基于創(chuàng)新原理的功能組件二維創(chuàng)新理論與實(shí)踐探討

姬志剛，姬梓恒，王愛(ài)峰

（1.河北工程大學(xué)，河北邯鄲 056038；2.南京理工大學(xué)，江蘇南京 210094；3.邯鄲市第一中學(xué)，河北邯鄲 056038）

為了尋求問(wèn)題解決，縱觀全球古往今來(lái)，無(wú)數(shù)技術(shù)大師和科學(xué)家窮其畢生都在苦苦追尋著，無(wú)論是遍嘗百草日中七十毒的我們先祖之一的神農(nóng)，還是數(shù)千材料里尋燈絲千百度的愛(ài)迪生，或是終其一生苦求一個(gè)最佳解的清朝徐正明和美國(guó)的固特異，甚或是為了追尋飛行夢(mèng)想付出生命代價(jià)的明朝萬(wàn)戶。這些科技先驅(qū)們解決問(wèn)題的方法就是試錯(cuò)、試錯(cuò)……

我們?yōu)榱藢で髥?wèn)題的解決方案，常常消耗大量時(shí)間，嚴(yán)重影響創(chuàng)新的進(jìn)程和效率，甚至最終即使找到了問(wèn)題解決的方案也很可能不是優(yōu)選的。有什么方法可以使創(chuàng)新者在很短時(shí)間內(nèi)找到所要解決問(wèn)題的完整解域以便優(yōu)選出最佳方案嗎？在TRIZ理論誕生之后，這成為可能。阿奇舒勒創(chuàng)立的TRIZ理論知識(shí)體系是當(dāng)前國(guó)際公認(rèn)的解決創(chuàng)新問(wèn)題的有效工具，是當(dāng)今世界頂級(jí)的技術(shù)創(chuàng)新理論和工具，但是，TRIZ理論知識(shí)體系的學(xué)習(xí)和掌握，也是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程，本文不再贅述。目前，全球TRIZ學(xué)者們通常僅僅將功能組件用于技術(shù)系統(tǒng)問(wèn)題功能分析模型的構(gòu)建和分析中，40個(gè)發(fā)明原理、76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解、功能導(dǎo)引等也并沒(méi)有作為一個(gè)直接產(chǎn)生問(wèn)題解的創(chuàng)新工具和方法來(lái)使用，而是需要結(jié)合技術(shù)矛盾、物理矛盾或者是物質(zhì)場(chǎng)模型一起來(lái)使用。

我們提出了二維創(chuàng)新理論，并給予了案例詳細(xì)闡述，希求指正。

1 二維創(chuàng)新理論

我們提出的二維創(chuàng)新理論，其創(chuàng)新流程主要是確定初始問(wèn)題、確定技術(shù)系統(tǒng)、確定技術(shù)系統(tǒng)組件層級(jí)、建立功能模型、根據(jù)不足或有害功能確定創(chuàng)新因子（InF）、創(chuàng)新因子填入二維創(chuàng)新模型求解、解的篩選和選擇七個(gè)主要流程，由于前四個(gè)與經(jīng)典TRIZ基本相同，該文不再贅述。

1.1 基于創(chuàng)新原理的功能組件二維創(chuàng)新理論

基于創(chuàng)新原理的功能組件二維創(chuàng)新法則理論的核心內(nèi)容是：二維創(chuàng)新模型（如圖1所示）和二維創(chuàng)新法則（見(jiàn)表1），二維創(chuàng)新模型主體是一個(gè)二維表格，由縱軸、橫軸和創(chuàng)新原點(diǎn)組成。縱軸為創(chuàng)新原理的全排列，橫軸為創(chuàng)新因子，每一個(gè)創(chuàng)新原理與橫軸平行引出一條橫線，目前我們梳理為109條創(chuàng)新原理引出線，我們認(rèn)為創(chuàng)新原理的總數(shù)是開(kāi)放的、可以擴(kuò)展的，隨著創(chuàng)新原理的進(jìn)一步擴(kuò)展109條引出線也會(huì)相應(yīng)增加；橫軸上設(shè)定不足或有害功能的三個(gè)功能組件作為3個(gè)創(chuàng)新因子，每一個(gè)創(chuàng)新因子向上引出一條與縱軸平行的縱線，縱線與109條創(chuàng)新原理引出橫線有109個(gè)交叉點(diǎn)，我們定義為創(chuàng)新原點(diǎn)，創(chuàng)新原點(diǎn)的表達(dá)式為“創(chuàng)新原理（InP）+創(chuàng)新因子（InF）”；3 個(gè)創(chuàng)新因子可以得到 3×109個(gè)創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式，這327個(gè)表達(dá)式就是目前為止的消除該不足或有害功能的完整解域，如果一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的功能模型有N個(gè)不足或有害功能，則最后我們可以得到N×3×109個(gè)創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式作為整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的系統(tǒng)問(wèn)題的完整解域；進(jìn)一步地，我們對(duì)完整解域進(jìn)行解的篩選和選擇就基本完成了初始問(wèn)題的創(chuàng)新求解流程。

