TRIZ理論中的STC算子的應(yīng)用研究

TRIZ理論中為克服在創(chuàng)新和發(fā)明過程中存在的思維慣性，阿奇舒勒構(gòu)建了九屏幕圖、小人法、最終理想解、金魚法和STC算子五種方法。文章將圍繞STC算子法的解題思路、解題流程及注意事項(xiàng)等方面展開討論，旨在幫助TRIZ應(yīng)用者更好地克服思維慣性，解決技術(shù)問題。

一、STC算子概述

STC算子法是一種非常簡(jiǎn)單的工具，通過極限思考方式想象系統(tǒng)，將尺寸、時(shí)間和成本因素進(jìn)行一系列變化的思維實(shí)驗(yàn)，用來打破思維定勢(shì)。STC的含義分別是：S—尺寸、T—時(shí)間、C—成本，從尺寸、時(shí)間和成本三個(gè)方面的參數(shù)變化來改變?cè)械膯栴}。通常工程師在解決技術(shù)問題時(shí)對(duì)系統(tǒng)已非常了解和熟悉，一般對(duì)研究對(duì)象有一種“定型”的認(rèn)識(shí)和理解，而這種“定型”的特性在時(shí)間、空間和資金方面尤為突出。此種“定型”會(huì)在工程師的思維中建立心理障礙，從而妨礙工程師清晰、客觀地認(rèn)識(shí)所研究的對(duì)象。這種障礙對(duì)工程師的影響表現(xiàn)在：一是工程師所建立的思維結(jié)構(gòu)可能與所解決問題的方法相差甚遠(yuǎn)；二是這種心理障礙會(huì)主觀地過濾掉某些“所謂的與技術(shù)問題無關(guān)，但實(shí)際上非常重要的信息”，并在此基礎(chǔ)上加入“某些與技術(shù)問題實(shí)際上無關(guān)的信息，而又被工程師主觀地認(rèn)為很重要的信息”，造成了解決問題的思路和尋找可利用的資源時(shí)走上了一條“不歸路”。

應(yīng)用STC算子的目的：一是克服長(zhǎng)期由于思維慣性產(chǎn)生的心理障礙，打破原有的思維束縛，將客觀對(duì)象由“習(xí)慣”概念變?yōu)椤胺橇?xí)慣”[1]概念，在很多時(shí)候，問題的成功解決取決于如何動(dòng)搖和摧毀原有的系統(tǒng)以及對(duì)原有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)；二是通過尺寸、時(shí)間和成本三個(gè)緯度的分析，迅速發(fā)現(xiàn)對(duì)研究對(duì)象最初認(rèn)識(shí)的誤差；三是通過認(rèn)識(shí)誤差的分析，重新定位、界定研究對(duì)象，使“熟悉”的對(duì)象陌生化；四是用STC算子思考后，可以在分析問題的過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的技術(shù)矛盾或物理矛盾，以便在后續(xù)的解題過程中予以解決，很多時(shí)候改變?cè)瓉淼乃悸肪涂梢哉业絾栴}的解決方案。

二、STC算子思考問題的流程

STC算子法就是對(duì)一個(gè)系統(tǒng)自身不同特性（尺寸、時(shí)間、成本）單獨(dú)考慮，而不考慮其他的兩個(gè)或多個(gè)因素。一個(gè)產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)通常由多個(gè)因素構(gòu)成，單一考慮相應(yīng)因素會(huì)得出意想不到的想法和方向。

