工程矛盾的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與解決途徑
——以TRIZ理論為例

李才華, 韓 嘯

(合肥工業(yè)大學(xué) 軟科學(xué)與STS研究所， 安徽 合肥 230009)

矛盾是普遍存在的，工程技術(shù)領(lǐng)域也不例外，在工程技術(shù)中存在大量矛盾。如果說哲學(xué)上的矛盾是普遍意義上的矛盾，那么工程技術(shù)矛盾則是在特殊領(lǐng)域呈現(xiàn)出來(lái)的矛盾，表現(xiàn)出兩種傾向性的對(duì)立統(tǒng)一。TRIZ作為一種技術(shù)發(fā)明方法就是抓住了工程技術(shù)的矛盾性特征來(lái)解決問題。在技術(shù)發(fā)明中抓住矛盾并加以解決是工程技術(shù)工作非常有效的重要方法?，F(xiàn)代TRIZ理論的核心思想是，各種技術(shù)難題、沖突和矛盾的不斷解決是推動(dòng)工程技術(shù)進(jìn)化的動(dòng)力。

研究工程技術(shù)中的矛盾問題最早溯源于1960年發(fā)表于《紅旗》的《從積木式機(jī)床看機(jī)床內(nèi)部的矛盾運(yùn)動(dòng)規(guī)律》一文。這篇文章是在哈工大校長(zhǎng)李昌領(lǐng)導(dǎo)下的哲學(xué)教師與工程技術(shù)專業(yè)教師對(duì)工程技術(shù)實(shí)踐中哲學(xué)問題的研究成果。他們著眼于研究矛盾雙方,認(rèn)識(shí)機(jī)床內(nèi)部矛盾運(yùn)動(dòng)規(guī)律,用機(jī)床積木化的辦法來(lái)解決機(jī)床產(chǎn)品配套問題，進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)機(jī)床制造的革命[1]。 然而此后哲學(xué)性的學(xué)術(shù)研究鮮有專門考察工程技術(shù)的矛盾問題，少見這方面的論文發(fā)表。

一、TRIZ理論中的矛盾概念與矛盾解決方法

TRIZ理論目前被認(rèn)為是非常有效的技術(shù)發(fā)明方法，它的主要方法就是利用工程技術(shù)中的矛盾作為技術(shù)發(fā)明核心。由于解決工程矛盾的方法不同，TRIZ理論把工程矛盾區(qū)分為兩種類型:技術(shù)矛盾和物理矛盾。技術(shù)矛盾是指引入有用作用或者消除有害效應(yīng)將導(dǎo)致其他子系統(tǒng)功能的惡化。技術(shù)矛盾的對(duì)立雙方存在于兩個(gè)子系統(tǒng)之中，而物理矛盾的對(duì)立雙方存在于同一個(gè)子系統(tǒng)之中。

TRIZ理論提煉出工程領(lǐng)域內(nèi)常用的表述系統(tǒng)性能的39個(gè)通用工程參數(shù)，它們是一些物理、幾何和技術(shù)性能的參數(shù)。TRIZ的39個(gè)通用工程參數(shù)的定義是阿奇舒勒(Altshuller)對(duì)矛盾普遍性的總結(jié)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，首先要把組成矛盾雙方的性能用39個(gè)通用工程參數(shù)來(lái)表示，這樣就將實(shí)際工程技術(shù)中的矛盾轉(zhuǎn)化為一般的標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)矛盾。

工程矛盾參數(shù)包括物體的重量、長(zhǎng)度、面積、體積、速度、力、壓力、形狀、穩(wěn)定性、作用時(shí)間、能量、功率，等等。在工程系統(tǒng)里，部件結(jié)構(gòu)和功能里的參數(shù)經(jīng)常出現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)而產(chǎn)生沖突。工程矛盾往往體現(xiàn)為這些通用參數(shù)狀況的改善或惡化的相互關(guān)系。如果一方面出現(xiàn)改善，另一方面則出現(xiàn)惡化，表現(xiàn)為工程系統(tǒng)的矛盾。在問題的定義分析過程中，可選擇39個(gè)工程參數(shù)中相適應(yīng)的參數(shù)來(lái)表述系統(tǒng)的性能。一個(gè)具體問題的矛盾狀況可以用通用工程參數(shù)一般性的表達(dá)出來(lái)。各種工程矛盾的不斷解決就會(huì)推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步。

TRIZ法的研究人員在對(duì)大量專利進(jìn)行歸納分析的基礎(chǔ)上，提出了40條解決技術(shù)矛盾的發(fā)明創(chuàng)新原理。這些發(fā)明原理是技術(shù)發(fā)明過程中所使用的共同方法。40個(gè)發(fā)明創(chuàng)新原理提示設(shè)計(jì)者最有可能解決問題的方法, 它們成為解決技術(shù)矛盾的關(guān)鍵。這是從工程矛盾的特殊性當(dāng)中抽象出來(lái)的工程矛盾的普遍規(guī)律。

