基于創新原理的功能組件二維創新理論與實踐探討

姬志剛，姬梓恒，王愛峰

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

為了尋求問題解決，縱觀全球古往今來，無數技術大師和科學家窮其畢生都在苦苦追尋著，無論是遍嘗百草日中七十毒的我們先祖之一的神農，還是數千材料里尋燈絲千百度的愛迪生，或是終其一生苦求一個最佳解的清朝徐正明和美國的固特異，甚或是為了追尋飛行夢想付出生命代價的明朝萬戶。這些科技先驅們解決問題的方法就是試錯、試錯……

我們為了尋求問題的解決方案，常常消耗大量時間，嚴重影響創新的進程和效率，甚至最終即使找到了問題解決的方案也很可能不是優選的。有什么方法可以使創新者在很短時間內找到所要解決問題的完整解域以便優選出最佳方案嗎？在TRIZ理論誕生之后，這成為可能。阿奇舒勒創立的TRIZ理論知識體系是當前國際公認的解決創新問題的有效工具，是當今世界頂級的技術創新理論和工具，但是，TRIZ理論知識體系的學習和掌握，也是一個相對復雜的學習和實踐過程，本文不再贅述。目前，全球TRIZ學者們通常僅僅將功能組件用于技術系統問題功能分析模型的構建和分析中，40個發明原理、76個標準解、功能導引等也并沒有作為一個直接產生問題解的創新工具和方法來使用，而是需要結合技術矛盾、物理矛盾或者是物質場模型一起來使用。

我們提出了二維創新理論，并給予了案例詳細闡述，希求指正。

1 二維創新理論

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

1.1 基于創新原理的功能組件二維創新理論

基于創新原理的功能組件二維創新法則理論的核心內容是：二維創新模型（如圖1所示）和二維創新法則（見表1），二維創新模型主體是一個二維表格，由縱軸、橫軸和創新原點組成。縱軸為創新原理的全排列，橫軸為創新因子，每一個創新原理與橫軸平行引出一條橫線，目前我們梳理為109條創新原理引出線，我們認為創新原理的總數是開放的、可以擴展的，隨著創新原理的進一步擴展109條引出線也會相應增加；橫軸上設定不足或有害功能的三個功能組件作為3個創新因子，每一個創新因子向上引出一條與縱軸平行的縱線，縱線與109條創新原理引出橫線有109個交叉點，我們定義為創新原點，創新原點的表達式為“創新原理（InP）+創新因子（InF）”；3 個創新因子可以得到 3×109個創新原點表達式，這327個表達式就是目前為止的消除該不足或有害功能的完整解域，如果一個技術系統的功能模型有N個不足或有害功能，則最后我們可以得到N×3×109個創新原點表達式作為整個技術系統的系統問題的完整解域；進一步地，我們對完整解域進行解的篩選和選擇就基本完成了初始問題的創新求解流程。

如果經過以上創新求解流程無法得到較為理想的技術系統問題的解決方案，我們構建了一個理論上的反復迭代方案，即前一次的創新原點的表達式“創新原理（InP）+創新因子（InF）”作為新的創新因子（InF1）……（InF108），然后重復前述問題求解流程……

從實踐上看，當我們面對一個有3～5個不足或有害功能模型的技術系統時，我們通過創新求解流程將可以達到3*3*109 or 5*3*109個創新原點表達式，經過2次迭代，則可以得到2*（3*3*109 or 5*3*109）個創新原點表達式。這種情況下，依靠專業技術人員在適當的時間內還是可以完成對表達式的類比方案的遴選和刪減工作的，大量的技術系統問題在此時是能夠得到相對優選的解決方案的。

為了理論探討的更深一步，我們進一步進行數據推證，當我們面對有3個不足或有害功能模型的技術系統時，我們通過創新求解流程將可以達到3*3*109個創新原點表達式，經過108次迭代可以得到108*3*3*109=98172個創新原點表達式，這顯然需要計算機程序的輔助創新工作了，本文不做贅述，專文介紹。

1.2 基于創新原理的功能組件二維創新法則

圖1 二維創新模型

表1 功能組件二維創新法則詳情表

圖2 3個創新因子填入二維創新模型圖

全排列創新原理，目前我們梳理為109個，在計算機程序中這個數據并不大，但是在非計算機處理的學習和實踐中，109行創新原理全排列，顯得過長，也沒有必要，因此我們又在前述二維創新模型的基礎上提出了基于創新原理的功能組件二維創新法則（以下簡稱“二維創新法則”），二維創新法則將前述109條創新原理分為8組，分別為結構法則1（本體）、結構法則2（本體之外）、生長法則、時間法則、功能法則、作用法則、變化法則、進化法則，見表1。

