TRIZ理論指導下工業設計創新流程研究

程華波 張海敏

摘要：研究TRIZ理論指導下的工業設計創新流程，需要研究者正確認識TRIZ理論，清楚其由來、發展過程、核心思想、基本原理與主要內容等信息，通過對工業設計基本內容闡述及工業設計同TRIZ理論之間關系的強調，分析T工業設計基于TRIZ理論進行創新的可行性。并以此為基礎，研究工業設計一般方法流程與TRIZ理論指導，構建工業設計創新流程的對應模型，實現TRIZ理論下工業設計創新流程的有效研究，促進工業設計與我國工業共同發展。

關鍵詞：TRIZ理論;工業設計;創新流程

doi：10.16083/j.cnki.1671-1580.2020.03.026

中圖分類號：T-01??????????????????????????????????? 文獻標識碼：A??????????????????????????????? 文章編號：1671—1580（2020）03—0116—04

TRIZ理論也被稱作發明問題解決理論。TRIZ理論起源于蘇聯，發展于歐美，現階段，TRIZ理論已經在全球范圍內成為重要創新理論，對各個領域產生較強的吸引力。關于TRIZ理論研究，中國研究史并不長，一些具備足夠影響力的TRIZ理論研究成果，主要集中在管理學與機械工程等領域。近些年，TRIZ理論開始受到我國工業學術界的關注，積極結合TRIZ理論，研究工業設計方法創新、教學創新與設計問題解決，但是，關于TRIZ理論指導工業設計創新流程的研究并不多，因此，本文結合TRIZ理論內容、工業設計內容、二者關系、一般工業設計流程等內容，探討基于TRIZ理論的工業設計創新流程，構建相應模型，以此為工業設計研究發展提供參考與助力。

一、TRIZ理論概述

（一）產生發展

TRIZ在1946年被俄國學者根里奇阿奇舒勒（G.S.Altshuller）與他的同事共同提出，他們分析、整理、歸納大量的專利與科技文獻資料，針對發明創新問題，發現解決依據，并得出解決問題需要遵循的相關理論與方法。發現TRIZ理論后的20多年時間里，提出者與許多科學家共同工作，深入研究TRIZ，最后，將其整理成系統化的發明問題解決理論，這一整套理論就是被現今社會廣泛應用的TRIZ理論。

（二）核心思想與原理

在現今社會，TRIZ理論具有三個核心思想：第一，復雜技術系統與簡單產品的核心技術發展均需要對客觀規律進行遵循，以此實現自身發展演變，也就是說，無論是復雜技術系統還是單一產品都需要具有客觀進化模式與客觀演變規律。第二，復雜技術系統與單一產品的進化過程，需要以各種技術難題、技術沖突、沖突解決為推動力。第三，技術系統的理想發展狀態為借助最少的資源實現最多的功能。TRIZ理論的基本原理：現今社會中的科學技術領域問題與企業問題是重復出現的，相應地，問題的解決方案也會不斷出現，使科學技術領域與現代企業的發展不斷出現重復性變化，而發展過程中創新活動的高水平體現，需要企業與科技研究突破專業領域的限制，應用自身領域之外的多種科學知識與技術。因此，技術系統想要實現進化，需要對客觀法則進行遵循，現代企業與科技也可以對這些法則進行運用，利用其預測產品發展趨勢，使自身能夠對新產品開發與研究的方向進行準確把握。

