创新利器 发明问题解决理论triz

创新利器：发明问题解决理论 TRIZ引言创新能力是人的一种潜能，是人人都具有的一种能力，而且这种能力可以经过一定的学习和训练得到激发和提升。事实证明创新和其他活动一样，也具有自身一套内在的规律和方法。熟知和掌握这些创新规律与原理知识对于提升我们的创新水平和效率都具有重要的价值。上世纪 40 年代中期，前苏联发明家根里奇阿奇舒勒创建了一门理论发明问题解决理论 TRIZ。以他为首的专家们通过对数百万件发明专利的研究分析得出结论，认为许多技术问题可以利用解决其他领域或相似问题的原理和方法轻而易举的得到解决，发明创造遵循共同的规律。TRIZ 的基本思想是“通过引入最少的外部资源消除创新过程中遇到的矛盾而使系统向理想状态发展”，基于这一思想，TRIZ 发展了一种崭新的分析式思维方法，即“将问题作为一个系统加以考虑，对问题着手解决之前首先勾画出理想的解决目标，进而设法消除创新设计过程中的矛盾”。掌握该理论的人不仅能提高发明的成功率、缩短发明的周期，也可使发明问题具有可预见性。学习、研究、应用、推广 TRI可以大大缩短发明创造的进程，提升产品的创新水平。经过半个多世纪的发展，尤其是进入 21 世纪，TRI已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟理论和方法体系。TRI的发展历程1946 年，阿奇舒勒开始了发明问题解决理论的研究工作。当时阿奇舒勒在前苏联里海海军专利局工作，在处理世界各国著名的发明专利过程中，他总是考虑这样一个问题：当人们进行发明创造、解决技术难题时，是否有可遵循的科学方法和法则，从而能迅速地实现新的发明创造或解决技术难题呢？答案是肯定的！阿奇舒勒发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡的过程，是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律，就会能动地进行产品设计并能预测产品未来发展趋势。以后数十年中，阿奇舒勒穷其毕生的精力致力于 TRI的研究和完善。在他的领导下，前苏联的数十家研究机构、大学、企业组成了 TRIZ的研究团体，分析了世界近 250 万份高水平的发明专利，总结出各种技术发展进化遵循的规律模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则，建立一个由解决技术问题，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，建立起 TRI体系。在前苏联，TRIZ 方法一直被作为大学专业技术必修科目，且已广泛应用于工程领域中。苏联解体后，大批 TRIZ 研究者移居美国等西方国家，TRIZ 流传于西方，受到极大重视，TRIZ 的研究与实践得以迅速普及和发展。西北欧、美国、日本、台湾等地出现了以 TRIZ 为基础的研究、咨询机构和公司，一些大学将 TRIZ 列为工程设计方法学课程。经过半个多世纪的发展，如今 TRI和方法已经发展成为一套解决新产品开发实际问题的成熟理论和方法体系，它实用性强，并经过实践的检验，如今已在全世界广泛应用，创造出成千上万项重大发明，为众多知名企业取得了重大的经济效益和社会效益。随着计算机软件技术的发展和成熟，基于 TRIZ 构建的 CAI(Computer Aided Innovation, 计算机辅助创新 )技术应运而生。在国外，福特、波音、施乐和三星电子等公司早就在产品的不同阶段运用，CAI 软件来解决问题。2001 年，波音公司邀请 25 名前苏联 TRIZ 专家，对波音 450 名工程师进行了两星期培训加讨论，取得了 767 空中加油机研发的关键技术突破，最终波音战胜空客公司，赢得了15 亿美元空中加油机订单。 2003 年， “非典” 肆虐时，新加坡的研究人员利用 TRIZ 的 40 条创新原理，提出了防止非典的一系列方法，许多措施为新加坡政府采用，收到了很好的效果。 