仿生学与TRIZ理论相结合的设计方法探索与应用

摘要

随着社会进步与经济发展，产品更新换代速度加快、市场竞争激烈程度加剧，提高技术创新能力和产品研发效率已成为关系到企业生存和发展的核心问题。仿生学与发明问题解决理论(Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ)作为两种先进的创新方法，在产品设计领域拥有广阔的应用前景，对于加快产品创新速度、提高企业竞争力具有重要意义。本文以仿生学和TRIZ理论作为研究对象，对两者在产品设计领域结合和应用的方法进行详细的研究。主要研究内容如下：
　　首先，在对仿生学和TRIZ理论进行系统分析的基础上，综合两者各自的优点，论述仿生学与TRIZ结合应用的优势，建立一种基于仿生学与TRIZ理论相结合的产品设计模型。针对模型中的仿生设计生物原型选择问题，设计一种相似性评价方法；同时，对基于TRIZ的改进问题求解过程进行阐述。
　　其次，利用建立的基于仿生学与TRIZ相结合的产品设计模型，对绝缘子检测机器人行走机构进行创新设计。通过分析产品功能需求，确定生物原型，进行仿生设计得到初步设计方案后，利用TRIZ理论对初步的仿生方案进行改进，并取得最终设计方案，从而验证该模型的可行性。
　　再次，针对仿生设计难以寻找类比仿生实例的问题，介绍了将生物功能实现方式和TRIZ发明原理联系在一起的BioTRIZ理论，建立一种基于BioTRIZ的仿生设计模型。针对模型中的工程至生物映射和生物至工程反演两个过程的实现方式进行探讨；此外，从提高产品研发的效率角度出发，引入Isight参数优化平台，设计基于BioTRIZ-Isight的仿生优化设计流程。
　　最后，基于BioTRIZ-Isight的仿生优化设计流程，对电磁式涡街流量计旋涡发生体进行改进和优化，通过对仿真计算结果的分析，改进后的仿生结构起到了降低流体压力损失的作用，并通过Isight参数优化，得到旋涡发生体最优参数方案，证明该设计流程的实用性。

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第1章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 仿生学国内外研究现状及应用

1.3 TRIZ理论国内外研究现状及应用

1.4 优化设计技术及Isight软件概述

1.5 本文结构框架及主要研究内容

第2章 基于仿生学与TRIZ相结合的产品设计方法

2.1 仿生学特征及研究方法

2.2 TRIZ理论概述

2.3 基于仿生学与TRIZ相结合的设计方法研究

2.4 基于仿生学与TRIZ相结合的产品设计模型的关键问题研究

2.5 本章小结

第3章 基于仿生学与TRIZ的绝缘子检测机器人行动机构设计

3.1 绝缘子检测机器人行动机构设计需求分析

3.2 基于仿生学的产品设计

3.3 基于TRIZ的产品改进设计

3.4 本章小结

第4章 基于BioTRIZ-Isight的仿生优化设计方法

4.1 BioTRIZ理论概述

4.2 基于BioTRIZ的仿生设计模型建立

4.3 基于BioTRIZ-Isight的仿生优化设计方法

4.4 本章小结

第5章 基于BioTRIZ-Isight的旋涡发生体仿生优化设计

5.1 基于BioTRIZ的产品仿生改进设计

5.2 仿生设计的仿真分析

5.3 Isight参数优化

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