TRIZ理論中技術矛盾的應用研究

文/寧夏科技發展戰略和信息研究所 韓博

自2007年起，我國開始推動創新方法的推廣應用，并取得了較為顯著的成效，越來越多的工程師開始應用TRIZ理論來解決生產、研發和設計過程中具體的技術問題。根據筆者長期的實踐經驗，技術矛盾在工程師應用TRIZ理論解決問題的初期發揮重要作用，本文就技術矛盾的相關問題進行研究。

一、技術矛盾概述

任何產品或技術作為一個系統，都包含一個或多個功能，產品由具有相互關系的多個組件組成。為了提高產品的市場競爭力，需要不斷對產品進行改進，以提升產品的MPV。當改變某個零件、部件的設計，提高產品某些方面的性能，可能會影響到與這些被改進設計零部件相關聯的部件，結果可能造成產品或系統另一些方面的性能受到影響。如果影響是負面的，那么設計或改進就出現了矛盾。

TRIZ理論認為，技術系統的矛盾是推動整個技術系統不斷向前進化的動力，發明創新問題的核心是解決矛盾，沒有克服矛盾的設計不是創新設計。在經典TRIZ理論體系中，技術矛盾是解決問題的重要工具，但隨著時間的推移，TRIZ理論也在不斷的完善和進化，相繼出現了更高層次、更為有效的工具，如功能分析、因果分析、標桿分析、特性傳遞等。在現代TRIZ理論體系中，技術矛盾的應用頻率和使用效率相比有所下降，但技術矛盾仍是初學者必須掌握的內容。技術矛盾的學習和應用為全面理解TRIZ理論以及學習更高層次的工具奠定良好的基礎。

1.技術矛盾的定義

技術矛盾是由系統中兩個因素導致的，這兩個因素相互促進、相互制約。所有的人工系統、機器、設備、組織或工藝流程，它們都是相互聯系、相互作用的參數的綜合體。TRIZ理論將這些因素總結成通用參數來描述系統性能，如速度、強度、溫度、長度等。如果改進系統中一個元素的參數，而引起系統中另一個參數的惡化，就是同一系統中不同參數之間產生了矛盾，稱之為技術矛盾[1]。

2.技術矛盾的作用

應用技術矛盾解決問題的作用主要表現在：一是通過技術矛盾的解題流程，可以更為透徹地分析出問題產生的根本原因，以及矛盾的區域和時間。二是通過技術矛盾可以徹底解決兩個參數之間的問題，達到消除矛盾的目的。三是雖然技術矛盾在現代TRIZ理論中的使用頻率和地位逐步降低，但是應用技術矛盾解決問題的功能逐步轉移到ARIZ算法中。在ARIZ算法中技術矛盾是其中重要的工具和組成部分，因此技術矛盾的學習和掌握的目的不僅是解決問題，也為今后學習和使用ARIZ算法奠定良好的基礎。

3.技術矛盾的表現形式

技術矛盾通常表現為以下三種形式。一是在系統中引入一個有用功能，導致系統產生有害功能，或使有害功能加強。二是消除一個有害功能，導致另外一個有用功能的變壞。三是有用功能的加強或有害功能的減小導致系統變得更為復雜[1][2]。

4.技術矛盾、管理矛盾和物理矛盾之間的關系

管理矛盾是為了避免某些現象或希望取得某些結果，需要有具體的行動去實現，但不知如何開展具體的行動。例如：希望提高產品質量、提升產品的生產效率、降低原材料成本，但不知如何實現；希望通過提高計算機性能以提高企業的工作效率、增加收入、拓寬業務面等等。這些矛盾就稱之為管理矛盾。所有的人工系統、機器、設備、組織或工藝流程，它們都是相互聯系、相互作用的參數的綜合體，管理矛盾就是子系統間產生的矛盾。TRIZ理論認為管理矛盾是非標準矛盾，不能直接消除，一般將管理矛盾轉化為技術矛盾或者物理矛盾進行解決。

