基于TRIZ理論的創(chuàng)新問(wèn)題求解模式

陶國(guó)彬

在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，世界上許多國(guó)家和民族都認(rèn)識(shí)到了創(chuàng)新的重要性。早在1982年，日本就提出“創(chuàng)造力開發(fā)是通向21世紀(jì)的保證”。美國(guó)哈佛大學(xué)校長(zhǎng)普西認(rèn)為：“一個(gè)人是否具有創(chuàng)造力，是一流人才和二流人才的分水嶺”。江澤民同志指出：“創(chuàng)造是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國(guó)家興旺不竭的動(dòng)力，一個(gè)沒(méi)有創(chuàng)新能力的民族，難以屹立于世界先進(jìn)民族之林?！秉h的十七大提出“提高自主創(chuàng)新能力，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家 ”，為了適應(yīng)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的需要，高等院校應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

一、TRIZ理論的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的創(chuàng)新方法，如試錯(cuò)法、頭腦風(fēng)暴法等，在促進(jìn)科技進(jìn)步過(guò)程中發(fā)揮了不小的作用，但是這些方法存在明顯缺憾。試錯(cuò)法是純粹經(jīng)驗(yàn)的創(chuàng)新方法，依賴于個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)領(lǐng)域，而且創(chuàng)新過(guò)程沒(méi)有方向性，因此效率十分低下；頭腦風(fēng)暴法是對(duì)試錯(cuò)法進(jìn)行改進(jìn)之后產(chǎn)生的，雖然相對(duì)于試錯(cuò)法有了一定的改進(jìn)，幫助克服思維慣性，但頭腦風(fēng)暴不控制思維過(guò)程的缺陷常常使得問(wèn)題進(jìn)入漩渦，長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法得到解決，效率仍然不高。TRIZ理論是前蘇聯(lián)發(fā)明家根里奇 ·阿奇舒勒于1946年提出的，阿奇舒勒在分析了世界近250萬(wàn)份高水平的發(fā)明專利基礎(chǔ)上，綜合多學(xué)科領(lǐng)域的原理和法則，建立起了這一創(chuàng)新理論。TRIZ理論揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律，掌握這些規(guī)律，能夠幫助人們?cè)诎l(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)問(wèn)題時(shí)，克服創(chuàng)新的盲目性、經(jīng)驗(yàn)性和偶然性，TRIZ理論是目前世界公認(rèn)的引導(dǎo)創(chuàng)新的最佳工具，學(xué)習(xí)和掌握TRIZ理論是快速提高創(chuàng)新能力的有效途徑。與傳統(tǒng)的創(chuàng)新方法相比，TRIZ有以下優(yōu)勢(shì)：

（一）TRIZ總結(jié)出創(chuàng)新的規(guī)律性，使得創(chuàng)新過(guò)程效率提高。創(chuàng)新并不是靈感的閃現(xiàn)和隨機(jī)的探索，它存在解決問(wèn)題的一般規(guī)律。運(yùn)用TRIZ，使得解決創(chuàng)新問(wèn)題過(guò)程變得不再盲目，有效避免了反復(fù)探索工作，研究者能夠根據(jù)這些規(guī)律，從各領(lǐng)域創(chuàng)新實(shí)踐中產(chǎn)生問(wèn)題解決方案，使創(chuàng)新過(guò)程效率得到了明顯的提高。

（二）TRIZ幫助打破思維定勢(shì)和知識(shí)領(lǐng)域界限。TRIZ理論中提供了諸如九屏幕法、尺寸-時(shí)間-成本（STC）算法、小矮人法等一系列科學(xué)方法，幫助人們?cè)诜治鰡?wèn)題的過(guò)程中打破思維定勢(shì)，激發(fā)創(chuàng)新靈感，從更廣的視角看待問(wèn)題。并且，TRIZ是基于知識(shí)的方法，提供了創(chuàng)造性解決問(wèn)題的啟發(fā)性知識(shí)，完全打破了知識(shí)領(lǐng)域界限。