1.STC算子思考問題的流程

應(yīng)用STC算子通常按照下列步驟進(jìn)行分析。需要注意的是尺寸、成本和時(shí)間的內(nèi)涵。尺寸：一般可以考慮研究對(duì)象的三個(gè)維度，即長(zhǎng)、寬、高，但尺寸不僅包含上述含義，同時(shí)延伸的尺寸還包括溫度、強(qiáng)度、亮度、精度等的大小及變化的方向，它不只是幾何尺寸，而且還包含了可能改變?nèi)魏螀?shù)的尺寸。時(shí)間：一般可以考慮是物體完成有用功能所需要的時(shí)間、有害功能持續(xù)的時(shí)間、動(dòng)作之間的時(shí)間差等。成本：一般可以理解為不僅包括物體本身的成本，也包括物體完成主要功能所需各項(xiàng)輔助操作的成本以及浪費(fèi)的成本。在最大范圍內(nèi)來改變每一個(gè)參數(shù)，只有問題失去物理學(xué)意義才是參數(shù)變化的臨界值。需要逐步地改變參數(shù)的值，以便能夠理解和控制在新條件下問題的物理內(nèi)涵。應(yīng)用STC算子通常按照下列步驟進(jìn)行分析。

步驟1：明確現(xiàn)有系統(tǒng)

步驟2：明確現(xiàn)有系統(tǒng)在時(shí)間、尺寸和成本方面的特性

步驟3：設(shè)想逐漸增大對(duì)象的尺度，使之無窮大（S→∞）

步驟4：設(shè)想逐漸減小對(duì)象的尺度，使之無窮?。⊿→0）

步驟5：設(shè)想逐漸增加對(duì)象的作用時(shí)間，使之無窮大（T→∞）

步驟6：設(shè)想逐漸減少對(duì)象的作用時(shí)間，使之無窮小（T→0）

步驟7：設(shè)想增加對(duì)象的成本，使之無窮大（C→∞）

步驟8：設(shè)想減少對(duì)象的成本，使之無窮小（C→0）

步驟9：修正現(xiàn)有系統(tǒng)，重復(fù)步驟2～8，并得出解決問題的方向

這些試驗(yàn)或想象在某些方面是主觀的，很多時(shí)候它取決于主觀想象力、問題特點(diǎn)及其他一些情況。然而，即使是標(biāo)準(zhǔn)化地完成這些試驗(yàn)也能夠有效消除思維定式。

2.STC算子思考問題時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤

有效、正確使用TRIZ工具是解決技術(shù)問題的關(guān)鍵，在使用STC算子時(shí)，工程師容易出現(xiàn)以下錯(cuò)誤，應(yīng)當(dāng)在使用過程中盡可能地避免錯(cuò)誤的出現(xiàn)，為解決技術(shù)問題奠定良好的基礎(chǔ)。一是在步驟1中，對(duì)技術(shù)系統(tǒng)的定義和界定不清楚導(dǎo)致在后續(xù)的步驟中與研究對(duì)象不統(tǒng)一，同時(shí)不應(yīng)該改變初始問題的目標(biāo)。二是在步驟2中，對(duì)研究對(duì)象的三個(gè)特性，尺寸、成本、時(shí)間的定義不清楚，造成后續(xù)分析問題時(shí)沒有找到解決問題的方向。三是需要對(duì)每個(gè)想象試驗(yàn)要分步遞增、遞減，直到進(jìn)行到物體新的特性出現(xiàn)，為了更深入地觀察到新特性是如何產(chǎn)生的，一般每個(gè)試驗(yàn)分步長(zhǎng)進(jìn)行，步長(zhǎng)為對(duì)象參數(shù)數(shù)量級(jí)的改變（10的整數(shù)倍）。四是不能在沒有完成所有想象試驗(yàn)時(shí)，擔(dān)心系統(tǒng)變得復(fù)雜而提前中止。五是STC算子使用的成效取決于主觀想象力、問題特點(diǎn)等情況，需要充分拓展思維，改變?cè)兴季S的束縛，大膽地展開想象，不能受到現(xiàn)有環(huán)境的限制。六是不能在試驗(yàn)的過程中嘗試猜測(cè)問題最終的答案。七是STC算子一般不會(huì)直接獲取解決技術(shù)問題的方案，但它可以讓工程師獲得某些獨(dú)特的想法和方向，為下一步應(yīng)用其他TRIZ工具尋找解決方案做準(zhǔn)備。

