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1发明问题解决理论及应用(TRIZIntroductionandApplication)河北工业大学创新设计研究所陈子顺2019-04-302主要内容一、TRIZ的起源二、TRIZ的发展现状三、TRIZ的主要工具四、TRIZ解决问题模型五、TRIZ的工具应用六、如何将TRIZ带入组织3一、TRIZ的起源1、什么是TRIZ？■TRIZ是发明问题解决理论的俄文缩写，其英文为TheoryofInventiveProblemSolving,TIPS。■TRIZ是由前苏联的Altshuller和他的同事们从1946至1985年开发出来的用于解决发明问题的理论。■目前，对TRIZ的研究和实践已遍及整个世界。GenrichAltshuller1926-20194一、TRIZ的起源2、驱使TRIZ理论研究的动因■TRIZ理论的研究是从“具有创造性的先进技术发明存在着普遍性的原理”这一假设开始的。■如果将这些“普遍性的原理”识别出来并进行归纳总结，那么将会指导人们去作更有预见性的发明和创造活动。■TRIZ理论通过研究250万件高水平专利，对其发明的水平进行分析和分类，以寻求创新的原理。5一、TRIZ的起源TRIZ：大量专利抽取=工程知识抽取关键发现•发明问题定义•发明的级别•进化模式•发明的模式高水平专利(世界范围)转化通用原理6一、TRIZ的起源3、分析大量专利的三个重要发现（1）问题和问题解决方法是重复出现的并有跨行业、跨学科的特性。（2）技术进化模式是重复出现的且有跨行业、跨学科的特性。（3）创新经常是应用了行业以外的科学成果而得到的。7二、TRIZ的发展现状1、TRIZ在国际上的发展■在上世纪80年代，随着许多前苏联的科学家移居欧、美等西方国家，TRIZ也相应地传到了世界范围内的各研究领域并引起高度重视，同时也对包括产品开发和设计等各个领域产生了重要的影响。■在前苏联和现在的俄罗斯，TRIZ理论一直作为大学里必修的专业技术课同时也广泛用于工程等领域。■在美国，许多大学也将TRIZ列入其必修课程，同时成立了许多TRIZ的研究的咨询机构以提高各领域的创新能力。8二、TRIZ的发展现状1、TRIZ在国际上的发展目前，TRIZ在许多世界级公司均有应用，如：福特、摩托罗拉、保洁、礼来、3M、西门子、飞利浦、LG、三星等。2、TRIZ在国内的发展我国于2019年开始研究TRIZ理论及其应用。目前，研究TRIZ理论仍集中在部分高校内，如河北工业大学、山东大学、南京航天航空大学、华中科技大学等。其中由河北工业大学檀润华教授领导的创新设计研究所主要致力于TRIZ理论的应用研究和以TRIZ为核心的CAI软件的开发并取得了重要的成果。9三、TRIZ的主要工具（一）TRIZ工具的特点1、许多项目常会遇到虽经分析但仍不知道下一步该如何做的关键点。这时项目组必须具有创造性以弄清该如何做。2、许多普通的工具如头脑风暴等方法它们依赖于直觉以及团队成员个人的知识，因此这种基于心理惯性的方法是有局限性的，而且由此得到的结果往往是不能预测的，也是不可重复的。3、TRIZ是一个基于逻辑和数据而不是直觉的问题解决方法。TRIZ促进了项目小组解决问题的创造性和能力。由于TRIZ的结构和算法，它能够提供再现性和可预测性。10三、TRIZ的主要工具（一）TRIZ工具的特点4、TRIZ是一门国际性的创造科学，它依赖于问题及解决方法模式的研究，而不是依靠自发的和个人或团体的直觉。在分析近300万专利的基础上总结出了具有可预测性和突破解的模式。5、TRIZ在企业中的应用可有多种层面，如开发设计、质量管理、六西格玛流程、TPM、项目管理、风险管理以及组织创新的举措等。11三、TRIZ的主要工具（二）TRIZ工具及应用1、技术系统进化理论▲是TRIZ的主要理论基础。技术进化理论深层次的哲学就是每一个人造的产品（或技术系统）都是以系统的途径根据一般的规律和进化的趋势，来提供某些功能价值。