俄國(guó)TRIZ專家A1tshuller 把39 個(gè)通用工程參數(shù)分別作為橫軸和縱軸，做成了技術(shù)矛盾解決矩陣(見表1，該表僅選取了其中部分參數(shù))。橫軸表示趨向惡化的工程參數(shù), 縱軸表示趨向改善的工程參數(shù)。縱軸上的一個(gè)工程參數(shù)和橫軸上的一個(gè)參數(shù)可以構(gòu)成矛盾。由39個(gè)工程參數(shù)排列而成的縱、橫軸相交處的數(shù)字表示用來(lái)解決工程矛盾所使用的發(fā)明創(chuàng)造原理的編號(hào), 每個(gè)交點(diǎn)處最多有4 個(gè)原理。這些原理既可單獨(dú)使用, 也可組合使用[2]。找到了這些發(fā)明原理后，就可以進(jìn)一步把它運(yùn)用于具體的問題情境之中，以尋找解決技術(shù)矛盾的具體方案。TRIZ理論對(duì)技術(shù)矛盾的解決有程序化的思路，機(jī)械地按步驟完成就能找到技術(shù)發(fā)明的方案。

表1 39個(gè)通用工程參數(shù)構(gòu)成的39×39矛盾矩陣

這種方法的一個(gè)好處是提供了技術(shù)發(fā)明的程序化操作，通過定義工程參數(shù)對(duì)具體發(fā)明問題進(jìn)行一般化處理，由工程參數(shù)作為縱橫坐標(biāo)構(gòu)成的矩陣表就可以查到創(chuàng)新原理，再將創(chuàng)新原理返回到具體問題中，提出具體解決創(chuàng)新問題的方案，盡量用最少的資源實(shí)現(xiàn)最多的功能。

在TRIZ 中，物理矛盾是另一類重要的矛盾。物理矛盾的情況是：一個(gè)元件具有某種有利特性，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生與此相反的不利后果。物理矛盾有兩種情況：其一是技術(shù)系統(tǒng)中有害性能降低的同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致這個(gè)系統(tǒng)中有用性能降低；其二是技術(shù)系統(tǒng)中有用性能增強(qiáng)的同時(shí)，導(dǎo)致這個(gè)系統(tǒng)中有害性能增強(qiáng)。例如，手機(jī)的設(shè)計(jì)制造要求體積小，便于攜帶，同時(shí)顯示屏和鍵盤做得越大越好，便于操作，因此手機(jī)體積的設(shè)計(jì)既希望大又希望小，形成手機(jī)設(shè)計(jì)中的一對(duì)物理矛盾。

TRIZ理論解決物理矛盾的核心思想是實(shí)現(xiàn)矛盾雙方的分離?？臻g分離是將矛盾雙方分離在不同的空間內(nèi)，當(dāng)工程矛盾雙方分布在不同的空間時(shí)，空間分離是可能的。時(shí)間分離是將矛盾雙方分離在不同的時(shí)間，當(dāng)系統(tǒng)矛盾雙方在某一時(shí)間只出現(xiàn)一方時(shí)，時(shí)間分離是可能的。例如，將飛機(jī)機(jī)翼設(shè)計(jì)成可以調(diào)整角度的機(jī)翼，在不同的時(shí)間形成不同的角度以滿足需要。條件分離是將矛盾雙方分布在不同的條件時(shí)，矛盾雙方可在不同的條件下分離[3]。整體與部分分離是將矛盾雙方分布在不同的層次，當(dāng)工程矛盾雙方在某一系統(tǒng)層次只出現(xiàn)一方時(shí)可進(jìn)行分離。

二、工程技術(shù)矛盾的特征

工程系統(tǒng)就是可以實(shí)現(xiàn)整體功能的系統(tǒng)。多個(gè)具有特定功能的子系統(tǒng)聚合成一個(gè)工程系統(tǒng)，子系統(tǒng)由更小的子系統(tǒng)構(gòu)成。這樣可以持續(xù)分解到由元件和操作步驟構(gòu)成的工程系統(tǒng)。由于研究的需要，一個(gè)工程系統(tǒng)也可以看成是更大系統(tǒng)的子系統(tǒng)，系統(tǒng)的更高級(jí)別系統(tǒng)稱之為超系統(tǒng)。目前推廣的TRIZ理論提供了如何進(jìn)行系統(tǒng)分析工程問題的方法，發(fā)現(xiàn)了工程矛盾根本之所在。

