发明与创新的流程与方法(TRIZ)

发明与创新的流程与方法(TRIZ)宋华明教授、博士生导师Email:[e-mail]:13512500816QQ:392413018南京理工大学经济管理学院课程材料[e-mail]Freshman1234561引言2TRIZ概述3技术系统进化理论4创新思维5技术矛盾、40条发明原理、矛盾矩阵6物理矛盾与分离原理主要内容查尔斯.固特异和他的橡胶硫化技术试错法的典型代表，一生仅做成了这一件事。1引言爱迪生托马斯.爱迪生和他的白炽灯爱迪生实验发明灯泡,用了1600多种金属材料和6000多种非金属材料，经历了6000多次失败。这一方面反映了爱迪生的勤奋和努力、另一方面也说明传统创造思维方式试错法的效率低下。1引言托马斯.爱迪生和他的白炽灯爱迪生的助手尼古拉.特勒撒说：“我非常同情他的工作状况，如果有一点点理论和计算能帮助他的话，就将节省他90%的精力。”爱迪生是靠苦干拼出来的，他是在边试验边分析后确定下次试验该怎幺做的。这种方法速度太慢，已经无法适应快速发展的需求了。天才靠的是1%的灵感和99%的汗！--ThomasEdison1引言胂凡钠明,六零六(抗梅毒药),由1908年保罗.艾立希实验室发现，当时对几百个新合成的有机砷化合物进行了筛选，最后确定第606个化合物具有抗梅毒活性，这是第一个通过对先导化合物进行化学修饰，已达到最优化的生物活性的有组织有目的的尝试，保罗.艾立希更是开创了化学治疗的先河。1910年606上市，商品名Salvarsan，这是第一个治疗梅毒的有机物，相对于当时应用的无机汞化合物是一大进步。1912年，溶解性更好，更易操作，但疗效稍差的新胂凡钠明（同为砷化合物，914）上市。保罗.艾立希和六零六(抗梅毒药),1引言传统试错法传统试错法发明创新付出的巨大代价如：电灯(6000次失败)蓄电池(50000次失败)硫化橡胶(一生的心血)搪瓷(一生的心血)海飞丝(加拿大，约1500次失败)……1引言传统试错法的缺点过分依赖个体的心智水平和主观经验，随意性大，缺乏客观性，可复制性差。混乱、无序，效率低。1引言传统试错法问题1引言科学发现和技术发明是少数天才的专利吗？是他们天才大脑的“直觉”、“顿悟”和“灵感”的产物吗？NO!•创造能力是可以学来的.•发明是有运算法则的（Algorithm）人类历史上最有价值的知识是方法的知识。——笛卡尔科学发明需要创造方法——庞加来方法是重要的1引言方法是重要的1引言方法是重要的方法是重要的掌握TRIZ与不掌握TRIZ的科技人员，他们的创新能力相差几十倍至几百倍。分析专利2TIRZ概述发明专利库迄今为止，TRIZ已分析了9,000,000专利有代表性的实用专利20%30条物理效应和现象应用表40条技术创新原理表48个创新问题解决引导表48*48矛盾矩阵表物场分析与76个标准解创新工具专利背后的规律1926.10.15~1998.09.24阿奇舒勒（Altshuller）2TIRZ概述通过对大量专利的分析，阿奇舒勒得出了以下三条发现：1.类似的问题与解在不同的工业及科学领域交替出现。—创新的规律性2.技术系统进化的模式在不同的工程及科学领域交替出现。—他山之石，可以攻玉3.创新所依据的科学原理往往属于其他领域。—拓宽思路、打破思维定势相同的问题和解决方案被反复使用2TIRZ概述专利背后的规律科学效应在其所属领域之外被用来进行创新2TIRZ概述专利背后的规律应用瞬间压力差原理产生的典型发明1945迅速去除青椒的籽和蒂1950迅速剥除松子、葵花籽和花生的壳1972使人造宝石沿内部原有的微裂纹分割1979船用发动机冷却水过滤器的快速清洁.........应用该原理产生的发明多达200多种！！