隨著競(jìng)爭(zhēng)的加劇，企業(yè)迫切希望在有限的資源情況下，盡快開發(fā)出新的產(chǎn)品和技術(shù)以保持自身的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但一項(xiàng)發(fā)明創(chuàng)造或創(chuàng)新的完成通常被視為靈感爆發(fā)的結(jié)果，可能要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的探索，經(jīng)歷千百次的失敗，因此如何加快產(chǎn)品創(chuàng)新的步伐，提高創(chuàng)新的成功率已成為各國(guó)學(xué)者關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。目前有些學(xué)者提出了一些設(shè)計(jì)方法，如QFD（質(zhì)量功能展開）,TRIZ(發(fā)明創(chuàng)造原理）,穩(wěn)健設(shè)計(jì),AD（公理化設(shè)計(jì)）,田口方法,功能方法樹,設(shè)計(jì)優(yōu)化,形態(tài)方法學(xué)矩陣等，但每一種方法只適用于解決產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中某一階段的問(wèn)題"而產(chǎn)品設(shè)計(jì)要經(jīng)歷產(chǎn)品定義,概念設(shè)計(jì),技術(shù)設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)四個(gè)階段，每一個(gè)階段都要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成功與否和每一個(gè)階段的設(shè)計(jì)水平息息相關(guān)。只有將各種方法有機(jī)集成，才能有效解決創(chuàng)新設(shè)計(jì)問(wèn)題。本文提出了一個(gè)QFD/TRIZ/FUZZY集成模型，給出了相應(yīng)的算法，用于微摩擦測(cè)試儀力傳感器的設(shè)計(jì)，說(shuō)明了該模型的適用性及可操作性。

1 QFD/TRIZ/FUZZY集成創(chuàng)新模型

QFD/TRIZ/FUZZY集成創(chuàng)新設(shè)計(jì)模型如圖1所示，采用QFD識(shí)別客戶需求，并將這些需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的技術(shù)需求。然后利用TRIZ的沖突解決原理解決產(chǎn)品技術(shù)需求過(guò)程中各設(shè)計(jì)參數(shù)之間的矛盾并得到原理解集，最后，將解集中的各原理解進(jìn)行評(píng)價(jià)，從中篩選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

圖1 QFD/TRIZ/FUZZY集成創(chuàng)新設(shè)計(jì)模型
1.1 QFD質(zhì)量功能配置方法

QFD是20世紀(jì)60年代末由日本學(xué)者提出的，它是以客戶需求為核心，將客戶的需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的技術(shù)需求，建立用戶需求與技術(shù)需求的關(guān)系，使最終的產(chǎn)品始終滿足客戶的需要，質(zhì)量屋（house of quality,HQQ）是QFD的神經(jīng)中樞,其結(jié)構(gòu)如圖2所示,質(zhì)量屋是一個(gè)產(chǎn)品信息庫(kù),庫(kù)中裝載了與新產(chǎn)品開發(fā)有關(guān)的所有客戶信息,并建立產(chǎn)品的相關(guān)特征與客戶需求的關(guān)系,從而減少客戶需求和產(chǎn)品制造商之間存在的隔閡,使恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品能在正確的時(shí)間,以合適的價(jià)格占領(lǐng)市場(chǎng)。

但QFD不能解決技術(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的矛盾和沖突，而TRIZ提供的40條矛盾解決原理可以彌補(bǔ)QFD的不足。QFD和TRIZ的聯(lián)合使用可以獲得滿足客戶需求的,解決了各種技術(shù)矛盾的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。

1.2 TRIZ的解決沖突問(wèn)題理論

TRIZ（俄文縮寫Teorijz Rezhenija Izobretatel skich Zadach)是前蘇聯(lián)的G.S.Altshuller及其領(lǐng)導(dǎo)的一批研究人員構(gòu)建的一整套系統(tǒng)化、實(shí)用的解決發(fā)明創(chuàng)造問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的理論體系。該理論認(rèn)為：大量的發(fā)明創(chuàng)造面對(duì)的基本問(wèn)題和矛盾是相同的，只是研究的領(lǐng)域不同而已，如果能將這些方法隱含的知識(shí)進(jìn)行整理，形成可以應(yīng)用于不同領(lǐng)域的理論知識(shí)，就能為創(chuàng)新問(wèn)題指明正確的方向，加快創(chuàng)新的步伐，避免資源的浪費(fèi)。該理論非常適合企業(yè)解決產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)階段的矛盾問(wèn)題。TRIZ理論中的技術(shù)沖突是指一種操作同時(shí)導(dǎo)致有用及有害兩種結(jié)果，也可指有用功能的引入或有害效應(yīng)的消除導(dǎo)致一個(gè)或幾個(gè)子系統(tǒng)或整個(gè)系統(tǒng)變壞。G.S.Altshuller將具有沖突的工程參數(shù)歸結(jié)為39個(gè)（如表1所示），建立了一個(gè)39x39的工程參數(shù)矛盾矩陣，并從205萬(wàn)專利中提煉出解決這些沖突的40條發(fā)明原理，建立了矛盾矩陣與40條發(fā)明原理的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表2所示。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，將問(wèn)題描述為通用的工程參數(shù)之間的沖突，然后從表2中查詢解決該矛盾的發(fā)明創(chuàng)造原理，按照原理所指出的改進(jìn)目標(biāo)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。