▲Altshuller在做出这一结论的基础上进行全面研究成千上万的专利，并通过书籍和文章介绍了历史上技术产品的进化。该TRIZ的进化定律和趋势是独立于任何技术领域的。12三、TRIZ的主要工具2、技术进化趋势和定律▲总体上，TRIZ提出了10个进化趋势和定律。一些趋势还包括更具体的路线和模式，显示一个系统或其组成部分如何随着时间而进化。▲该TRIZ的进化趋势和定律是非常强大的知识体系。从系统内在的进化观点上看，它提供了关于选择一个产品或技术在未来将会发生什么的预测基础。13三、TRIZ的主要工具2、技术进化趋势和定律▲TRIZ中的技术进化理论是由Altshuller等在前苏联通过多年的研究所提出的，该理论目前有几种表现形式。其中，直接进化理论（DirectedEvolution,DE）是TRIZ理论的一个分支，自上世纪80年代中期到现在一直处于发展之中，1994年正式命名为直接进化理论（DE）。▲DE的核心是技术进化过程的管理与控制。该理论认为，产品进化有10种模式，每种模式下有多条进化路线。进化模式与进化路线的应用，使设计者能产生产品创新设计的原始构思。14三、TRIZ的主要工具2、技术进化趋势和定律▲TRIZ的10种进化模式模式1：进化阶段模式2：增加理想化水平模式3：增加资源的包含量模式4：系统零部件的非均衡发展模式5：增加系统的动态性与可控性模式6：通过增加系统的复杂性使问题得到简化模式7：零件之间的匹配与不匹配模式8：向微观进化模式9：增加场的应用模式10：减少人的介入15三、TRIZ的主要工具2、技术进化趋势和定律模式1：进化阶段技术系统的生命周期为：出生、成长、成熟、退出，即满足S—曲线。根据产品已有的信息，完成下面的任务：＊确定产品核心技术在S—曲线上的位置＊确定产品目前及今后的商业目标＊确定应避免的典型错误＊形成产品或技术系统研发的战略目标性能婴儿期成长期成熟期退出期系统的S曲线时间16三、TRIZ的主要工具2、技术进化趋势和定律模式2：增加理想化水平系统的理想化水平定义为：系统的所有有用功能与有害功能之比，如下式所示：HarmCostsBenefitsIdealityTime)(理想度理想度=所有有用功能所有有害功能17三、TRIZ的主要工具2、技术进化趋势和定律模式2：增加理想化水平下面是增加理想化水平的一些方法：＊增加有用功能的个数。包括吸收其它系统或环境中的有用功能，或发明新的有用功能。＊改善有用功能的质量。＊减少有害功能的个数。包括消除或抵消有害功能；＊将有害功能移到另一系统或部件中，使有害功能不起关键作用；＊找到有害功能的合理应用。＊减少有害参数的幅值。＊将上述各种方法组合，增大理想度（Ideality）。HarmCostsBenefitsIdealityTime18三、TRIZ的主要工具2、技术进化趋势和定律模式10：减少人的介入在如下的各种条件下代替人：（1）操作层面：＊用简单的机械工具代替人的手、脚、牙等。＊用机械能量传递装置、蓄能装置与人的动力结合，如杠杆、千斤顶、弹簧、等都是能够与人的动力相结合的机械能量传递装置。＊采用非人力能源，如生畜、风、水、蒸汽、电、核能等的能量。（2）控制层面：＊采用工具控制系统，如舵、方向盘、螺旋浆、导轨等。＊采用专用装置传递控制命令，如放大器、滤波器、调制/解调器等。＊采用装置来产生控制命令：凸轮、按钮等。（3）决策层面：＊采用各种传感器代替人对信息的感知。＊采用装置采集并处理过程信息。＊采用装置进行信息分析与决策。19三、TRIZ的主要工具2、技术进化趋势和定律模式10：减少人的介入(举例)(FromCREAXInnovationSuite3.1)20三、TRIZ的主要工具2、技术进化趋势和定律▲进化路线＊进化路线指出了产品进化的状态序列，其实质是产品如何从一种旧的核心技术移动到一种新的核心技术，新旧核心技术所完成的基本功能相同，但新技术的性能极限提高，或成本降低。也就是产品沿进化路线进化的过程是新旧核心技术更替的过程。