮物场模型， (b)为底座-投掷弹黃物场模型，（C)为侧板-转轴物场模型；
[0041] 图14为图10中系统问题对应的新的分析系统的组件联接关系示意图；
[0042] 图15为图14对应的边界物场模型示意图，其中，（a)为绳-弹黃物场模型，（b)为底 座-弹黃物场模型；
[0043] 标号说明：1-压杆，2-挤压弹黃，3-旋转杆，4-拉杆，5-转轴，6-固定弹黃，7-基座， 8-滑块，9-出针器，10-小联轴，11-小齿轮，12-大齿轮，13-绳，14-手柄，15-侧板，16-侧杆， 17-投掷臂，18-大联轴，19-中屯、轴，20-底座，21-转轴，22-投掷弹黃。
【具体实施方式】
[0044] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0045] -种基于TRIZ物场分析工具聚焦系统边界的系统分析方法，如图1所示，包括W下 步骤：
[0046] 步骤1: W与待分析的系统问题关联的所有系统部件作为待分析系统组件范围；
[0047] 步骤2:根据系统组件与超系统组件接触表面识别系统与超系统的近边界组件，系 统边界示意图如图2所示；
[0048] 所述超系统是指当前系统外部环境所构成的系统；
[0049] 步骤3: W系统近边界组件为基础，绘制系统所有组件的联接关系图，并确定系统 近边界组件对超系统近边界组件所产生作用的类型；
[0050] 组件联接关系示意图如图3所示；
[0051 ]所述作用的类型包括物理作用、化学作用或生物作用；
[0052]近边界组件中作用类别符号示意图如图4所示；
[0化3] 步骤4:依据作用的类型，对于每组近边界组件对，参照TRIZ理论中12类场的符号 与名称对照表确定实现作用的场；
[0054] 所述近边界组件对是指在边界上存在接触表面的一个系统近边界组件与其对应 的超系统近边界组件；
[0055] 所述TRIZ理论中12类场的符号与名称对照表详见参考文献1;
[0056] 步骤5:构建边界物场模型；
[0057] 运用TRIZ物场模型对每组近边界组件对进行描述:提取组件对中的两个组件作为 物质Si(Substance)与S2,提取步骤4所识别的场作为物场模型中的场F(Field),构建边界物 场模型。
[0058] 边界物场模型示意图如图5所示，物场模型分类示意图如图6所示，其中，（a)为有 效完整模型，（b)为不完整模型，（C)为效应不足的完整模型，（d)为有害效应的完整模型；
[0059] 步骤6:依据边界物场类型采用TRIZ物场分析方法对物场模型进行分析，根据物场 分析结果判断系统是否找到关键问题;若找到关键问题，则分析结束;否则，返回步骤1从前 一次的系统近边界组件中选取子系统重新确定待分析系统组件范围，重复上述分析过程， 直到找到系统关键问题所在，完成对系统的分析。
[0060] 近边界组件中两物质之间的作用类别包括有效的作用、不足的作用W及有害的作 用，有效的作用包括充分的作用和过度的作用。
[0061] 所述近边界组件对所构成的技术系统，运用TRIZ物场模型进行描述并运用TRIZ物 场分析进行分析。
[0062] 当步骤4中构建的边界物场模型为有效完整模型时，判断为未找到关键问题，直接 返回步骤1从前一次的系统近边界组件中选取子系统重新确定待分析系统范围；
[0063] 所述有效完整模型是指构成物场模型的两个物质与场均存在，且场所对应的作用 效果为充分的模型。
[0064] 若模型中的3个元素不全，缺少场或者缺少物质则称为不完整模型。当元素齐全 时，若作用为不足，则为效应不足的完整模型;若作用为有害，则为有害效应的完整模型。
[0065] 依据步骤4中构建的边界物场模型类型，判断是否找到系统关键问题W及问题产 生原因：
[0066] 当边界物场模型为不完整模型时，则判断为找到关键问题；
[0067] 当边界物场模型中模型元素不全时，则关键问题是由于缺少组件或场所导致；
[0068] 当边界物场模型为效应不足的完整模型时，则关键问题是由于场的强度不足所导 致；
[0069] 当边界物场模型为有害效应的完整模型，则关键问题是由于场产生的效果有害所 导致。