TRIZ方法只能給出解決沖突的原理解集合，只有通過(guò)研究每一個(gè)原理解的可行性，并比較其優(yōu)劣性，才能獲得最優(yōu)方案，該過(guò)程即為優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法很多，而問(wèn)題的原理解是從其它領(lǐng)域?qū)＜业陌l(fā)明創(chuàng)造思維中提煉出來(lái)的，這些原理解具有極大的籠統(tǒng)性和模糊性，設(shè)計(jì)人員對(duì)原理解也只能給出較好,較差等模糊的評(píng)語(yǔ)，模糊數(shù)學(xué)是解決這些模糊問(wèn)題最有利的工具，在此我們采用模糊層次分析法對(duì)各原理解進(jìn)行篩選，得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

1.3 FUZZY設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)：模糊層次分析法

（1）建立因素集。設(shè)原理解集為S=（S1，S2…Sn），對(duì)每一個(gè)原理解采用指標(biāo)a1,a2,…am進(jìn)行評(píng)價(jià),則A=(a1,a2,…am)為評(píng)價(jià)因素集，評(píng)價(jià)集中的指標(biāo)權(quán)重用W=（w1,w2,…wm）表示。

（2）評(píng)價(jià)語(yǔ)言變量,權(quán)重語(yǔ)言變量及三角模糊數(shù)。

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重和評(píng)價(jià)值的確定是模糊多目標(biāo)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵問(wèn)題，許多指標(biāo)的評(píng)定需要專家的打分，而專家給出的經(jīng)常是一些貼近自然語(yǔ)言的模糊評(píng)價(jià)信息。為此，設(shè)計(jì)了表3的評(píng)價(jià)語(yǔ)言變量、權(quán)重語(yǔ)言變量和三角模糊數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（3）指標(biāo)權(quán)重的確定

設(shè)有m個(gè)專家參與評(píng)價(jià)，對(duì)指標(biāo)集中的每一個(gè)指標(biāo)權(quán)重給出如表3所示的評(píng)價(jià)語(yǔ)言變量。若第k個(gè)專家對(duì)指標(biāo)集中的某個(gè)指標(biāo)給出權(quán)重語(yǔ)言變量，則根據(jù)表3可以得出該權(quán)重Wj的三角模糊數(shù)根據(jù)模糊決策分析理論，將每一個(gè)專家的評(píng)價(jià)信息進(jìn)行集結(jié)，得到該評(píng)價(jià)指標(biāo)的總的權(quán)重。

（4）指標(biāo)模糊評(píng)價(jià)矩陣的確定

若第k個(gè)專家對(duì)指標(biāo)集中的某個(gè)指標(biāo)bj針對(duì)第i個(gè)評(píng)價(jià)者給出評(píng)價(jià)語(yǔ)言變量,則根據(jù)表3可以得出該評(píng)價(jià)三角模糊數(shù)

(5)模糊綜合評(píng)價(jià)

在給定各指標(biāo)權(quán)重和各指標(biāo)三角模糊數(shù)的情況下,利用得到綜合評(píng)價(jià)值R。

2 基于QFD/TRIZ/FUZZY集成技術(shù)的微摩擦測(cè)試儀力傳感器設(shè)計(jì)研究

微摩擦測(cè)試儀是研究微觀摩擦規(guī)律的重要的測(cè)試儀器，力傳感器為微摩擦測(cè)試儀的關(guān)鍵部件，其載荷和測(cè)量范圍都處于微米納米量級(jí)，如摩擦力顯示鏡FFM，其針尖半徑約為50nm,探針掃描面積為1μmX1μm,載荷為10-150nN,而且通常的微機(jī)械構(gòu)件大小一般為微米級(jí)甚至更小,目前的傳感器在測(cè)量精度要求較高時(shí),分辨率、靈敏度等都較低，常常不能滿足系統(tǒng)的需要。

（1）對(duì)現(xiàn)有力傳感器分析結(jié)果所畫的質(zhì)量屋，如圖3所示。從圖3可以得到最主要的技術(shù)矛盾為：