TRIZ創(chuàng)新方法系列講座③錦囊妙計（上）
——技術(shù)矛盾與40個發(fā)明原理

顏惠庚 李 弘

（常州市技術(shù)創(chuàng)新方法研究會，江蘇 常州 213031）

顏惠庚、趙昊昱主編《TRIZ創(chuàng)新方法叢書 技術(shù)創(chuàng)新方法提高——TRIZ 流程與工具》，化學(xué)工業(yè)出版社，2012年出版

矛盾理論是整個TRIZ 理論的基石。TRIZ 創(chuàng)始人阿奇舒勒認為：“每個偉大發(fā)明的結(jié)果就是解決一個或多個矛盾”。因此，從某種意義上來講，技術(shù)創(chuàng)新的本質(zhì)就是發(fā)現(xiàn)并解決技術(shù)系統(tǒng)中存在的矛盾。如此以來，就把技術(shù)創(chuàng)新從神秘莫測的頓悟或靈感轉(zhuǎn)換為一種有據(jù)可依的解決矛盾的過程，從而大大降低了發(fā)明創(chuàng)造的門坎。不僅如此，TRIZ 理論提供了從發(fā)現(xiàn)矛盾到解決矛盾的邏輯途徑及其相應(yīng)的工具。

所有這一切都是建立在大量（250 萬份中選出的4 萬余份代表性）世界頂級專利的分析與研究基礎(chǔ)之上，其可靠性、實證性是毋庸置疑的。當(dāng)技術(shù)創(chuàng)新（發(fā)明創(chuàng)造）變得像做數(shù)學(xué)題一樣簡單的時候，我們不得不感嘆阿奇舒勒的睿智！正是由于他的偉大發(fā)明使得人人都成為發(fā)明家的愿望成為一種可能。

以下將具體討論技術(shù)矛盾和物理矛盾的概念、39 個通用工程參數(shù)、40 個發(fā)明原理、矛盾矩陣表的使用。

1 技術(shù)矛盾和物理矛盾的概念

矛盾在人們的生活中無處不在、無時不在。例如：一方面希望轎車在公路上以較高的時速前進，以節(jié)約時間；但是另一方面路況、交通狀況以及安全問題往往限制了行駛的車速。再如，大家日常使用的手機，一方面希望手機的體積變小，方便攜帶；另一方面又希望手機的顯示屏比較大，便于操作和觀看。這些例子都是生活中的矛盾，其實在企業(yè)生產(chǎn)過程中同樣也存在各種各樣的矛盾。

通常企業(yè)生產(chǎn)中的矛盾可分為管理矛盾、技術(shù)矛盾和物理矛盾。管理矛盾一般都是子系統(tǒng)之間產(chǎn)生的相互影響，基本上都可以轉(zhuǎn)化為技術(shù)矛盾和物理矛盾進行解決。人們在運用TRIZ 理論解決問題的過程中，主要是解決系統(tǒng)中的技術(shù)矛盾和物理矛盾。

1.1 技術(shù)矛盾

技術(shù)矛盾就是技術(shù)系統(tǒng)中某個參數(shù)（或特性）的改善會引起另一個參數(shù)（或特性）的惡化。比如前面例子中的汽車的速度與安全性，就是一對技術(shù)矛盾。

再如，在橋梁的設(shè)計過程中，希望橋的承載能力越大越好，為了獲得更大的承載力，可以使用更多的建筑材料。然后，由此橋的自身重量也將可能超過橋的強度所允許的范圍，降低了橋的安全性。所以橋的承載能力（強度）和橋自身的重量構(gòu)成了一對技術(shù)矛盾。而強度和重量就是該技術(shù)矛盾中的兩個參數(shù)。

技術(shù)矛盾通常是由技術(shù)系統(tǒng)中兩個不同參數(shù)之間的矛盾而產(chǎn)生的，但這兩個參數(shù)又相互依賴，相互制約，阿奇舒勒發(fā)現(xiàn)，只要技術(shù)矛盾的參數(shù)相同，解決該技術(shù)矛盾所用的發(fā)明原理也相同。為了方便使用、減少歧義，TRIZ 將各種矛盾的因素（即參數(shù)）進行了總結(jié)歸納、并規(guī)范定義成39 個通用工程參數(shù)，這39 個通用工程參數(shù)可以涵蓋幾乎所有的工程技術(shù)系統(tǒng)問題。

