TRIZ 問(wèn)題解決工具- 物理矛盾應(yīng)用探討

張凱

（北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司，北京100176）

1 物理矛盾

物理矛盾指是TRIZ 中一個(gè)重要的解決問(wèn)題的工具，當(dāng)對(duì)同一個(gè)對(duì)象的同一個(gè)參數(shù)具有相反的并且合乎情理的需求[1]時(shí)，可以通過(guò)物理矛盾工具解決。所以，物理矛盾針對(duì)的是同一系統(tǒng)的同一個(gè)對(duì)象的同一個(gè)參數(shù)，用來(lái)解決的是關(guān)鍵問(wèn)題。

圖1 物理矛盾

但筆者發(fā)現(xiàn)，實(shí)際應(yīng)用中存在一些常見(jiàn)問(wèn)題。如“水射流可以當(dāng)作軟質(zhì)物質(zhì)，用于洗澡時(shí)按摩；也可以當(dāng)作硬質(zhì)物質(zhì)，以高壓、高射速流用于加工或作為武器使用”[2]，實(shí)際是不準(zhǔn)確的。因?yàn)獒槍?duì)的是兩個(gè)不同的系統(tǒng)，一個(gè)是洗澡用設(shè)備，另一個(gè)是加工或武器裝備?！八枰?，又需要硬”，也是不準(zhǔn)確的，因?yàn)闆](méi)有解釋不同需求的合理原因。正確的物理矛盾定義，如圖2，“為了提高釘子的穿透能力，錘子應(yīng)做的重些，但為了使它用起來(lái)更順手它應(yīng)該輕些”。物理矛盾的表述形式可使用形式：參數(shù)A 需要B，因?yàn)镃;但是參數(shù)A 需要-B,因?yàn)镈。合理解釋原因是必要的。比如“錘子應(yīng)該是重的，又應(yīng)該是輕的”就不是準(zhǔn)確的物理矛盾定義。因?yàn)闆](méi)有解釋合理的原因，那么就忽略了問(wèn)題，矛盾就不成立了。比如對(duì)于跳水運(yùn)動(dòng)員跳水時(shí)，如果泳池水是普通的水，跳下去的時(shí)候容易損傷眼角膜。一般講義會(huì)定義為“水要軟，以免運(yùn)動(dòng)員受傷；但是，水要硬以支撐運(yùn)動(dòng)員的重量沖擊”。這其實(shí)是不準(zhǔn)確的。因?yàn)椋浿蟛⒉槐厝粚?dǎo)致不足以支撐運(yùn)動(dòng)員重量沖擊，因果邏輯不成立。

2 物理矛盾解決方法

經(jīng)典TRIZ 理論中，提出的解決物理矛盾的方法有空間分離、時(shí)間分離、條件分離和系統(tǒng)級(jí)別分離。而現(xiàn)代TRIZ 提出的解決物理矛盾的方法有：分離矛盾需求、滿足矛盾需求、繞過(guò)矛盾需求。其中分離矛盾需求又包含：空間分離、時(shí)間分離、關(guān)系分離、方向分離與系統(tǒng)級(jí)別分離。本文主要對(duì)存在的差異做解析，從長(zhǎng)期使用經(jīng)驗(yàn)上，給出自己的見(jiàn)解。經(jīng)典TRIZ 中，當(dāng)對(duì)同一個(gè)參數(shù)的不同要求，可以在不同的條件下實(shí)現(xiàn)分離時(shí)可以使用條件分離。筆者認(rèn)為此種方式在相關(guān)介紹性材料中普遍存在問(wèn)題，而且該分離方法本身很泛泛，也導(dǎo)致實(shí)踐中很不實(shí)用。以下以案例進(jìn)行說(shuō)明：炮管直徑需要大，因?yàn)檠b彈容易滑入；但是，炮管直徑需要小，因?yàn)榘l(fā)射過(guò)程避免漏氣。條件分離求解時(shí)，需要回答在哪一個(gè)條件下滿足需求1，在哪一個(gè)條件滿足需求2。則應(yīng)該描述為在裝彈過(guò)程，炮管直徑需要大，在發(fā)射過(guò)程，炮管直徑需要小。確實(shí)是屬于不同條件，但這種方式是沒(méi)有意義的，并沒(méi)有提供任何解決的思路。再比如教鞭的長(zhǎng)度需要長(zhǎng)，因?yàn)槭谡n方便，但是，教鞭的長(zhǎng)度需要短，因?yàn)楹脭y帶。此時(shí)若使用條件分離，實(shí)際還是教鞭授課需要長(zhǎng)，攜帶需要短，這確實(shí)是不同條件。這對(duì)于問(wèn)題實(shí)際是沒(méi)有幫助的。