工程系統(tǒng)都是由多個(gè)零部件組成的。為了提高產(chǎn)品性能，需要對(duì)產(chǎn)品的某些元件進(jìn)行重組或者改進(jìn)。而改變一個(gè)元件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可能會(huì)影響到其他元件的屬性。如果由此產(chǎn)生負(fù)面影響，則說明出現(xiàn)了矛盾。常見的情形是，一個(gè)方面的改善往往會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)方面的惡化。

對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律是認(rèn)識(shí)世界和改造世界的根本方法。辯證法的宇宙觀，主要就是教導(dǎo)人們善于去觀察和分析各種事物的矛盾運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)這種分析提出解決矛盾的方法[4]。 工程系統(tǒng)之間或者內(nèi)部諸要素之間存在著既對(duì)立又統(tǒng)一的關(guān)系，對(duì)立和統(tǒng)一是工程矛盾本身固有的兩個(gè)基本關(guān)系和屬性。工程矛盾雖然是客觀現(xiàn)實(shí)中存在的矛盾，但它也是人們對(duì)工程系統(tǒng)的矛盾沖突進(jìn)行主觀認(rèn)識(shí)的結(jié)果。

工程矛盾的同一性是指工程矛盾對(duì)立面之間內(nèi)在的有機(jī)聯(lián)系和一致性，體現(xiàn)對(duì)立面之間相互依存、相互轉(zhuǎn)化的性質(zhì)和趨勢(shì)。首先，工程矛盾雙方相互依存、互為條件，共處于工程系統(tǒng)中。在特定條件下，矛盾對(duì)方的存在就是自己存在的前提條件。如果失去對(duì)方，自己也無(wú)法存在。第二，工程矛盾的對(duì)立雙方相互滲透、相互貫通、相互包含。矛盾雙方都包含和滲透著對(duì)方的因素和屬性。第三，工程矛盾雙方在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，有內(nèi)在的統(tǒng)一性。工程矛盾的轉(zhuǎn)化總是向著對(duì)立面進(jìn)行轉(zhuǎn)化和貫通。

工程矛盾的斗爭(zhēng)性指的是工程矛盾所具有的對(duì)立面相互排斥的屬性，體現(xiàn)為對(duì)立的工程矛盾雙方相互差異、相互分離、相互否定、相互限制的趨勢(shì)，如工程系統(tǒng)要素內(nèi)部或之間產(chǎn)生的上與下、左與右、強(qiáng)與弱、大與小、多與少的矛盾，等等。

工程矛盾的同一性是相對(duì)的、有條件的，受工程系統(tǒng)特定條件的限制。只有當(dāng)某種特定條件具備時(shí)，工程矛盾雙方才具有同一性，才能共處于一個(gè)統(tǒng)一體中。而這種特定條件消失時(shí)，工程矛盾雙方就失去同一性和貫通性，就不能共處于一個(gè)工程系統(tǒng)整體中。工程矛盾的斗爭(zhēng)性是絕對(duì)的、無(wú)條件的，不管在任何條件下都會(huì)存在的。工程系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)、發(fā)展的絕對(duì)性根源于工程系統(tǒng)內(nèi)部矛盾斗爭(zhēng)的絕對(duì)性。工程矛盾的同一之中有斗爭(zhēng)，矛盾同一性不能離開斗爭(zhēng)性而存在。同時(shí)，斗爭(zhēng)之中有同一，斗爭(zhēng)性也離不開同一性，不存在沒有同一性的斗爭(zhēng)性。工程矛盾兩極的分離和對(duì)立只存在于系統(tǒng)要素相互依存和聯(lián)系之中，反之也成立。工程矛盾的聯(lián)結(jié)、依存和統(tǒng)一只存在于它們的相互分離、差異和對(duì)立之中。

三、工程矛盾的解決：從特殊性到普遍性再到具體

TRIZ矩陣的運(yùn)用流程體現(xiàn)了工程矛盾從特殊性上升到普遍性、由普遍性的模式再回到具體情境之中的過程，即矛盾存在于具體工程現(xiàn)象之中。首先要分析問題，發(fā)現(xiàn)矛盾；第二步是根據(jù)TRIZ法表述矛盾，從待解決的問題中抽象出矛盾，并由此形成一個(gè)問題模型；第三步是對(duì)照TRIZ的問題解決工具得出解法，即利用TRIZ工具找到解決矛盾的方案模型；第四步是針對(duì)問題進(jìn)行構(gòu)思設(shè)計(jì)，從這個(gè)模型中具體化到最終解決方案。

