第十章解决发明问题的多种创新方法

第十章解决发明问题的多种创新方法124335第一节常用的几种传统创新设计方法第二节TRIZ中常用的创新思维方法第三节TRIZ理论解决问题的方法第四节传统创新方法与TRIZ方法的比较第五节TRIZ理论的推广与扩展返回第十章解决发明问题的多种创新方法过去人们习惯使用的解决发明问题的方法多是一些传统的创新方法，如试错法、头脑风暴法和形态分析法等。这些方法的数量大约有几百种之多，常用的也有几十种。在某一时期，使用这些传统的创新方法，曾经收到了较好的效果。但是，由于传统的创新方法要求使用者的技巧比较高超，心智经验比较丰富，知识积累比较多，具有很大的随机性和偶然性，因此使用这些方法进行创新的效率普遍不高。特别是遇到一些较难的、发明级别较高的问题时，就更不容易依赖心智经验和“灵机一动”而得到解决方案了。尤其是在人们对某些问题经历了长期的思考后，仍未找到理想的解决方案时，要想通过自身的经验找到解决方案就更加困难了。上一页下一页返回第十章解决发明问题的多种创新方法TRIZ理论是在前人发明成果与创新方法基础上的提升和集成，它成功地揭示了发明创造的内在规律和原理。相对于传统的创新方法，TRIZ着力于澄清和强调系统中的矛盾，而不是采用拆中或妥协的方法逃避矛盾，其目标是完全解决矛盾，并获得最终的理想解。而且它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程，而不再是一种随机的行为。因而TRIZ理论以其良好的系统性、实用性和可操作性，在发明创造的研究和应用领域占据着独特的地位。阿奇舒勒曾经说过:TRIZ理论扩充了创造方法资源，包括几十个方法，共同构成解决问题的合理系统……”因此，在学习以TRIZ理论为核心的创新方法时，不能忽视对传统创新方法的了解和掌握。上一页下一页返回第十章解决发明问题的多种创新方法尽管传统的创新方法存在对使用者要求较高的问题，但是当这些方法与TRIZ方法结合在一起的时候，常常能收到更好的效果。因此有必要了解传统创新方法的有关知识，并把这些方法与TRIZ方法做一些分析与比较，以便了解各自的特点与适用场合，为各种创新方法的综合运用打下良好的基础。上一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法一、试错法试错法是指人们通过反复尝试运用各种各样的理论或方法，直到错误被充分地减少，达到能够正确解决问题的一种创新方法，它是人们潜意识中解决问题的最好方法。最早的发明课题是靠试错的方法，当人们发现了问题以后，通过反复尝试各种各样的方案，直到问题能够合理解决，通常大部分尝试都处于问题解决者所熟悉的同一方向。对于用户新的需求或潜在的市场，设计人员往往根据已有的产品及以往的设计经验提出新产品的初步工作原理，通过不断的改进、完善、再改进、再完善，然后做出样件。如果样件不能满足要求，则返回到方案设计重新开始;如果样件已经满足了设计要求，就可转入批量生产。这一过程有明显试错的特点，因而称为试错法。下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法如图10-1所示为试错法的模型，按照该模型，概念设计过程就是设计人员从问题出发，寻找解的过程。设计人员首先根据经验或已有的产品，沿方向A寻找解;如果扑空，设计人员就返回到起始点并调整方向，沿着方向B寻找;如果还找不到，设计人员再返回到起始点并转变到方向C寻找……如此一直不断地调整方向，直到在第N个方向找到一个满意的解为止。由于设计人员不知道满意解所在的位置，在找到该解或较满意的解之前，一般要试错多次。试错的次数，既取决于设计者的知识水平和经验，又取决于设计者的机遇与个性品质，因此试错法是一种不能快速收敛到发明结果的方法。由此可见，试错法的效率较低。对于简单的发明问题(第1,2级)，若可能的解决方案数目如不超过10个或20个，试错法是有效的。上一页下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法但是对于比较复杂的发明问题(第3级)，由于存在成百上千个可能的解决方案，试错法的效率就很低了。爱迪生曾经改进了试错法，进行了批量试错。