（三）TRIZ能幫助預(yù)測(cè)產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。TRIZ理論總結(jié)出了技術(shù)系統(tǒng)的八大進(jìn)化規(guī)律，對(duì)于產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)新具有重要的指導(dǎo)作用，讓決策者清晰地了解到產(chǎn)品的進(jìn)化趨勢(shì)，提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

（四）TRIZ具有良好的普適性。TRIZ理論包括的具有普遍性的創(chuàng)新方法和規(guī)律，是經(jīng)過(guò)對(duì)大量發(fā)明的分析、研究、提升和總結(jié)來(lái)的，TRIZ能夠被廣泛應(yīng)用到不同領(lǐng)域。

二、 TRIZ理論及其應(yīng)用框架

TRIZ理論包含著許多系統(tǒng)、科學(xué)而又富有可操作性的創(chuàng)造性思維方法和發(fā)明問(wèn)題的分析方法。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，TRIZ理論已經(jīng)形成解決創(chuàng)新發(fā)明問(wèn)題的成熟的九大經(jīng)典理論體系，具體包括：技術(shù)系統(tǒng)八大進(jìn)化法則、最終理想解（IFR）、40個(gè)發(fā)明原理、39個(gè)工程參數(shù)及阿奇舒勒矛盾矩陣、物理矛盾和四大分離原理、物質(zhì)一場(chǎng)模型分析、發(fā)明問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)解法、發(fā)明問(wèn)題解決算法（ARIZ）、科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象知識(shí)庫(kù)。

正確理解和熟識(shí)TRIZ理論的九大經(jīng)典理論體系，學(xué)習(xí)掌握TRIZ理論的矛盾解決方法和求解步驟以及應(yīng)用方法是進(jìn)行TRIZ理論應(yīng)用的關(guān)鍵。在應(yīng)用TRIZ理論求解工程問(wèn)題時(shí)應(yīng)遵循如下步驟進(jìn)行：

（一）寫出技術(shù)系統(tǒng)的名稱。

（二）定義技術(shù)系統(tǒng)的主要功能。

（三）分解技術(shù)系統(tǒng)的各主要成分（子系統(tǒng)）并說(shuō)明功能。

（四）分析技術(shù)系統(tǒng)存在問(wèn)題，定位問(wèn)題所在子系統(tǒng)，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行準(zhǔn)確的描述。

（五）分析技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)改善的特性，并確定欲改善的工程參數(shù)。

（六）分析伴隨技術(shù)系統(tǒng)的改善而被惡化的特性，并確定欲惡化的工程參數(shù)。

（七）確定系統(tǒng)的技術(shù)矛盾并進(jìn)行描述。

● 根據(jù)欲改善的工程參數(shù)和被惡化的工程參數(shù)說(shuō)明系統(tǒng)的技術(shù)矛盾；

● 如果所確定的矛盾的工程參數(shù)是同一參數(shù)，則屬于物理矛盾，采用分離原理解決；

● 對(duì)技術(shù)矛盾進(jìn)行反向描述，分析技術(shù)矛盾確定的合理性。

（八）利用阿奇舒勒矛盾矩陣查找解決技術(shù)矛盾的發(fā)明原理。

● 根據(jù)改善的工程參數(shù)、惡化的工程參數(shù)查找阿奇舒勒矛盾矩陣，確定推薦的發(fā)明原理；

● 按照發(fā)明原理的名稱，查找對(duì)應(yīng)發(fā)明原理的詳解。

（九）逐一討論推薦的發(fā)明原理應(yīng)用的可能性（如果所查找到的發(fā)明原理都不適用于具體的問(wèn)題，需要重新定義工程參數(shù)和矛盾，再次應(yīng)用和查找矛盾矩陣）。

（十）確定最理想的解決方案，并評(píng)價(jià)系統(tǒng)的理想化水平。

三、TRIZ理論應(yīng)用實(shí)例

（一）存在問(wèn)題技術(shù)系統(tǒng)的物理描述

一個(gè)車間得到一份訂單，對(duì)大型金屬零件進(jìn)行熱處理。要進(jìn)行該工作，吊車司機(jī)必須從煉鐵爐中調(diào)出通紅的鑄鐵，將其運(yùn)到一個(gè)油槽上方并將其投入槽中。

