基于TRIZ理论的创新问题求解模式

陶国彬

在知识经济时代，世界上许多国家和民族都认识到了创新的重要性。早在1982年，日本就提出“创造力开发是通向21世纪的保证”。美国哈佛大学校长普西认为：“一个人是否具有创造力，是一流人才和二流人才的分水岭”。江泽民同志指出：“创造是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺不竭的动力，一个没有创新能力的民族，难以屹立于世界先进民族之林。”党的十七大提出“提高自主创新能力，建设创新型国家 ”，为了适应建设创新型国家的需要，高等院校应当进一步加强大学生创新意识和创新能力培养。

一、TRIZ理论的应用优势

传统的创新方法，如试错法、头脑风暴法等，在促进科技进步过程中发挥了不小的作用，但是这些方法存在明显缺憾。试错法是纯粹经验的创新方法，依赖于个人的经验和知识领域，而且创新过程没有方向性，因此效率十分低下；头脑风暴法是对试错法进行改进之后产生的，虽然相对于试错法有了一定的改进，帮助克服思维惯性，但头脑风暴不控制思维过程的缺陷常常使得问题进入漩涡，长时间无法得到解决，效率仍然不高。TRIZ理论是前苏联发明家根里奇 ·阿奇舒勒于1946年提出的，阿奇舒勒在分析了世界近250万份高水平的发明专利基础上，综合多学科领域的原理和法则，建立起了这一创新理论。TRIZ理论揭示了创造发明的内在规律，掌握这些规律，能够帮助人们在发明创造、解决技术问题时，克服创新的盲目性、经验性和偶然性，TRIZ理论是目前世界公认的引导创新的最佳工具，学习和掌握TRIZ理论是快速提高创新能力的有效途径。与传统的创新方法相比，TRIZ有以下优势：

（一）TRIZ总结出创新的规律性，使得创新过程效率提高。创新并不是灵感的闪现和随机的探索，它存在解决问题的一般规律。运用TRIZ，使得解决创新问题过程变得不再盲目，有效避免了反复探索工作，研究者能够根据这些规律，从各领域创新实践中产生问题解决方案，使创新过程效率得到了明显的提高。

（二）TRIZ帮助打破思维定势和知识领域界限。TRIZ理论中提供了诸如九屏幕法、尺寸-时间-成本（STC）算法、小矮人法等一系列科学方法，帮助人们在分析问题的过程中打破思维定势，激发创新灵感，从更广的视角看待问题。并且，TRIZ是基于知识的方法，提供了创造性解决问题的启发性知识，完全打破了知识领域界限。

（三）TRIZ能帮助预测产品的技术发展趋势。TRIZ理论总结出了技术系统的八大进化规律，对于产品的开发创新具有重要的指导作用，让决策者清晰地了解到产品的进化趋势，提升产品的竞争优势。

（四）TRIZ具有良好的普适性。TRIZ理论包括的具有普遍性的创新方法和规律，是经过对大量发明的分析、研究、提升和总结来的，TRIZ能够被广泛应用到不同领域。

二、 TRIZ理论及其应用框架

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理论已经形成解决创新发明问题的成熟的九大经典理论体系，具体包括：技术系统八大进化法则、最终理想解（IFR）、40个发明原理、39个工程参数及阿奇舒勒矛盾矩阵、物理矛盾和四大分离原理、物质一场模型分析、发明问题的标准解法、发明问题解决算法（ARIZ）、科学效应和现象知识库。

正确理解和熟识TRIZ理论的九大经典理论体系，学习掌握TRIZ理论的矛盾解决方法和求解步骤以及应用方法是进行TRIZ理论应用的关键。在应用TRIZ理论求解工程问题时应遵循如下步骤进行：

（一）写出技术系统的名称。

（二）定义技术系统的主要功能。

（三）分解技术系统的各主要成分（子系统）并说明功能。

（四）分析技术系统存在问题，定位问题所在子系统，对问题进行准确的描述。

（五）分析技术系统应改善的特性，并确定欲改善的工程参数。

（六）分析伴随技术系统的改善而被恶化的特性，并确定欲恶化的工程参数。

（七）确定系统的技术矛盾并进行描述。

● 根据欲改善的工程参数和被恶化的工程参数说明系统的技术矛盾；

● 如果所确定的矛盾的工程参数是同一参数，则属于物理矛盾，采用分离原理解决；

● 对技术矛盾进行反向描述，分析技术矛盾确定的合理性。

（八）利用阿奇舒勒矛盾矩阵查找解决技术矛盾的发明原理。

● 根据改善的工程参数、恶化的工程参数查找阿奇舒勒矛盾矩阵，确定推荐的发明原理；

● 按照发明原理的名称，查找对应发明原理的详解。

（九）逐一讨论推荐的发明原理应用的可能性（如果所查找到的发明原理都不适用于具体的问题，需要重新定义工程参数和矛盾，再次应用和查找矛盾矩阵）。

（十）确定最理想的解决方案，并评价系统的理想化水平。

三、TRIZ理论应用实例

（一）存在问题技术系统的物理描述

一个车间得到一份订单，对大型金属零件进行热处理。要进行该工作，吊车司机必须从炼铁炉中调出通红的铸铁，将其运到一个油槽上方并将其投入槽中。

工作几天后，吊车司机找到老板抱怨说：“这样干我很难呼吸。我的控制室离房顶很近，所以从油槽里升起的烟雾都向我飘来，我不干了！”