（三）主要內容

基于通俗意義角度分析創新，可以將創新定義為對問題進行創造性發現與創造性解決的過程，而創新密切聯系TRIZ理論，該理論的作用就是為人類創新提供系統化的方法與理論，以此實現人類對問題的創造性發現與解決。TRIZ理論的主要內容包括以下幾個方面：第一，進化法則，該法則主要針對技術系統，TRIZ理論充分融合技術系統自身發展過程中的進化演變規律，并借助大量專利分析，對基本進化法則進行總結，基本法則以8種法則為主。基于TRIZ理論中的基本進化法則，研究進化法則應用，能夠明確產品技術狀態，并預測產品發展趨勢，從而實現新產品開發，并保證新產品的較高競爭力。第二，沖突解決原理，無論是哪一種發明，都需要對一定的規律進行遵循，不同發明之間也會存在共同的規律，TRIZ理論將這些規律整合為多種創新原理，為研究者提供便利，使其能夠結合技術沖突的內在規律，有針對性地在TRIZ理論中尋找與應用創新原理，結合原理與實際沖突工程，得出相應技術沖突的解決方案。第三，問題分析方法與創新思維方法，該理論為問題的系統性分析提供科學方法，如，多屏幕法。但是對于復雜問題分析，TRIZ理論提供的科學方法為物—場分析法，這種方法屬于建模方法，能夠對相關問題進行有效分析，幫助研究者對核心問題進行盡快地確認，使其及時發現沖突的根本。第四，針對創新問題的標準解決方法，該內容主要指在具體沖突中分析問題的物—場模型特征，針對不同特征，實施對應模型處理方法，例如，模型場與物質添加法、模型轉換法、模型修整法等。第五，ARIZ這種問題解決算法對應的是沖突復雜與問題情境復雜的技術系統，該系統沖突的主要表現是相關部件的不夠明確性，ARIZ這種問題解決算法是對特定初始問題實施多種變形與再定義的邏輯過程，具有一定的非計算性特點，算法實施的過程為：對問題進行逐步分析、轉化與解決。第六，知識庫，知識庫建設主要結合的是工程學原理，應用的工程學原理主要包括幾何學、化學與物理，對這些領域內的大量發明專利進行分析，利用分析結果進行知識庫建設，并保證知識庫為研究者的技術創新與問題解決提供有效方案。

整體角度分析，TRIZ理論內容可以被劃分為三個層次，分別包括哲學層次、方法論層次與工具層次。在哲學層次，該理論包括矛盾、資源與理想度，這些內容屬于哲學概念，具有普適性。在方法論層面，TRIZ理論中的ARIZ這種問題解決算法主要針對的是創新問題，可以對各種工具進行組織，使其共同構成系統性問題解決方法。最后，在工具層面，該理論的主要內容包括技術進化規律、資源分析、知識與效應庫、功能分析、物場分析與對應的76標準解、分離原理、39工程參數沖突矩陣、理想解、40條發明原理等。這些內容均屬于解決問題的重要工具，可以單獨使用，用于解決創新問題，也可以組合使用，用于各種技術沖突問題。

二、TRIZ理論指導工業設計創新的可行性

（一）工業設計含義、特征與發展

工業設計的含義為借助視覺感受、經驗、技術知識與訓練等，在產品色彩、產品材料、形態結構、表面加工、表面裝飾等方面，提供產品新資格與新品質的過程。分析工業設計定義，可以發現工業設計的幾個主要特征：第一，工業設計指現代化工業中的產品設計，這些產品均屬于批量生產。因此，工業設計主要服務于制造業;第二，產品設計是工業設計的主體，設計內容包括設計產品外觀造型與設計產品結構性能;第三，工業設計涉及到的知識領域較廣，屬于一種復合性、綜合性的邊緣學科，綜合技術、藝術、文化、市場營銷以及環境等領域知識;第四，工業設計借助設計者的創意性勞動，按照消費者需求，對新產品進行不斷開發，并且需要保證產品適應市場需求，以新產品體現企業在國內外市場中的市場開拓能力。因此，工業設計屬于企業競爭力的核心要素。隨著我國現代制造業的發展與工業化水平的提升，人們逐漸深化自身對制造業的認識，為制造業中的工業設計提出新的要求。工業設計內容已經從最初的外觀設計與產品性能延伸到生產環境、生產工藝流程、產品包裝、產品市場推廣等過程，參與產品生產與產品流通的全部過程，密切聯系環境設計、平面設計、時裝設計、形象設計、傳統手工藝設計、裝飾設計以及展示設計等眾多相關行業。基于技術進步發展的角度分析工業設計，可以發現，工業設計過程是設計者對各種現有成熟技術進行綜合運用，融合環境學、美學等因素，借助設計創新與設計改進優化實現的新產品有效開發，并且這些新產品可以有效節約資源，滿足市場需求，因此，工業設計屬于涉及廣泛領域的集成性創新過程。