工作幾天后，吊車司機(jī)找到老板抱怨說(shuō)：“這樣干我很難呼吸。我的控制室離房頂很近，所以從油槽里升起的煙霧都向我飄來(lái)，我不干了！”

因?yàn)樵谔幚硇×慵r(shí)，煙霧本來(lái)不成問(wèn)題，車間里的通風(fēng)設(shè)備就可以滿足要求；現(xiàn)在，在處理大型部件時(shí)，煙霧成立主要問(wèn)題。因?yàn)樘幚磉^(guò)程不能改變，老板面臨一個(gè)典型的管理局面：想出一種辦法解決問(wèn)題，但他不知如何解決。

（二）利用TRIZ理論求解過(guò)程

1．技術(shù)系統(tǒng)名稱：金屬零件處理系統(tǒng)。

2．技術(shù)系統(tǒng)功能：進(jìn)行大型金屬零件的過(guò)油處理。

3．技術(shù)系統(tǒng)分解

(1)系統(tǒng)部件：油槽、金屬零件、吊車、吊車司機(jī)、煙霧、空氣

(2)技術(shù)系統(tǒng)可分解為五個(gè)子系統(tǒng)，子系統(tǒng)物-場(chǎng)模型如圖1所示。

子系統(tǒng)1：S1為金屬零件；S2為油槽中的油；F為熱場(chǎng)；子系統(tǒng)2：S1為油；S2為空氣；F為熱場(chǎng)；子系統(tǒng)3：S1為吊車司機(jī)；S2為煙霧；F為機(jī)械場(chǎng)（擴(kuò)散）；子系統(tǒng)4：S1為金屬零件；S2為吊車；F為機(jī)械場(chǎng)；子系統(tǒng)5：S1為吊車；S2為吊車司機(jī)；F為電磁廠（控制）。

4.關(guān)鍵子系統(tǒng)的確定

子系統(tǒng)2和子系統(tǒng)3皆存在技術(shù)矛盾，子系統(tǒng)2的技術(shù)矛盾為根本問(wèn)題，子系統(tǒng)3的技術(shù)矛盾為衍生問(wèn)題，因此關(guān)鍵子系統(tǒng)為子系統(tǒng)2。

子系統(tǒng)2和子系統(tǒng)3物-場(chǎng)模型皆為有害效應(yīng)完整模型（見圖2）。

有害效應(yīng)完整模型的一般解法（見圖3、圖4）。

子系統(tǒng)3技術(shù)矛盾的解決方法：

（1）加防毒面具（方法1）

（2）加鼓風(fēng)機(jī)（方法2）

子系統(tǒng)2技術(shù)矛盾的解決方法：考慮加蓋子（隔離油與空氣）

5.技術(shù)矛盾描述

當(dāng)熾熱的金屬零件被放到油槽中，油槽中油被加熱冒出濃煙（與空氣反映），污染環(huán)境。

6.技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)該改善的特性以及對(duì)應(yīng)的工程參數(shù)

(1)技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)該改善的特性的物理描述：去除或減小煙霧，改善環(huán)節(jié)。

(2)技術(shù)系統(tǒng)欲改善的工程參數(shù)：物體產(chǎn)生的有害因素。

7.技術(shù)系統(tǒng)被惡化的特性以及對(duì)應(yīng)的工程參數(shù)

(1)分析：根據(jù)有害效應(yīng)完整模型的一般解法，無(wú)論加物體還是加場(chǎng)，都會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，對(duì)于加蓋子的方案，將影響運(yùn)動(dòng)物體（蓋子）的重量。

