TRIZ理论综述及中国化思考

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欢迎访问e展厅 展厅 2 工业设计/产品设计展厅 产品设计, 工业设计, 样件打样, 手板制作, 模型制作, ... 一、TRIZ理论概述 TRIZ理论属于前苏联的国家机密，在军事、工业、航空航天等领域均发挥了巨大作用，成为创新的“点金术”，让西方发达国家一直望尘莫及。后来，随着苏联的解体，大批TRIZ专家移居欧美等发达国家，TRIZ才被世人所知，传播到美国、欧洲、日本、韩国等地。 TRIZ的含义是“发明问题解决理论”，是由俄语拼写的单词首字母组成，在欧美国家也可缩写为TIPS（Theory of Inventive Problem Solving）。它是由前苏联发明家里奇.阿奇舒勒（G. S. Altshuller，译为阿利赫舒列尔）在1946年创立的，后来根里奇"阿奇舒勒也被尊称为TRIZ之父。 1946年，根里奇·阿奇舒勒开始了发明问题解决理论的研究工作。当时根里奇"阿奇舒勒在前苏联里海海军的专利局工作，在处理世界各国著名的发明专利过程中，他总是考虑这样一个问题：当人们进行发明创造、解决技术难题时，是否有可遵循的科学方法和法则，从而能迅速地实现新的发明创造或解决技术难题呢？答案是肯定的。根里奇"阿奇舒勒发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡，是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律，就能能动地进行产品设计并能预测产品的未来趋势。以后数十年中根里奇"阿奇舒勒穷其毕生的精力致力于TRIZ理论的研究和完善。在他的领导下，前苏联的研究机构、大学、企业组成了TRIZ的研究团体，分析了世界近250万份高水平的发明专利，总结出各种技术发展进化遵循的规律模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则，建立一个由解决技术，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，建立起TRIZ理论体系。TRIZ理论和方法加上计算机辅助创新（CAI）已经发展成为一套解决新产品开发实际问题的成熟理论和方法体系，如今已在全世界广泛应用。TRIZ可以轻易地解决那些“看似不可能解决的问题”并形成专利，提升企业的核心竞争力，使企业从“跟随者”快速成为行业技术的“领跑者”。随着我国将创新提上国家发展的首要政策，各个企业和机构对创新的强烈愿望急需理论和工具的支持，遍寻世界各种创新理论，唯TRIZ独秀于林。 二、TRIZ的九大经典理论体系 TRIZ理论包含着许多系统、科学而又富有可操作性的创造性思维方法和发明问题的分析方法。经过半个多世纪的发展，TRIZ理论已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的九大经典理论体系。 （一）TRIZ的技术系统八大进化法则。阿奇舒勒的技术系统进化论可以与自然科学中的达尔文生物进化论和斯宾塞的社会达尔文主义齐肩，被称为“三大进化论”。 TRIZ的技术系统八大进化法则分别是：1、技术系统的S曲线进化法则；2、提高理想度法则；3、子系统的不均衡进化法则；4、动态性和可控性进化法则；5、增加集成度再进行简化法则；6、子系统协调性进化法则；7、向微观级和场的应用进化法则；8、减少人工进入的进化法则。技术系统的这八大进化法则可以应用于产生市场需求、定性技术预测、产生新技术、专利布局和选择企业战略制定的时机等。它可以用来解决难题，预测技术系统，产生并加强创造性问题的解决工具。 （二）最终理想解(IFR)。TRIZ理论在解决问题之初，首先抛开各种客观限制条件，通过理想化来定义问题的最终理想解（ideal final result，IFR），以明确理想解所在的方向和位置，保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解，从而避免了传统创新涉及方法中缺乏目标的弊端，提升了创新设计的效率。如果将创造性解决问题的方法比作通向胜利的桥梁，那么最终理想解(IFR)就是这座桥梁的桥墩。最终理想解(IFR)有四个特点：1、保持了原系统的优点；2、消除了原系统的不足；3、没有使系统变得更复杂；4、没有引入新的缺陷等。 （三）40个发明原理。阿奇舒勒对大量的专利进行了研究、分析和总结，提炼出了TRIZ中最重要的、具有普遍用途的这40个发明原理，分别是：1、分割；2、抽取；3、局部质量；4、非对称；5、合并；6、普遍性；7、嵌套；8、配重；9、预先反作用；10、预先作用；11、预先应急措施；12、等势原则；13、逆向思维；14、曲面化；15、动态化；16、不足或超额行动；17、一维变多维；18、机械振动；19、周期性动作；20、有效作用的连续性；21、紧急行动；22、变害为利；23、反馈；24、中介物；25、自服务；26、复制；27、一次性用品；28、机械系统的替代；29、气体与液压结构；30、柔性外壳和薄膜；31、多孔材料；32、改变颜色；33、同质性；34、抛弃与再生；35、物理/化学状态变化；36、相变；37、热膨胀；38、加速氧化；39、惰性环境；40、复合材料等。 （四）39个工程参数及阿奇舒勒矛盾矩阵。在对专利研究中，阿奇舒勒发现，仅有39项工程参数在彼此相对改善和恶化，而这些专利都是在不同的领域上解决这些工程参数的冲突与矛盾。这些矛盾不断地出现，又不断地被解决。由此他总结出了解决冲突和矛盾的40个创新原理。之后，将这些冲突与冲突解决原理组成一个山39个改善参数与39个恶化参数构成的矩阵，矩阵的横轴表示希望得到改善的参数，纵轴表示某技术特性改善引起恶化的参数，横纵轴各参数交叉处的数字表示用来解决系统矛盾时所使用创新原理的编号。这就是，著名的技术矛盾矩阵。阿奇舒勒矛盾矩阵为问题解决者提供了一个可以根据系统中产生矛盾的两个工程参数，从矩阵表中直接查找化解该矛盾的发明原理来解决问题。 （五）物理矛盾和四大分离原理。当一个技术系统的工程参数具有相反的需求，就出现了物理矛盾。比如说，要求系统的某个参数既要出现又不存在，或既要高又要低，或既要大又要小等等。相对于技术矛盾，物理矛盾是一种更尖锐的矛盾，创新中需要加以解决。物理矛盾所存在的子系统就是系统的关键子系统，系统或关键子系统应该具有为满足某个需求的参数特性，但另一个需求要求系统或关键子系统又不能具有这样的参数特性。 分离原理是阿奇舒勒针对物理矛盾的解决而提出的，分离方法共有11种，归纳概括为四大分离原理，分别是空间分离、时间分离、居于条件的分离和系统级别分离等。 （六）物一场模型分析。阿奇舒勒认为，每一个技术系统都可由许多功能不同的子系统所组成，因此，每一个系统都有它的子系统，而每个子系统都可以再进一步地细分，直到分子、原子、质子与电子等微观层次。无论大系统、子系统、还是微观层次，都具有功能，所有的功能都可分解为2种物质和1种场(即二元素组成)。在物质-场模型的定义中，物质是指某种物体或过程，可以是整个系统，也可以是系统内的子系统或单个的物体，甚至可以是环境，取决于实际情况。场是指完成某种功能所需的手法或手段，通常是一些能量形式，如:磁场、重力场、电能、热能、化学能、机械能、声能、光能等等。物一场分析是TRIZ理论中的一种分析工具，用于建立与已存在的系统或新技术系统问题相联系的功能模型。 （七）发明问题的标准解法。标准解法阿奇舒勒于1985年创立的，共有76个，分成5级，各级中解法的先后顺序也反映了技术系统必然的进化过程和进化方向，标准解法可以将标准问题在一两步中快速进行解决，标准解法是阿奇舒勒后期进行TRIZ理论研究的最重要的课题，同时也是TRIZ高级理论的精华。标准解法也是解决非标准问题的基础，非标准问题主要应用ARIZ来进行解决，而ARIZ的主要思路是将非标准问题通过各种方法进行变化，转化为标准问题，然后应用标准解法来获得解决方案。 （八）发明问题解决算法(ARIZ)。ARIZ是发明问题解决过程中应遵循的理论方法和步骤，ARIZ是基于技术系统进化法则的一套完整问题解决的程序，是针对非标准问题而提出的一套解决算法。ARIZ的理论基础由以下3条原则构成：1、ARIZ是通过确定和解决引起问题的技术矛盾；2、问题解决者一旦采用了ARIZ来解决问题，其惯性思维因素必须被加以控制；3、ARIZ也不断地获得广泛的、最新的知识基础的支持。ARIZ最初由阿奇舒勒于1977年提出，随后经过多次完善才形成比较完善的理论体系, ARIZ－85包括九大步骤：1、分析问题；2、分析问题模型；3、陈述IFR和物理矛盾；4、动用物－场资源；5、应用知识库；6、转化或替代问题；7、分析解决物理矛盾的方法；8、利用解法概念；9、分析问题解决的过程等等。 （九）科学效应和现象知识库。科学原理，尤其是科学效应效应和现象的应用，对发明问题的解决具有超乎想象的、强有力的帮助。应用科学效应和现象应遵循5个步骤，解决发明问题时会经常遇到需要实现的30种功能，这些功能的实现经常要用到100个科学有和现象。 三、TRIZ的27个实用创新法 在TRIZ理论种，阿奇舒勒介绍了27种用来解决发明问题的实用性方法÷效应和窍门，它们分别是：1、反过来做；2、改变物质的物理状态；3、提前来做；4、做少一点；5、Matreshka（套叠法）；6、在时间或空间上分离相互冲突的要求；7、所有特殊的术语都必须用最简单的词来替代；8、将相似的或不同的物体组合到一个系统中；9、分离或组合；10、动态化；11、在物质中加入磁粉并用磁场控制；12、物－场分析；13、自我服务；14、热膨胀；15、从宏观结构转换到微观结构；16、电晕放电效应；17、利用铁磁性材料的居里点；18、组合多种效应；19、莫比乌斯圈的几何特性；20、旋转双曲面的几何特性；21、理想最终结果（IFR）；22、引入第二种物质；23、利用肥皂泡和泡沫；24、STC算符（大小、时间和价格）；25、“微型小矮人”模型（MMD）；26、复制并用复制品进行工作；27、构建问题的模式。 四、国内外TRIZ的研究和应用现状及趋势 （一）国外TRIZ应用研究现状及趋势 欧洲以瑞典皇家工科大学(KTH)为中心，集中十几家企业开始实施利用TRIZ进行创造性设计的研究计划；日木从1996年开始不断有杂志介绍TRIZ的理论方法及应用实例；在美国，有关TRIZ的研究咨询机构相继成立，TRIZ和方法在多个跨国公司迅速得以推广并为之带来巨大收益。如福特汽车公司遇到了推力轴承在大负荷时出现偏移的问题，通过运用TRIZ，产生了28个新概念(问题的解决方案)，其中一个非常吸引人的概念是:利用小热膨胀系数的材料制造轴承，从而很好地解决了推力轴承在大负荷时出现偏移的问题。波音公司邀请25名TRIZ前苏联专家，对波音450名工程师进行了两星期培训加讨论，取得了767空中加油机研发的关键技术突破，从而战胜空中客车公司，赢得15亿美元空中加油机订单。2003年，“非典型肺炎”肆虐中国及全球的许多国家，新加坡的TRIZ研究人员就利用40条发明创新原理，提出了防止“非典型肺炎”的一系列方法，其中许多措施被新加坡政府采用，收到了非常好的效果。 一个有典型代表意义运用TRIZ给企业带来实际效益的例子是韩国三星电子。1997年，三星电子引入TRIZ ,在研发部门实施技术创新理论培训；1998年至2002年，三星电子共获得了美国工业设计协会颁发的17项工业设计奖，连续5年成为获奖最多的公司。2003年，三星电子在67个研究开发项目中使用了TRIZ，为三星电子节约了1. 5亿美元，并产生了52项专利技术。2004年以1604项发明专利超过lntel名列第六，领先于日本竞争对手日立、索尼、东芝和富士通。三星电子CEO尹钟龙表示，要在2005年和2006年分别注册2000多件专利技术(以申请美国专利为准)进入世界前5大专利企业排行榜，并于2007年进入前3位。三星电子从技术引进到技术创新的成功之路给渴望在经济全球化竞争中占有一席之地的中国企业提供了很多有益的和可借鉴的启示。 西南交大陈光教授研究认为，国际上TRIZ研究和实践工作，有三个特点和趋势：一是集成化，基于早期TRIZ方法的相对繁琐和零散，从80年代开始BorisZlotin和AllaZusman等人用计算机化的方式表达TRIZ，集成和简化TRIZ的方法、工具和应用程序，推动TRIZ方法的进一步普及；二是工程化，TRIZ传到西方以后，引起强烈反响，1992年Ideation公司调整和开发TRIZ并应用于美国工程研究和实践，这项技术也从分析发明问题阶段发展到发明工程阶段；三是标准化，国际TRIZ协会已制定和实施“国际TRIZ认证”体系，使得企业技术创新的水平有了客观的评判标准和创新人才的培训标准。 （二）国内TRIZ应用研究现状及趋势 TRIZ理论在我国已经开始受到重视，国内也有一批企业和大学开展了TRIZ的研究、培训和应用。从事培训教育的公司主要有亿维讯集团，亿维讯集团（IWINT, Inc.）作为世界领先的计算机辅助创新技术CAI（Computer Aided Innovation）软件供应商，长期致力于创新理论体系和创新方法学的研究，是一家专注于CAI软件的研发、应用、理论培训和技术咨询的高新技术集团公司。