技術矛盾是如果改進系統一個元素的參數，而不允許系統的另—個參數惡化，是同一系統不同參數之間的矛盾。

物理矛盾是當對系統中某—個參數提出互為相反的要求時，就產生了物理矛盾，這是同一系統同一參數內的矛盾。

從上述定義可以看出，管理矛盾是系統與系統之間的矛盾，技術矛盾是一個系統內兩個不同參數間的矛盾，物理矛盾是同一參數之間相反的需求。從管理矛盾到物理矛盾，矛盾的聚焦點越來越小，矛盾的原因也就越來越清晰，有利于解決實際技術問題。

二、解決技術矛盾的戰略選擇

通常工程師面對矛盾時，采取不關注、接受矛盾的某一個方面、徹底消除矛盾、采取折衷的方法、繞過矛盾五種戰略。工程師可根據矛盾產生的原因、后果等選擇采取某種戰略，在TRIZ理論思想中必須徹底消除矛盾，其他戰略選擇不是TRIZ理論解決的范疇。而徹底消除矛盾是解決矛盾最理想化的形式。以下應用具體實例描述不同戰略選擇間的區別。

金屬工件淬火是將工件加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間后以大于臨界冷卻速度冷卻。通常將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火，以達到金屬強化和提高韌性目的，是金屬獲得高綜合機械性能的傳統方法。在金屬工件淬火中，首先需要將工件加熱到臨界值（不同金屬的溫度不同，一般高于500℃），然后放入油槽中進行淬火。由于溫度很高，所以需要用橋式吊車夾來控制零件。這就要求吊車司機必須時刻注意零件的運動過程，零件放入油槽中會有大量的煙霧產生，煙霧中存在有害氣體，導致整個工作環境惡化，產生不利影響。通常采取提高零件放入油鍋中的速度解決，但對于較大的金屬工件，下降速度太快，容易造成工件直接掉入油槽，油槽可能被砸穿，油從油槽中濺出，又帶來了需要加高油槽的高度，裝鉤和脫鉤工件復雜化等問題。

1.不關注技術矛盾

不關注矛盾戰略也就是忽略、不理會矛盾。從本例中可以看出，我們可以選擇不理會吊車司機關于工作環境惡劣的訴求，繼續讓其工作，或者是直接開除吊車司機，重新招聘可以忍受當前工作環境的司機。這樣做可以解決上述問題，但是并未從根本上解決矛盾。

2.接受技術矛盾的某一方面

接受矛盾的某一方面，也就是只解決迫切需要的某一個方面，而忽視為解決這一方面所產生的其他不良結果。在本例中，可以選擇安裝一個大功率的通風裝置或者是生產吊車司機專用的防毒面具，或者密封駕駛艙等，忽視了需要增加成本、增加操作的復雜性等。

3.徹底消除技術矛盾

徹底消除矛盾，也就是完全滿足矛盾雙方的需求，從根本上解決矛盾，這是TRIZ理論解決問題的主要思想。本例在原始問題中，即需要對零件淬火，但同時不能產生煙霧，對工作環境產生危害。

4.采取折衷的辦法

采取折衷的方法通常是在一定程度上部分滿足矛盾雙方的需求，但會產生雙方都不能完全滿足的其他后果，如生產效率低下等。在本例中，可以選擇在加強通風裝置的同時加快下放零件的速度。

5.繞過技術矛盾[3][4]

繞過矛盾通常采取的是將現有的矛盾轉化為其他的問題，在本例中，由于淬火產生了一系列的問題，可否考慮，不淬火，同樣實現現有的功能，從而繞過初始問題產生的矛盾。

三、應用技術矛盾的解題流程和注意事項

根據實際解決技術問題的經驗和TRIZ理論中原有解決技術矛盾的流程，本文研究了解決技術矛盾的具體步驟，有利于更為準確、有效地分析和解決技術問題。

1.技術矛盾的解題流程

（1）技術系統名稱

描述技術系統的名稱，主要是指出現矛盾的技術系統，通常是較小的技術系統。如在汽車研究中，研究如何提升剎車的效率，縮短制動距離，那么技術系統就是指汽車剎車系統，而不是汽車整個的大系統。