三、STC算子應(yīng)用案例

錨是船只錨泊設(shè)備的主要部件，用鐵鏈連在船上，拋在水底，可以使船停穩(wěn)，很久以來海錨就是安全和希望的象征。海錨在航海史上拯救的船只不計(jì)其數(shù)，但隨著現(xiàn)代造船工業(yè)的發(fā)展，吞吐量幾萬甚至幾十萬噸的巨型船只而言，海錨顯得沒有之前那么可靠。海錨的安全系數(shù)一般是指海錨提供的牽引力（系留力）與其自身重量之比。一般不低于10～12（結(jié)構(gòu)最出名的軍艦錨和馬特洛索夫錨在其自重為1噸時(shí)錨的系留力為10噸）[2]。但是，這種理想效果只有當(dāng)海底是硬泥的時(shí)侯才能達(dá)到。當(dāng)海底是淤泥或者巖石時(shí)，錨爪是抓不住海底的。怎樣才能明顯提高錨在海底的系留力呢？下面按照STC算子的步驟逐步進(jìn)行分析。

步驟1：明確現(xiàn)有系統(tǒng)

目前存在的問題是由于船只的自重隨著技術(shù)水平的不斷提升自重隨之提升，這就要求海錨所產(chǎn)生的自留力也必須成倍數(shù)地增加。系統(tǒng)由有海錨、船只、繩索等組成，超系統(tǒng)包含海水等。研究對(duì)象較為明確就是海錨。但是，“海錨”這個(gè)詞能立刻使人聯(lián)想起一些特定的解決方式，比如，可以增加錨爪數(shù)量、做一些其他形狀的錨爪、增大錨的重量等。因此在解決問題的過程中克服思維定式最簡(jiǎn)單有效的辦法就是不使用那些專業(yè)術(shù)語。盡量使用那些不具有具體含義的詞，比如，“事物”、“東西”、“對(duì)象”等，從功能的角度描述研究對(duì)象，如“需要能系留一百噸重的船只的物質(zhì)”、“什么東西能夠固定住一百噸重的船” 。

利用術(shù)語可以準(zhǔn)確地將已知和未知的東西區(qū)分開來?？墒钱?dāng)已知和未知間沒有明顯界限，思維角度更趨向于未知的時(shí)候，就應(yīng)該放棄使用術(shù)語了。如果題目中沒有“錨”這個(gè)術(shù)語，也就沒有“錨爪”的概念了。

步驟2：明確現(xiàn)有系統(tǒng)在時(shí)間、尺寸和成本方面的特性

在該系統(tǒng)中，系統(tǒng)由船、錨等組成，超系統(tǒng)有海水、海底等，系統(tǒng)及超系統(tǒng)的參數(shù)將隨著STC算子而改變。為了找到新方法的思路，首先需要對(duì)發(fā)生變化的成分（船）進(jìn)行一些調(diào)整。假設(shè)船身長(zhǎng)100 米，吃水量10 米（船的尺寸為100 米/10 米），船距海底1千米，錨放到海底需1小時(shí)的時(shí)間，需要找到產(chǎn)生質(zhì)變的參數(shù)變化范圍。

步驟3：設(shè)想逐漸增大對(duì)象的尺度，使之無窮大（S→∞）

尺寸→∞。船與錨是相對(duì)的關(guān)系，尺寸特性可以從相對(duì)的兩個(gè)方面考慮，海錨尺寸的增大和船只尺寸的縮小。如果船的尺寸縮小為原來的1/1000，變?yōu)?0 厘米/1厘米，是否能解決問題？船太小了（像木片一樣），纜繩（如細(xì)鐵絲一樣）的長(zhǎng)度和重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了船的浮力，船將無法控制或沉沒。

步驟4：設(shè)想逐漸減小對(duì)象的尺度，使之無窮?。⊿→0）

尺寸→0?？紤]海貓尺寸的縮小和船只尺寸的擴(kuò)大。如果把船的尺寸增加為原來的100倍，變?yōu)?0 千米/1 千米，問題解決了嗎？這時(shí)船底已經(jīng)接觸到海底了，也就不需要系留了。把這一特性的質(zhì)變運(yùn)用到普通的船上將是什么情形？一是可以把船固定到冰山上；二是船?？康臅r(shí)候下部灌滿水；三是船體進(jìn)行分割，將船的一部分脫離開并沉到海底；四是船下面安裝水下帆，利用水起到制動(dòng)的作用等，這些想法可以為解決問題提供方向。

