【文章內(nèi)容簡介】 指導(dǎo)不同領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng)新都有重要參考價值。在對全世界專利進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上， Altshuller 等提出了 40 條發(fā)明原理。實踐證明這些原理對于指導(dǎo)設(shè)計人員的發(fā)明創(chuàng)造具有重要的作用。Altshuller 的沖突理論似乎是產(chǎn)品創(chuàng)新的靈月一妙藥，實際在應(yīng)用該理論之前的前處理與應(yīng)用之后的后處理仍然是關(guān)鍵的問題。下圖表明了問題求解的全過程。 可把上述技術(shù)沖突解決原理具體化為 12步 : 定義待設(shè)計系統(tǒng)的名稱 ； 確定待設(shè)計系統(tǒng)的主要功能 ； 列出待設(shè)計系統(tǒng)的關(guān)鍵子系統(tǒng)、各種輔助功能 ； 對待設(shè)計系統(tǒng)的操作進(jìn)行描述 ； 確定待設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)改善的特性、應(yīng)該消除的特性 ； 將涉及到的參數(shù)要按標(biāo)準(zhǔn)的 39個工程參數(shù)重新描述 ； 對技術(shù)沖突進(jìn)行描述 :如果某一工程參數(shù)要得到改善，將導(dǎo)致那些參數(shù)惡化 ； 對技術(shù)沖突進(jìn)行另一種描述 :假如降低參數(shù)惡化的程度，要改善參數(shù)將被削弱，或另一惡化參數(shù)被加強(qiáng) ； 在沖突矩陣中由沖突雙方確定相應(yīng)的矩陣元素 ； 由上述元素確定可用發(fā)明原理 ； 將所確定的原理應(yīng)用于設(shè)計者的問題 ； 找到、評價并完善概念設(shè)計及后續(xù)的設(shè)計。通常所選定的發(fā)明原理多于一個，這說明前人已用這幾個原理解決了一些特定的技術(shù)沖突。這些原理僅僅表明解的可能方向，即應(yīng)用這 8 些原理過濾掉了很多不太可能的解的方向。盡可能將所選定的每條原理都用到待設(shè)計過程中去，不要拒絕采用推薦的 任何原理。假如所有可能的解都不滿足要求，對沖突重新定義并求解 3 48個特征參數(shù)： TRIZ 理論提出用通用工程參數(shù)描述沖突。當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)的一個重要轉(zhuǎn)變是，當(dāng)工程師解決問題的時候，需要考慮的事物或因素的數(shù)量很明顯的增加了，如兼容性、安全性等因素。為此，隨著 TRIZ理論的發(fā)展，原始矛盾矩陣的 39 個參數(shù)，已經(jīng)增加到了 48 個。增加的新參數(shù)是 :信息的數(shù)量、功能效率、噪音、有害輻射、兼容性 /連接能力、安全性、保險裝置、美學(xué)和控制復(fù)雜度九個參數(shù)。這九個新增加的參數(shù)，己經(jīng)在專利庫中找出足夠的例子，這些例子是用這九個新增 加的改善的參數(shù) /惡化的參數(shù)來描述的問題，并且找出了解決這些新問題的原理。 48個通用參數(shù)如表 21所示。 表 21 48 個通用參數(shù) 序號 名稱 序號 名稱 序號 名稱 1 運動物體的重量 17 靜物消耗能量 33 兼容性或連通性 2 靜止物體的重量 18 功率 34 易用性 3 運動物體的長度 19 張力 /壓力 35 可靠性 4 靜止物體的長度 20 強(qiáng)度 36 可修復(fù)性 5 運動物體的面積 21 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 37 安全性 6 靜止物體的面積 22 溫度 38 易受傷性 7 運動物體的體積 23 光照度 39 美觀 8 靜止物體的體積 24 運行效率 40 外來有害因素 9 形狀 25 物質(zhì)浪費 41 制造能力 10 物質(zhì)的量 26 