他把一个技术问题分为几项具体课题，即子课题，员工也分组对各项具体课题同时进行尝试，寻找各种可能的解决方案。这种批量试错的方法大大地缩减了尝试的时间，增加了尝试的有效性与成功的可能性。但是，由于用试错法在解决问题时具有一定的盲目性，资源浪费大，工作效率低，因此当具有新的创新方法后，应该尽量少用传统的试错法。二、头脑风暴法头脑风暴法是目前在解决问题的过程中被广泛用到的一种方法，它旨在产生大量的想法以实现问题的解决。上一页下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法1953年，美国心理学家奥斯本提出了基于小组参与的头脑风暴法，它是一种通过召开小型会议的形式，让所有参加者在自由、愉快、畅所欲言的气氛中，自由交流思想，并以此激发参会者的创意与灵感，使各种设想在相互碰撞中激发起脑海中的创造性风暴。奥斯本认为一些人适合于提出新想法，而另一些人适合于分析新想法的可行性。因此，头脑风暴法分为两步:首先是通过头脑风暴产生新想法，然后对新想法进行分析过滤。一般小组成员由6~9人参加，该方法的规则为:(1)小组成员必须由不同领域的人员组成，并且最好具有不同的学科背景。(2)为了产生尽可能多的想法，小组中的任何人可发表任何意见，包括错误的、可笑的、稀奇古怪的、甚至是荒谬的。所有的想法都要记录下来，旨在通过最大化的“量中生质”来保讲问题的解决。上一页下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法(3)在产生一系列想法的过程中要保持和谐、平等与友好的气氛，不允许批评、讽刺、嘲笑别人。一个人提出的想法，其他成员可以进行丰富和拓展。(4)在分析不同想法的过程中，看上去错误的、荒谬的想法也要加以分析。以便提出新的、切实可行的产品概念或工作原理，充分实现集体智慧的结晶。如图10-2所示为头脑风暴法的模型。为了讨论问题方便，图中所示的小组有甲、乙、丙3人参加。第1步:由于每个人的知识结构不同，对同一个问题求解的出发点也不同，每个人先是在自己熟悉的领域(图中虚线圆所示的区域)及附近发表意见。上一页下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法丙沿方向A提出设想，乙在此基础上向方向B延伸，甲又沿方向C延伸，方向A-B-C形成了设想链，方向D-E-F形成了另一条设想链。小组讨论的结果可形成多条设想链。第2步:对大量的设想进行筛选分析，确定可能的解，该解作为后续设计的出发点。本步骤将耗费大量的时间和精力，而且存在取舍选择的难度，所以效率低下。许多问题的解决都因为该步骤而延误时间。总体上讲，头脑风暴法适合于解决那些相对比较简单、严格确定的问题，比如研究产品名称、广告口号、销售方法、产品的多样化研究等。因此，头脑风暴法对于解决第1,2级发明问题是有效的。但在更加复杂的发明问题中，采用这种方法不可能立即猜想出解决方案，因此它不是一种能快速收敛到发明结果的方法。上一页下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法三、形态分析法形态分析法是由美国加州理工学院教授兹维基与矿物学家里哥尼合作创建的一种方法，这是一种系统搜索和程式化求解的创新技法。这种方法是以建立形态学矩阵为基础，通过对创造对象进行因素分解，找出因素可能的全部形态(技术手段)，再通过形态学矩阵进行方案综合，得到方案的多种可行解，从中筛选出最佳方案。所谓因素，是指构成某种事物各种功能的特性因子;所谓形态是指实现事物各种功能的技术手段。以某种工业品为例，反映该产品特定用途或特定功能的性能指标可作为其基本因素，而实现该产品特定用途或特定功能的技术手段可作为其基本形态。若某产品以“时间控制”功能作为其基本因素，那么“手动控制”“机械定时器控制”“电脑控制”则为该因素的基本形态。上一页下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法形态分析法的基本步骤是:(1)确定创造对象的主要设计因素。所选设计因素(特征或功能)的属性应为同级，且相互之间具有合理的独立性。设计因素的组合应满足产品的性能要求，但因素的数目不宜过多，一般以4~7个为宜。(2)列出每一因素的可能形态。