我們通過大量實踐和研究，將40個發明原理、76個標準解（部分）、技術進化定律、技術進化路線、STC算子、九窗口法、功能導引、十二和田法等創新方法以及多年實踐結合一起構建了圖1二維創新模型、表1二維創新法則，用以指導創新。二維創新法則方便我們進行非計算機化的人工創新，分類清晰，聚類特征突出，如結構法則1（本體）和結構法則2（本體之外），同是結構法則但是第一類發明原理是在原技術系統結構改變的基礎上的分類，故以“本體”標識之；第二類發明原理是在原技術系統外其他系統結構改變的基礎上的分類，故以“本體之外”標識之。

2 二維創新理論問題求解案例

2.1 案例介紹

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

參考TRIZ理論面對技術問題的求解流程，我們將該案例視為一個技術系統的問題，技術系統：疾駛火車；系統功能：火車頭撞人（屬于有害作用的技術系統）；需要解決的系統問題：阻止火車撞人（消除技術系統的有害作用）；確定超系統：鐵軌、我、光、地面、重力；確定理想解：無須任何措施或結構改變火車自動停下。保持疾駛火車功能屬性的主要參數是速度、摩擦力和質量。因此我們下面對該系統進行創新時，創新原點表達式要結合速度、摩擦力和質量來尋求最終的解決方案。

2.2 基于二維創新模型對案例求解

此案例是一個簡單的有害功能系統，系統有害功能單一，即火車頭撞擊人。我們根據二維創新模型確定創新因子（InF）為火車頭、人、撞擊。將3個創新因子填入二維創新模型如圖2所示，于是我們得到3×109個創新原點表達式。其中與火車頭為創新因子對應的創新原點表達式為：分割-相互獨立+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-負面+火車頭……STC-尺寸無窮大+火車頭……STC-成本無窮大+火車頭……功能疊加+火車頭……向超系統進化+火車頭。與撞擊或人為創新因子對應的創新原點表達式略。

2.3 類比得到最終的解決方案

將前面得到的3×109個創新原點表達式分別與保持疾駛火車功能屬性的主要參數速度、摩擦力、質量類比將能得到最終的解決方案。

例如，創新原點表達式“多維空間（前后左右上下內外）+火車頭”+速度or摩擦力or質量得到解決方案為：方案1火車頭左、右、上外壁由光滑流線型外壁——啟動多維多孔外壁，極大量增加風阻系數。

方案2打開火車頭前壁外層，急速噴出網兜、軟性材料、氣囊等緩沖沖擊。

例如，創新原點表達式“增添物（前后左右上下內外）+火車頭”+速度or摩擦力or質量得到解決方案為：方案3整車外壁在制動啟動時增加大量逆向旋轉風扇，增加前行阻力。

例如，創新原點表達式 “STC-尺寸無窮大+火車頭+火車頭”+速度or摩擦力or質量得到解決方案為：方案4火車頭迎風橫截面快速增加，增大風阻。

例如，創新原點表達式“分割-相互獨立+火車頭”+速度or摩擦力or質量得到解決方案為：方案5高鐵目前一般為7～8節車廂，為了使得火車在前方極大危險的情況下快速停車，從降低疾駛火車質量的方面看，預先將火車頭也分割為3～5部分，緊急情況下快速分開，降低各部分質量，降低停車距離。

例如，創新原點表達式“重量補償”+速度or摩擦力or質量得到解決方案為：方案6緊急情況下，每節火車車廂向上向后噴射大量制動傘和氣球。

如果我們對109個創新原點表達式分別類比求解，將能得到最終完整數量的問題解，經過分析評價將能得到相對優選的解決方案。由于二維創新模型的簡便性，中小學生學員經過短時間的培訓就能得到這些解決方案。

3 結語

經過我們對創新求解過程的簡化和構建，創新過程簡化為“選擇、填空、類比、迭代”四步”，這可以使得初學創新方法的學員能在短時間內熟練掌握一門創新求解工具。這種初窺殿堂的成就感會令學員們在創新方法繼續深造的過程中信心倍增，極大提高創新方法的宣傳和推廣工作效率。

我們在其他專文中提出學生生涯的階段分別為“創造力啟蒙期、創造力高峰期、學科知識體系構建期、創新力+研究力蓬勃發展期”，二維創新模型和二維創新法則構成的二維創新理論，可以迅速在我國處于創造力啟蒙期、創造力高峰期的數億青少年中快速普及，這不僅僅能幫助高考學生在自主招生創新潛質考核中脫穎而出，而且這種創新能力將伴隨學生一生，成為學習、工作、生活的“超能力”，成為青少年生涯成長中的重力支撐。