除此之外，阿奇舒勒通過對海量專利的研究，分析、比較、統(tǒng)計，歸納出通用工程參數(shù)的矛盾與發(fā)明原理之間建立的對應(yīng)關(guān)系，整理成一個39×39 的矩陣表，便于使用者查詢，這就是后面將要介紹的矛盾矩陣，如此可見，發(fā)明可以不依賴靈感，解決創(chuàng)新發(fā)明問題就像查數(shù)學(xué)用表一樣簡單。

1.2 物理矛盾

技術(shù)系統(tǒng)中的同一個工程參數(shù)具有相反的需求，就構(gòu)成了物理矛盾。

例如：對于手機的尺寸這一個參數(shù)，從便于攜帶的角度看，希望它體積要小；從提高視覺效果的角度看，又希望它大，就出現(xiàn)了一對物理矛盾。同樣，雨傘在使用時要大不用時又要?。会烎~桿在釣魚時要長，在不釣魚時又要短。這種技術(shù)系統(tǒng)中同一個參數(shù)在不同空間、時間、狀態(tài)或條件下產(chǎn)生的矛盾稱為物理矛盾。

物理矛盾可以根據(jù)系統(tǒng)所存在的具體問題，選擇具體的描述方式進行表達?？偨Y(jié)歸納物理學(xué)中常用參數(shù)，主要有三大類物理矛盾，即幾何類、材料及能量類、功能類。每大類中的物理矛盾的具體參數(shù)見表1。

表1 常見物理矛盾的具體參數(shù)

一句話總結(jié)：技術(shù)系統(tǒng)中，兩個不同參數(shù)之間產(chǎn)生的矛盾叫技術(shù)矛盾，同一個參數(shù)有不同的要求而產(chǎn)生的矛盾叫物理矛盾。

2 39 個通用工程參數(shù)

阿奇舒勒通過對大量專利的詳細研究，從工程領(lǐng)域中總結(jié)提煉出常用的表達系統(tǒng)性能的39 個通用工程參數(shù)。這些參數(shù)一般都是物理、幾何和技術(shù)性能的參數(shù)。在問題的定義和分析過程中，可選擇相應(yīng)的工程參數(shù)來表達系統(tǒng)的性能，這么做的目的是為了將具體的實際問題轉(zhuǎn)換為TRIZ 通用問題（這就如同用二元一次方程來解題時，需要用x、y 來表示變量一樣）。

只有準(zhǔn)確理解39 個通用工程參數(shù)的意義，才能準(zhǔn)確表達系統(tǒng)中存在的問題（矛盾）。表2是阿奇舒勒總結(jié)出來的39 個通用工程參數(shù)的具體名稱。

表2 39 個通用工程參數(shù)

在實際問題分析的過程中，為清楚表述系統(tǒng)存在的問題，正確地選擇工程參數(shù)是一個難度較大的工作，選擇工程參數(shù)不但需要具有關(guān)于技術(shù)系統(tǒng)的全面專業(yè)知識，還要對TRIZ 的39 個通用工程參數(shù)有正確理解。

關(guān)于39 個通用工程參數(shù)的定義及解釋如下。

(1) 運動物體的重量（Weight of moving object）

移動中的物體因受到重力，作用在其支撐面上的力量。物體會因為外力的作用而改變其本身的位置。

(2) 靜止物體的重量（Weight of stationary object）

靜止的物體因受到重力，作用在支撐面上的力量。物體并不會因為外力的作用而改變其本身的位置。

(3) 運動物體的長度（Length of moving object）

在觀察到物體移動時，以一維的方式量測物體的長度、高度或?qū)挾?。位移可能因為?nèi)部或外部的力量而產(chǎn)生，可以是物體上兩個幾何點之間的直線長度或曲線長度。