時間浪費 42 制造精度 /連貫性 11 信息的數(shù)量 27 能量浪費 43 自動化水平 12 動物作用時間 28 信息遺漏 44 生產(chǎn)率 /生產(chǎn)力 13 靜物作用時間 29 噪音 45 系統(tǒng)復(fù)雜性 14 速度 30 有害的散發(fā) 46 控制復(fù)雜性 15 力 /力矩 31 有害的副作用 47 測量能力 16 動物消耗能量 32 適用性 48 測量精度 4 原始矛盾矩陣與新矛盾矩陣 : 原始矛盾矩陣為一個 40x40的矩陣，其中第一行為惡化的特征參數(shù)，第一列為改善的特征參數(shù)。除第一行與第一列之外，其余 39行與 39列形成一矩陣，每個矩陣元素表示惡化特征和改善特征對應(yīng)的原理解序號，如表 22所示。 應(yīng)用過程為 :首先從第一列中選取希望改善的特征參數(shù)序號，再從第一行中選取隨之惡化的特征參數(shù)序號，兩序號在對應(yīng)行與列的交叉處確定一確定矩陣元素，該元素所給出的數(shù)字為推薦采用的解決原理序號，如選擇參數(shù) 2靜止物體的質(zhì)量作為改善的技術(shù)參數(shù)，選擇參數(shù) 4 靜止物體的長度作為惡化 的技術(shù)參數(shù)。在參數(shù) 2 和參數(shù) 4 的交叉處得出的解決原理為10， 1， 29， 35。即原理 10:預(yù)置動作 。原理 1:分割 。原理 29:氣體力學(xué)和水力學(xué) 。原理 35:參數(shù)變化。則這些創(chuàng)新原理就可以作為解決沖突的方法指導(dǎo)。 表 22 原始矛盾矩陣 9 惡化參 數(shù) 希望改 善的參數(shù) 1 2 3 4 5 ? 39 1 15， 8，29， 34 29， 17，38， 34 35， 3，24， 37 2 10， 1，29， 35 1， 28，15， 35 3 15， 8，29， 34 15， 17，4 14， 4，28， 29 4 35， 28，40， 29 30， 14，7， 26 5 2， 17，29， 4 14， 15，18， 4 10， 26，34， 2 ? 39 35， 26，24， 37 28， 27，15， 3 18， 4，28， 38 30， 7，14， 26 10， 26，34， 31 新的矛盾矩陣和原始矩陣不同的是，它是一個 49x49的矩陣，包含原始的 39 個參數(shù)和9個新參數(shù) （ 具體見 48個特征參數(shù) ） ，行與列的交叉處的創(chuàng)新原理也相應(yīng)增加。如原始矩陣1號參數(shù)和 2號參數(shù)交叉處沒有推薦原理，而新矩陣添加了推薦原理 。 如圖 23所示。 由此可以看出，新矩陣相對于原始矩陣而言，由于通用參數(shù)的增加，其應(yīng)用范圍更加廣泛。并且，相應(yīng)推薦原理的增加，給設(shè)計者更多的指導(dǎo)，開闊了設(shè)計者的思路。 表 23 新矛盾矩陣 惡化的參數(shù) 希望改善的參數(shù) 1 2 3 4 5 ? 48 1 3， 19， 35，40， 1， 26，2 17， 15， 8，35， 29，34， 40 15， 17，28， 12，35， 29，30 28， 17，29， 35， 1，31， 4 28， 26，35， 10， 2，37 2 35， 3， 40，2， 31， 1，26 17， 4， 30，35， 3， 5 17， 35， 9，31， 13， 3，5 17， 3， 30，7， 3， 54，14 26， 28，18， 37， 4，3 3 31， 4， 17，15， 34， 8，29， 30 1， 2， 17，15， 30， 4，5 1， 17， 15，24， 13，30 15， 17， 4，14， 1， 29，30， 35 10， 32， 1，37， 28，39 4 35， 30，31， 8， 28，29， 40， 1 35， 31，40， 2， 28，29， 4， 3 3， 1， 4，19， 17，35 3， 4， 19，17， 35， 1 28， 10，26， 3， 30，24 10 5 31， 17， 3，4， 1， 18，40， 14，30 17， 15， 3，31， 2， 4，29， 1 14， 15， 4，18， 1， 17，30， 13 14， 17，15， 4， 13 3， 32， 26，25， 1， 10，37 ? 