TRIZ：发明问题的解决理论

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TRIZ：发明问题的解决理论(上)

【编者按】科技部、发展改革委、教育部和中国科协今年联合发文《关于加强创新方法工作的若干意见》（国科发财〔2008〕197号），强调为贯彻党的十七大精神，落实科学发展观和《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，要大力推进技术创新方法的研究、宣传、普及与应用，将创新方法作为一项长期性、战略性工作来抓，切实从源头上提升自主创新能力、推进创新型国家建设。要推进TRIZ等国际先进技术创新方法与中国本土需求融合，推广技术成熟度预测、技术进化模式与路线、冲突解决原理、效应及标准解等TRIZ中成熟方法在企业的应用。目前，科技部、教育部已在黑龙江等省开展了创新方法的大面积培训与应用试点，并即将在全国各地普及推广。
    本文对科技部重点推广的技术创新方法——TRIZ技术创新理论作一简要介绍。

一．什么是TRIZ理论

    TRIZ是俄文“发明问题解决理论”的缩写，该理论是由前苏联发明家阿奇舒勒(G. S. Altshuller)在1946年创立的。

    阿奇舒勒在前苏联海军的专利局工作，他在处理世界各国著名的发明专利过程中，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？

    答案是肯定的！阿奇舒勒发现，任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡，是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律，就能能动地进行产品设计并能预测产品的未来趋势。

    阿奇舒勒等人分析了世界近250万份高水平的发明专利，总结出各种技术发展进化遵循的规律模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则，建立了一个由解决技术、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，建立起TRIZ理论体系。

    TRIZ理论在前苏联被作为国家机密对其他国家保密。80年代中期，随一批科学家移居美国等西方国家，逐渐把该理论介绍给其他国家，并在技术开发领域产生了重要的影响。

二．TRIZ理论主要内容

    创新从最通俗的意义上讲，就是创造性地发现问题和创造性地解决问题的过程，TRIZ理论的强大作用正在于它为人们创造性地发现问题和解决问题提供了系统的理论和方法工具。 TRIZ理论包含着许多系统、科学而又富有可操作性的创造性思维方法和发明问题的分析方法。

现代TRIZ理论体系主要包括以下九个方面的内容：

    1. 技术系统的八大进化法则

    阿奇舒勒的技术系统进化论可以与自然科学中的达尔文生物进化论和斯宾塞的社会达尔文主义齐肩，被称为“三大进化论”。针对技术系统进化演变规律，在大量专利分析的基础上，TRIZ理论总结提炼出技术系统的八大进化法则。利用这些进化法则，可以分析确认当前产品的技术状态，并预测未来发展趋势，开发富有竞争力的新产品。

    TRIZ的技术系统八大进化法则分别是：

   （1）、技术系统的S曲线进化法则；（2）、提高理想度法则；（3）、子系统的不均衡进化法则；（4）、动态性和可控性进化法则；（5）、增加集成度再进行简化法则；（6）、子系统协调性进化法则；（7）、向微观级和场的应用进化法则；（8）、减少人工进入的进化法则。

技术系统的这八大进化法则可以应用于产生市场需求、定性技术预测、产生新技术、专利布局和选择企业战略制定的时机等。它可以用来解决难题，预测技术系统，产生并加强创造性问题的解决工具

   2 最终理想解(IFR)

   TRIZ理论在解决问题之初，首先抛开各种客观限制条件，通过理想化来定义问题的最终理想解（ideal final result，IFR），以明确理想解所在的方向和位置，保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解，从而避免了传统创新涉及方法中缺乏目标的弊端，提升了创新设计的效率。

如果将创造性解决问题的方法比作通向胜利的桥梁，那么最终理想解(IFR)就是这座桥梁的桥墩。

最终理想解(IFR)有四个特点：（1）、保持了原系统的优点；（2）、消除了原系统的不足；（3）、没有使系统变得更复杂；（4）、没有引入新的缺陷等。

    3 40个发明原理

    不同的发明创造往往遵循共同的规律。阿奇舒勒对大量的专利进行了研究、分析和总结，提炼出了TRIZ中最重要的、具有普遍用途的40个发明原理，针对具体的技术矛盾，可以基于这些创新原理、结合工程实际寻求具体的解决方案。

    TRIZ的40个发明原理分别是：1、分割；2、抽取；3、局部质量；4、非对称；5、合并；6、普遍性；7、嵌套；8、配重；9、预先反作用；10、预先作用；11、预先应急措施；12、等势原则；13、逆向思维；14、曲面化；15、动态化；16、不足或超额行动；17、一维变多维；18、机械振动；19、周期性动作；20、有效作用的连续性；21、紧急行动；22、变害为利；23、反馈；24、中介物；25、自服务；26、复制；27、一次性用品；28、机械系统的替代；29、气体与液压结构；30、柔性外壳和薄膜；31、多孔材料；32、改变颜色；33、同质性；34、抛弃与再生；35、物理/化学状态变化；36、相变；37、热膨胀；38、加速氧化；39、惰性环境；40、复合材料等。

4 39个通用工程参数和矛盾矩阵

    在对专利研究中，阿奇舒勒发现，在许多技术问题中，当一个技术参数得到改善的同时，往往会导致另一个参数恶化，这就出现了技术矛盾，大量专利都是在不同的领域上解决某些通用的工程参数间的冲突与矛盾，这些矛盾不断地出现，又不断地被解决。而不同领域的技术矛盾，表现为仅有39项通用工程参数在彼此相对改善与恶化。