(4) 靜止物體的長度（Length of stationary object）

在觀察到物體靜止時，以一維的方式量測物體的長度、高度或?qū)挾龋梢允俏矬w上兩個幾何點之間的直線長度或曲線長度。

(5) 運動物體的面積（Area of moving object）

以二維的方式量測物體上的任何平面或曲面，該物體會因其內(nèi)部或外部力量導(dǎo)致其在空間中移動。

(6) 靜止物體的面積（Area of stationary object）

以二維的方式量測物體上的任何平面或曲面，該物體不會因其內(nèi)部或外部力量導(dǎo)致其在空間中移動。

(7) 運動物體的體積（Volume of moving object）

以三維的方式量測物體的任何現(xiàn)狀的體積，該物體會因其內(nèi)部或外部力量導(dǎo)致其在空間中移動。

(8) 靜止物體的體積（Volume of stationary object）

以三維的方式量測物體的任何現(xiàn)狀的體積，該物體不會因其內(nèi)部或外部力量導(dǎo)致其在空間中移動。

(9) 速率（Speed）

完成作用或過程與時間的比值（Rate）。

(10) 力（Force）

使物體或系統(tǒng)產(chǎn)生部分或完全的、暫時或永久物理變化的能力（Capacity）。兩個系統(tǒng)之間的相互作用或試圖改變物體運動狀態(tài)的任何作用。

(11) 張力、壓力、應(yīng)力（Tension，Pressure or stress）

作用于物體或系統(tǒng)的單位面積上的力，如壓力、張力或應(yīng)力。

(12) 形狀（Shape）

物體或系統(tǒng)的外觀或輪廓，并可因力量的作用而全部或部分與永久或暫時改變形狀。

(13) 物體穩(wěn)定性（Stability of object）

整個物體或系統(tǒng)對于與其他相關(guān)的物體或系統(tǒng)之間互動所造成改變的抵抗性，磨損、化學(xué)分解及拆卸都會降低穩(wěn)定性。

(14) 強度（Strength）

在限定的條件和限制下，物體或系統(tǒng)吸收力量、速度及應(yīng)力等因素而不被破壞的能力。

(15) 運動物體的作用時間（Duration of action of moving object）

物體在空間中改變位置并且執(zhí)行其本身功能的時間長度。

(16) 靜止物體的作用時間（Duration of action by stationary object）

物體在空間中靜止并且執(zhí)行其本身功能的時間長度。

(17) 溫度（Temperature）

物體或系統(tǒng)所處的熱狀態(tài)，反映在宏觀上系統(tǒng)熱動力平衡的狀態(tài)特征，可能造成物體、系統(tǒng)和產(chǎn)品有潛在卻不需要的改變，包括其他熱參數(shù)，如影響改變溫度變化速度的熱容量。