因为在处理小零件时，烟雾本来不成问题，车间里的通风设备就可以满足要求；现在，在处理大型部件时，烟雾成立主要问题。因为处理过程不能改变，老板面临一个典型的管理局面：想出一种办法解决问题，但他不知如何解决。

（二）利用TRIZ理论求解过程

1．技术系统名称：金属零件处理系统。

2．技术系统功能：进行大型金属零件的过油处理。

3．技术系统分解

(1)系统部件：油槽、金属零件、吊车、吊车司机、烟雾、空气

(2)技术系统可分解为五个子系统，子系统物-场模型如图1所示。

子系统1：S1为金属零件；S2为油槽中的油；F为热场；子系统2：S1为油；S2为空气；F为热场；子系统3：S1为吊车司机；S2为烟雾；F为机械场（扩散）；子系统4：S1为金属零件；S2为吊车；F为机械场；子系统5：S1为吊车；S2为吊车司机；F为电磁厂（控制）。

4.关键子系统的确定

子系统2和子系统3皆存在技术矛盾，子系统2的技术矛盾为根本问题，子系统3的技术矛盾为衍生问题，因此关键子系统为子系统2。

子系统2和子系统3物-场模型皆为有害效应完整模型（见图2）。

有害效应完整模型的一般解法（见图3、图4）。

子系统3技术矛盾的解决方法：

（1）加防毒面具（方法1）

（2）加鼓风机（方法2）

子系统2技术矛盾的解决方法：考虑加盖子（隔离油与空气）

5.技术矛盾描述

当炽热的金属零件被放到油槽中，油槽中油被加热冒出浓烟（与空气反映），污染环境。

6.技术系统应该改善的特性以及对应的工程参数

(1)技术系统应该改善的特性的物理描述：去除或减小烟雾，改善环节。

(2)技术系统欲改善的工程参数：物体产生的有害因素。

7.技术系统被恶化的特性以及对应的工程参数

(1)分析：根据有害效应完整模型的一般解法，无论加物体还是加场，都会增加系统的复杂度，对于加盖子的方案，将影响运动物体（盖子）的重量。

表1 技术矛盾1查找阿奇舒勒矛盾矩阵结果

(2)技术系统欲恶化的工程参数：系统的复杂度（运动物体的重量）

8.查找阿奇舒勒矛盾矩阵

(1)技术矛盾1（物体产生的有害因素—系统的复杂度）

①查询阿奇舒勒矛盾矩阵结果如表1所示

②推荐原理说明

a周期性作用原理说明

● 用周期性动作或脉动代替连续动作；

● 如果行动已经是周期性的，则改变其频率；

● 利用脉动之间的间隙来执行另一动作。

b分割原理

● 将物体分割成独立的部分；

● 使物体成为可组合的（易于拆卸和组装）；

● 增加物体被分割的程度。

c多孔材料原理

● 使物体多孔或添加多孔元素；

● 如果一个物体已经是多孔的，则利用这些孔引入有用的物质或功能。

③分析推荐原理可行性

a周期性作用原理分析：盖子周期性开合作用（效果不理想）

b分割原理分析：整体——各个局部——液体——气体（待选）

c多孔材料原理分析：选用孔状物做盖子（不可行）

(2)技术矛盾2（物体产生的有害因素—运动物体的重量）

①查询阿奇舒勒矛盾矩阵结果如表2所示。

②推荐原理说明

a周期性作用原理说明，前面已经讨论过。

b变害为利原理

● 利用有害的因素，来获得有益结果；

● 将两个有害的因素相结合进而抵消有害因素；

● 增大有害因素的幅度直到有害性消失。

c动态特性原理

● 使物体或其环境自动调节，以使其在每个动作阶段的性能达到最佳；

表2 技术矛盾2查找阿奇舒勒矛盾矩阵结果

● 把物体分成几个部分，各部分之间可相对改变位置；

● 将不动的物体改变为可动的，或具有自适应性。

d惰性环境原理

● 用惰性气体环境代替通常环境；

● 在真空中完成过程。

③分析推荐原理可行性

a周期性作用原理分析，前面已经讨论过。

b物理或化学参数改变原理分析：固体盖子——液体盖子（待选）

c动态特性原理分析：改变相对位置——动态盖子（不确定）

d惰性环境原理分析：使用惰性气体做盖子（待选）

9、确定解决方案，并评价解决方案的理想化程度

有上述分析可知，发明原理分割原理、物理或化学参数改变原理、惰性环境原理对问题解决有帮助，可以采用在油槽和空气接触面加入液体或惰性气体（动态盖子）来解决技术矛盾。系统的复杂度没有增加（或增加很少），但有害因素得以彻底清除，该方案理想化程度很高。

四、结论

TRIZ理论是创新发明问题的求解方法，其理论内容包括九大经典理论体系和若干分析方法，如何有效地利用好TRIZ理论,为发明创新服务是一个亟待解决的问题，本文在对TRIZ理论九大经典理论体系深入研究的基础上，提出了TRIZ理论应用的一般框架，利用该框架可以高效的使用TRIZ理论进行创新问题求解和评价，为TRIZ理论的应用提供了基础，有助于TRIZ理论的研究与推广。

[1] 根里·奇阿奇舒勒著，林岳等译.实现技术创新的TRIZ诀窍[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，2008.

[2] 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.

[3] 赵新军.技术创新理论(TRIZ)及应用[M].北京：化学工业出版社，2004.