48 35， 26，32， 1， 12，8， 25 26， 25， 1，35， 8， 12，10 5， 26， 28，1， 10， 24 26， 28，10， 24， 3，32 26， 24， 5，3， 2， 8，35， 10 （ 2） 物質(zhì)一場分析 Altshuller 對 發(fā) 明 問 題 解 決 理 論 的 供 獻(xiàn) 之 一 是 提 出 了 功 能 的 物 質(zhì) 一 場 （ substancefield） 描述方法與模型。物場分析法是用來分析和現(xiàn)存技術(shù)系統(tǒng)有關(guān)的模型性問題。它通過使用符號來表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)變換的建模技術(shù)，通過建立系統(tǒng)內(nèi)問題的模型，正確的描述系統(tǒng)內(nèi)的問題。其原理為，所有的功能都可分解為兩種物質(zhì)及一種場，即一種功能由兩種物質(zhì)及一種場的三元件組成。產(chǎn)品是功能的一種實現(xiàn)，因此，可用物質(zhì)一場分析產(chǎn)品的功能，其模型如圖 22所示。 S 2S 1F 圖 22 物質(zhì) — 場模型 通常構(gòu)造模型有以下四步 : 1 識別元件 ； 2 構(gòu)建模型 ； 3 從 76個標(biāo)準(zhǔn)解中選擇一個恰當(dāng)?shù)慕?； 4 進(jìn)一步發(fā)展這個解，以支持獲得的解決方案。 (3) ARIZ算法 （ Algorithm InventiveProblem solving） 稱為發(fā)明問題解決算法，是 TRIZ的一 主要工具，該算法采用一套邏輯過程逐步將初始問題程式化。該算法特別強(qiáng)調(diào)沖突與理想解的程式化，一方面技術(shù)系統(tǒng)向理想解的方向進(jìn)化，另一方面如果一個技術(shù)問題存在沖突需要克服，該問題就變成一個創(chuàng)新問題。應(yīng)用 TRIZ 取得成功的關(guān)鍵在于沒有理解問題的本質(zhì)前，要不斷地對問題進(jìn)行細(xì)化，一直到 確定了物理沖突。 TRIZ 認(rèn)為，一個問題解決的困難程度取決于對該問題的描述或程式化方法，描述得越清楚，問題的解就越容易找到。 TRIZ 中，發(fā)明問題求解的過程是對問題不斷地描述、不斷地程式化的過程。經(jīng)過這一過程，初始問題最根本的沖突被清楚地暴露出來，能否求解已很清楚，如果已有的知識能用于該問題則有解，如果已有的知識不能解決該問題則無解，需等待自然科學(xué)或技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。該過程是靠 ARIZ算法實現(xiàn)的。 TRIZ 中沖突的消除有強(qiáng)大的效應(yīng)知識庫的支持。效應(yīng)知識庫包括物理的、化學(xué)的、幾 11 何的等效應(yīng)。作為一種規(guī)則，經(jīng)過分析 與效應(yīng)的應(yīng)用后問題仍無解，則認(rèn)為初始問題定義有誤，需對問題進(jìn)行更一般化的定義。 TRIZ解決發(fā)明問題的一般步驟為 : 1 選擇問題。尋找迂回問題，確定最終要解決原問題還是迂回問題。 2 建立問題模型。將普通問題變成有一個矛盾對的合乎規(guī)則的形式，寫出問題模式的標(biāo)準(zhǔn)表述。 3 分析問題模式。選出易于改變的要素，寫出理想的標(biāo)準(zhǔn)表述。 4 消除物理矛盾。利用典型問題模式表與物一場轉(zhuǎn)換表將物理矛盾轉(zhuǎn)化為技術(shù)矛盾。然后用技術(shù)矛盾的發(fā)明原理，得到驗證答案。 5 初步評價所得到的解決方案。 6 發(fā)展所得到的答案。確定系統(tǒng)應(yīng)該 怎樣變化，有無新用途，能否利用它解決其他問題。 7 分析解決進(jìn)程。