[0070] 为进一步描述该方法的具体使用过程，分别给出示例1与示例2进行说明。示例1演 示通过一次流程找到并解决工程问题，示例2演示若一次流程尚未找到关键问题如何返回 起点重复流程进行分析。示例2中与1重复的流程部分将进行简述，仅详细描述如何重新界 定系统范围并找到关键问题。
[0071] W图7订书机为例，假设面临的实际问题是:订书机在装订时订书针发生弯曲。
[0072] 步骤1:确定系统范围。
[0073] 根据该问题描述，问题所指向的功能为装订，选择与该装订问题相关联的所有系 统零部件构成初始系统，即订书机整体。
[0074] 订书机包括压杆1、挤压弹黃2、旋转杆3、拉杆4、转轴5、固定弹黃6、基座7、滑块8及 出针器9。
[0075] 步骤2:列组件清单如表1所示，含系统组件W及与系统存在直接接触的超系统组 件。
[0076] 表1初始订书机系统组件清单
[0077]
[0078] 步骤3:根据接触关系识别近边界组件，此例中列举手、桌子、针、纸作为位于超系 统的近边界组件。相应地，运些组件分别与系统内部的压杆、基座与出针器存在接触。因此， 压杆1、基座7与出针器识别为系统近边界组件。由此产生4组近边界组件对，分别为手一压 杆，桌子一基座，出针器9-针，针一纸组件对。
[0079] 步骤4:画出组件联接关系图并确定实现作用的场。
[0080] 手压在压杆上通过压力产生压的效果，作用类型属于物理作用，从TRIZ理论中12 类场的符号与名称对照表中选择相应的场，即机械场Me。
[0081] 类似地，桌子对基座通过机械场实现支撑作用，基座对纸张通过机械场实现支撑 作用。出针器对针通过机械场实现储藏作用。该示例中组件联接关系图如图8。
[0082] 步骤5:建立边界物场模型。
[0083] 由于为演示案例，需提前对该示例做如下情景模拟:桌子的桌面过于粗糖导致对 基座的支撑作用表现为有害作用，其余=组近边界组件对之间的作用充分。对于桌子一基 座组件对，桌子与基座分别是Sl与S2,作用为支撑，实现该作用的场为机械场Me,作用的类 型为有害。其余=组类似。所建立的边界物场模型如图9。
[0084] 步骤6:物场分析。根据图9所建立的物场模型，根据作用的符号对比图6所示的四 类物场模型，桌子-基座物场模型为有害效应的完整模型，其余=个物场模型均为有效完整 模型。
[0085] 步骤7:判断。桌子-基座物场模型为有害效应的完整模型，判断找到关键问题，且 系统问题存在于桌子与基座之间，表现为桌面过于粗糖W至于对基座的支撑效果为有害效 果，从而导致订书针弯曲。
[0086] 该示例中一次流程即找到了关键问题。接下来W玩具投掷器为例，演示若一次流 程尚未找到关键问题如何返回起点重复流程进行分析。
[0087] W图10玩具投掷器为例，假设面临的实际问题是:投掷臂投掷后无法自动回到初 始位置。
[0088] 步骤1:确定系统范围。
[0089] 与示例1类似，该问题所指向的功能为投掷，选择与问题关联的所有组件构建初始 系统即作为待分析系统的组件范围，包括投掷臂17、小联轴10、小齿轮11、转轴21、投掷弹黃 22与绳13,如图11所示。
[0090] 其中，手柄14、侧杆16、投掷臂17、大联轴18及中屯、轴19暂时不作为初始系统；
[0091] 步骤2:列组件清单如表2所示，含系统组件W及与系统存在直接接触的超系统组 件。
[0092] 表2初始投掷系统组件清单
[0093]
[0094] 步骤3:根据接触关系识别近边界组件，此例中列底座、侧板、大齿轮作为位于超系 统的近边界组件。相应地，运些组件分别与系统内部的投掷弹黃、转轴与小齿轮存在接触。 因此，投掷弹黃、转轴与小齿轮识别为系统近边界组件。由此产生3组近边界组件对，分别为 底座20-投掷弹黃，侧板15-转轴，大齿轮12-小齿轮组件对。
[00M]步骤4:画出组件联接关系图并确定实现作用的场。与示例1类似，不做详细描述，3 组组件对之间存在的场识别为机械场，该示例中组件联接关系图如图12。
[0096] 步骤5:建立边界物场模型，如图13所示。
[0097] 步骤6:物场分析。根据图13所示物场模型，=个边界物场模型均为有效完整模型。