（二）工業設計與TRIZ理論的關系

從工業設計的含義、特征與發展等內容可以看出，工業設計與TRIZ理論之間關系密切。二者密切的關系體現在以下三個方面：第一方面，TRIZ理論與工業設計都是現代化工業的重要產物，并且二者都為制造業提供支持與服務。第二方面，TRIZ理論的應用對象同工業設計的應用主體相同，都是產品，但是TRIZ理論主要應用在產品結構與技術性能等方面。第三方面，工業設計與TRIZ理論的本質都是創新，其應用與實施的目標都是提升產品競爭力與附加值。由此可見，TRIZ理論研究與工業設計研究的側重點不同，但是二者都以工業產品為研究主體，可以說是殊途同歸。我國的工業設計需要在注重美學領域產品外觀造型設計的同時，同等重視產品的技術，在設計者設計范圍愈發擴大的背景下，工業設計出現設計產品品種分類模糊化的問題，在新產品中顯現各種學科相互兼容的現象，說明學科的交叉，體現現代產品設計的未來發展趨勢。因此，工業設計需要基于自身與TRIZ理論的相通性，在設計過程中積極利用TRIZ理論，以TRIZ理論指導工業設計創新流程，提升工業設計質量，增強設計者的綜合能力，滿足工業設計與設計產品的發展需求。

三、TRIZ理論指導下的工業設計創新流程

（一）傳統工業設計流程

研究TRIZ理論下工業設計對應的創新流程，應重點研究工業設計對應的傳統流程，即一般流程方法。在工業設計流程研究中，美國IDEO公司與意大利的奧利維蒂公司占據重要地位，由這兩個公司發明的設計流程屬于現代社會獨立設計公司與企業設計部門的代表。奧利維蒂公司的設計程序主要包括：對市場需求進行深入調查、科學定位產品、在設計中融入企業形象、擬定創意初步方案、設計產品色彩與形態以及產品結構等，IDEO公司的設計程序主要包括觀察市場、設計前的頭腦風暴、初步制定簡易原型、設計深入探討等。對這兩種流程進行綜合分析，可以對工業設計中的一般方法流程進行歸納，結論為：發現與分析問題、制定初步解決方案、對產品進行色彩與形態設計、設計結構、共同評價篩選、整體設計完成。現今社會的工業設計中含有多種創意方法，比較常見的方法為KJ法、移植法、頭腦風暴法與希望點列舉法等。在這些方法的基礎上，還包括形式周期表方法、意象尺度法、坐標法、形態語義設計方法、特征線法、模度與控制線法、標準化設計法等，這些方法用于形態演繹與評價。對工業設計本身的一般方法流程進行研究，有利于工業設計與TRIZ理論有效結合，在TRIZ理論指導下，得出工業設計創新流程。

（二）TRIZ理論指導下的新型工業設計流程

研究學者普遍認為，工業設計包括三個層次，即開發性設計、改良性設計與式樣設計。根據TRIZ理論中的創新等級分析工業設計的三個層次，可以發現，式樣設計與TRIZ理論中的形態創新相對應，因此，式樣設計屬于一級創新。改良性設計實施的主要內容是改進系統組件，因此，該設計對應的是二級創新。開發性設計的設計內容會涉及到新技術與新原理，以此改進系統內部多種組件，并對現有解決方案進行改變，因此，該設計屬于三級創新。工業設計問題解決，需要設計所屬類別清晰化，以此為基礎，在TRIZ理論系統中找到設計問題對應的工具與理論，選擇合適的理論方法有效解決具體設計問題。為在TRIZ系統中提升理論選擇的效率，高長青等學者展開相關研究，比較TRIZ系統中眾多問題解決工具的適用性與優缺點，研究TRIZ理論中多種工具的適用場合，如，ARIZ算法適用于對較復雜的問題進行解決;技術進化理論適用于對產品進化階段進行確定，尋求新技術;物場分析與標準解適用于為現有設計方案提供新概念;效應庫適用于問題解決方向已知的場合;分離原理適用于物理沖突已明確的場合;發明原理、沖突矩陣適用于技術沖突已用工程參數完成描述的場合。分離原理、發明原理與沖突原理屬于經典TRIZ理論核心，具有較廣的適用范圍。技術進化理論適用于三級創新問題與四級創新問題的解決，但是該理論并不能對具體產品進行進化模式的確定。物場分析與對應標準解這一工具適用于工業設計中的開發性設計，解決三級難度問題，促進設計過程產生新概念。而ARIZ的解決過程比較復雜，對應的是四級科學創新問題與五級科學創新問題，但工業設計對應的三個層次設計內容主要包括技術創新、結構創新與形態創新等創新問題，并不涉及科學創新。因此，工業設計創新流程需要排除TRIZ理論中的ARIZ理論與技術進化理論。