2004 年，UT 斯达康通讯有限公司利用 Pro/Innovator 解决机顶盒天线连接问题和电磁兼容问题，缩短了新产品研发周期，节省大量研发经费。近几年，TRI引入中国，逐渐得到国内诸多科研结构、公司和专家的重视，在以TRI为核心的创新方法与技术研究应用方面，走在前列的是我国的亿维讯集团公司。该公司是一家从事计算机辅助创新技术及相关工具开发和技术咨询的高新技术企业，他们的创新技术研究水平目前已经处于世界前列。现在，他们提供的一套完整的计算机辅助创新解决方案，正在国内诸多科研院所和大型企业研究机构发挥作用，为快速提升我们国家的创新技术水平提供技术上的支持。二、TRIZ 简介 1. TRIZ 的核心思想：技术、矛盾、理想解 （1） 技术技术系统所有运行某个功能的事物可称为技术系统。任何技术系统均包括一个或多个子系统，每个子系统执行自身功能，它又可分为更小的子系统。TRIZ 中最简单的技术系统由两个元素以及两个元素间传递的能量组成。例如，技术系统“汽车”由“引擎”“换向装置”和“刹车”等子系统组成，而“刹车”又由“踏板”“液压油”等子系统组成。所有的子系统均在更高层系统中相互连接，任何子系统的改变将会影响到更高层系统，当解决技术问题时，常常要考虑与其子系统和更高层系统之间的相互作用。技术系统进化论技术系统进化论的主要观点是：科技产品的进化并不是随意的，也同样遵循着一定的客观规律和模式。所有技术的创造与升级都是向最强大的功能发展的。阿奇舒勒通过对大量的发明专利的分析，发现所有产品向最先进的功能进化时，都有一条“小路”引领着它前进。这条“小路”就是进化过程中的规律，用图例表示出来就是一条 S 形的“小路”，即所谓的 S 曲线。上面的图例就是 S 曲线，它描述了一个技术系统的完整的生命周期。其横轴表示时间，纵轴表示技术系统的性能参数。其发展过程经历了 4 个阶段，分别是诞生期、成长期、成熟期、衰退期。任何一种产品、工艺或技术都在随着时间向着更高级的方向发展和进化，并且它们的进化过程都会经历相同的几个阶段。技术系统理想状态包括 3 个方面内容：（1）系统的主要目的是提供一定功能。为了实现系统的某种功能不必引入新的装置和设备，而只需对实现该功能的方法和手段进行调整和优化。（2）任何系统都是向着更可靠、简单有效的方向发展。系统的理想状态一般是不存在的，但当系统越接近理想状态，结构就越简单、成本就越低、效率就越高。（3）理想化意味着系统或子系统中现有资源的最优利用。（2）矛盾在 TRIZ 中，工程中所出现的种种矛盾可以归结为 3 类：一类是物理矛盾，一类是技术矛盾，还有一类是管理矛盾。通俗来讲，物理矛盾就是指系统(系统指的是机器、设备、材料、仪器等的统称)中的问题是由 1 个参数导致的。其中的矛盾是，系统一方面要求该参数正向发展，另一方面要求该参数负向发展；技术矛盾就是指系统中的问题是由 2 个参数导致的，2 个参数相互促进、相互制约；管理矛盾是指子系统之间产生的相互影响。物理矛盾当一个技术系统的工程参数具有相反的需求，就出现了物理矛盾。比如说，要求系统的某个参数既要出现又不存在，或既要高又要低，或既要大又要小，温度既要升高，也要降低；缝隙既要窄，也要宽等。物理矛盾一般来说有 2 种表现：一是系统中有害性能降低的同时导致该子系统中有用性能的降低二是系统中有用性能增强的同时导致该子系统中有害性能的增强针对物理矛盾的解决阿奇舒勒提出分离原理，分离方法共有 11 种，归纳概括为四大分离原理，分别是空间分离、时间分离、居于条件的分离和系统级别分离等。技术矛盾所谓的技术矛盾就是由系统中 2 个因素导致的，这 2 个参数相互促进、相互制约。TRIZ 将导致技术矛盾的因素总结成通用参数。TRIZ 的发明者阿奇舒勒通过对大量发明专利的研究，总结出工程领域内常用的表述系统性能的 39 个通用参数，通用参数一般是物理、几何和技术性能的参数。