开始重视和应用TRIZ理论的企业主要有中国船舶、中国兵器、中国航天等大型军工集团，以及铁道系统的科研院所及单位等。大学有清华大学、浙江大学、西南交通大学、东北林业大学、黑龙江科技学院等。中国科技部已开始启动了创新方法的研究推广计划。2007年8月13日科技部已经正式批准黑龙江省和四川省为“科技部技术创新方法试点省”。四川成为全国两个创新方法试点省份，这是四川科技发展的新的机遇。 五、 TRIZ理论与计算机辅助创新技术 TRIZ仍在不断地发展中，随着信息技术的不断发展，一门以发明创造问题解决理论(TRIZ)为基础，结合现代设计方法学、语义处理技术、专利分析技术、多领域科学知识以及计算机软件技术等综合而成的新兴技术——计算机辅助创新技术CAl (Computer Aided lnnovatiou)已经出现，并迅速在国内外开始推广应用。在这方面走在最前列的是亿维讯集团（IWINT, Inc.），该公司作为全球计算机辅助创新（CAI）的技术领导者，长期致力于创新理论体系和创新方法学的研究和培训。 TRIZ揭示了创新实践的规律，总结了求解创新问题的分析方法和解决方法，是指导人们进行创新实践的理论基础和方法论。但是，如何运用好TRIZ，仍然需要大量的已有知识的支持:包括技术知识、科学原理、专利知识、各种社会知识、经验知识、成功案例、失败案例等等，尤其是专利知识已经成为实现创新最主要的知识来源之一。据统计，每年世界上发明创造的90%－95%都是以专利的形式出现，而充分利用专利知识进行技术创新，能节省我们60%的研发时间和40%的研发资金投入。作为前人创新成果的结晶，专利知识技术含量高，可靠性强。但是，专利涉及的领域和数量层出不穷，如何在有限的时间内征服如此巨大的信急量？如何在浩瀚的知识海洋中寻找有用的知识？全靠人力为之，真可谓大海捞针，而且面对越来越加快的知识更新速度，人脑已经无法有效地担当海量知识的记忆载体和处理中枢；其次，个体的知识已无法支持复杂的产品和工程研发创新。因此，必须把个体的知识转换成公有的、有组织的、可共享的知识。CAI它能帮助人们学习和应用TRIZ，综合、积累相关知识，分析、求解创新问题，快速地帮助人们运用TRIZ得出问题的领域解，并提出问题的建议方案。 六、TRIZ理论的改进完善和中国化思考 尽管TRIZ理论已经发展了几十年，其成熟部分也已解决了许多设计难题，产生了巨大的经济效益。但随着TRIZ理论在工程实例中应用的扩大，其自身也暴露出了一些弱点。这些暴露出的弱点正是TRIZ理论需要自我完善的地方。根据国际上TRIZ研究发展的动向，TRIZ理论还需要改进和完善的地方可归结为以下几个方面： （一）TRIZ的一般过程 在TRIZ解决问题的过程中，将问题的通解具体化是一个难点，这需要有深厚的领域背景知识。TRIZ理论认为，一个成功的设计可由如下公式描述：S=Pc×Pkn×(1+M)×(1+T)（其中：S——成功的设计； Pc——个人解决问题的能力； Pkn——领域知识的水平与经验；M——TRIZ方法论与哲学思想的运用；T——TRIZ工具的运用）。在公式中，Pc和Pkn 都与领域知识有关。因此，尽管TRIZ理论的创始人阿奇舒勒否认了经验知识在TRIZ理论中的重要性，但从上述公式可以看出经验知识依然对TRIZ理论的应用构成了重要的支持。所以，在TRIZ理论中融入经验思维模式，应是TRIZ理论在应用中的一个发展方向。 （二）物场模型及符号系统 物场模型是TRIZ理论中一个非常重要的工具，该模型对于描述产品的一个功能是方便的。但是一个产品往往有多个功能，当该模型用于描述多功能技术系统时便会遇到很大困难，甚至无法进行描述。因此，按照阿奇舒勒物场模型提出适应性更强的符号系统是TRIZ理论本身发展的一个方向。如Zinovy、 Terninko等人提出了更新的符号系统。 （三）冲突解决理论 一些研究者认为冲突及解决技术中的39个标准参数或通用工程参数及40条解决原理还不完善。近年来TRIZ应用实例表明，有些设计中的明显冲突用39个参数不能描述（现在已经扩展到48个），因此也就不能选择冲突解决原理。如果增加冲突的标准参数个数，冲突解决矩阵如何改变？40条解决原理是否已覆盖了所有的设计问题（现在已经有50多条创新原理），如果增加条数，冲突矩阵如何改变？这些问题现在还没有答案。这些问题也是TRIZ理论发展的一个方向。 （四） ARIZ算法 在实用中，ARIZ算法存在一些缺陷，如不易确定“最小问题”。