圖2 錘子中的物理矛盾

圖3 燃具燃?xì)庠O(shè)計(jì)

如圖3 所示，燃具燃?xì)獾牧髁啃枰?，因?yàn)榭煽s短做飯時(shí)間，但是，燃?xì)獾牧髁啃枰?，因?yàn)榭蓽p少做飯過(guò)程（尤其是鍋不在燃?xì)馍戏剑┤細(xì)獾睦速M(fèi)。這里我們?cè)跊](méi)在使用燃?xì)庖彩遣煌臈l件，然后呢？再比如培訓(xùn)時(shí)，教室的燈光應(yīng)該亮的，因?yàn)榉奖憧辞逯v義，但是，教室的燈光應(yīng)該是暗的，因?yàn)榉奖憧辞逋队啊４藭r(shí)若使用條件分離，實(shí)際還是看講義燈光要亮，看投影，燈光要暗。然后呢？

實(shí)際上，根據(jù)物理矛盾的定義，同一個(gè)對(duì)象的同一個(gè)參數(shù)具有相反的并且合乎情理的需求，本身意味著不同條件下有不同的矛盾需求。準(zhǔn)確講在什么空間、什么時(shí)間等都屬于不同的條件。

所以，筆者認(rèn)為有必要更正現(xiàn)有教材的錯(cuò)誤。

現(xiàn)代TRIZ 中,提出關(guān)系分離解決物理矛盾是有效的。如果對(duì)于不同的超系統(tǒng)對(duì)象有物理矛盾的相反需求,可以使用“關(guān)系分離”方法來(lái)分離。導(dǎo)向關(guān)鍵詞:“對(duì)誰(shuí)”,可使用“對(duì)對(duì)象1 需要……(正向需求),對(duì)對(duì)象2 需要……(反向需求)”格式描述。比如,夏天白天的時(shí)候,如果窗簾打開(kāi),室內(nèi)會(huì)被曬得很熱,如果關(guān)上，室內(nèi)采光變差。定義為物理矛盾為：陽(yáng)光的進(jìn)入量需要大，以滿足光亮度需求，但是，陽(yáng)光的進(jìn)入量需要小，以防止曬熱室內(nèi)?？臻g分離這里不適合，因?yàn)橛袥_突的參數(shù)要求的位置是同一個(gè)：室內(nèi)。時(shí)間分離在這里不適合，因?yàn)橛袥_突的參數(shù)要求的時(shí)間是同時(shí)的，白天。關(guān)系分離在這里適合，光線是必需的，紅外線是要避免的。如果我們能將可見(jiàn)光透射進(jìn)去，紅外線折射回去，矛盾即可分離。所以，將問(wèn)題重新陳述為“對(duì)于可見(jiàn)光，進(jìn)入的量需要大，以滿足光亮度需求；但是對(duì)于紅外線，進(jìn)入的量需要小，以防止曬熱室內(nèi)”。筆者還提出一類分離方法，有別于條件分離，稱其為“作用觸發(fā)分離”，如果同一個(gè)超系統(tǒng)對(duì)象屬性變化造成系統(tǒng)有物理矛盾的不同需求，可以使用“作用觸發(fā)”分離，推薦的發(fā)明原理為“相變”。

例如：眼鏡透光率要高，為了要看清周?chē)奈矬w，但是，眼鏡透光率要低，為了防止強(qiáng)光射入眼鏡。選擇分離方法：空間分離這里不適合，有沖突的參數(shù)要求的位置是同一個(gè)-鏡片。時(shí)間分離在這里適合，因?yàn)橛袥_突的參數(shù)要求的時(shí)間是不同的，時(shí)間分離方法會(huì)引導(dǎo)到時(shí)間如何實(shí)現(xiàn)分離的方向。關(guān)系分離條件分離在這里不適合，因?yàn)獒槍?duì)的是同一個(gè)超系統(tǒng)對(duì)象-陽(yáng)光。此時(shí)，若將問(wèn)題按照”作用觸發(fā)分離“的方式描述：對(duì)于光照充足作用下，觸發(fā)眼鏡透光率低；對(duì)于光照不足作用下，觸發(fā)眼鏡透光率高。根據(jù)相變?cè)?，可?gòu)思更高質(zhì)量的方案，如在鏡片中加入鹵化銀微粒。