步驟5：設(shè)想逐漸增加對(duì)象的作用時(shí)間，使之無窮大（T→∞）

時(shí)間→∞。當(dāng)時(shí)間為10小時(shí)的時(shí)候，錨下沉得很慢，可以很深地嵌入海底；打下扎到海底的樁子。有一種旋進(jìn)型的錨（已獲得專利的振動(dòng)錨）；電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)將錨深深地嵌入海底（系留力是錨自重的20倍），但這種方法不適用于巖石海底。

步驟6：設(shè)想逐漸減少對(duì)象的作用時(shí)間，使之無窮?。═→0）

時(shí)間→0。如果把時(shí)間縮減為原來的1/100，就需要非常重的錨，或者除重力外，能夠有其他力量推動(dòng)錨的運(yùn)動(dòng)，使它能夠快速降到海底。如果時(shí)間減為1/1000，錨就要像火箭一樣投下去。如果減為1/10000，那么只能利用爆破焊接，將船固接到海底了?？梢钥紤]為錨增加動(dòng)力裝置，也可以考慮利用某些狀態(tài)的變化將錨“粘”在海底。

步驟7：設(shè)想增加對(duì)象的成本，使之無窮大（C→∞）

成本→∞，如果允許不計(jì)成本，那么可以使用特殊的方法和昂貴的設(shè)備。利用白金錨，利用火箭、潛水艇、深潛箱等工具來完成需要達(dá)到的目標(biāo)。

步驟8：設(shè)想減少對(duì)象的成本，使之無窮?。–→0）

成本→0。如果不允許增加成本，或者很小的成本，那么必須利用免費(fèi)資源。在該問題中海水是免費(fèi)的資源，同時(shí)也是可以無限滿足于系統(tǒng)的要求，可以利用海水來達(dá)到系留的功能，或者是改變海水的狀態(tài)來完成功能。

問題的最終解決方法是用一個(gè)帶制冷裝置的金屬錨，錨重1噸，制冷功率50KW·H，1分鐘內(nèi)錨的系留力可達(dá)20噸，10～15分鐘內(nèi)達(dá)1000噸。

四、結(jié)論與展望

STC算子雖然不能夠直接提供解決問題的方案，但是可以為解決問題提供方向，尤其是面對(duì)問題“沒有任何方向”時(shí)，可以利用該方向擴(kuò)展思路、拓寬思維。STC算子通過進(jìn)一步激化問題，尋找產(chǎn)生質(zhì)變的臨界范圍，雖然STC算子規(guī)定了從尺寸、時(shí)間、成本三個(gè)特性改變?cè)械膯栴}，但在實(shí)際使用過程中可不受三個(gè)緯度的約束，根據(jù)技術(shù)問題的特點(diǎn)和需求，在其他方面，如空間、速度、力、面積等方面展開極限思維，該方法本身是為了達(dá)到克服思維慣性的目的，使用者需要開拓思維，不能從一種思維慣性到達(dá)另外一種思維慣性。

責(zé)編/劉紅偉

參考文獻(xiàn)：

[1]曹福全. 創(chuàng)新思維與方法概論[M]. 哈爾濱：黑龍江高等教育出版社.2009.

[2] 尤里·薩拉馬托夫著，王子羲等譯，怎樣成為發(fā)明家[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.

基金項(xiàng)目：國(guó)家創(chuàng)新方法工作專項(xiàng)（2013IM021600）

作者簡(jiǎn)介：韓博，男，寧夏同心人，碩士，助理研究員，國(guó)際TRIZ協(xié)會(huì)三級(jí)，主要研究方向：科技政策與管理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)和創(chuàng)新方法。