＊基于当前产品核心技术所处的状态，按照进化路线，通过设计，可使其移动到新的状态。核心技术通过产品的特定结构实现，产品进化过程的实质是产品结构进化的过程。21三、TRIZ的主要工具3、理想解（IdealFinalResult，IFR）＊在TRIZ理论中，在问题解决之初，先抛开各种约束条件并设立各种理想模型，即以最优的模型结构来分析问题，并将达到理想解作为追求的目标。这有助于制定理想解有助于正确地设立目标以及抵制心理惯性的影响。现状障碍目标(IFR)现状障碍目标(IFR)一般思考模式使用IFR思考模式22三、TRIZ的主要工具3、理想解（IdealFinalResult，IFR）＊理想化模型中包含所要解决问题的相关要素，可以是理想系统、理想过程、理想资源、理想方法、理想机器、理想物质等。◇理想系统：是没有实体，没有物质，也不消耗能源,但能实现所有要求的功能。◇理想过程：是只有过程的结果，而无过程本身，即突然就获得了结果。◇理想资源：是不用付费，任意使用且无穷无尽的资源。◇理想方法：不消耗能量及时间，但通过自身调节，能够获得所需的效应。◇理想机器：没有质量、没有体积，但能完成所需要的工作。◇理想物质：没有物质，但功能能够得以实现。23三、TRIZ的主要工具3、理想解（IdealFinalResult，IFR）理想解的确定：＊由于设计者受设计心理惯性的影响，常常使自己陷于问题当中而不能自拔，解决问题大多采用折中法其结果就是难以从根本上解决问题。＊以IFR来观察和认识问题，将会得到完全不同的从根本上解决问题的思路。＊确定IFR的步骤：第一步：设计的最终目的是什么？第二步：理想解是什么？第三步：达到理想解的障碍是什么？第四步：出现这种障碍的结果是什么？第五步：不出现这种结果的条件是什么？第六部：创造这种条件的可用资源是什么？IFR的四个特点：1、保持原系统的优点2、消除了原系统的不足3、未使系统变得复杂4、没有引入新的缺陷24三、TRIZ的主要工具4、冲突＊TRIZ中的冲突是一个用于描述发明问题的主要问题模型。Altshuller认为，一个冲突的浮现是区别普通问题与发明问题的主要特征。在同一个系统中存在互斥的要求或目标而且没有一个已知的途径来满足时即出现了冲突。＊TRIZ介绍了三种类型的矛盾：1）管理冲突2）技术冲突3）物理冲突对于TRIZ，要排除冲突就要获得一个发明(突破)解，而不是优化。25三、TRIZ的主要工具4、冲突＊技术冲突通过对250万件专利的研究，发现所有的工程问题（或冲突）均可用39个通用工程参数来描述。力No.10速度No.9静止物体的体积No.8运动物体的体积No.7静止物体的面积No.6运动物体的面积No.5静止物体的长度No.4运动物体的长度No.3静止物体的重量No.2运动物体的重量No.1静止物体的能量No.20运动物体的能量No.19光照强度No.18温度No.17静止物体作用时间No.16运动物体作用时间No.15强度No.14名称序号生产率No.39自动化程度No.38……名称序号在重力场中运动物体所受的重力物体的运动位置变化的快慢26三、TRIZ的主要工具5、解决技术冲突的40个发明原理＊TRIZ的发明原理专用于消除冲突。＊发明原理描述了一个能用于解决这一冲突的解决方案。＊在TRIZ理论中，对于解决技术冲突共有40个发明的原理。27三、TRIZ的主要工具5、解决技术冲突的40个发明原理序号名称序号名称序号名称序号名称1分割11预补偿21紧急行动31多孔材料2分离12等势性22变有害为有益32改变颜色3局部质量13反向23反馈33同质性4不对称14曲面化24中介物34抛弃与修复5合并15动态化25自服务35参数变化6多用性16未达到或超过作用26复制36状态变化7套装17维数变化27低成本、不耐用的物体替代昂贵、耐用的物体37热膨胀8质量补偿18振动28机械系统的替代38加速强氧化9预加反作用19周期性作用29气压与液压结构39惰性环境10预操作20有效作用的