(18) 明亮度（Brightness）

系統(tǒng)被照明或其內(nèi)部的照明強度。明亮度包含光線質(zhì)量、照明程度和光的特性。

(19) 運動物體消耗的能量（Energy spent by moving object）

物體或系統(tǒng)在空間中以本身的方法或外力改變位置時，所需要的能源，是物體做功的一種量度。

(20) 靜止物體消耗的能量（Energy spent by stationary object）

物體或系統(tǒng)在空間中以本身的方法或外力不改變位置時，所需要的能源，是物體做功的一種量度。

(21) 功率（Power）

執(zhí)行工作時需要的功與時間的比值，即利用能量的速度。

(22) 能源的浪費（Waste of energy）

物體或系統(tǒng)施加無效力量的增加，特別是在沒有動作或產(chǎn)品已生產(chǎn)完成的情況下，即做無用功的能量。

(23) 物質(zhì)的浪費（Waste of substance）

物體或系統(tǒng)的材料減少或消失，特別是在沒有動作或產(chǎn)品已生產(chǎn)完成的情況下。

(24) 信息的損失（Loss of information）

系統(tǒng)資料或輸入的減少和消失。部分或全部、永久或臨時的數(shù)據(jù)損失。

(25) 時間的浪費（Waste of time）

完成指定動作所需要增加的時間總和。改進時間的損失指減少一項活動所花費的時間。

(26) 物質(zhì)數(shù)量（Amount of substance）

創(chuàng)造一物體或系統(tǒng)所需要的單一或個別組件數(shù)目，可以部分或全部、臨時或永久地被改變。

(27) 可靠性（Reliability）

物體或系統(tǒng)在某一周期的時間或循環(huán)內(nèi)，能夠適當(dāng)?shù)貓?zhí)行所需要功能的能力。

(28) 量測準(zhǔn)確度（Accuracy of measurement）

即測量精度，經(jīng)由量測所得的量接近真實值的程度，減少誤差將提高測試精度。

(29) 制造準(zhǔn)確度（Accuracy of manufacturing）

物體或系統(tǒng)與設(shè)計規(guī)格的符合程度。

(30) 物體外部有害因素作用的敏感性（Harmful factors acting on object）

物體對受外部或環(huán)境中的有害因素作用的敏感程度。

(31) 有害副作用（Harmful side effects）

內(nèi)在作用于物體或系統(tǒng)上并造成效率降低。

(32) 制造性（Manufacturability）

生產(chǎn)一物體或系統(tǒng)的方便或容易性。

(33) 操作性（Convenience of use）

操作物體或系統(tǒng)的方便或容易性，即采用較少的操作者、較少的步驟以及使用盡可能簡單的工具來完成操作。

(34) 維護性（Reparability）

物體或系統(tǒng)在損壞后很容易回復(fù)到正常狀態(tài)的特性。

(35) 適應(yīng)性（Adaptability）

物體或系統(tǒng)隨著外在條件（環(huán)境、功能等）的改變而重整或重新安排本身的能力，或應(yīng)用于不同條件下的能力。

(36) 設(shè)備復(fù)雜性（Complexity of device）

用于組成對象或系統(tǒng)組件的數(shù)量和差異，包含組件之間的關(guān)系，說明了掌控對象或系統(tǒng)的困難度。

(37) 控制或測量的復(fù)雜性（Complexity of control）

系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、需要較長時間建造及使用，測試精度高，監(jiān)控或測試?yán)щy。

(38) 自動化程度（Level of automation）

物體或系統(tǒng)運作時不需與人類互動的能力。

(39) 生產(chǎn)率（Productivity）

單一操作完成的時間和完成全部操作所需時間之間的關(guān)系。

3 矛盾矩陣表及其使用方法

首先對TRIZ理論中關(guān)于技術(shù)矛盾的解題方法（邏輯）做一個簡單介紹。

面對一個生產(chǎn)實際中遇到的具體技術(shù)問題時，通常需要先將其轉(zhuǎn)化為一個標(biāo)準(zhǔn)的TRIZ 問題，然后再利用TRIZ 工具進行求解。這樣的解題邏輯可以形容為將創(chuàng)新問題轉(zhuǎn)化為“做數(shù)學(xué)題”的過程。除非你用40 個發(fā)明原理一個不漏地逐個進行思考。圖1表示的就是技術(shù)矛盾的解題路徑。

圖1 技術(shù)矛盾的解題路徑（TRIZ 橋）

解決技術(shù)矛盾問題，通常需要經(jīng)過五個步驟：(1)確定技術(shù)系統(tǒng)名稱；(2) 問題描述；(3) 定義技術(shù)矛盾；(4) 查矛盾矩陣表，得到對應(yīng)的1～4 個發(fā)明原理；(5)根據(jù)發(fā)明原理產(chǎn)生創(chuàng)意。

問題描述的目的就是要揭示兩個矛盾的技術(shù)參數(shù)。問題描述推薦的格式：我想改善參數(shù)A，但是我不能，因為這樣會導(dǎo)致參數(shù)B 的惡化。兩個相互矛盾的參數(shù)A、B 應(yīng)該在39 個標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)中選擇，以便查矛盾矩陣表。如何把各種各樣的參數(shù)轉(zhuǎn)化為有限的39 個工程參數(shù)，是解決技術(shù)矛盾的難點。在應(yīng)用時，可能不會馬上找到合適的工程參數(shù)，而是可以從改善或惡化的某種特性會引起那個屬性發(fā)生變化？例如在電路板焊接過程中經(jīng)常會遇到虛焊，導(dǎo)致電路板出現(xiàn)次品。解題的思路為：焊接時多一點焊錫就可以了，但是問題來了，焊錫過多了會引起短路。焊錫多了可能影響的屬性有焊錫的體積、焊錫的面積、焊錫與周邊電路之間的尺寸（長度），這樣就可以幾對技術(shù)矛盾：靜止物體的體積vs 靜止物體的長度；靜止物體的面積vs靜止物體從長度，這樣就可以查找矛盾矩陣表了。

以上所介紹的就是TRIZ 針對技術(shù)矛盾類問題所采用的解題路徑，目的是讓讀者們了解矛盾矩陣表所起的作用（矩陣表見顏惠庚、李耀中主編《技術(shù)創(chuàng)新方法入門——TRIZ 基礎(chǔ)》（化學(xué)工業(yè)出版社，2011）第200 頁，有需求者請與《化工職業(yè)技術(shù)教育》編輯部聯(lián)系）。下面將具體介紹矛盾矩陣表的使用方法。

