3.7.2 基于TRIZ与公理化设计集成的创新设计理论与方法
3.7.2.1 公理化设计理论
公理化设计（AD）是由麻省理工学院的苏恩普（Suhnp）教授提出来的一种系统化的设计理论，主要涵盖域、两个公理、层次结构、映射。公理化设计将设计的过程划分为用户域、功能域、物理域和过程域四个主要域。用户域是产品整个功能的概要，为满足用户的需求以确定设计目标，为产品设计做铺垫；功能域是将用户域产品所有信息转换成产品各设计功能要求，反映产品具有的特定用途和各种特性，其设计必须满足用户域的制约；物理域是对应功能域的产品结构总体的描述，是产品结构设计从抽象到具体整个阶段的反映，设计参数是物理域中能够实现功能域中功能要求的物理变量，由设计参数的集合组成；过程域是对产品加工过程的描述，是指实现设计参数的加工制造方法。
公理化设计（AD）理论有两个核心评判法则：一是独立性公理，二是信息公理，为设计提供了评判标准。①独立性公理。保持功能要求的独立性。当有两个或多个设计功能需求时，合理的设计方案必须满足主要功能要求并且不影响其他功能，这就要求协调设计参数时，不仅要满足基础的功能要求，还要保持各自功能的相对独立性。②信息公理。力求设计信息含量最少。能够达到设计目标的设计方案不止一种，在所有满足独立性公理的设计方案中，信息含量最少的设计方案是最优的。信息公理是评价和对比设计方案优劣的基本原则。设计方案中应尽量精简设计工作和降低次要因素的影响，以减小耦合的可能性，提高设计的可靠性。
为研究结构与功能之间的关系，需要将每层的设计功能和设计参数加以定义，同时通过独立公理和信息公理对设计的合理性及最优化进行判断。阿恩（Ahn）和李（Lee）认为，AD和TRIZ有很多概念存在内在联系及共同点，两者可以进行互相补充和借鉴。弗雷（Frey）指出TRIZ中的矛盾与AD中的耦合相对应，能否解决AD中的耦合问题在很大程度上取决于是否合理地利用TRIZ中的相关知识和工具。
雪韦克（Shirwaiker）等人通过大量总结指出，AD理论在设计活动中能够帮助设计师构造一个完整且实用的框架，而独立性公理和信息公理对设计活动的优劣、合理性及如何选择方案提供了有效的判断准则，并使设计师可以不受传统试错式方法（具有耗时、过程反复等缺陷）的困扰，进而提高工作效率。而TRIZ将技术系统的演化规律作为纲领，并应用相应的工具及算法来解决设计中存在的矛盾，让创新设计变得更加有迹可循，此两种理论拥有很强的互补性。
曼恩（Mann）教授在公理设计功能到结构的映射模型中，集成冲突解决原理，提出分解的设计方案，解决设计中的耦合问题。国内的张路军、刘刚等人也先后尝试这种思路，同时进行了具体产品设计实例的验证。丁俊武更进一步地对其进行补充，并试图将TRIZ的知识库工具及分析工具集成到AD功能域和物理域的映射过程中。
3.7.2.2 基于TRIZ与公理化设计（AD）集成的创新设计
鉴于国内外研究的重点集中在运用TRIZ的矛盾冲突及解决矛盾方法来解决AD理论中的耦合问题，很少注意到TRIZ理论对AD分解中的指导作用，田启华指出，AD理论的层次分解将以TRIZ理论的技术进化法则为指导，进而减少分解过程的盲目性。基于此，余海亮在产品系统功能分解前使用TRIZ进化理论判断其进化趋势，并将科学效应知识库及专利知识库中的创新知识应用到公理设计中，创建了一个集成设计功能结构映射（AD-FPS）/TRIZ模型。李博以AD理论作为整体架构，将设计过程分为消除耦合和降低信息量两个阶段，选择性地使用TRIZ矛盾解决原理解决其中的矛盾，或者用TRIZ标准解法消除有害功能。侯磊以AD理论为框架建立概念创新设计模型，应用TRIZ理论的多种工具进行解耦，并参考信息公理及理想化水平的共同作用，以选定最终方案。
通过分析AD和TRIZ，得出两大理论在各自应用中有许多特点，AD为设计建立了科学基础，给设计者提供了基于逻辑的、推理的思想过程；TRIZ用于揭示创造发明的内在规律和原理，澄清、强调产品创新设计中存在的矛盾，利用TRIZ工具完全解决矛盾，获得最终的理想解，大大加快了人们创造发明的进程，而且能得到高质量的创新产品。两者都是从分析问题开始，AD是从产品功能出发，寻求满足功能要求的解，得到的解理论性很强，与实际可能会有偏差；而TRIZ是专家们从大量专利总结出来的，利用TRIZ指导完成的产品设计的解更接近实际。如果把AD中功能需求（FR）到设计参数（DP）的映射过程引入TRIZ，能够使产品概念设计解更接近实际，进而弥补AD设计出来的解的不足，反过来AD又为TRIZ提供现成的问题分析，两者在功能和结构上能很好地弥补彼此的不足，组合运用能将两者的优点最大化，为产品概念创新设计提供方法和理论依据。
结合TRIZ理论和AD理论的优势，建立了面向功能的新产品集成创新设计模型，以AD理论的产品设计流程为主线，由用户域映射得到产品的功能域，优先应用功能导向搜索查询、类比其他领域的产品工作原理、结构及效应，以TRIZ的最终理想解（IFR）及进化法则指导AD的功能分解，应用TRIZ工具进行解耦设计，并应用AD信息公理进行方案评价筛选。
基于TRIZ与AD集成的创新设计模型由4个模块组成，将4个模块有机结合起来，能够促使设计流程清晰，方法明确。基于AD与TRIZ组合设计的产品概念创新设计中，先对设计解进行定性分析，解出设计方案，再对设计方案进行定量计算，找出最优设计方案，以便于最后的结果更接近理想值。其具体实施步骤如图3-27所示。
图3-27 基于TRIZ与AD集成的创新设计流程