工程系統(tǒng)中存在著諸多矛盾運(yùn)動(dòng)形式，包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)、聲、光、熱、電、磁、化分、化合，等等。這些矛盾運(yùn)動(dòng)形式以不同的方式結(jié)合在一起，導(dǎo)致了工程系統(tǒng)矛盾千差萬(wàn)別。工程系統(tǒng)都處于一定的具體情境之中，其矛盾都有特殊性。也就是說，工程系統(tǒng)的物質(zhì)材料、結(jié)構(gòu)形式和動(dòng)力模式都有自己的獨(dú)特性。人認(rèn)識(shí)事物的出發(fā)點(diǎn)是認(rèn)識(shí)事物的特殊性，工程研究就是要研究工程系統(tǒng)的特殊矛盾和特殊本質(zhì)。任何工程系統(tǒng)都包含特殊的工程矛盾，工程矛盾的特殊性是指在某一工程系統(tǒng)中出現(xiàn)的具有區(qū)別于其他系統(tǒng)的自身獨(dú)具的特殊性。工程矛盾的特殊性成為一個(gè)工程系統(tǒng)區(qū)別于其他工程系統(tǒng)的特殊本質(zhì)。工程系統(tǒng)的各種運(yùn)動(dòng)形式相互依存、統(tǒng)一和斗爭(zhēng)，共同構(gòu)成工程系統(tǒng)整體。

工程矛盾的普遍性和特殊性的關(guān)系就是工程矛盾的共性和個(gè)性的關(guān)系。工程系統(tǒng)矛盾存在普遍性，工程矛盾的普遍性是指工程矛盾所具有的共性。TRIZ理論的核心思想認(rèn)為，無(wú)論是一個(gè)簡(jiǎn)單產(chǎn)品還是復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，其核心技術(shù)的演變發(fā)展都遵循客觀的共同的進(jìn)化規(guī)律和模式。這就是工程矛盾普遍性的表現(xiàn)。如果要認(rèn)識(shí)工程矛盾，就必須分析工程矛盾所處的具體條件，找到系統(tǒng)諸要素之間的相互聯(lián)系和差異。首先要認(rèn)識(shí)許多不同工程系統(tǒng)的特殊矛盾，然后才可能逐步認(rèn)識(shí)工程系統(tǒng)的一般屬性，才可能進(jìn)一步對(duì)工程系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行總體概括，從而認(rèn)識(shí)諸種事物矛盾的共同模式。當(dāng)人們已經(jīng)了解了工程系統(tǒng)矛盾的共同模式以后，就以這種共同模式為指導(dǎo)，通過一定的手段或者解決問題工具，找出解決矛盾的共同方法，再將它應(yīng)用到具體工程系統(tǒng)的矛盾情境之中，得出具體的解決問題的辦法。

于是，工程系統(tǒng)的研究就出現(xiàn)兩個(gè)相反的認(rèn)識(shí)過程：一個(gè)是由特殊到一般，一個(gè)是由一般到特殊。在工程研究中必須研究工程矛盾的特殊性，只有認(rèn)識(shí)了工程系統(tǒng)所具有的特殊性，才有可能認(rèn)識(shí)工程矛盾的普遍特征，認(rèn)識(shí)工程矛盾的共同本質(zhì)。由一般到特殊是將解決技術(shù)矛盾的普遍規(guī)律和方法運(yùn)用于解決某個(gè)特殊的具體的工程矛盾問題。TRIZ理論正是沿著這樣一種思路進(jìn)行思考。很多人認(rèn)為技術(shù)發(fā)明沒有規(guī)律可循，只能依靠靈感，依靠試錯(cuò)法。TRIZ理論解決問題的方法確實(shí)提供了一種程序化的解決技術(shù)矛盾的方法。

工程人員致力于不斷解決工程矛盾，有效把握工程技術(shù)的矛盾運(yùn)動(dòng)規(guī)律是工程技術(shù)不斷進(jìn)化發(fā)展的動(dòng)力。工程技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是不斷解決涌現(xiàn)出來(lái)的各種工程矛盾。因此，發(fā)現(xiàn)和解決工程矛盾就是工程技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)。

純粹哲學(xué)上的矛盾概念往往使人感到空泛而不具有應(yīng)用價(jià)值。TRIZ理論的提出者在研究工程技術(shù)發(fā)明規(guī)律的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)工程矛盾廣泛存在于工程技術(shù)中，抓住工程矛盾這一關(guān)鍵就可以迅速找到技術(shù)發(fā)明創(chuàng)新的方法。難能可貴的是，TRIZ理論把一個(gè)概念化的哲學(xué)矛盾具體化，并能夠有效應(yīng)用于技術(shù)發(fā)明之中。通過TRIZ理論，可以研究哲學(xué)中的矛盾問題；反之，也可以通過哲學(xué)矛盾概念對(duì)TRIZ理論和實(shí)踐進(jìn)行深入研究。這一點(diǎn)正體現(xiàn)了個(gè)別與一般之間的互動(dòng)關(guān)系。

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