（3）理想解首先抛开各种客观限制条件，通过理想化来定义问题的最终理想解（ideal final result，IFR），以明确理想解所在的方向和位置，保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解。四个特点：（1）保持了原系统的优点；（2）消除了原系统的不足；（3）没有使系统变得更复杂；（4）没有引入新的缺陷等。理想化主要是在大脑之中设立理想的模型，通过思想实验的方法来研究客体运动的规律。首先要对经验事实进行抽象，形成一个理想客体，然后通过想象，在观念中模拟其实验过程，把过程简化和升华为一种理想化状态。理想化方法最为关键的部分是思想实验，或称理想实验。它是从一定的原理出发，在观念中按照实验的模型展开的实验结论。思想实验还需要科学实验等实践活动来检验。因此，借助于思想实验来进行理论创新以及对新理论加以认同就成为了一种有效手段。理想化方法的另一个关键部分是如何设立理想模型。理想模型建立的根本指导思想是最优化原则，即在经验的基础上设计最优的模型结构，同时也要充分考虑到现实存在的各种变量的容忍程度，把理想化与现实性结合起来。理想中的优化模型往往具有超前性，这是创新的标志。但是，超前性只有在现实条件所容许的情况下，其模型的构造才具有可行性。理想模型的设计并不一定非要迁就现实的条件，有时候也需要改造现实，改变现实中存在的不合理之处。TRI的核心思想主要体现在 3 个方面。（1）具有客观的进化规律和模式；（2）不断解决各种技术难题和矛盾；（3）用最少的资源实现最大效益的功能。具体优势在于：对问题情境进行系统的分析，快速发现问题本质，准确定义创新性问题和矛盾；对创新性问题或者矛盾提供更合理的解决方案和更好的创意；打破思维定势，激发创新思维，从更广的视角看待问题；基于技术系统进化规律准确确定探索方向，预测未来发展趋势，开发新产品；打破知识领域界限，实现技术突破。2.创新等级TRI将所面临的不同问题根据所要创新的级别加以分类，然后从 TRI中找出适合的工具和模型来系统化地解决问题。根据创新程度的不同，将这些专利技术解决方法分为 5 个“创新等级”：第 1 级：技术系统的简单改进，所要求技术在系统相关的某行业范围内（32%） ； 第 2 级：包括技术矛盾解决方法的发明，要求系统相关的不同行业知识（45%） ； 第 3 级：包含物理矛盾解决方法的发明，要求系统相关行业以外的知识（18%） ； 第 4 级：包含突破性解决方法的新技术，要求不同科学领域知识（4 %） ； 第 5 级：新现象的发现（1%） 。 （括号中的为占总专利比重）对于第 1 级阿奇舒勒认为不算是创新，而对于第 5 级，他认为“如果一个人在旧的系统还没有完全失去发展希望时，就选择一个完全新的技术系统，则成功之路和被社会接受的道路是艰难而又漫长的。因此发明几种在原来基础上的改进是更好的策略”。他建议将这两个等级排除在外，TRIZ 工具对于其他 3 个等级创新作用更大。一般来说，等级 2，3 称为“革新（Innovative） ”，等级 4 称为“创新（Inventive） ”。三、TRIZ 的主要方法 1. 试错法 试错法是设计人员根据已有的产品或以往的设计经验提出新产品的工作原理，通过持续的修改和完善，然后做样件。如果样件不能满足要求，则返回到方案设计重新开始，直到证明样件设计满足要求,可转入小批量生产和批量生产的方法。即设计人员根据经验或已有的产品沿方向 A 寻找解，如果扑空，就调整方向，沿着方向 B 寻找，如果还找不到，再变换方向 C，如此一直调整方向，直到第 N 个方向碰到一个满意的“解”为止。由于设计人员不知道满意的“解”所在的位置，在找到该“解”或较满意的“解”之前，往往要扑空多次、试错多次。试错的次数，取决于设计者的知识水平和经验。所谓创新是少数天才的工作，正是试错法的经验之谈。试错法的成果在 19 世纪是非常卓著的：电动机、发电机、电灯、变压器、山地掘进机、离心泵、内燃机、钻井设备、转化器、炼钢平炉、钢筋混凝土、汽车、地铁、飞机、电报、电话、收音机、电影、照相等的发明都是由试错法带来的。虽然试错法效率很低，但是这种方法仍然没有失去它担当解决创造性