基于TRIZ理論的創新問題求解模式

陶國彬

在知識經濟時代，世界上許多國家和民族都認識到了創新的重要性。早在1982年，日本就提出“創造力開發是通向21世紀的保證”。美國哈佛大學校長普西認為：“一個人是否具有創造力，是一流人才和二流人才的分水嶺”。江澤民同志指出：“創造是一個民族進步的靈魂，是國家興旺不竭的動力，一個沒有創新能力的民族，難以屹立于世界先進民族之林。”黨的十七大提出“提高自主創新能力，建設創新型國家 ”，為了適應建設創新型國家的需要，高等院校應當進一步加強大學生創新意識和創新能力培養。

一、TRIZ理論的應用優勢

傳統的創新方法，如試錯法、頭腦風暴法等，在促進科技進步過程中發揮了不小的作用，但是這些方法存在明顯缺憾。試錯法是純粹經驗的創新方法，依賴于個人的經驗和知識領域，而且創新過程沒有方向性，因此效率十分低下；頭腦風暴法是對試錯法進行改進之后產生的，雖然相對于試錯法有了一定的改進，幫助克服思維慣性，但頭腦風暴不控制思維過程的缺陷常常使得問題進入漩渦，長時間無法得到解決，效率仍然不高。TRIZ理論是前蘇聯發明家根里奇 ·阿奇舒勒于1946年提出的，阿奇舒勒在分析了世界近250萬份高水平的發明專利基礎上，綜合多學科領域的原理和法則，建立起了這一創新理論。TRIZ理論揭示了創造發明的內在規律，掌握這些規律，能夠幫助人們在發明創造、解決技術問題時，克服創新的盲目性、經驗性和偶然性，TRIZ理論是目前世界公認的引導創新的最佳工具，學習和掌握TRIZ理論是快速提高創新能力的有效途徑。與傳統的創新方法相比，TRIZ有以下優勢：

（一）TRIZ總結出創新的規律性，使得創新過程效率提高。創新并不是靈感的閃現和隨機的探索，它存在解決問題的一般規律。運用TRIZ，使得解決創新問題過程變得不再盲目，有效避免了反復探索工作，研究者能夠根據這些規律，從各領域創新實踐中產生問題解決方案，使創新過程效率得到了明顯的提高。

（二）TRIZ幫助打破思維定勢和知識領域界限。TRIZ理論中提供了諸如九屏幕法、尺寸-時間-成本（STC）算法、小矮人法等一系列科學方法，幫助人們在分析問題的過程中打破思維定勢，激發創新靈感，從更廣的視角看待問題。并且，TRIZ是基于知識的方法，提供了創造性解決問題的啟發性知識，完全打破了知識領域界限。

（三）TRIZ能幫助預測產品的技術發展趨勢。TRIZ理論總結出了技術系統的八大進化規律，對于產品的開發創新具有重要的指導作用，讓決策者清晰地了解到產品的進化趨勢，提升產品的競爭優勢。

（四）TRIZ具有良好的普適性。TRIZ理論包括的具有普遍性的創新方法和規律，是經過對大量發明的分析、研究、提升和總結來的，TRIZ能夠被廣泛應用到不同領域。

二、 TRIZ理論及其應用框架

TRIZ理論包含著許多系統、科學而又富有可操作性的創造性思維方法和發明問題的分析方法。經過半個多世紀的發展，TRIZ理論已經形成解決創新發明問題的成熟的九大經典理論體系，具體包括：技術系統八大進化法則、最終理想解（IFR）、40個發明原理、39個工程參數及阿奇舒勒矛盾矩陣、物理矛盾和四大分離原理、物質一場模型分析、發明問題的標準解法、發明問題解決算法（ARIZ）、科學效應和現象知識庫。

正確理解和熟識TRIZ理論的九大經典理論體系，學習掌握TRIZ理論的矛盾解決方法和求解步驟以及應用方法是進行TRIZ理論應用的關鍵。在應用TRIZ理論求解工程問題時應遵循如下步驟進行：

（一）寫出技術系統的名稱。

（二）定義技術系統的主要功能。

（三）分解技術系統的各主要成分（子系統）并說明功能。

（四）分析技術系統存在問題，定位問題所在子系統，對問題進行準確的描述。

（五）分析技術系統應改善的特性，并確定欲改善的工程參數。

（六）分析伴隨技術系統的改善而被惡化的特性，并確定欲惡化的工程參數。

（七）確定系統的技術矛盾并進行描述。

● 根據欲改善的工程參數和被惡化的工程參數說明系統的技術矛盾；

● 如果所確定的矛盾的工程參數是同一參數，則屬于物理矛盾，采用分離原理解決；

● 對技術矛盾進行反向描述，分析技術矛盾確定的合理性。

（八）利用阿奇舒勒矛盾矩陣查找解決技術矛盾的發明原理。

● 根據改善的工程參數、惡化的工程參數查找阿奇舒勒矛盾矩陣，確定推薦的發明原理；

● 按照發明原理的名稱，查找對應發明原理的詳解。

（九）逐一討論推薦的發明原理應用的可能性（如果所查找到的發明原理都不適用于具體的問題，需要重新定義工程參數和矛盾，再次應用和查找矛盾矩陣）。

（十）確定最理想的解決方案，并評價系統的理想化水平。

三、TRIZ理論應用實例

（一）存在問題技術系統的物理描述

一個車間得到一份訂單，對大型金屬零件進行熱處理。要進行該工作，吊車司機必須從煉鐵爐中調出通紅的鑄鐵，將其運到一個油槽上方并將其投入槽中。

工作幾天后，吊車司機找到老板抱怨說：“這樣干我很難呼吸。我的控制室離房頂很近，所以從油槽里升起的煙霧都向我飄來，我不干了！”

