第一章-TRIZ发明问题解决理论概述

第一章TRIZ发明问题解决理论概述124335第一节TRIZ理论的起源与发展第二节TRIZ理论的主要内容第三节TRIZ解决发明创造问题的一般方法第四节发明创造的等级划分第五节TRIZ理论的应用与进展下一页返回第一章TRIZ发明问题解决理论概述6第六节TRIZ理论的发展趋势上一页返回第一章TRIZ发明问题解决理论概述TRIZ(系俄文字母对应的拉丁字母缩写)意为解决发明创造问题的理论，起源于苏联，英译为TheoryofInventiveProblemSolving，英文缩写为TIPS。1946年，以苏联海军专利部阿奇舒勒(G.S.Altshuller)为首的专家开始对数以百万计的专利文献加以研究，经过50多年的收集整理、归纳提炼，发现技术系统的开发创新是有规律可循的，并在此基础上建立了一整套系统化的、实用的解决创造发明问题的方法。TRIZ理论认为发明问题的核心是解决冲突，在设计过程中不断地发现冲突，利用发明原理解决冲突，才能获得理想的产品。TRIZ是基于知识的、面向人的解决发明问题的系统化方法学，其核心是技术系统进化原理，该理论的主要来源及构成如图1-1所示。上一页下一页返回第一章TRIZ发明问题解决理论概述利用TRIZ理论，设计者能够系统地分析问题，快速找到问题的本质或者冲突，打破思维定势，拓宽思路，准确地发现产品设计中需要解决的问题，以新的视角分析问题。根据技术进化规律预测未来发展趋势，找到具有创新性的解决方案，从而缩短发明的周期，提高发明的成功率，也使发明问题具有可预见性。因此TRIZ理论可以加快人们发明创造的进程，而且能得到高质量的创新产品，是实现创新设计和概念设计的最有效方法。由于TRIZ将产品创新的核心—产生新的工作原理的过程具体化了，并提出了一系列规则、算法与发明创造原理供研究人员使用，因而使它成为一种较为完善的创新设计理论和方法体系。上一页下一页返回第一章TRIZ发明问题解决理论概述目前TRIZ被认为是可以帮助人们挖掘和开发自己的创造潜能、最全面系统地论述发明创造和实现技术创新的新理论，被欧美等国的专家认为是“超级发明术”。一些创造学专家甚至认为阿奇舒勒所创建的TRIZ理论，是发明了发明与创新的方法，是20世纪最伟大的发明。上一页返回第一节TRIZ理论的起源与发展一、TRIZ理论的起源TRIZ之父根里奇·阿奇舒勒，1926年10月15日生于苏联的塔什干，他在14岁时就获得了首个专利证书，专利作品是水下呼吸器，即用过氧化氢分解氧气的水下呼吸装置成功解决了水下呼吸的难题。在巧岁时他制造了一条船，船上装有使用碳化物作燃料的喷气发动机。1946年，阿奇舒勒开始了发明问题解决理论的研究工作，通过研究成千上万的专利，他发现了发明背后存在的模式并形成了TRIZ理论的原始基础。为了验证这些理论，他相继做了许多发明，例如获得苏联发明竞赛一等奖的排雷装置、船上的火箭引擎、无法移动潜水艇的逃生方法等，其中多项发明被列为军事机密，阿奇舒勒也因此被安排到海军专利局工作。下一页返回第一节TRIZ理论的起源与发展在海军专利局处理世界各国著名发明专利的过程中，阿奇舒勒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，是否有可以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。他发现任何领域的产品改进、技术创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老和灭亡的过程，是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律，就能主动地进行产品设计并能预测产品未来的发展趋势。1948年12月，阿奇舒勒给斯大林写了一封信，批评当时的苏联缺乏创新精神，发明创造处于无知和混乱的状态。结果这封信给他带来了灾难，使其银挡入狱，并被押解到西伯利亚投入集中营里。而集中营却成为TRIZ的第一所研究机构，在那里他整理了TRIZ基础理论。斯大林去世一年半后，阿奇舒勒获释。