TRIZ理論中的物理沖突主要指系統組件對相同元素產生不同需求，針對這種問題，分離原理可以對其進行有效解決。在TRIZ理論中，技術沖突也是沖突理論中的主要沖突，指一個作用造成有害與有用兩種結果，且結果同時出現，這種沖突問題需要使用工程參數描述，在描述完成后，結合沖突矩陣，尋找對應的發明原理，利用原理解決問題。工業設計內容涵蓋色彩設計、結構設計、形態設計、表面質地設計與表面裝飾設計等，可以發現，TRIZ理論的39工程參數與工業設計內容并不存在較大關聯，因此，通常無法利用技術沖突對其進行描述。基于此，工業設計需要沖突解決模塊，細化設計問題的描述情況，如果設計問題可以借助工程參數描述成為某種技術沖突，就可以對應地使用發明原理解決方法或沖突矩陣解決方法，但是對于工程參數來說，難以描述其為特定技術問題的沖突，就將其劃到物理沖突范圍內，使用分離原理對該問題進行有效解決，或者利用發明原理與分離原理的對應關系，對具體問題進行迂回解決。在TRIZ理論中，理想度屬于一種哲學概念，是重要參數，可以對系統好壞與機器優劣進行有效評價。因此，理想度可應用于工業設計中，主要對設計方案進行評價與篩選。在TRIZ理論體系中，效應這種知識庫的組織方式為從技術目標發展到實現方法，該工具主要用于解決方向已經知曉的問題。在工業設計中，后期設計階段的產品功能、技術原理與產品形態等已經基本確定，后續的結構設計問題主要包括滑動、加強筋與卡扣等類似問題，由此可見，這一階段的問題解決方向已經被知曉，因此，可以利用TRIZ理論中的效應庫指導結構設計，輔助相關問題的解決。

根據以上分析內容，以TRIZ理論為重要指導的工業設計，在構建創新流程的過程中，需要結合工業設計一般方法流程，將其作為新流程的基本框架，結合TRIZ理論中的多種工具，建立如圖1所示的新型工業設計流程，即TRIZ理論指導下的工業設計創新流程。這套新型工業設計流程可以對實際設計問題進行更快地確定與解決，提升設計問題解決效率與設計工作效率。

四、結語

綜上所述，基于TRIZ理論指導，研究工業設計創新流程，需要研究者以TRIZ理論研究為基礎，探析工業設計利用TRIZ理論開展創新工作的可行性，并結合工業設計一般方法流程與TRIZ理論指導，構建新型工業設計問題解決體系，實現工業設計創新流程對應模型的有效構建，促進工業設計優化與我國工業制造業發展。

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Research on Innovation Process of Industrial Design Guided by TRIZ Theory

CHENG Huabo，ZHANG Haimin

（AnHui Polytechnic University，Wuhu Anhui 241000，China）

Abstract： To study the innovation process of industrial design under the guidance of TRIZ theory， researchers need to correctly understand TRIZ theory， clarify its origin， development process， core ideas， basic principles and main contents， expound the basic content of industrial design， emphasize the relationship between industrial design and TRIZ theory， and analyze the guidance of TRIZ theory. Feasibility of industrial design innovation. On the basis of these contents， combined with the general method and process of industrial design and the guidance of TRIZ theory， the corresponding model of industrial design innovation process is constructed to realize the effective research of industrial design innovation process under TRIZ theory， and to promote the common development of industrial design and industry in China.

Key words： TRIZ theory; industrial design; innovation process

[責任編輯：周海秋]

收稿日期：2019—08—18

基金項目：2019年度安徽高校人文社會科學研究重點項目“基于皖江流域民俗元素開發的文創產品研究——以桐城王圩燈會道具文創產品開發為例”（項目編號：SK2019A0125）;安徽省社科普及規劃項目“以安徽省‘江淮杯工業設計大賽平臺的大眾設計教育研究”（項目編號：KZ00216037）。

作者簡介：程華波（1979—），男，湖北武漢人，安徽工程大學，講師，碩士。研究方向：工業設計理論與實踐教學。

張海敏（1981—），女，江蘇杭州人，安徽工程大學，講師，碩士。研究方向：產品設計理論與實踐教學。