TRIZ创新思维与创新工具的深度嵌套应用

程功 彭英 沈龙江 黄献

摘 要：TRIZ创新方法是用来解决发明级别的理论，它被称作“神奇的点金术”，曾被苏联列为军事机密，它包含创新思维、创新工具、技术进化、创新算法等理论体系。本文主要研究TRIZ理论中创新思维与创新工具内在的联系，探索二者的深度嵌套迭代，充分打开思路，提高创新效率，提升创新质量。

关键词：TRIZ；创新思维；创新工具；嵌套；迭代

一、引言

2007年，王大珩、刘东生、叶笃正等三位老科学家致信时任国务院总理温家宝，提出“自主创新，方法先行，创新方法是自主创新的根本之源”等观点，得到了温家宝高度重视并做出重要批示。2008年，科技部、国家发展改革委、教育部、中国科协联合发布了《关于加强创新方法工作的若干意见》，开始在全国范围推广创新方法。其中TRIZ就是最为经典的创新方法之一，它是苏联伟大发明家Genrich S. Altshuler（根里奇·阿奇舒勒）及团队从大量专利中总结提炼，用来解决发明级别问题的一套理论体系。TRIZ是俄文ТеорииРешения Изобрет-Ательских Задач翻译为拉丁文Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch首字母的缩写。

TRIZ包含创新思维、创新工具、S曲线与进化法则、ARIZ发明问题算法等，其中创新思维和创新工具是TRIZ非常重要的理论体系。然而在TRIZ教学、推广过程中，大多只将二者分开讲授，在实际创新活动中也存在创新思维与创新工具脱钩的情况，导致创新思路不能完全打开，课题突破性不足、创新性严重缺乏。

美国创造心理学家格林提出创新能力由10个要素构成，即知识、自学能力、好奇心、观察力、记忆力、客观性、怀疑态度、专心致志、恒心、毅力等。

我国学者庄寿强提出了一个创新能力的表达公式：

创新能力=K×（创造性人格+创造性思维+创造原理）×知识量2

式中：K为一个常量，亦可视为个体的潜在创新能力；创造性人格可以理解为对于创新的一种精神；创造性思维可以类比TRIZ中的创新思维；创造原理可以类比TRIZ中的各种创新工具；知识量是创新的基础。对于创新主体的人来说，这几个部分不可分割，缺一不可。以下内容所涉及的“创新思维”“创新工具”均为TRIZ理论中的创新思维和创新工具，它们之间存在各种联系，可彼此补短，嵌套迭代应用可发挥出更强大的创新效果。

二、创新思维简析

创新思维有IFR、九屏幕、小人法、STC算子、金鱼法等，本文仅做简单解析。

（一）IFR

IFR是英文Ideal Final Result首字母的缩写，中文含义为最终理想解，也有翻译为最终的理想结果、理想的最终解等。IFR是TRIZ理论的核心思想，所有创新的过程和技术进化都围绕着IFR，它是创新活动的导航仪。ARIZ59、ARIZ61、ARIZ71、ARIZ85C等版本对IFR的描述上有所不同，但是核心理念是一致的。

为了更好地理解IFR，可以先了解阿奇舒勒提出的理想机器的概念。创新的过程其实就是在寻找某一“机器”（这个机器也是一个新的技术系统），它可以实现所需的功能（或是解决某个问题）。没有实体却能完成所需功能的机器被称作理想机器，这个理想机器实现了IFR。

例1：汽车的功能是把人（或货物）从A地运送到B地，汽车的IFR是：人（或货物）自我从A地移动到B地，这种IFR定义可以为：作用对象自我实现功能。

例2：要解决地面磨损汽车轮胎的问题，此时的IFR就是：磨损发生的区域自我解决磨损问题，这种IFR定义可以为：问题区域自我消除缺陷。這两种IFR定义并没有本质区别，所需的“机器”都实现了理想化：实体全无、功能俱在。

（二）九屏幕

九屏幕法也称作九宫格法、九屏图法等，它是一种将点扩充到面的系统性思维，它是由系统、子系统、超系统3个层级的系统轴和现在、过去、未来3个阶段的时间轴组成九个屏幕的思维方法。九屏幕更准确的叫法应该是多屏幕。从系统轴来看，子系统也还有其子系统，超系统也还有其超系统；从时间轴来看，系统的过去还有其自己的过去，系统的未来也还有其自己的未来，这样分析问题的屏幕数还可以扩充到25个、49个等。

例3：无人驾驶汽车未来发展的分析，普通人能快速想到方向盘、油门、刹车等会“消失”或者有相应的变化。这种分析是凭直觉，单一又不全面。为了更加全面、科学分析预测无人驾驶汽车的未来，以汽车为当前系统，建立一个九屏幕。系统轴将汽车分解为动力、刹车、控制等子系统，超系统有驾驶员、乘客、道路、行人、调度等，时间轴结合S曲线和八大进化法则进行分析。汽车未来的发展不仅是受自身的需求变化，还要满足子系统和超系统的变化，这样分析问题将会变得更加全面、客观，寻找解决问题的思路和资源也更加丰富。