因為在處理小零件時，煙霧本來不成問題，車間里的通風設備就可以滿足要求；現在，在處理大型部件時，煙霧成立主要問題。因為處理過程不能改變，老板面臨一個典型的管理局面：想出一種辦法解決問題，但他不知如何解決。

（二）利用TRIZ理論求解過程

1．技術系統名稱：金屬零件處理系統。

2．技術系統功能：進行大型金屬零件的過油處理。

3．技術系統分解

(1)系統部件：油槽、金屬零件、吊車、吊車司機、煙霧、空氣

(2)技術系統可分解為五個子系統，子系統物-場模型如圖1所示。

子系統1：S1為金屬零件；S2為油槽中的油；F為熱場；子系統2：S1為油；S2為空氣；F為熱場；子系統3：S1為吊車司機；S2為煙霧；F為機械場（擴散）；子系統4：S1為金屬零件；S2為吊車；F為機械場；子系統5：S1為吊車；S2為吊車司機；F為電磁廠（控制）。

4.關鍵子系統的確定

子系統2和子系統3皆存在技術矛盾，子系統2的技術矛盾為根本問題，子系統3的技術矛盾為衍生問題，因此關鍵子系統為子系統2。

子系統2和子系統3物-場模型皆為有害效應完整模型（見圖2）。

有害效應完整模型的一般解法（見圖3、圖4）。

子系統3技術矛盾的解決方法：

（1）加防毒面具（方法1）

（2）加鼓風機（方法2）

子系統2技術矛盾的解決方法：考慮加蓋子（隔離油與空氣）

5.技術矛盾描述

當熾熱的金屬零件被放到油槽中，油槽中油被加熱冒出濃煙（與空氣反映），污染環境。

6.技術系統應該改善的特性以及對應的工程參數

(1)技術系統應該改善的特性的物理描述：去除或減小煙霧，改善環節。

(2)技術系統欲改善的工程參數：物體產生的有害因素。

7.技術系統被惡化的特性以及對應的工程參數

(1)分析：根據有害效應完整模型的一般解法，無論加物體還是加場，都會增加系統的復雜度，對于加蓋子的方案，將影響運動物體（蓋子）的重量。

表1 技術矛盾1查找阿奇舒勒矛盾矩陣結果

(2)技術系統欲惡化的工程參數：系統的復雜度（運動物體的重量）

8.查找阿奇舒勒矛盾矩陣

(1)技術矛盾1（物體產生的有害因素—系統的復雜度）

①查詢阿奇舒勒矛盾矩陣結果如表1所示

②推薦原理說明

a周期性作用原理說明

● 用周期性動作或脈動代替連續動作；

● 如果行動已經是周期性的，則改變其頻率；

● 利用脈動之間的間隙來執行另一動作。

b分割原理

● 將物體分割成獨立的部分；

● 使物體成為可組合的（易于拆卸和組裝）；

● 增加物體被分割的程度。

c多孔材料原理

● 使物體多孔或添加多孔元素；

● 如果一個物體已經是多孔的，則利用這些孔引入有用的物質或功能。

③分析推薦原理可行性

a周期性作用原理分析：蓋子周期性開合作用（效果不理想）

b分割原理分析：整體——各個局部——液體——氣體（待選）

c多孔材料原理分析：選用孔狀物做蓋子（不可行）

(2)技術矛盾2（物體產生的有害因素—運動物體的重量）

①查詢阿奇舒勒矛盾矩陣結果如表2所示。

②推薦原理說明

a周期性作用原理說明，前面已經討論過。

b變害為利原理

● 利用有害的因素，來獲得有益結果；

● 將兩個有害的因素相結合進而抵消有害因素；

● 增大有害因素的幅度直到有害性消失。

c動態特性原理

● 使物體或其環境自動調節，以使其在每個動作階段的性能達到最佳；

表2 技術矛盾2查找阿奇舒勒矛盾矩陣結果

● 把物體分成幾個部分，各部分之間可相對改變位置；

● 將不動的物體改變為可動的，或具有自適應性。

d惰性環境原理

● 用惰性氣體環境代替通常環境；

● 在真空中完成過程。

③分析推薦原理可行性

a周期性作用原理分析，前面已經討論過。

b物理或化學參數改變原理分析：固體蓋子——液體蓋子（待選）

c動態特性原理分析：改變相對位置——動態蓋子（不確定）

d惰性環境原理分析：使用惰性氣體做蓋子（待選）

9、確定解決方案，并評價解決方案的理想化程度

有上述分析可知，發明原理分割原理、物理或化學參數改變原理、惰性環境原理對問題解決有幫助，可以采用在油槽和空氣接觸面加入液體或惰性氣體（動態蓋子）來解決技術矛盾。系統的復雜度沒有增加（或增加很少），但有害因素得以徹底清除，該方案理想化程度很高。

四、結論

TRIZ理論是創新發明問題的求解方法，其理論內容包括九大經典理論體系和若干分析方法，如何有效地利用好TRIZ理論,為發明創新服務是一個亟待解決的問題，本文在對TRIZ理論九大經典理論體系深入研究的基礎上，提出了TRIZ理論應用的一般框架，利用該框架可以高效的使用TRIZ理論進行創新問題求解和評價，為TRIZ理論的應用提供了基礎，有助于TRIZ理論的研究與推廣。

[1] 根里·奇阿奇舒勒著，林岳等譯.實現技術創新的TRIZ訣竅[M].哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，2008.

[2] 楊清亮.發明是這樣誕生的-TRIZ理論全接觸[M].北京：機械工業出版社，2006.

[3] 趙新軍.技術創新理論(TRIZ)及應用[M].北京：化學工業出版社，2004.