TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論在產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步中的應(yīng)用研究

吉林省科學(xué)技術(shù)信息研究所 吳學(xué)彥

TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論在產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步中的應(yīng)用研究

吉林省科學(xué)技術(shù)信息研究所 吳學(xué)彥

由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，企業(yè)在新產(chǎn)品研發(fā)決策過程中，要預(yù)測(cè)當(dāng)前產(chǎn)品的技術(shù)水平及新一代產(chǎn)品可能的進(jìn)化方向，這種預(yù)測(cè)的過程稱為技術(shù)預(yù)測(cè)。技術(shù)預(yù)測(cè)的研究開始于半個(gè)世紀(jì)以前。在長(zhǎng)期的研究過程中，理論界提出了技術(shù)預(yù)測(cè)的多種方法，這些方法可以分為兩類：規(guī)范化方法與探索性方法。其中TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論由于可對(duì)技術(shù)系統(tǒng)未來的結(jié)構(gòu)狀態(tài)序列進(jìn)行較為清晰的描述并具備較強(qiáng)的可操作性而獨(dú)樹一幟，并逐步發(fā)展成為一種重要的技術(shù)預(yù)測(cè)理論。TRIZ理論是由前蘇聯(lián)G.S.Altshuller等人自1946年開始，在世界各國250多萬份高水平專利的基礎(chǔ)上，總結(jié)出一套具有完整體系的發(fā)明問題解決理論。TRIZ理論認(rèn)為產(chǎn)品技術(shù)成熟與否、技術(shù)發(fā)展未來走勢(shì)和進(jìn)化路線是可以根據(jù)TRIZ理論提出的方法進(jìn)行預(yù)測(cè)分析的。TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論就是專門研究技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化預(yù)測(cè)的重要分支，也是TRIZ中最重要、最基本的概念之一。TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論同時(shí)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)預(yù)測(cè)工具，這些工具包括技術(shù)進(jìn)化定律及進(jìn)化路線等。

一、TRIZ技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論

TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論由A ltshuller G.等人于20世紀(jì)70年代提出，該理論認(rèn)為，技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化總是遵循一定的客觀規(guī)律，而且在一個(gè)工程領(lǐng)域中總結(jié)出的進(jìn)化定律與進(jìn)化路線可在另一個(gè)工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)。所謂技術(shù)系統(tǒng)是由物質(zhì)組件組成，為滿足人們（社會(huì)）的需求而實(shí)現(xiàn)某種功能的系統(tǒng)。技術(shù)系統(tǒng)可以是產(chǎn)品或生產(chǎn)工藝，也可以是勞動(dòng)組織系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等等。技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化，就是指實(shí)現(xiàn)技術(shù)系統(tǒng)功能的各項(xiàng)內(nèi)容，從低級(jí)向高級(jí)變化的過程。任何領(lǐng)域在技術(shù)系統(tǒng)向新的技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化過程中，必然遵循一定的規(guī)律，這些規(guī)律就是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論。

在早期階段，TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論一直被誤認(rèn)為是TRIZ的一個(gè)附加工具被用于解決具體的技術(shù)問題，然而自1999年Domb E.提出策略性TRIZ（Tactical TRIZ）與戰(zhàn)略性TRIZ（Strategic TRIZ）的區(qū)分以來，TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論開始成為一個(gè)獨(dú)立的研究對(duì)象并被提升到R＆D決策戰(zhàn)略工具的高度，其研究熱潮自此逐步興起。近年來對(duì)TRIZ技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論的關(guān)注日益增多，學(xué)者們先后發(fā)展出技術(shù)進(jìn)化理論（ET，Evolution of Technique）、技術(shù)進(jìn)化引導(dǎo)理論（GTE，Guided Technology Evolution）、定向進(jìn)化理論（DE，Directed Evolution）、技術(shù)進(jìn)化定律（The Laws of Evolution）等新興TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論，其中以ET、GTE、DE、技術(shù)進(jìn)化定律為代表的新興TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論先后出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來，它們?cè)诩夹g(shù)進(jìn)化模式和路線、技術(shù)系統(tǒng)成熟度曲線（S曲線）以及技術(shù)進(jìn)化規(guī)律的基本原理等方面進(jìn)行了更新和拓展。一些TRIZ專家則對(duì)TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論的應(yīng)用方法展開了詳細(xì)的研究與論述，利用TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論預(yù)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的應(yīng)用研究更是與日俱增。