表1 技術(shù)矛盾1查找阿奇舒勒矛盾矩陣結(jié)果

(2)技術(shù)系統(tǒng)欲惡化的工程參數(shù)：系統(tǒng)的復(fù)雜度（運(yùn)動(dòng)物體的重量）

8.查找阿奇舒勒矛盾矩陣

(1)技術(shù)矛盾1（物體產(chǎn)生的有害因素—系統(tǒng)的復(fù)雜度）

①查詢阿奇舒勒矛盾矩陣結(jié)果如表1所示

②推薦原理說(shuō)明

a周期性作用原理說(shuō)明

● 用周期性動(dòng)作或脈動(dòng)代替連續(xù)動(dòng)作；

● 如果行動(dòng)已經(jīng)是周期性的，則改變其頻率；

● 利用脈動(dòng)之間的間隙來(lái)執(zhí)行另一動(dòng)作。

b分割原理

● 將物體分割成獨(dú)立的部分；

● 使物體成為可組合的（易于拆卸和組裝）；

● 增加物體被分割的程度。

c多孔材料原理

● 使物體多孔或添加多孔元素；

● 如果一個(gè)物體已經(jīng)是多孔的，則利用這些孔引入有用的物質(zhì)或功能。

③分析推薦原理可行性

a周期性作用原理分析：蓋子周期性開合作用（效果不理想）

b分割原理分析：整體——各個(gè)局部——液體——?dú)怏w（待選）

c多孔材料原理分析：選用孔狀物做蓋子（不可行）

(2)技術(shù)矛盾2（物體產(chǎn)生的有害因素—運(yùn)動(dòng)物體的重量）

①查詢阿奇舒勒矛盾矩陣結(jié)果如表2所示。

②推薦原理說(shuō)明

a周期性作用原理說(shuō)明，前面已經(jīng)討論過(guò)。

b變害為利原理

● 利用有害的因素，來(lái)獲得有益結(jié)果；

● 將兩個(gè)有害的因素相結(jié)合進(jìn)而抵消有害因素；

● 增大有害因素的幅度直到有害性消失。

c動(dòng)態(tài)特性原理

● 使物體或其環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)，以使其在每個(gè)動(dòng)作階段的性能達(dá)到最佳；

表2 技術(shù)矛盾2查找阿奇舒勒矛盾矩陣結(jié)果

● 把物體分成幾個(gè)部分，各部分之間可相對(duì)改變位置；

● 將不動(dòng)的物體改變?yōu)榭蓜?dòng)的，或具有自適應(yīng)性。

d惰性環(huán)境原理

● 用惰性氣體環(huán)境代替通常環(huán)境；

● 在真空中完成過(guò)程。

③分析推薦原理可行性

a周期性作用原理分析，前面已經(jīng)討論過(guò)。

b物理或化學(xué)參數(shù)改變?cè)矸治觯汗腆w蓋子——液體蓋子（待選）

c動(dòng)態(tài)特性原理分析：改變相對(duì)位置——?jiǎng)討B(tài)蓋子（不確定）

d惰性環(huán)境原理分析：使用惰性氣體做蓋子（待選）

9、確定解決方案，并評(píng)價(jià)解決方案的理想化程度

有上述分析可知，發(fā)明原理分割原理、物理或化學(xué)參數(shù)改變?cè)?、惰性環(huán)境原理對(duì)問(wèn)題解決有幫助，可以采用在油槽和空氣接觸面加入液體或惰性氣體（動(dòng)態(tài)蓋子）來(lái)解決技術(shù)矛盾。系統(tǒng)的復(fù)雜度沒(méi)有增加（或增加很少），但有害因素得以徹底清除，該方案理想化程度很高。

四、結(jié)論

TRIZ理論是創(chuàng)新發(fā)明問(wèn)題的求解方法，其理論內(nèi)容包括九大經(jīng)典理論體系和若干分析方法，如何有效地利用好TRIZ理論,為發(fā)明創(chuàng)新服務(wù)是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，本文在對(duì)TRIZ理論九大經(jīng)典理論體系深入研究的基礎(chǔ)上，提出了TRIZ理論應(yīng)用的一般框架，利用該框架可以高效的使用TRIZ理論進(jìn)行創(chuàng)新問(wèn)題求解和評(píng)價(jià)，為TRIZ理論的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)，有助于TRIZ理論的研究與推廣。

[1] 根里·奇阿奇舒勒著，林岳等譯.實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的TRIZ訣竅[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

[2] 楊清亮.發(fā)明是這樣誕生的-TRIZ理論全接觸[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3] 趙新軍.技術(shù)創(chuàng)新理論(TRIZ)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.