[0098] 步骤7:根据物场分析结果，判断为找到关键问题。因此，返回步骤1，从初始系统的 近边界组件中选取子系统重新确定系统范围，此时系统内的近边界组件有投掷弹黃、转轴 与小齿轮，由于弹黃最直接的回位动力来源，因此直接选择投掷弹黃为新的分析系统。重复 上述分析过程，新的组件清单如表3,新系统组件联接关系图如图14,新系统边界物场模型 如图15。对图15所示物场模型进行分析，绳-投掷弹黃物场模型为效应不足的完整模型，因 此判断找到关键问题，且问题存在于绳与弹黃之间，由于弹黃的弹力不足导致储存的弹性 势能不足W让投掷臂回位。
[0099] 亲3新巧掷系统纽件清单
[0100]
[0101] 综上所述，应用本发明所述方法可W有逻辑地找准系统问题所在，并且从功能的 角度对系统进行分析，为现有系统中出现问题无法客观准确地的得到关键问题提供了可行 方案。
[0102] 上述仅W实施例来进一步说明本发明的技术内容，W便于读者更容易理解，但不 代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的 保护，本发明的保护范围W权利要求书为准。
[0103] 参考文献；
[0104] 1.檀润华.TRIZ及应用:技术创新过程与方法[M].北京:高等教育出版社，2010。
【主权项】
1. 一种基于TRIZ物场分析工具聚焦系统边界的系统分析方法，其特征在于，包括以下 步骤： 步骤1:以与待分析的系统问题关联的所有系统部件作为待分析系统组件范围； 步骤2:根据系统组件与超系统组件接触表面识别系统与超系统的近边界组件； 步骤3:以系统近边界组件为基础，绘制系统所有组件的联接关系图，并确定系统近边 界组件对超系统近边界组件所产生作用的类型； 所述作用的类型包括物理作用、化学作用或生物作用； 步骤4:依据作用的类型，对于每组近边界组件对，参照TRIZ理论中12类场的符号与名 称对照表确定实现作用的场； 所述近边界组件对是指在边界上存在接触表面的一个系统近边界组件与其对应的超 系统近边界组件； 步骤5:构建边界物场模型； 运用TRIZ物场模型对每组近边界组件对进行描述:提取组件对中的两个组件作为物质 31与&，提取步骤4所识别的场作为物场模型中的场F，构建边界物场模型； 步骤6:依据边界物场类型采用TRIZ物场分析方法对物场模型进行分析，根据物场分析 结果判断是否找到关键问题;若找到关键问题，则分析结束;否则，返回步骤1从前一次的系 统近边界组件中选取子系统重新确定待分析系统组件范围，重复上述分析过程，直到找到 系统关键问题所在，完成对系统的分析。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述近边界组件对所构成的技术系统，运 用TRIZ物场模型进行描述并运用TRIZ物场分析进行分析。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当步骤4中构建的边界物场模型为有效完 整模型时，判断为未找到关键问题，直接返回步骤1从前一次的系统近边界组件中选取子系 统重新确定待分析系统范围； 所述有效完整模型是指构成物场模型的两个物质与场均存在，且场所对应的作用效果 为充分的模型。4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，依据步骤4中构建的边界物场模型类型，判 断是否找到系统关键问题以及问题产生原因： 当边界物场模型为不完整模型时，则判断为找到关键问题； 当边界物场模型中模型元素不全时，则关键问题是由于缺少组件或场所导致； 当边界物场模型为效应不足的完整模型时，则关键问题是由于场的强度不足所导致； 当边界物场模型为有害效应的完整模型，则关键问题是由于场产生的效果有害所导 致。
【文档编号】G06F17/50GK106021763SQ201610368540
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】刘江南, 杨小娟, 桂科, 辛永康, 张文博, 易滨林
【申请人】湖南大学