这些形态既应包括特定设计的已有子解，也应包括或许可行的新解。将每一个设计因素的形态组合起来，可以得到问题的全解。(3)构建形态学矩阵。以设计因素为纵轴，可能形态为横轴，构建形态学矩阵。(4)找出可行解。从矩阵的每行中一次选择一个可能形态，即可得到一种可能答案，理论上由此可得到所有的可能解答。上一页下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法若可能解答的数目不是很多，则可全部考虑作为潜在的解答。(5)找出最佳可行解。对所有的可行解进行分析、比较和评估，从中选出一个最佳的可行解。形态分析法的最大优点是对每一个解答都要进行可行性分析，有利于找出最佳可行解，其主要缺点是使用不便、工作量大。当可能解答的数量很多时，由于分析和寻找最佳可行解的工作量很大，常常容易模糊发明的目标。如果采用选择性形态分析，就可忽略不适当的组合。图10-3所示为一个典型的形态表，其中组合A3B2C4D2或许是一个可行解，或许被证明为不可实现。四、系统设问法上一页下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法系统设问法是针对事物系统罗列出问题，然后逐一加以研究和讨论，多方面扩展思路，就像原子的链式反应那样，从单一物品中萌生出许多新的设想。系统设问法可以从下列方面入手。1.有无其他用途现有物品还有没有其他用途?将其稍微改变一下，是否还有别的用途?2.能否借用或引申能否借用别的经验?有无与过去相似的东西?能否模仿点什么?是否可以从这件物品引申设想出其他东西?3.能否改变改变原来的形状、颜色、气味、式样等，会产生什么结果?4.能否扩大上一页下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法在这件物品上能否增加什么?时间、频度、强度、高度、长度、厚度、附加价值、材料能否增加?能否扩张?5.能否缩小从这件物品上能否减少什么?再小点?浓缩?微型化?再低些?再短些?再轻些?再薄点?省略?能否分割化小?能否采取内装?6.能否代替有没有其他物品可以代替这件物品?是否有其他材料、成分、工艺、动力或方法可以代替?7.能否重新调整可否更换条件?用其他的型号?用其他设计方案?用其他顺序?能否调整速度?能否调整程序?上一页下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法8.能否颠倒过来正反互换会怎样?颠倒方位又会怎样?能否反转?9.能否组合这件物品与什么东西组合起来效果会更好?混成品、成套东西是否统一协调?单位、部分能否组合?目的、主张能否综合?创造设想能否综合?运用系统设问法可将已有的物品对照上面的各个方面分别提问，找到的答案一般都可以作为发明的选题。现以自行车为创新设计对象，运用系统设问法提出有关自行车的新产品概念，其结果见表10-1。五、可拓学理论上一页下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法可拓学理论是研究事物拓展的可能性和开拓创新的规律与方法，用以解决矛盾问题。它以基元理论、可拓集合理论和可拓逻辑为三大支柱，以客观世界中的矛盾问题为研究对象，将人们解决矛盾问题的过程形式化并建立起相应的物元模型，通过各种变换去寻找矛盾问题的解决方法。可拓学理论是以中国学者蔡文为首创立的，其发展大致经历了3个阶段:第一阶段是概念和思想的孕育阶段(1976-1983)。在这一阶段中，提出了研究事物可拓性和处理矛盾问题这一研究方向，并于1983年发表了第一篇论文《可拓集合和不相容问题》。第二阶段是理论与方法的研究阶段(1983年至今)。在这一阶段中，初步确立了可拓学理论的研究范围、解决问题的技术手段和研究途径，初步形成了解决问题的基本方法，并于1987年出版了第一本专著《物元分析》。上一页下一页返回第一节常用的几种传统创新设计方法第三个阶段是应用研究与普及推广阶段(现在)。在这一阶段中，出版了大量有关可拓学理论的丛书，可拓学理论开始了在计算机、人工智能、检测控制科学、信息科学、管理学、决策科学等领域的应用研究。在中国较早进行可拓学理论研究的主要有清华大学、华东理工大学、山东工业大学、浙江大学和广东工业大学等一些高等院校，并且已经取得了一些研究成