再比如防彈衣需要很堅(jiān)韌，以便在受打擊時(shí)提供足夠的保護(hù)，但是防彈衣需要很柔軟，便于穿戴和行動(dòng)。選擇分離方法：空間分離這里適合，有沖突的參數(shù)要求的位置可以是不同空間，但空間很難識(shí)別。時(shí)間分離在這里適合，因?yàn)橛袥_突的參數(shù)要求的時(shí)間是不同的，但什么時(shí)間也很難識(shí)別。所以空間分離和時(shí)間分離此時(shí)會(huì)感覺(jué)不是很有效。關(guān)系分離在這里適合，因?yàn)獒槍?duì)的是兩個(gè)不同的超系統(tǒng)對(duì)象-子彈和人，但較難構(gòu)思具體方案。此時(shí)，若將問(wèn)題按照“作用觸發(fā)分離”的方式描述：大的沖擊作用，觸發(fā)高韌性。小的沖擊作用，觸發(fā)高柔性。在這里非牛頓流體即具備這種特性。

圖4 捕蠅籠

方向分離，適用于在不同的方向有物理矛盾的相反需求。導(dǎo)向關(guān)鍵詞為“哪個(gè)方向”。如圖4，小區(qū)中常見(jiàn)的捕蠅籠，在進(jìn)入方向，昆蟲(chóng)好進(jìn)，但相反方向，很難出去。同時(shí)，現(xiàn)代TRIZ 理論關(guān)于物理矛盾求解，還提出了滿足和繞過(guò)兩個(gè)方法[1]。比如游泳池泳道應(yīng)該長(zhǎng)些這樣游泳員可以減少調(diào)頭次數(shù)，但是游泳池泳道也應(yīng)該短些這樣游泳池節(jié)省空間。指引方向是如何泳道長(zhǎng)，還能省空間或者泳道短，還能少掉頭來(lái)構(gòu)思解決方案。再比如，金屬加工溫度需要高，因?yàn)楹贸尚?，但金屬加工溫度需要低，因?yàn)榭蓽p少氧化。指引方向是如何高溫金屬減少氧化或者如何低溫金屬好成型。

之所以可以滿足矛盾的需求，背后原因是因果鏈中導(dǎo)致上一層問(wèn)題出現(xiàn)是多于2 個(gè)的原因，且之間為and 關(guān)系。如圖5 所示，金屬加工案例：

圖5 金屬加工因果鏈模型（局部）

所以，造成金屬氧化嚴(yán)重的下一層原因有4 個(gè)，金屬溫度高與其它原因是AND 關(guān)系，所以解決其它原因即可實(shí)現(xiàn)滿足矛盾的需求。繞過(guò)矛盾需求，這種方法并不是太好，并沒(méi)有嘗試解決矛盾，而是改變系統(tǒng)的工作原理，使原來(lái)的物理矛盾不復(fù)存在，意味著對(duì)系統(tǒng)改變通常會(huì)比較大。Alex Lyubomirskiy 在TRIZfest 2019 提出的通過(guò)在微觀層面上分離空間或時(shí)間上的矛盾要求[3]，來(lái)解決物理矛盾。筆者認(rèn)為也是有效的，且不同于上述討論的方法。Alex Lyubomirskiy 提出可以將空間和時(shí)間上的矛盾需求分開(kāi)，即使這兩種需求屬于同一空間或時(shí)間，方法是在微觀級(jí)別分離，前提是不同的屬性不會(huì)相互中和或抵消。

解決物理矛盾推薦的整體流程可參考圖6，依次判斷哪一個(gè)適用于所分析的項(xiàng)目，直至全部走完整個(gè)流程。在一個(gè)項(xiàng)目中，同時(shí)兩個(gè)或以上的方法適用也是常見(jiàn)的。

圖6 解決物理矛盾的流程

3 結(jié)論

本文論述了使用物理矛盾解決技術(shù)問(wèn)題時(shí)，常見(jiàn)的問(wèn)題。提出經(jīng)典TRIZ 理論中條件分離實(shí)用性差，相關(guān)介紹材料建議引入關(guān)系分離的介紹。同時(shí)，筆者提出了“作用觸發(fā)分離”，可以更有效引導(dǎo)創(chuàng)新問(wèn)題的成功解決, 但需要更多實(shí)際項(xiàng)目對(duì)其進(jìn)行深入測(cè)試，收集應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，然后確定是否正確。