（三）STC算子

STC算子从Size尺寸（注：S理解为尺度更为贴切）、Time时间、Cost成本3个维度6个方向去分析问题，以极限思考的方式打破思维定势。例3中分析无人驾驶汽车的发展，可以将汽车作为分析对象，将S（汽车体积、速度、定位精准度等参数）、T（汽车行驶时间）、C（汽车各项成本）从无限小到无限大进行分析。S：汽车变得无限小，是现在体积的1/2、1/4，甚至于比人还小；汽车变得无限大，是现在体积的2倍、4倍，甚至于大到整个城市。C：汽车成本变得无限小，1000元、500元，甚至于0成本，使用汽车不仅不花钱，还可以挣钱；汽车成本变得无限大，100万元、1000万元，甚至于汽车变成世界上最昂贵的资源。

（四）小人法

小人法，也叫智慧小人法、聪明的小矮人法、微型小矮人法等，它将一组一组的小人来模拟某些组件或系统，这些小人都具备思想，它们能够按照需求进行变动重组，这种思维方法可以打破创新者对于系统、组件固定不可拆分的思维定势。

例4：自动泊车技术分析。某家公司在进行自动泊车技术的开发，其中使用雷达、超声波、GPS定位等技术进行避障都会受到很多环境的影响，他们在讨论如何在低成本下提高这些技术的定位精度，难度非常大。这时可以将一组一组的小人模拟汽车，不同的小人具备不同的功能，他们还可以按照要求进行重组。通过小人法可以转换和发散思维，汽车可分离、可重组，自动泊车时，即使车没有避障也不会发生安全事故，能达到从A点到B停车点的目的即可。

（五）金鱼法

金鱼法灵感源自普希金《渔夫与金鱼》的童话故事。金鱼法将要解决的问题分为现实1和幻想1两部分，现实部分1是已经存在的部分，幻想部分1暂时不能解决，如果将该幻想部分1继续进行分解为现实2和幻想2……，一直将问题分割为非常聚焦的幻想部分n，解决了该幻想部分n，那么整个需要解决的问题将迎刃而解。

三、创新工具简析

创新工具有技术矛盾、物理矛盾、物场模型与How To模型等，本文仅做简单解析。

（一）技术矛盾与40个发明原理

创新过程中，优化某一个参数会导致另一个或几个参数的恶化，优化和恶化的参数之间形成了技术矛盾，在阿奇舒勒矛盾矩阵表中，可以寻找对应的发明原理解决各种技术矛盾对。

例5：桌子强度低的问题分析。如果增加桌子厚度，那么其强度得到优化，但是恶化了其搬运时的重量，通过查找矛盾矩阵表，对应的发明原理可以指导解决当前强度与运动物体重量之间的技术矛盾。

（二）物理矛盾与四大分离原理

创新过程中，针对问题A的解决，需要提升参数C （或朝某一方向改进），问题B的解决，又需要降低参数C（或朝另一相反方向发展），这样参数C就有两个不同方向的需求，形成了一对物理矛盾。针对例5，桌子的厚度既要增加（为了提升强度），又要降低（保证保运时的轻便）。物理矛盾可以通过四大分离原理解决。如时间分离：可以思考桌子搬运的时候薄，使用的时候厚，时间上不交叉；空间分离：桌子局部厚，局部薄，空间上不交叉。

技术矛盾、物理矛盾的问题均属于参数属性较为明显的问题，二者也可以进行相互转化。

（三）物场模型与76个标准解

创新过程中，参数属性、矛盾对不明显，而其结构属性（作用关系）清晰的问题，可以建立物场模型，再结合对应的标准解进行问题的求解。针对例5桌子强度低的问题，从物场角度分析：有外界物体对桌子产生了压迫的有害作用。标准解S1.2.1，引入S3对消除外界物体的有害作用；标准解S1.2.2，引入外界物体或者桌子的变形体消除S2的有害作用；标准解S1.2.4，并联场消除S2的有害作用……

（四）How To模型与科学效应库

创新过程中，功能需求较为明显的问题，可以建立How To模型，再结合科学效应库进行求解。针对例5，问题的解决可以是提高桌子的强度，对照效应库的功能表，较为接近的需求功能是F11稳定物体的位置，对应的效应为E22电场、13磁场、17磁性液体。启发思路：桌面与地面形成相同磁场或电场，磁场可以提升桌子支撑物体的强度；磁性液体，可以通过磁场的控制，桌子可变换成任意形状，并具备一定的强度。

四、创新思维与创新工具异同点

（一）相同点

（1）二者都有自身的分析和解题步骤；

（2）都可以单独应用进行创新。

（二）不同点

（1）创新工具都对应的“库”，而创新思维则没有。技术矛盾的库为39个工程参数与40个发明原理，物理矛盾的库为四大分离原理，物场模型的库为76个标准解，经典TRIZ中How To模型的庫为30个功能与100个科学效应。

