基于三角模糊数TOPSIS与TRIZ的产品设计研究.doc

基于三角模糊数TOPS IS与TRIZ的产品 设计研究杨静咸阳师范学院设计学院摘要：针对当前产品需求评价和创新设计中存在的问题，提出了一种集成逼近理想解 排序法(TOPSIS)与发明问题的解决理论(TRIZ)的产品设计方法，应用 TOPSIS法，结合三角模糊数对产品需求进行综合评价，根据评价指标重要度的 排序结果确定产品设计要解决的关键问题，应用TRIZ的系列参数与发明原理解 决产品设计的创新问题，提出具体的产品设计方案基于三角模糊TOPSTS与 TRIZ的设计方法，集TOPSIS的评价优势与TRIZ的创造优势于一体，为产品创 新设计提供了完整的评价和创新流程通过插座设计实例验证了该方法的可行性 和实用性关键词:三角模糊数;逼近理想解排序法;评价;发明问题的解决理论;矛盾矩阵;r 品;创新;设计;作者简介：杨静(1974-),女，讲师，E-mail:411959862@. com.收稿日期：2017-05-02基金：国家社会科学基金项目(13BG068)Study of product design of TOPSIS andTRIZ based on triangular fuzzynumberYANG JingCollege of DesiXianyang Normal University;Abstract：For the existing problems in the product demand evaluation and innovation design, a method of productdesign integrating technique for order preference by similarit)^ to ideal solution ( TOPSIS) and theory of inventiveproblem solving (TRTZ) is presented. Combined with triangular fuzzy number and the application of TOPSIS meth-od, a comprehensive evaluation of product demand is made. The key problem to be solved in the design of the prod-uct is determined by the order of importance of evaluation index, the TRIZ series parameters and inventive princi-ples are applied to solve problems of innovation of product design, thereby to propose specific product design plan.Based on the design method of triangular fuzzy TOPSIS and TRIZ, integrating TOPSIS，s evaluation advantage withTRIZs creative advantage to provide complete evaluation and innovation process for product innovation design. Thefeasibility and practiceibi lity of the proposed method is veri f i ed by an exampl e of socket design.Keyword：tTianguldT fuzzy numb巳r; TOPSIS; evslustion; TRIZ; contradicti()门 matrix; product; innovation; desig门；Received： 2017-05-02在产品设计前期对产品需求的调研和评价往往具有复杂性和模糊性，难以定量 计算[1-2],以致后期设计的产品无法真正体现用户需求，会直接影响到新产品 研发的成功率。

另一方面，多数企业在进行产品创新设计时，经常只凭借负责人 或设计师的个人主观想法进行产品设计RL设计方法缺少科学性和创新性，无 法设计出符合用户需求的最优产品设计方案本文提出了一种基于三角模糊数 TOP-SIS与TRIZ的产品创新设计方法，将TOPS IS的产品需求评价与TRIZ的创 新设计有效结合，在产品的创新设计方面进行了探索和研究，旨在提高产品创 新质量1 TOPSIS-TRIZ 模型TOPSIS是运筹学中一种多冃标、多展性的高效评价方法［4-5］TRIZ是一种系统 化的创造方法学，为发明创造提供强大的创新工具和方法，能有效提高创新成 功率［6-10］TOPSIS-TRIZ模型的思路是：首先运用TOPSIS确定产品评价指标的 重要度，具体包括:建立产品评价指标原始矩阵，进行无量纲化处理，构建评价 标准化矩阵，计算出每个产品评价指标与正理想解和负理想解的距离，根据产 品评价指标与最优值的相对接近度，确定产品评价指标的重要程度其次，根据 TOPSIS对产品评价指标的重要度进行排序，确立产品创新的具体方向，将设计 中存在的问题转化为TRIZ问题，并运用TRIZ的发明原理解决矛盾冲突，拓展创 新思维，形成详细的产品创新设计方案。

2 TOPSIS-TRIZ模型的应用流程2.1应用TOPSIS确定产品评价指标的重要度1）构造评价矩阵对于门个产品评价指标S也…，Gri,由f个评价者出，H2,…, H「展开综合评价，其评价值构成的评价矩阵如表1所示表1评价矩阵 下载原表2） 将每一个评价数值用三角模糊数表示，例如乂门二（a；j, bj Cij） o3） 转化模糊群体评价结果为清晰值im对于三角模糊数，其清晰型归一化评 价值为由此得到清晰值矩阵:4）对原始数据进行无量纲化处理，得到规范化评价矩阵:5）求解加权规范评价矩阵若评价者的权重为w二（wb w2，•: wj , Wj为第j 个评价者的权重，而且 ，则加权规范评价矩阵为式中 r^WjXyijo6）确定矩阵R的正理想解向量R和负理想解向量R:其中｛效益型性｝｛成本型性｝7） 计算每个产品评价指标与正理想解和负理想解的距离:8） 计算每个产品评价指标和最优值的相对接近度，即9）将相对接近度从大到小进行排序，D值越大，越靠近于1,表示第i个产品 评价指标的重要度越高;D.值越小，表示第i个产品评价指标的重要度越低2. 2应用TRIZ进行产品创新设计依据TOPSTS法求解出的产品评价指标的重要度排序结果，确定产品创新设计要 解决的关键问题，应用39条工程参数将这些问题转化为TRTZ问题，甄选这些问 题的冲突类别，查询TRIZ的40个发明原理[12],挖掘恰当的发明原理，并对这 些原理进化拓展和深化，形成完整的产品创新设计方案。