（2）技術系統主要功能

描述技術系統的發揮的主要功能，即完成什么作用，描述時需要將特有功能轉化為通用功能。如通常人們所講到鉛筆的功能是什么，所有的答案都是寫字，寫字對于鉛筆這個技術系統是屬于特有功能，在描述上需要轉化為通用功能，即在物體表面留下痕跡。

（3）技術系統要素

描述當前技術系統中有那些相互關聯的要素，可以是子系統和超系統中的某些元素。如在鉛筆這個技術系統中有筆體、筆芯、紙張、手等元素。

（4）技術系統參數

確定技術系統中的相關參數，如上例中的筆芯石墨的純度、硬度，手的壓力，空氣的壓強、溫度等。

（5）技術系統工作原理或操作過程

描述技術系統的工作原理以及各組件的相互作用關系，闡述操作過程和工藝流程。

（6）根因分析

由于技術矛盾是TRIZ理論中的一個工具，通常在解決具體技術問題時的流程是首先進行因果分析，其次應用技術矛盾。在本步驟中，通常應用五個為什么即可，在前期的因果分析中已將問題梳理的較為清楚。

（7）沖突時間和空間

確定在技術系統中矛盾發生的時間和空間，在后續解決過程中，只聚焦在矛盾的空間和時間，其他的節點暫不做考慮。

（8）描述技術矛盾

利用“如果、那么、但是”的形式規范表述技術矛盾。

（9）確定改善與惡化的參數

從“那么”、“但是”中確定技術矛盾中改善和惡化的方面，并將其運用39個工程參數通用化表述。

（10）查詢矩陣

利用確定的兩個通用參數查詢矛盾矩陣表。

（11）查詢發明原理

查詢矛盾矩陣表得出發明原理的序號，尋找發明原理的具體內容和使用技巧。

（12）根據發明原理提出方案

根據發明原理，將原理內容結合問題本身，演繹出通用解決方案，再根據通用解決方案轉化為具體的解決方案。

（13）對解決方案進行評估和驗證

對多個發明原理提出的解決方法進行評估，選擇成本低、經濟性高的解決方案進行實際試驗驗證，最終實現解決問題的目標。

2.應用技術矛盾解決問題注意的事項

從實際培訓和應用技術矛盾解決問題來看，尤其是對于初學者需要注意以下事項。

（1）技術系統主要功能的描述

“功能”是貫穿TRIZ理論中任何工具的重要術語，功能描述的是否準確對解決問題有較大影響，因此在功能描述中一定將特定功能轉化為通用功能，如椅子的功能通常描述為坐人，但通用表達為支撐物體或人，發揮的是支撐的功能。

（2）根因分析

根本原因的分析有助于更為清晰、準確地判定問題發生的原因，通常需要逐步、逐層分析，在實際使用過程中，工程師常犯的錯誤是分析1至3層原因，但此時一般尚未尋找到根本原因，應當進行更為深層次的分析。

（3）技術矛盾的表述

通常在尋找技術矛盾時，有可能存在一對或多對技術矛盾，需要對每一對矛盾分別進行分析和解決。在矛盾表述時，必須按照“如果+手段、那么+目的、但是+結果”的形式進行描述。一般將技術矛盾從正反兩個方向各描述一次。在判斷技術矛盾是否正確時，如果將“那么”和“但是”互換后矛盾仍然成立，那么表明技術矛盾是準確的。這一點對初學者尤為重要。

（4）根據發明原理提出解決方案

此部分是技術矛盾解決問題的關鍵點和難點，對于初學者容易犯只看發明原理名稱，不注重發明原理的內容和使用技巧的錯誤。40個發明原理中每個原理都有對應的二級內容，針對每個原理都有具體的使用方法和應用技巧，需要工程師細心體會和理解。如原理四：非對稱原理。此原理的內容是：將物體的對稱形式轉化為非對稱形式，如果物體已是非對稱形式，那么增加非對稱程度。應用此原理時，如果技術系統是實物，那么可以應用該原理，如果技術系統是流程或者是其他，工程師通常提出，該原理對解決技術問題沒有幫助而不再思考，其實該原理中的“物體”并非特指現實的具體物體，也可是時間、功能等，可以進行時間的非對稱、功能的非對稱等。因此在使用發明原理時不能輕易地否定原理對解決問題沒有幫助，而是需要認真、仔細地分析原理的內容。