如果經(jīng)過(guò)以上創(chuàng)新求解流程無(wú)法得到較為理想的技術(shù)系統(tǒng)問(wèn)題的解決方案，我們構(gòu)建了一個(gè)理論上的反復(fù)迭代方案，即前一次的創(chuàng)新原點(diǎn)的表達(dá)式“創(chuàng)新原理（InP）+創(chuàng)新因子（InF）”作為新的創(chuàng)新因子（InF1）……（InF108），然后重復(fù)前述問(wèn)題求解流程……

從實(shí)踐上看，當(dāng)我們面對(duì)一個(gè)有3～5個(gè)不足或有害功能模型的技術(shù)系統(tǒng)時(shí)，我們通過(guò)創(chuàng)新求解流程將可以達(dá)到3*3*109 or 5*3*109個(gè)創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式，經(jīng)過(guò)2次迭代，則可以得到2*（3*3*109 or 5*3*109）個(gè)創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式。這種情況下，依靠專業(yè)技術(shù)人員在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)還是可以完成對(duì)表達(dá)式的類比方案的遴選和刪減工作的，大量的技術(shù)系統(tǒng)問(wèn)題在此時(shí)是能夠得到相對(duì)優(yōu)選的解決方案的。

為了理論探討的更深一步，我們進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)推證，當(dāng)我們面對(duì)有3個(gè)不足或有害功能模型的技術(shù)系統(tǒng)時(shí)，我們通過(guò)創(chuàng)新求解流程將可以達(dá)到3*3*109個(gè)創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式，經(jīng)過(guò)108次迭代可以得到108*3*3*109=98172個(gè)創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式，這顯然需要計(jì)算機(jī)程序的輔助創(chuàng)新工作了，本文不做贅述，專文介紹。

1.2 基于創(chuàng)新原理的功能組件二維創(chuàng)新法則

圖1 二維創(chuàng)新模型

表1 功能組件二維創(chuàng)新法則詳情表

圖2 3個(gè)創(chuàng)新因子填入二維創(chuàng)新模型圖

全排列創(chuàng)新原理，目前我們梳理為109個(gè)，在計(jì)算機(jī)程序中這個(gè)數(shù)據(jù)并不大，但是在非計(jì)算機(jī)處理的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中，109行創(chuàng)新原理全排列，顯得過(guò)長(zhǎng)，也沒(méi)有必要，因此我們又在前述二維創(chuàng)新模型的基礎(chǔ)上提出了基于創(chuàng)新原理的功能組件二維創(chuàng)新法則（以下簡(jiǎn)稱“二維創(chuàng)新法則”），二維創(chuàng)新法則將前述109條創(chuàng)新原理分為8組，分別為結(jié)構(gòu)法則1（本體）、結(jié)構(gòu)法則2（本體之外）、生長(zhǎng)法則、時(shí)間法則、功能法則、作用法則、變化法則、進(jìn)化法則，見(jiàn)表1。

我們通過(guò)大量實(shí)踐和研究，將40個(gè)發(fā)明原理、76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解（部分）、技術(shù)進(jìn)化定律、技術(shù)進(jìn)化路線、STC算子、九窗口法、功能導(dǎo)引、十二和田法等創(chuàng)新方法以及多年實(shí)踐結(jié)合一起構(gòu)建了圖1二維創(chuàng)新模型、表1二維創(chuàng)新法則，用以指導(dǎo)創(chuàng)新。二維創(chuàng)新法則方便我們進(jìn)行非計(jì)算機(jī)化的人工創(chuàng)新，分類清晰，聚類特征突出，如結(jié)構(gòu)法則1（本體）和結(jié)構(gòu)法則2（本體之外），同是結(jié)構(gòu)法則但是第一類發(fā)明原理是在原技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改變的基礎(chǔ)上的分類，故以“本體”標(biāo)識(shí)之；第二類發(fā)明原理是在原技術(shù)系統(tǒng)外其他系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改變的基礎(chǔ)上的分類，故以“本體之外”標(biāo)識(shí)之。

2 二維創(chuàng)新理論問(wèn)題求解案例

2.1 案例介紹

我們選取案例為中央財(cái)經(jīng)大學(xué)2017年自主招生的一道真題：一輛火車疾駛而來(lái),即將軋死固定在鐵路上的5個(gè)人,你是選擇放任不管,還是將身邊的一個(gè)人推倒在鐵軌上軋死,迫使火車提前停車?說(shuō)出你的選擇,并陳述理由,并說(shuō)明不選擇另外一個(gè)方案的理由。

參考TRIZ理論面對(duì)技術(shù)問(wèn)題的求解流程，我們將該案例視為一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的問(wèn)題，技術(shù)系統(tǒng)：疾駛火車；系統(tǒng)功能：火車頭撞人（屬于有害作用的技術(shù)系統(tǒng)）；需要解決的系統(tǒng)問(wèn)題：阻止火車撞人（消除技術(shù)系統(tǒng)的有害作用）；確定超系統(tǒng)：鐵軌、我、光、地面、重力；確定理想解：無(wú)須任何措施或結(jié)構(gòu)改變火車自動(dòng)停下。保持疾駛火車功能屬性的主要參數(shù)是速度、摩擦力和質(zhì)量。因此我們下面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新時(shí)，創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式要結(jié)合速度、摩擦力和質(zhì)量來(lái)尋求最終的解決方案。