3.1 矛盾矩陣表的結(jié)構(gòu)與組成

在阿奇舒勒的矛盾矩陣中，歸納了39 個通用工程參數(shù)中任意兩個參數(shù)之間產(chǎn)生矛盾時，提示最有可能化解該矛盾所用的發(fā)明原理（注：這是通過對數(shù)萬份專利研究后得出的統(tǒng)計結(jié)果）。這39 個通用工程參數(shù)橫向、縱向順次排列，縱向代表希望改善的參數(shù)，橫向代表可能導(dǎo)致惡化的參數(shù)，在工程參數(shù)縱橫交叉的方格內(nèi)的數(shù)字代表建議使用的40 個發(fā)明原理的序號。

矩陣共組成了1 521 個方格，其中有1 263 個方格內(nèi)有數(shù)字。在沒有數(shù)字的方格中，“+”方格處于相同參數(shù)的交叉點，系統(tǒng)矛盾由同一個因素導(dǎo)致，這是物理矛盾，不在技術(shù)矛盾應(yīng)用范圍之內(nèi)?！?”方格表示沒有找到合適的發(fā)明原理來解決問題，當(dāng)然只是表示研究的局限，并不代表不能夠應(yīng)用發(fā)明原理。阿奇舒勒矛盾矩陣濃縮了對大量專利進行研究分析后取得的成果，將工程參數(shù)的矛盾與40 個發(fā)明原理有機地聯(lián)系了起來。

3.2 矛盾矩陣表的使用方法

阿奇舒勒矛盾矩陣表的使用方法如下。

第一步：根據(jù)具體問題，確定欲“改善的參數(shù)”和可能導(dǎo)致“惡化的參數(shù)”。

第二步：在“改善的參數(shù)”列中找到欲改善的參數(shù)（左邊或右邊第一列），在“惡化參數(shù)”行中找出可能導(dǎo)致惡化的參數(shù)（頂行）。

第三步：找到上述二個參數(shù)相交的方格，其中的數(shù)字就是TRIZ 建議解決此矛盾的發(fā)明原理的序號。

案例3-1：欲“改善的參數(shù)”為參數(shù)“(27) 可靠性”，欲“惡化的參數(shù)”為參數(shù)“(33)操作性”。查找矛盾矩陣表，相應(yīng)方格中的數(shù)字為17、27、8、40。17：一維變多維；27：一次性用品；8：配重；40：復(fù)合材料。這表示TRIZ 建議采用以下發(fā)明原理來解決“提高可靠性”的問題。

矛盾矩陣所提供的原理往往并不能直接使問題得到解決，而是提供了最有可能解決問題的探索方向。解決問題時，還必須根據(jù)所提供的原理及所要解決問題的特定條件，提出解決問題的多個方案，然后根據(jù)具體條件選擇合適的實施方案。

3.3 技術(shù)矛盾解題案例

案例3-2：波音737 要進行加大航程的改型，就要采用功率更大的引擎，當(dāng)然需要有更多的空氣進入引擎，這就要求增大引擎整流罩的直徑，但這樣整流罩與地面的距離將減小，嚴(yán)重地影響了飛機起飛和著陸的安全。

圖2 波音737

第一步：確定技術(shù)系統(tǒng)名稱為發(fā)動機整流罩。

第二步：問題描述為我想增加發(fā)動機整流罩的直徑，但我不能，因為這樣整流罩與地面之間的距離會減小，飛機起飛和著陸不安全。

第三步：定義技術(shù)矛盾“改善的參數(shù)”為參數(shù)“(5)運動物體的面積”，“惡化的參數(shù)”為參數(shù) “(3) 運動物體的長度”。

第四步：查找矛盾矩陣表。

圖3 查找矛盾矩陣表

第五步：產(chǎn)生創(chuàng)意，如表3所示。

表3 發(fā)明原理與產(chǎn)生創(chuàng)意

最佳解決方案——4 號原理：增加不對稱性將飛機整流罩做成不對稱的扁平形狀，縱向的尺寸不變，橫向尺寸加大。這樣，飛機整流罩的面積雖然加大了，但整流罩與地面的距離仍保持不變，因而飛機的安全性不會受到影響。

圖4 改善后的整流罩