TRIZ的产品创新流程 见图k图1 TRIZ的产品创新设计流程 下载原图3 TOPSIS-TRIZ在插座设计中的应用以东莞一家企业的插座设计项目为例进行详细分析该企业缺乏科学的设计研发 和管理体系，不能对产品做出有效的设计评估和设计创新，导致前期研发的插 座产品市场反馈不佳针对企业设计研发存在的问题，采用TOPSIS-TRIZ模型设 计的系列插座产品投放市场后，销售额有了显著提升3. 1应用TOPSIS法对插座评价指标进行评价为了使产品评价指标能最大化地满足用户需求，针对插座制作调查问卷，对 268位用户进行调研，获取246份有效问卷在对调研数据进行统计和归纳的基 础上，专家组根据相关产品设计的评价标准，进行科学筛选，确定造型、结构、材质、色彩、装饰、可靠、便携、多用这8项设计评价指标作为插座创新设计的 主要评价指标构建语言变量与三角模糊数的对应关系，求得三角模糊数的清晰 型归一化评价值，见表28位专家根据表2的评价标准，对插座评价指标的重 要度进行评价，评价结果见表3表2评价语言变量与相应的三角模糊数下载原表表3插座评价结果 下载原表对表3的数据进行无量纲化处理，获得规范化评价矩阵，见表4。

由于8位专家 的专业水平接近，因此专家的权重值差异可忽略不计，求解加权规范评价矩阵 这一步可以省略表4评价结果的规范化评价矩阵 下载原表比较表4中规范化后的评价结果，确定正理想解和负理想解：计算8个指标与正理想解的距离V：和与负理想解的距离V5,求出8个指标的综 合评价指数），如表5所示表5产品评价指标的综合评价 下载原表对产品评价指标的综合评价指数D：从高到低进行排序，可确定产品评价指标的 重要度排序为:造型、便携、多用、色彩、结构、材质、装饰、可靠3. 2应用TRIZ进行插座创新设计在TOPSIS评价的基础上，结合插座产品的实际情况，专家组决定以重要度排在 前4位的产品评价指标 造型、便携、多用、色彩作为重点设计对象，给予创新和改进其中，造型创新的重点为造型设计和色彩设计，功能创新的重点为 便携设计和多用设计3. 2.1插座的造型创新设计矛盾分析:TOPSIS评价显示，造型设计在重要度排序中位列第一，色彩设计位 列第四这说明在牛活质量和审美水平普遍提高的今天，人们对插座的造型有了 更高的要求，普遍希望插座的造型更美观，插孔数量更多而当插座的造型变复 杂以后，插座的长度等线性尺寸会明显变大或加长，加工制造的难度就会随之 提升。

造成该矛盾的2对TRIZI程参数为：“12形状”与“3静止物体的长度”、 “12形状”与“32可制造性”查找TRIZ矛盾矩阵表，得到解决问题的发明原 理如表6所示表6造型创新设计的发明原理 下载原表分析表6的发明原理，选择原理1、7、14、17、32对插座造型进行创新设计 应用17号改变维数原理，用多层排列代替单层排列，设计出图2的立式插座 与传统平面插座相比，该立式插座的插头数量明显增多、造型美观、占据空间小 插座的每层都有一个独立的控制开关，按下开关，指示灯亮，则此层通屯;灯灭, 则不通电，可有效节能节电应用1号分割原理，对插座的底部进行分割，设计 收线盘，将插座电源线收纳缠放，让插座的外观整齐干净同时在插座的上方分 割出一部分设计专用提手，可避免在移动插座时直接接触插孔，提高了插座的 安全性图2立式插座 下载原图运用14号曲面原理，打破常规的长方形设计，运用仿牛设计方法，对插座进行 曲面设计，模仿宝相花的形态设计出图3所示的宝相花插座360度全方位的插 孔分布，节省空间，可以容纳大号插头或电源适配器，有效地防止了插头过宽 引起的无法同时使用等问题;在每个插座的中间设计了一个开关键，使用方便， 安全有保障。

运用32号色彩变化原理，赋予插座粉、黄、蓝、紫等明亮色彩，形 成缤纷绚丽、牛机盎然的外壳色彩风格图3宝相花插座 下载原图3. 2. 2插座的功能创新设计矛盾分析:TOPSIS评价显示，便携设计在重要度排序中位列第二，多用设计位 列第三伴随智能生活的普及，新型的电子产品、数码产品、家用电器的种类和 数量快速增加，插孔的样式也日益新颖化和多样化，这就对插座的功能提出了 更多元化、更人性化的需求但是，伴随插座功能的复杂化，插座的维修难度也 随之提高造成这对矛盾的TRTZ工程参数为：“35适应性及通用性”和“34可 维修性”查找TRIZ矛盾矩阵表，得到的发明原理见表7表7功能创新设计的发明原理 下载原表分析表7的发明原理，确定原理1、7、16可用来实现产品功能的创新设计如 图4所示的魔方造型插。