比較實際解決進(jìn)程與理論解決進(jìn)程，比較所得答案與表中給定的答案，如果有偏離，記錄下來。 簡化的 TRIZ步驟如圖 23所示。 選 擇 縮 小 的 問 題描 述 理 想 方 案重 新 描 述 縮 小 的 問 題描 述 系 統(tǒng) 沖 突描 述 物 理 矛 盾分 析 沖 突 區(qū) 域 及 資 源 域消 除 物 理 矛 盾 的 方 法初 始 問 題解 決 方 案知 識 庫無 解 決 方 案 圖 23 ARIZ 流程 綜上所述，由于 TRIZ 將產(chǎn)品創(chuàng)新的核心 與 產(chǎn)生新的工作原理過程具體化，并提出了規(guī)則、算法與發(fā)明創(chuàng)造原理供設(shè)計人員使用，它己經(jīng)成為一種較完善的創(chuàng)新設(shè)計理論。 (4) 需求功能分析 功能分析的目的是從完成功能的角度而不是從技術(shù)的角度分析系統(tǒng)、 子系統(tǒng)、部件。對系統(tǒng)、子系統(tǒng)、組件進(jìn)行功能分析，確定它們之間的功能關(guān)系，劃分有用功能和有害功能。通過功能分析可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的每個組件都執(zhí)行一定的功能，如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的某些組件在功能上存在缺陷或執(zhí)行的功能是有害功能，或某一組件執(zhí)行的有用功能過多。這時就需要進(jìn)行功能裁剪。 功能裁剪 （ trimming） ，就是在保留系統(tǒng)有用功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行功能的重新分配，去掉多余的組件和功能，以簡化系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)。設(shè)計中的重要突破、成本或復(fù)雜程度的顯著降低往往是功能分析及裁剪的結(jié)果。 知識數(shù)據(jù)庫 TRIZ理論中基于知識的 工具包含 40條發(fā)明原理， 76個標(biāo)準(zhǔn)解和效應(yīng)數(shù)據(jù)庫。這些工具是在積累人類創(chuàng)新經(jīng)驗和大量專利的墓礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。基于知識的工具與分析工具不同之處在于 :基于知識的工具指出解決問題的過程，而分析工具用于改變問題的描述。 (1) 40條發(fā)明原理 12 用于指導(dǎo) TRIZ使用者找出用于創(chuàng)新的解決方案。每一種解決方案都是一個建議，應(yīng)用該建議可以使系統(tǒng)產(chǎn)生特定的變化以消除技術(shù)沖突。在解決大約 1250 項己知沖突時，沖突矩陣會推薦應(yīng)當(dāng)考慮的原理。 40 條發(fā)明原理如表 24 所示 。這些原理，都是通用發(fā)明創(chuàng)造原理，即對于指導(dǎo)不同領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng)新都有重要的參考價值。它未針對具體領(lǐng)域，其表達(dá)方法是描述可能解的概念。如建議采用柔性方法，問題的解要涉及到某種程度上已有系統(tǒng)的柔性或適應(yīng)性，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建議提出已有系統(tǒng)的改進(jìn)方案，這樣才有助于問題的迅速解決。應(yīng)用創(chuàng)新原理使得問題得到有效的解決，是解決問題的整個過程變得有序和可操作，大大提高了創(chuàng)新問題的解決效率和質(zhì)量。 表 24 40 條發(fā)明原理 序號 名稱 序號 名稱 1 分割 21 超亮透作業(yè) 2 輸出 22 變害為益 3 部分改變 23 反饋 4 不對移性 24 中介 5 組合 25 自服務(wù) 6 多功能性 26 代用品 7 嵌套構(gòu)成