產(chǎn)品的發(fā)展過程是性能由低到高逐漸提高的過程，在產(chǎn)品發(fā)展的過程中具有一定的規(guī)律，這個(gè)規(guī)律就是技術(shù)進(jìn)化定律。技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論基本涵蓋了各種產(chǎn)品核心技術(shù)進(jìn)化規(guī)律，每條規(guī)律又包含了不同數(shù)目的具體進(jìn)化模式和路線。TRIZ的技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化規(guī)律主要包含：提高理想度規(guī)律，系統(tǒng)完備性規(guī)律，能量傳導(dǎo)規(guī)律，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性和可控性規(guī)律，子系統(tǒng)非一致性進(jìn)化規(guī)律，向超系統(tǒng)升遷規(guī)律，向微觀系統(tǒng)升遷規(guī)律，系統(tǒng)協(xié)調(diào)性規(guī)律，技術(shù)系統(tǒng)的分割規(guī)律，系統(tǒng)向多功能、普遍化發(fā)展規(guī)律，改善物質(zhì)的結(jié)構(gòu)規(guī)律等。它可以根據(jù)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化規(guī)律預(yù)測(cè)其未來發(fā)展趨勢(shì)，幫助企業(yè)開發(fā)有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。如果掌握了這些規(guī)律（模式或路線），就能確認(rèn)目前產(chǎn)品所處的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在的缺陷和問題，并主動(dòng)預(yù)測(cè)未來技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，制定和規(guī)劃產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略，開發(fā)新一代產(chǎn)品。

1.進(jìn)化模式與進(jìn)化路線。技術(shù)進(jìn)化模式和路線是TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論研究的一個(gè)熱點(diǎn)。技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化路線是指一個(gè)系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)進(jìn)化的特點(diǎn)描述產(chǎn)品核心技術(shù)所處的狀態(tài)序列，每一種進(jìn)化模式都包括多種進(jìn)化路線。其實(shí)質(zhì)是產(chǎn)品如何從一種核心技術(shù)移動(dòng)到另一種核心技術(shù)，可以根據(jù)進(jìn)化路線確定新一代產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)想，產(chǎn)品沿進(jìn)化路線進(jìn)化的過程是新舊核心技術(shù)交替的過程。因此，TRIZ理論中進(jìn)化理論是預(yù)測(cè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的進(jìn)化理論。Ideation研究小組已確認(rèn)了300多條進(jìn)化路線及50多條市場(chǎng)進(jìn)化路線，這些路線為設(shè)計(jì)人員、企業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)提供了技術(shù)進(jìn)化預(yù)測(cè)工具。

目前，TRIZ技術(shù)進(jìn)化模式研究正處于快速發(fā)展階段，新的技術(shù)進(jìn)化模式和進(jìn)化路線不斷涌現(xiàn)。所有模式都會(huì)遵循8個(gè)進(jìn)化法則，一是技術(shù)系統(tǒng)完備性法則，二是技術(shù)系統(tǒng)能量傳遞法則，三是技術(shù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性進(jìn)化法則，四是技術(shù)系統(tǒng)提高理想度法則，五是技術(shù)系統(tǒng)子系統(tǒng)不均衡進(jìn)化法則，六是技術(shù)系統(tǒng)向超系統(tǒng)進(jìn)化法則，七是技術(shù)系統(tǒng)向微觀級(jí)進(jìn)化法則，八是系統(tǒng)協(xié)調(diào)性進(jìn)化法則。運(yùn)用這些法則，我們能夠判斷當(dāng)前研發(fā)的產(chǎn)品處于技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化模式中的哪個(gè)位置，然后根據(jù)法則的提示能夠預(yù)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)未來發(fā)展的方向。系統(tǒng)進(jìn)化模式可以在過去的專利發(fā)明中發(fā)現(xiàn)，所有系統(tǒng)都是向理想化最終結(jié)果方向進(jìn)化的，并且用來指導(dǎo)新產(chǎn)品開發(fā)，避免盲目嘗試和浪費(fèi)時(shí)間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前學(xué)術(shù)界約已發(fā)展20種典型進(jìn)化模式。其中最為著名的技術(shù)進(jìn)化模式有Fey V.和Rivin V.提出的GTE6種進(jìn)化模式，Zlotin B.和Zusman A.提出的DE10種進(jìn)化模式和Mann D.提出的Mann D.共11種進(jìn)化模式。Mann D.對(duì)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化模式進(jìn)行的研究尤為細(xì)致，他將技術(shù)進(jìn)化趨勢(shì)區(qū)分為時(shí)間進(jìn)化、物質(zhì)和空間進(jìn)化以及界面進(jìn)化三大趨勢(shì)，并首次將增加物質(zhì)分割、空間分割、界面分割及增加協(xié)調(diào)性與和諧性引入技術(shù)進(jìn)化模式分析框架。與前兩種理論的模糊特征相比，Mann D的技術(shù)進(jìn)化模式結(jié)構(gòu)清晰，便于操作，因而受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注。

2.技術(shù)成熟度曲線。通對(duì)大量專利的分析，G.S.A ltshuller發(fā)現(xiàn)在技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化過程上，產(chǎn)品的進(jìn)化都會(huì)經(jīng)歷相同的幾個(gè)階段，形成S曲線，近年來S曲線的研究也取得了一些新進(jìn)展。圖1所示，分段線性S曲線表示性能隨時(shí)間的變化規(guī)律，從而更加明確地把產(chǎn)品進(jìn)化分為嬰兒期、成長(zhǎng)期、成熟期和退出期4個(gè)階段。