科学效应科学效应库2TIRZ概述专利背后的规律什么是TRIZ俄文ТеорияРешенияИзобретательскихзадачTeoriyaResheniyaIzobretatelskikhZadatch英文TheoryofInventiveProblemSolving中文发明问题解决理论萃思（台湾）萃智（大陆）2TIRZ概述TRIZ理论的核心思想包括:（1）人们在解决发明问题的实践中，遇到的各种矛盾以及相应的解决方案总是重复出现。无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。（2）技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。（3）各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。（4）用来彻底而不是折中解决技术矛盾的创新原理与方法，数量并不算多，一般科技人员和有关方面人员都可以学习和掌握。（5）解决本领域技术问题的最有效的原理与方法，往往来自其他科学领域。TRIZ理论的核心思想和内容2TIRZ概述TRIZ的体系结构TRIZ的体系结构自然科学专利分析发明问题解决算法（ARIZ)科学效应知识库矛盾问题创新原则发明问题标准解法矛盾分析资源分析物场分析创新思维培养技术系统进化法则系统科学思维科学系统物质-场理想化矛盾资源辩证法+系统论+认识论基本概念预测工具分析工具求解工具解题流程理论来源理论基础功能分析2TIRZ概述发明的级别Level1:显而易见的解(32%)•常规的解决方法•没有解决矛盾•专业范围内已经熟知的方法•试错次数:1~20为提高防寒效果：双层玻璃Level2:小的改进（45%）•对现有系统进行小的改进•部分解决矛盾，通常有妥协•行业范围内已经熟知的方法•试错次数:20~100为减轻重量，将斧头柄做成空心的Level5:科学发现(1%)•科学发现•新系统开拓性创新•试错次数:10,000~100,000飞机、计算机Level4全新的概念(4%)•使用新的原理实现系统主要功能•不是在技术方面，而是在科学方面找到更多的解决方案•试错次数:1,000~10,000内燃机替代蒸汽机Level3:根本性的改进（18%）•对现有系统进行根本性改进•解决矛盾•行业范围外已知的方法•试错次数:100~1,000电动控制系统代替机械控制系统什么是TRIZ2TIRZ概述发明级别与TRIZ的适用范围•阿奇舒勒认为，一级发明过于简单，不具有参考价值；五级发明对于一般科研人员来说又过于困难，可遇不可求，也不具有参考价值。他从专利中把属于二级、三级和四级的专利挑出来，进行分析研究，并最终发现、总结了蕴藏在这些专利背后的规律。•TRIZ通常不解决技术领域以外的问题；•TRIZ不解决技术领域中的五级发明问题；•TRIZ不同于专业科技书籍，不讲与创新思维问题无关的技术规律；•TRIZ不同于头脑风暴，不讲与技术规律无关的思维问题；什么是TRIZ2TIRZ概述实际问题问题模式概念解决方案实际解决方案TRIZ解决问题的模式2TIRZ概述TRIZ的解题模式鸡兔同笼问题•一只笼子里有若干只鸡和若干只兔，数头有54只，数脚有152只，请问有几只鸡和几只兔？x=32y=22问题模型：x+y=54x+2y=762TIRZ概述从”技术跟随者”到”行业领跑者”2006年,市值突破1000亿美元(索尼,410亿美元)2005年,品牌价值超过索尼(达149亿美元)2004年,全球市场份额第一2003年,全球品牌价值增幅全球之首(31%)1997年三星负债170亿美元，濒临倒闭应用TRIZ最成功的企业：三星2TIRZ概述Samsung从模仿跟踪到技术领先2TIRZ概述引入TRIZ的公司2TIRZ概述国内知名企业研究所的典型应用船舶系统工程部等70，201等研究所702,710，712，713，715等研究所中航601等研究所203等研究所692等单位2TIRZ概述出口一台DVD一美元利润出口售价32美元交专利费18美元成本13美元企业利润1美元什么是TRIZ2TIRZ概述TRIZ的地位与本质门捷列夫——元素周期表达尔文——自然进化论斯宾塞——社会进化论阿齐舒勒——技术系统进化法则本质上都在描述复杂系统的演化规律！