上一页下一页返回第一节TRIZ理论的起源与发展随后他根据自己的研究成果，于1961年出版了有关TRIZ理论的著作《怎样学会发明创造》。在以后的时间里，阿奇舒勒将其毕生精力致力于TRIZ理论的研究和完善，他于1970年亲手创办的一所TRIZ理论研究和推广学校，后来培养了很多TRIZ应用方面的专家。在阿奇舒勒的领导下，由苏联的研究机构、大学和企业组成的TRIZ研究团体，分析了世界上近250万份高水平的发明专利，总结出各种技术进化所遵循的规律和模式，以及解决各种技术冲突和物理冲突的创新原理和法则，建立了一个由解决技术难题，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，形成了TRIZ理论体系。二、TRIZ理论的发展上一页下一页返回第一节TRIZ理论的起源与发展从20世纪70年代开始，苏联建立了各种形式的发明创造学校，成立了全国性和地方性的发明家组织，在这些组织和学校里，可以试验解决发明课题的新技巧，并使它们更加有效。现在，在80座城市里，大约有100所这样的学校在工作着，每年都有几千名科技工作者、工程师和大学生在学习TRIZ理论。其中，最著名的就是1971年在阿塞拜疆创办的世界上第一所发明创造大学。事实上，苏联及东欧的科学家大都采用TRIZ做发明创造的工作，不仅在大学理工科开设了TRIZ课程，甚至在中、小学阶段也采用TRIZ理论对学生进行创新教育。在创新实践方面，苏联大力推广TRIZ理论，从而使苏联在20世纪70年代中期专利申请量跃居世界第二，在冷战时期保持了对美国的军事力量平衡。上一页下一页返回第一节TRIZ理论的起源与发展苏联解体后，大批TRIZ专家移居欧美等发达地区，将TRIZ理论系统传入西方，在美、欧、日、韩等世界各地得到了广泛的研究与应用。目前，TRIZ已经成为最有效的创新问题求解方法和计算机辅助创新技术的核心理论。在俄罗斯，TRIZ理论已广泛应用于众多高科技工程领域中;欧洲以瑞典皇家工科大学(KTH)为中心，集中十几家企业开始了利用TRIZ进行创造性设计的研究计划;日本从1996年开始不断有杂志介绍TRIZ的理论、方法及应用实例;在以色列也成立了相应的研发机构;在美国也有诸多大学相继进行了TRIZ的技术研究……世界各地有关TRIZ的研究咨询机构相继成立，TRIZ理论和方法在众多跨国公司中迅速得以推广。如今TRIZ已在全世界被广泛应用，创造出成千上万项重大发明。上一页下一页返回第一节TRIZ理论的起源与发展经过半个多世纪的发展，TRIZ理论和方法加上计算机辅助创新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，并经过实践的检验，为众多知名企业和研发机构创造了巨大的经济效益和社会效益。目前，TRIZ正在成为许多现代企业的独门暗器，可以帮助企业从技术“跟随者”成为行业的“领跑者”，从而为企业赢得核心竞争力。上一页返回第二节TRIZ理论的主要内容一、TRIZ理论的基本观点1.理想技术系统TRIZ认为，对技术系统本身而言，重要的不在于系统本身，而在于如何更科学地实现功能，较好的技术系统应是在构造和使用维护中都消耗资源较少，却能完成同样功能的系统;理想系统则是不需要建造材料，不耗费能量和空间，不需要维护，也不会损坏的系统，即在物理上不存在，却能完成所需要的功能。这一思想充分体现了简化的原则，是TRIZ所追求的理想目标。2.缩小的间题与扩大的间题在解决问题的初期，面对需要克服的缺陷可以有很多不同的思路。下一页返回第二节TRIZ理论的主要内容例如:改变系统，改变子系统和其中的某一部件，改变高一层次的系统，都可能使问题得到解决。思路不同，所思考的问题及对应的解决方案也会有所不同。TRIZ将所有的问题分为两类:缩小的问题和扩大的问题。缩小的问题致力于使系统不变甚至简化，而消除系统的缺点，完成改进;扩大的问题则不对可选择的改变加以约束，因而可能为实现所需功能而开发一个新的系统，使解决方案复杂化，甚至使解决问题所需的耗费与解决的效果相比得不偿失。TRIZ建议采用缩小的问题，这一思想也符合理想技术系统的要求。3.