四、應用技術矛盾的解題案例

本文以扳手轉動螺絲為例，進一步闡述應用技術矛盾的解題流程和步驟。問題：在日常裝卸螺絲的過程中，由于生產廠家和工藝的問題，扳手和螺絲不能很好地耦合，造成扳手與螺絲間有一定的縫隙，導致扳手在轉動螺絲的過程中容易造成螺絲滑絲。

（1）技術系統名稱：扳手。

（2）技術系統主要功能：轉動螺絲。

（3）技術系統要素：扳手、手、螺絲、空氣等。

（4）技術系統參數：力、面積、壓力、強度等。

（5）技術系統工作原理或操作過程：運用扳手與螺絲接觸面傳遞力量，從而轉動螺絲。

（6）原因分析：由于廠家和工藝不同，扳手的大小和螺絲的大小存在差異，扳手在轉動螺絲時，扳手和螺絲間的空隙較大，造成扳手和螺絲的受力面積的小，受力點不均勻，導致螺絲的棱角磨損，形成螺絲的滑絲和磨損。

（7）沖突時間和空間：轉動螺絲時；扳手內側及螺絲的棱角處。

（8）描述技術矛盾：

TC1：如果扳手的內側和螺絲的外側受力面積大，那么螺絲不會滑絲，容易實現螺絲的裝卸，但是要求扳手的制作精度要高。

TC2：如果扳手的內側和螺絲的外側受力面積小，那么扳手的制作精度要求低，但是造成螺絲容易滑絲，裝卸困難。

（9）確定改善與惡化的參數：

改善參數：No.31物體產生的有害因素

惡化參數：No.29制造精度

（10）查詢矩陣得出發明原理：

原理4：不對稱原理；原理17：維數改變；原理34：拋棄與修復；原理26：復制。

（11）根據發明原理提出方案：

原理4：不對稱

建議：如果一個物體是不對稱的，增強其非對稱性。

解決方向：扳手本身是一個不對稱的形狀，改變其形狀，加強其形狀的不對稱程度。

原理17：維數改變

建議：將一維直線形狀的物體變換成為二維平面結構或者是三維空間結構的物體。

解決方向：改變傳統扳手上、下鉗夾的兩個平行平面作用，使其變成曲面、在多個非平行平面作用。

原理34：拋棄與修復

建議：廢棄或改造機能已完成或沒有作用的零部件。

解決方向：去除在扳手工作過程中對螺母有損害的部位，使其六角形外表面的尖角無法破壞螺母的六角形外表面。

原理26：復制

沒有得到解決問題的方向。

通過四個發明原理，尋找出解決問題的方向，解決方案是將扳手的內表面曲面凹凸化，使扳手在轉動螺絲時不接觸棱角，從而解決螺絲磨損的問題。

（12）對解決方案進行評估和驗證：

對上述方案進行實際驗證，效果較好。

五、結論與展望

本文較為系統地闡述了應用TRIZ理論的技術矛盾過程中應當注意的事項和操作流程，并運用案例詳細介紹了技術矛盾，對于學習TRIZ理論的工程師具有一定的指導意義。但是我們可以看到隨著TRIZ理論的不斷發展，技術矛盾的應用頻率逐步在降低，但是技術矛盾是ARIZ算法的重要組成部分，技術矛盾理解是否準確，直接影響工程師學習ARIZ的算法。因此有必要對技術矛盾進行分析。在實際應用TRIZ理論過程中，技術矛盾不是單獨存在的，而是與TRIZ理論中其他工具結合使用，如因果分析、資源分析、物理矛盾、物場分析等，綜合運用上述工具才能更為透徹、清晰、準確地解決問題。

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

[2]創新方法研究會.創新方法教程（中級）[M].北京：高等教育出版社.2012.

[3]MATRIZ.Advanced TRIZ training（level2 of MATRIZ certification）[R].2013.

[4]MATRIZ.Advanced TRIZ training（level3 of MATRIZ certification）[R].2013.