3技术系统进化论•技术系统的进化不是随机的，而是遵循一定的客观规律。•同生物系统的进化类似，技术系统也面临着自然选择，优胜劣汰。3技术系统进化论实例：汽车•分析汽车的性能参数之一——能耗时间能耗婴儿期成长期成熟期衰退期当前技术系统所处的阶段发明级别发明专利数量参数性能利润t2t3t2t3t3t2t1TimeTimeTimeTimeIIIIVIII21t1t1t1t1t2t3•技术系统的进化是指实现系统功能的技术从低级向高级变化的过程。•TRIZ技术系统进化理论指出：技术系统一直处于进化之中，解决技术系统矛盾是进化的推动力。所有技术系统的进化都遵循一定的客观规律。基于技术进化法则，可以使我们的产品开发具有可预见性，对于提高产品创新的成功率,缩短发明周期，都具有重要意义和价值。技术系统进化法则1.完备性法则2.能量传递法则3.动态性进化法则4.提高理想度法则5.子系统不均衡进化法则6.向微观级进化法则7.向超系统进化法则8.协调性进化法则问题如何用4根火柴组成一个“田”字？如何一笔画出一个圆，圆心4创新思维方法功能的定义功能是物体作用于其他物体、并改变其参数的行为功能描述了组件改变其它对象的能力功能是一个抽象概念，功能在物理上并不存在，也没有物理属性（温度、重量…）。功能助听器声音扩大手术刀的功能所有技术系统进化的终极目标：IFR理想度COST有害作用有用功能理想度＝0有用功能有害功能和成本∞最理想的技术系统：作为物理实体它并不存在，但却能够实现所有必要的功能IFR:系统在保持有用功能正常运作的同时，能够自行消除有害的，不足的、过度的作用理想最终结果IFR给鸡蛋标注生产日期和保质期，消费者就能够判断鸡蛋是否坏损，因此有“身份证”的鸡蛋受到消费者的青睐，价格也比没有标识的高。分析资源：物质、能量、动作方案：利用已有的动作案例资源就是一切可被人类开发和利用的物质、能量和信息的总称资源的类型有：物质资源能量资源信息资源时间资源空间资源功能资源资源什么是思维惯性思维惯性是双刃剑问题1河边停着一只小船，只能容纳一个人，有两个人同时来到岸边，并且这两个人都坐着这条船过了河。请问：他们是怎样过河的？问题2如何改进登月舱外部的灯泡？问题3火箭喷嘴改进™TRIZ中的创新思维方法1.™九屏幕法2.™IFR法3.™小人法4.™金鱼法5.™STC算子技术系统：由物质组件组成，为满足人们（社会）的需求而实现某种功能的系统。子系统：技术系统的组成部分。超系统：包含技术系统和与它有关的其它系统的系统。创新思维方法—九屏幕法™Step1：画出三横三纵的表格，将要研究的技术系统填入格1™Step2：考虑技术系统的子系统和超系统，分别填入格2和3™Step3：考虑技术系统的过去和未来，分别填入格4和5™Step4：考虑超系统和子系统的过去和未来，填入剩下的格中™Step5：针对每个格子，考虑可用的各种类型资源™Step6：利用资源规律，选择解决技术问题九屏幕法的步骤超系统当前系统子系统系统的过去子系统的过去超系统的过去系统的未来超系统的未来子系统的未来创新思维方法—九屏幕法创新思维方法—九屏幕法交通系统汽车无内胎低压轮胎早期内燃机四轮车内、外胎轮胎柏油路混合动力汽车智能化交通系统无充气轮轴型轮胎创新思维方法—九屏幕法帮助我们多角度的看待问题，突破原有思维局限多个方面和层次寻找可利用的资源，更好的解决问题九屏幕法的作用太空钢笔九屏幕法的实例美国国家科学院的科学家们想研制一种在太空失重情况下使用的太空笔。可是研究了好长时间都没有奏效。最后科学家们向全国发出了征集启事，一周后收到了一位小学生寄来的包裹，上面歪歪扭扭地写着一行字“能否试试这个”。打开包裹一看，令一群科学家拍案叫绝——原来是一捆铅笔。似乎许多人都觉得太空笔真是毫无意义的发明。但实际上并不是这样的。确实，在早期的宇航员都使用铅笔，但这并不是