现在对ARIZ的改进主要从以下四个方面进行：1、引入问题程式过程的内容。其一能对初始问题进行描述，这种描述有助于解决问题；能对问题所处的环境进行描述，以便能选择更有希望的问题陈述；2、应尽可能多地采用产生解的工具；3、提供多种问题典型描述的菜单；4、使ARIZ应用更加方便，即采用结构化的方法，使微观算法、例题、定义等分开。 （五）TRIZ的中国化思考 相对于传统的创新方法，TRIZ具有鲜明的特点和优势，但也还存在如上所述的不少问题或者缺陷，在我国开始重视研究和应用推广TRIZ时，首先应该结合中国企业技术创新的实际来做更多的中国化思考，改进和完善TRIZ的基础理论和方法工具，从而真正提高企业的自主创新能力和国家的科技竞争力。具体说来，我们可以从以下几方面来努力：1、基于TRIZ在中国的推广应用，深入进行相关的基础理论研究，特别是TRIZ理论中国化的问题研究；2、现在国际上已对超过250万份优秀的专利进行过系统化的研究，充实了TRIZ理论和方法应用的体系，但结合我国的实际，还应该对传统的TRIZ方法进行验证、对发明的参数进行补充调整和建立我们国家自己的完善的专利库等；3、加强TRIZ工具的研究和开发，我国的亿维讯集团开发出的计算机辅助创新设计平台（Pro/Innovator）和创新能力培训平台(CBT/NOVA)是目前较成熟的应用工具，但在实际的推广应用中还需要不断的升级和更新；4、科技部批准黑龙江省和四川省为“科技部技术创新方法试点省”，这是四川科技发展的新的机遇，我们应抓住这个难得的机遇，加强四川企业技术创新方法的推广应用平台建设，建成国家TRIZ的研究实验基地和高水平的TRIZ人才培养基地。 综上所述，相对于传统的创新方法，TRIZ具有鲜明的特点和优势。它将发明创造问题归纳为5个层次，39项技术特性、40个创新原理；由创新思维方法与问题分析方法、技术系统进化法则、技术矛盾矩阵、物质-场分析标准解法和问题解决算法(ARIZ) 5个分析和解决问题的方法论构成的一整套系统化的、实用的解决发明问题的理论方法体系。它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，并基于技术发展的进化规律来研究整个技术发展过程。可快速确认和解决系统中存在的矛盾，大大加快发明创造进程，提升创新的能力。具体来说运用TRIZ可以给我们以下启示:(1)创新将像从事日常技术工作一样成为可能；(2)创新不再是专家的“灵光一现”，创新可以持续不断地进行下去；(3)对问题进行系统分析，高效发现问题本质，使准确定义问题和矛盾成为可能；(4)能对创新性问题或者矛盾解决提供更合理的方案和更好的创意；(5)能打破思维定势，激发创新思维，从更广的视角看待问题；(6)基于技术系统进化规律，准确确定探索方向，预测未来发展趋势，开发新产品；(7)打破知识领域界限，实现技术突破等等。 TRIZ的相关参考文献及资源索引: 1.杨清亮 . 发明是这样诞生的:TRIZ理论全接触[M]. 北京:机械工业出版社,2006. 2.檀润华 . 创新设计TRIZ:发明问题解决理论[M]. 北京:机械工业出版社,2002. 3.范怡红,黄玉霖等译 . 哇…发明家诞生了[M]. 成都:西南交通大学出版社,2004. 4.范怡红等译. 创新40法:TRIZ创造性解决技术问题的诀窍[M]. 成都:西南交通大学出版社,2004. 5.赵新军 . 技术创新理论(TRIZ)及应用[M]. 北京:化学工业出版社,2004. 6.TRIZ专题网站 . http://www.triz.gov.cn/default.asp 7.亿维讯集团（IWINT, Inc.）. http://www.iwint.com.cn/ 8.中国技术创新信息网 . http://www.ctiin.com.cn/index.htm 9.Technical Innovation Center,INC. http://www.triz.org/ 10.The TRIZ Journal . http://www.triz-journal.com/ 11.技术创新研究团队博客 . http://blog.sina.com.cn/triz111 作者介绍：朱炜，男，西南交通大学硕士研究生，研究方向为技术创新、科技管理、公共政策和社会管理等。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (2/24/2008)