確定組成產(chǎn)品的技術(shù)在S-曲線上的位置是產(chǎn)品進(jìn)化理論的重要研究?jī)?nèi)容，并稱為技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)。處于嬰兒期及成長(zhǎng)期的產(chǎn)品應(yīng)對(duì)其結(jié)構(gòu)、參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化，使其盡快成熟，如促使其S曲線按一定方向變化，以為企業(yè)盡快帶來利潤(rùn)。處于成熟期與退出期的產(chǎn)品，企業(yè)在賺取利潤(rùn)的同時(shí)，應(yīng)開發(fā)新的核心技術(shù)并替代已有的核心技術(shù)，以便推出新一代產(chǎn)品，使企業(yè)在未來市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取勝。TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論采用專利數(shù)量、專利等級(jí)、產(chǎn)品的獲利能力和性能4個(gè)指標(biāo)隨時(shí)間變化而變化的規(guī)律，與S-曲線一起組成產(chǎn)品技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)算子，用于產(chǎn)品技術(shù)成熟度越策。4個(gè)指標(biāo)隨技術(shù)進(jìn)化而變化的曲線現(xiàn)狀如圖2所示。

圖2（a）是時(shí)間–性能曲線圖，隨著時(shí)間的延續(xù)，產(chǎn)品性能不斷增加，進(jìn)入退出期后，其性能很難再有提高。

圖2（b）是時(shí)間–專利數(shù)量曲線圖，表示數(shù)量隨時(shí)間的變化。在嬰兒期和成長(zhǎng)期前期由于參與開發(fā)的企業(yè)和人員較少，所以專利數(shù)量較少。成熟期后競(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)，企業(yè)新專利不斷涌現(xiàn)，專利數(shù)量增加。進(jìn)入退出期后，企業(yè)增加投入后匯報(bào)很少，因此專利數(shù)量減少。

圖2（c）時(shí)間–專利等級(jí)曲線，表示后續(xù)專利級(jí)別逐漸降低，在嬰兒期向成熟期過渡時(shí)，由于限制產(chǎn)品性能的關(guān)鍵問題的解決，會(huì)產(chǎn)生一些高級(jí)別的專利，推動(dòng)了產(chǎn)品從嬰兒期過渡到成長(zhǎng)期。

圖2（d）時(shí)間–專利獲利能力曲線圖，表示開始階段，企業(yè)僅僅是投入并沒有盈利。到成長(zhǎng)期產(chǎn)品雖然還不是很完善，但是產(chǎn)品已出現(xiàn)利潤(rùn)。之后利潤(rùn)逐年增加，進(jìn)入成熟期的某一時(shí)間達(dá)到最高值，之后開始降低。

通過對(duì)產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制曲線后，通過曲線的形狀，可以判斷出產(chǎn)品所處位置，從而對(duì)其技術(shù)成熟度進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)結(jié)果做出相應(yīng)的決策：改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)或者開發(fā)新一代系統(tǒng)，圖3為技術(shù)選擇的過程。一旦做出決策，就可以應(yīng)用系統(tǒng)演變規(guī)律預(yù)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展方向，通過解決相關(guān)沖突實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的改進(jìn)或者更新。

二、TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論的應(yīng)用研究

TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論近年來在在一些產(chǎn)業(yè)中得到了利用。早期的學(xué)者們分別利用技術(shù)成熟度曲線分析總結(jié)了電冰箱技術(shù)、超音速焊具技術(shù)、自熱容器技術(shù)、醫(yī)療器械和化妝品產(chǎn)業(yè)技術(shù)、DVD技術(shù)、滾筒紡紗技術(shù)等的技術(shù)進(jìn)化過程進(jìn)行了研究。近年來，利用TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論分析某一產(chǎn)品或行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新問題的研究也日益增多，主要集中于機(jī)械領(lǐng)域，其他技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究偏少，非技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究到目前為止并不多見。均以產(chǎn)業(yè)或技術(shù)本身為研究對(duì)象，采用單一的、標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)進(jìn)化模式或路線作為分析工具。應(yīng)用研究的焦點(diǎn)集中于技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)在的推動(dòng)作用，對(duì)外部需求的拉動(dòng)作用關(guān)注較少，因而關(guān)于技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的需求拉動(dòng)動(dòng)力機(jī)制是目前TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論研究的薄弱環(huán)節(jié)。

三、前景展望

目前，TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論得到了廣泛的應(yīng)用，這些研究為評(píng)判技術(shù)成熟度，預(yù)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)提供了良好的理論工具。然而，目前關(guān)于TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論及其應(yīng)用的研究還存在一些缺陷，這些缺陷需要在未來的研究工作中加以克服。

在理論研究層面，學(xué)術(shù)界提出了多種技術(shù)進(jìn)化模式和進(jìn)化路線，但是對(duì)這些技術(shù)進(jìn)化模式之間的相互關(guān)系卻很少予以討論，因此，理清各種進(jìn)化模式之間的相互關(guān)系，區(qū)分各模式的相對(duì)重要性是未來研究的一個(gè)重要方向。其次，雖然部分學(xué)者已發(fā)現(xiàn)獨(dú)立的需求進(jìn)化規(guī)律，但是如何將這些規(guī)律與技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化規(guī)律有機(jī)地結(jié)合起來還需進(jìn)一步研究，技術(shù)進(jìn)化需求拉動(dòng)的具體動(dòng)力機(jī)制亟待解決。