系统冲突系统冲突是TRIZ的一个核心概念，表示隐藏在问题后面的固有矛盾。上一页下一页返回第二节TRIZ理论的主要内容如果要改进系统的某一部分属性，其他的某些属性就会恶化，就像天平一样，一端翘起，另一端必然下降，这种问题就称为系统冲突。典型的系统冲突有重量一强度，形状一速度，可靠性一复杂性冲突等。TRIZ认为，发明可以认为是系统冲突的解决过程。4.物理冲突物理冲突又称为内部系统冲突。如果互相独立的属性集中于系统的同一元素上，就称为存在物理冲突。物理冲突的定义是:同一物体必须处于互相排斥的物理状态，也可以表述为为了实现功能F1，元素应具有属性P或者为了实现功能F2，元素应有对立的属性P‘。根据TRIZ理论，物理冲突可以用四种方法解决:上一页下一页返回第二节TRIZ理论的主要内容把对立属性在时间上加以分割，把对立属性在空间上加以分割，把对立属性在条件上加以分割和把对立属性所在的系统与部件分割。二、TRIZ理论的主要内容TRIZ理论的体系庞大，主要包括以下内容。1.产品进化理论发明问题解决理论的核心是技术系统进化理论，该理论指出技术系统一直处于进化之中，解决冲突是进化的推动力。进化速度随着技术系统一般冲突的解决而降低，使其产生突变的唯一方法是解决阻碍其进化的深层次冲突。TRIZ中的产品进化过程分为4个阶段:婴儿期、成长期、成熟期和退出期。上一页下一页返回第二节TRIZ理论的主要内容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，以使企业获得最大的效益;处于成熟期的产品，企业应对其替代技术进行研究，使产品获得新的替代技术，以应对未来的市场竞争;处于退出期的产品使企业利润急剧下降，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定律、进化模式与进化路线。沿着这些路线设计者可以较快地取得设计中的突破。2.分析分析是TRIZ的工具之一，是解决问题的一个重要阶段。包括产品的功能分析、理想解的确定、可用资源分析和冲突区域的确定。功能分析的目的是从完成功能的角度分析系统、子系统和部件。上一页下一页返回第二节TRIZ理论的主要内容设计中的重要突破、成本或复杂程度的显著降低往往是功能分析及裁减的结果。假如在分析阶段问题的解已经找到，可以转到实现阶段;假如问题的解没有找到，而该问题的解需要最大限度地创新，则基于知识的三种工具——原理、预测和效应等来解决问题。在很多的TRIZ应用实例中，三种工具需要同时采用。3.冲突解决原理原理是获得冲突解所应遵循的一般规律，TRIZ主要研究技术与物理两种冲突。技术冲突是指传统设计中所说的拆中，即由于系统本身某一部分的影响，所需要的状态不能达到;物理冲突是指一个物体有相反的需求。TRIZ引导设计者挑选能解决特定冲突的原理，其前提是要按标准参数确定冲突，然后利用39x39条标准冲突和40条发明创造原理解决冲突。上一页下一页返回第二节TRIZ理论的主要内容4.物质——场分析阿奇舒勒对发明问题解决理论的贡献之一是提出了功能的物质一场的描述方法与模型。其原理为:所有的功能可分解为两种物质和一种场，即一种功能是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，因此可用物质一场分析产品的功能，这种分析方法是TRIZ的工具之一。5.效应效应是指应用本领域特别是其他领域的有关定律解决设计中的问题，如采用数学、化学、生物和电子等领域中的原理解决机械设计中的创新问题。6.发明间题解决算法ARIZ上一页下一页返回第二节TRIZ理论的主要内容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，描述得越清楚，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地描述、不断地程式化的过程。经过这一过程，初始问题最根本的冲突被清楚地暴露出来，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(A