    TRIZ将技术矛盾冲突与冲突解决原理组成一个由39个改善参数与39个恶化参数构成的矛盾矩阵，矩阵的横轴表示希望得到改善的参数，纵轴表示引起恶化的参数，横纵轴各参数交叉处的数字表示用来解决系统矛盾时所使用创新原理的编号，这就是著名的矛盾矩阵。

阿奇舒勒矛盾矩阵为问题解决者提供了一个可以根据系统中产生矛盾的两个工程参数，从矩阵表中直接查找化解该矛盾的发明原理来解决问题。

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5 物理矛盾的分离原则   

当一个技术系统的工程参数具有相反的需求，就出现了物理矛盾。例如，要求系统的某个参数既要出现又不存在，或既要高又要低，或既要大又要小等。相对于技术矛盾，物理矛盾是一种更尖锐的矛盾，创新中需要加以解决。

TRIZ针对物理矛盾的解决，提出的4大分离原理和11种分离方法。其中4大分离原理分别是空间分离、时间分离、居于条件的分离和系统级别分离。

6 物—场模型分析

TRIZ理论认为，每一个技术系统都可由许多功能不同的子系统所组成，，而每个子系统都可以再进一步地细分，直到微观层次。无论大系统、子系统、还是微观层次，都具有相应的功能。物—场描述方法与模型的原理认为，所有的功能都可分解为两种物质及一种场，即一功能由两种物质及一种场的三元件组成。在物质-场模型的定义中，物质是指某种物体或过程，可以是整个系统，也可以是系统内的子系统或单个的物体，甚至可以是环境，取决于实际情况。场是指完成某种功能所需的手法或手段，通常是一些能量形式，如磁场、重力场、电能、热能、化学能、机械能、声能、光能等。物一场分析是TRIZ理论中的一种分析工具，用于建立与已存在的系统或新技术系统问题相联系的功能模型。

7. 发明问题的标准解法

标准解法阿奇舒勒于1985年创立的，共有76个，分成5级，各级中解法的先后顺序也反映了技术系统必然的进化过程和进化方向。

标准解法可以将标准问题在一两步中快速进行解决，它是TRIZ高级理论的精华。标准解法也是解决非标准问题的基础，非标准问题主要应用ARIZ来进行解决，而ARIZ的主要思路是将非标准问题通过各种方法进行变化，转化为标准问题，然后应用标准解法来获得解决方案。

8. 发明问题解决算法ARIZ

ARIZ是发明问题解决过程中应遵循的理论方法和步骤，ARIZ是基于技术系统进化法则的一套完整问题解决的程序，是针对非标准问题而提出的一套解决算法。

ARIZ最初由阿奇舒勒于1977年提出，随后经过多次完善才形成比较完善的理论体系, ARIZ－85包括九大步骤：1、分析问题；2、分析问题模型；3、陈述IFR和物理矛盾；4、动用物－场资源；5、应用知识库；6、转化或替代问题；7、分析解决物理矛盾的方法；8、利用解法概念；9、分析问题解决的过程等。

9. 科学效应和现象知识库

科学原理，尤其是科学效应和现象的应用，对发明问题的解决具有超乎想象的、强有力的帮助。TRIZ基于物理、化学、几何学等领域的数百万项发明专利的分析结果而构建的知识库，可以为技术创新提供丰富的方案来源。

三．TRIZ理论核心思想和基本特征

TRIZ理论的核心思想主要体现在三个方面。

1．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. 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。

3. 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。

四．TRIZ解决问题的过程

发明问题解决理论的核心是技术进化原理。按这一原理，技术系统一直处于进化之中，解决冲突是其进化的推动力。进化速度随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矛盾冲突。

在利用TRIZ解决具体问题的过程中，首先将要解决的问题表达成为TRIZ问题，然后利用TRIZ中的工具，如发明原理、标准解等，求出该TRIZ问题的普适解或称模拟解，最后再把该解转化为领域的解或特解。

五．TRIZ理论的特点和优势
相对于传统的创新方法，比如试错法，头脑风暴法等，TRIZ理论具有鲜明的特点和优势。它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，而不是逃避矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解，而不是采取折衷或者妥协的做法，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，而不再是随机的行为。
实践证明，运用TRIZ理论，可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新成果。它能够帮助我们系统分析问题情境，快速发现问题本质或者矛盾，它能够准确确定问题探索的方向，不会错过各种可能，而且它能够帮助我们突破思维障碍，打破思维定势，以新的视觉分析问题，进行逻辑性和非逻辑性的系统思维，还能根据技术进化规律预测未来发展趋势，帮助我们开发富有竞争力的新产品、新技术。

六．TRIZ理论的应用与发展

经过半个多世纪的发展，TRIZ理论已经发展成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的理论和方法体系，它实用性强，并经过实践检验，应用领域也从工程技术领域扩展到管理、社会等方面，它已在众多领域取得了重大的效益。

TRIZ理论以其良好的可操作性、系统性和实用性，在全球的创新和创造学研究领域占据着独特的地位。在经历了理论创建与理论体系的内部集成后，TRIZ理论正处于其自身的进一步完善与发展，以及与其它先进创新理论方法的集成阶段，尤其是已成为最有效的计算机辅助创新技术和创新问题求解的理论与方法基础。

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