发明创新问题的解决理论triz

什么是什么是 TRIZTRIZTRIZTRIZ经过 50 多年的发展，TRIZ 已成为发明问题解决的强有力方法学，该方法学已在前苏联、美国、欧洲、日本等许多国家的企业应用， 解决了成千上万个新产品开发中的难题。这里介绍TRIZ 的基本内容。TRIZ 专家（TRIZ master） ，Savransky 博士给出了 TRIZ的如下定义：TRIZ 是基于知识的、 面向人的发明问题解决系统化方法学。TRIZ 是基于知识的方法：（1）TRIZ 是发明问题解决启发式方法的知识。这些知识是从全世界范围内的专利中抽象出来的，TRIZ 仅采用为数不多的基于产品进化趋势的客观启发式方法；（2）TRIZ 大量采用自然科学及工程中的效应知识；（3）TRIZ 利用出现问题领域的知识。这些知识包括技术本身、相似或相反的技术或过程、环境、发展及进化；（4）TRIZ 是面向人的方法，即 TRIZ 中的启发式方法是面向设计者的，不是面向机器的。TRI本身是基于将系统分解为子系统、区分有用及有害功能的实践， 这些分解取决于问题及环境， 本身就有随机性。计算机软件仅起支持作用，而不能完全代替设计者，需要为处理这些随机问题的设计者们提供方法与工具。TRIZ 是系统化的方法：（1）在 TRIZ 中，问题的分析采用了通用及详细的模型，该模型中问题的系统化知识是重要的；（2）解决问题的过程系统化， 以方便的应用已有的知识。TRIZ 是发明问题解决理论：（1）为了取得创新解，需要解决设计中的冲突，但解决冲突的某些步骤是不知道的；（2）未知的解往往可以被虚构的理想解代替；（3）通常理想解可通过环境或系统本身的资源获得；（4）通常理想解可通过已知的系统进化趋势推断。1.11.11.11.1 产品进化理论产品进化理论TRIZ中的产品进化理论将产品进化过程分为4个阶段：婴儿期、成长期、成熟期、退出期。处于前两个阶段的产品， 企业应加大投入，尽快使其进入成熟期，以便企业获得最大效益；处于成熟期的产品， 企业应对其替代技术进行研究， 使产品取得新的替代技术，以应对未来的市场竞争；处于退出期的产品， 企业利润急剧下降， 应尽快淘汰。 这些可以为企业产品规划提供具体的、科学的支持。产品进化理论还研究产品进化模式、进化定律与进化路线。应用模式、 定律与路线， 设计者可较快地确定创新设计的原始构思，使设计取得突破。1.21.21.21.2冲突解决原理冲突解决原理原理是获得冲突解所应遵循的一般规律。 TRIZ 主要研究技术冲突和物理冲突。技术冲突是指传统设计中所说的折衷， 即由于系统本身某一部分的影响， 所需要的状态不能达到。 物理冲突指一个物体有相反的要求。TRIZ 引导设计者挑选能解决特定冲突的原理，其前提是要按标准工程参数确定冲突。有39 条标准冲突和 40 条原理可供应用。1.31.31.31.3 物质物质场分析标准解场分析标准解Altshuller 对发明问题解决理论的贡献之一是提出了功能的物质场（Substance-field）描述方法与模型。其原理为，所有的功能都可分解为两种物质及一种场， 即一种功能由两种物质及一种场的三元件组成。产品是功能的一种实现，因此，可用物质场分析产品的功能，这种分析方法是 TRIZ 的工具之一。 S1及 S2 为物质，F 为场。物质 S1 可以是被控粒子、材料、物体或过程，物质 S2 是控制 S1 的工具或物体，场 F 是用于 S1 与 S2之间相互作用的能量，如机械能、液压能、电磁能等。 可解释为，能量 F 作用于工具 S2，使 S2 变换 S1。依据该模型， Altshuller 等提出了 76 种标准解， 并分为如下 5 类：（1）不改变或仅少量改变已有系统：13 种标准解；（2）改变已有系统：23 种标准解；（3）系统传递：6 种标准解；（4）检查与测量：17 种标准解；（5）简化与改善策略：17 种标准解。由已有系统的特定问题，将标准解变为特定解即为新概念。1.41.41.41.4 效应效应效应指应用本领域特别是其它领域的有关定律解决设计中的问题。如采用数学、化学、生物、电子等领域中的原理解决机械设计中的创新问题。1.51.51.51.5 ARIZARIZARIZARIZ ：发明问题解决算法：发明问题解决算法TRIZ 认为，一个问题解决的困难程度取决于对该问题的描述或程式化方法， 描述的越清楚， 问题的解就越容易找到。 TRIZ中， 发明问题求解的过程是对问题不断描述、 不断程式化的过程。经过这一过程， 初始问题最根本的冲突被清楚的暴露出来， 能否求解已很清楚， 如果已有的知识能用于该问题则有解， 如果已有的知识不能解决该问题则无解， 需等待自然科学或技术的进一步发展。该过程是靠 ARIZ 算法实现的。ARIZ（Algorithm for Inventive-Problem Solving ） 称为发明问题解决算法，是 TRIZ 的一种主要工具，是发明问题解决的完整算法，该算法采用一套逻辑过程逐步将初始问题程式化。 该算法特别强调冲突与理想解的程式化， 一方面技术系统向着理想解的方向进化，另一方面如果一个技术问题存在冲突需要克服，该问题就变成了一个创新问题。ARIZ 中，冲突的消除有强大的效应知识库的支持。效应知识库包含物理的、化学的、几何的等效应。作为一种规则，经过分析与效应的应用后问题仍无解， 则认为初始问题定义有误， 需对问题进行更一般化的定义。应用 ARIZ 取得成功的关键在于没有理解问题的本质前，要不断地对问题进行细化， 一直到确定了物理冲突。 该过程及物理冲突的求解已有软件支持。2. 2. 2. 2. 常规问题与发明问题常规问题与发明问题产品设计是要解决问题。 如果产品的初始状态与理想状态之间存在距离，则称之为问题，设计过程是解决问题的过程，是使产品由初始状态通过单步或多步变换实现或接近理想状态的过程。 如果实现变换的所有步骤都已知， 则称为 “常规问题” (Routineproblem)，如果至少有一步未知，则称为“发明问题”(Inventiveproblem)。解决常规问题的设计是常规设计，解决发明问题的设计是创新设计。例 1 小型混凝土搅拌机的滾筒转速较低， 如果搅拌机采用电动机驱动， 电动机转速较高， 需要将电动机的转速降低到与滾筒的转速相匹配。试解决该问题。该例中设计需要解决的问题是如何实现减速。 根据经验及已有的研究成果可知， 减速器就是该问题的解， 设计人员可以借助手册或机械设计教材完成减速器的设计， 也可向有关减速器生产企业直接定购与该设计相匹配的产品。该例所示问题求解过程的每一步都是已知的，问题本身是常规问题，设计也属于常规设计。例 2 飞行汽车: 世界各大城市，特别是亚洲某些国家的大城市， 交通拥挤是常见的问题， 需要一种能在公路上起飞的汽车，以躲过塞车带。莫勒正在开发飞行汽车 M400，该型号汽车能垂直起降，能运载 4 名乘客，时速达 500 公里，爬高 10000 米， 使用普通的汽油。该产品在世界首次开发，设计制造过程中要遇到很多世界上从未解决的问题，显然是创新设计。