2.2 基于二維創(chuàng)新模型對(duì)案例求解

此案例是一個(gè)簡(jiǎn)單的有害功能系統(tǒng)，系統(tǒng)有害功能單一，即火車頭撞擊人。我們根據(jù)二維創(chuàng)新模型確定創(chuàng)新因子（InF）為火車頭、人、撞擊。將3個(gè)創(chuàng)新因子填入二維創(chuàng)新模型如圖2所示，于是我們得到3×109個(gè)創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式。其中與火車頭為創(chuàng)新因子對(duì)應(yīng)的創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式為：分割-相互獨(dú)立+火車頭；分割-容易組裝和拆卸+火車頭；分割-提高可分性+火車頭；抽取-負(fù)面+火車頭……STC-尺寸無(wú)窮大+火車頭……STC-成本無(wú)窮大+火車頭……功能疊加+火車頭……向超系統(tǒng)進(jìn)化+火車頭。與撞擊或人為創(chuàng)新因子對(duì)應(yīng)的創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式略。

2.3 類比得到最終的解決方案

將前面得到的3×109個(gè)創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式分別與保持疾駛火車功能屬性的主要參數(shù)速度、摩擦力、質(zhì)量類比將能得到最終的解決方案。

例如，創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式“多維空間（前后左右上下內(nèi)外）+火車頭”+速度or摩擦力or質(zhì)量得到解決方案為：方案1火車頭左、右、上外壁由光滑流線型外壁——啟動(dòng)多維多孔外壁，極大量增加風(fēng)阻系數(shù)。

方案2打開(kāi)火車頭前壁外層，急速噴出網(wǎng)兜、軟性材料、氣囊等緩沖沖擊。

例如，創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式“增添物（前后左右上下內(nèi)外）+火車頭”+速度or摩擦力or質(zhì)量得到解決方案為：方案3整車外壁在制動(dòng)啟動(dòng)時(shí)增加大量逆向旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇，增加前行阻力。

例如，創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式 “STC-尺寸無(wú)窮大+火車頭+火車頭”+速度or摩擦力or質(zhì)量得到解決方案為：方案4火車頭迎風(fēng)橫截面快速增加，增大風(fēng)阻。

例如，創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式“分割-相互獨(dú)立+火車頭”+速度or摩擦力or質(zhì)量得到解決方案為：方案5高鐵目前一般為7～8節(jié)車廂，為了使得火車在前方極大危險(xiǎn)的情況下快速停車，從降低疾駛火車質(zhì)量的方面看，預(yù)先將火車頭也分割為3～5部分，緊急情況下快速分開(kāi)，降低各部分質(zhì)量，降低停車距離。

例如，創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式“重量補(bǔ)償”+速度or摩擦力or質(zhì)量得到解決方案為：方案6緊急情況下，每節(jié)火車車廂向上向后噴射大量制動(dòng)傘和氣球。

如果我們對(duì)109個(gè)創(chuàng)新原點(diǎn)表達(dá)式分別類比求解，將能得到最終完整數(shù)量的問(wèn)題解，經(jīng)過(guò)分析評(píng)價(jià)將能得到相對(duì)優(yōu)選的解決方案。由于二維創(chuàng)新模型的簡(jiǎn)便性，中小學(xué)生學(xué)員經(jīng)過(guò)短時(shí)間的培訓(xùn)就能得到這些解決方案。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)我們對(duì)創(chuàng)新求解過(guò)程的簡(jiǎn)化和構(gòu)建，創(chuàng)新過(guò)程簡(jiǎn)化為“選擇、填空、類比、迭代”四步”，這可以使得初學(xué)創(chuàng)新方法的學(xué)員能在短時(shí)間內(nèi)熟練掌握一門創(chuàng)新求解工具。這種初窺殿堂的成就感會(huì)令學(xué)員們?cè)趧?chuàng)新方法繼續(xù)深造的過(guò)程中信心倍增，極大提高創(chuàng)新方法的宣傳和推廣工作效率。

我們?cè)谄渌麑Ｎ闹刑岢鰧W(xué)生生涯的階段分別為“創(chuàng)造力啟蒙期、創(chuàng)造力高峰期、學(xué)科知識(shí)體系構(gòu)建期、創(chuàng)新力+研究力蓬勃發(fā)展期”，二維創(chuàng)新模型和二維創(chuàng)新法則構(gòu)成的二維創(chuàng)新理論，可以迅速在我國(guó)處于創(chuàng)造力啟蒙期、創(chuàng)造力高峰期的數(shù)億青少年中快速普及，這不僅僅能幫助高考學(xué)生在自主招生創(chuàng)新潛質(zhì)考核中脫穎而出，而且這種創(chuàng)新能力將伴隨學(xué)生一生，成為學(xué)習(xí)、工作、生活的“超能力”，成為青少年生涯成長(zhǎng)中的重力支撐。