（2）创新工具解题步骤相对更加具体，解决问题一致性较强，但在某些场景下会存在一定的局限性，库也需要不断扩充和更新；创新思维的哲学性更强、适用性更广，任何领域都可以应用，但其解题步骤相对较为发散，解决问题的一致性没有创新工具好。

五、创新思维与创新工具的嵌套

创新思维和创新工具就像人的左脑和右脑开发一样，在创新的过程中不可分割。创新工具更多地侧重于逻辑性思考，而创新思维更多地侧重于发散性思考，二者应该结合使用，嵌套迭代。

例6：桌子强度低的问题分析（例5续）。

这里我们加上一些限制条件，如某一特定的会议室，该会议室功能需求多样，既要作为会议用，又要进行培训，还可以举办一些其他活动。所以该会议室的桌椅搬运的频次较高。当前情景的问题是：该会议室桌子的强度不足（见图1）。

问题：桌子强度低

初步手段：增加桌子厚度

后果：桌子重量增加

这是典型的技术矛盾，可以先采用技术矛盾大框架流程进行求解。

技术矛盾：强度vs运动物体重量（也有专家提出当前问题优化的参数应该是稳定性、形状等，这里不做详细讨论。）

查询矛盾矩阵表，推荐的发明原理有：1#分割、8#重力补偿、40#复合材料、15#动态特性。

到了这一步，很多创新工程师首先想到的是40#复合材料和15#动态特性，瞬间就能想到一些方案。复合材料：寻找一种强度高且重量低的复合材料；动态特性：给桌子安装滚轮（见图2）。

这种思考不能说其错误，但缺乏创新性。而分割、重力补偿原理也没能联想到很好的方案。

这些都是技术矛盾在应用过程中常见的问题：发明原理得不到很好应用、创新方案单一、创新性不足等。创新思维的联合应用可以弥补上述问题。

针对1#分割，这里先要自我设置几个问题：（1）分割目的是什么？（2）分割谁？（3）分割方法是什么？（4）分割的程度？

（1）分割的目的肯定是要满足强度与运动物体重量之间的矛盾。

（2）对于分割谁的问题，九屏幕无疑是个很好的思维引导。九屏幕法中将谁定义当前系统并没有严格的要求，应该视具体情况而定，这里将桌子作为当前系统较为合理。从九屏幕的系统轴来看，这里可以将系统或子系统进行分割。这里还可以将某些超系统进行分割，但不是首选，从IFR和产品设计角度思考，超系统资源我们可以借用（或借用后改动），但不是改动的首选。

有了九屏幕的辅助，我们就知道了分割的对象可以从桌面、桌腿、加强支撑等入手。

（3）分割方法可以是水平分割、垂直分割，甚至倾斜分割等。

如此，1个发明原理至少可以从6个方向进行分析，方案更加丰富：桌面水平分割、桌面垂直分割、桌腿水平分割、桌腿垂直分割、支撑水平分割、支撑垂直分割等，甚至桌面并不是真的进行分开，而是局部隔开，隔开的地方有加强筋（见图3）。

（4）分割程度的思考，我们一般考虑分割就是一分为二、一分为三、一分为四等。至此，很少再继续分析下去了，原因是我们日常见到的就是如此，这时STC算子可以帮助打破思维定势。S可以定义为分割后单个桌面（或者桌腿、支撑）的厚度，如果沿着S往无穷小的方向进行分析，1/2厚度、 1/4厚度、 1/8厚度，甚至到0，0厚度的桌子就接近于桌子的IFR：实体全无、功能俱在，这样的桌子可以是气体或者场的形式存在（见图4）。除此还可以进行STC其他参数的深度分析。

針对动态特性原理的应用，结合九屏幕法、STC等进行思考也会更加简单，通过它们的辅助，我们不仅能想到桌腿加滚轮的方法，还可以分析到让桌面、支撑的动态化。桌面的动态化：桌面可以做成可变的圆形（见图5），搬运时可以整体滚动（圆边可以折叠），甚至可以将整个做成变形的球（见图6），这个球还可以是镂空的，起到高强度、低重量、易搬运、艺术性增强的效果。

当前的技术矛盾结合小人法分析会非常有意思。桌子并不是我们认为的固定、不可分割的，而是一组一组、一层一层的蓝色小人手牵手组成，他们可以任意排布组合。

小人问题模型：这些手牵手的小人在受到外界红色小人压迫后，会产生变形，甚至断裂破坏。

小人解决模型（见图7）：

模型一：强壮且轻便的小人。强度和重量的矛盾得以解决。

模型二：层间具备推力的小人。力的传递，接触外界的那层小人不会变形。

模型三：结构承受力强的小人。合理布局，让小人的结构更加稳定。

模型四：受力均匀分布的小人。降低外界小人的压迫力，可以将压迫力进行分解，分解到内部小人的各个部位。

模型五：外界助力的小人。降低外界小人的压迫力，将外部小人的力转移，转移到其他，比如超系统某些组件。

过渡到最终方案：高强度材料桌子、层间同极磁场桌子、微拱形桌子、带有受力分配器的桌子、超系统组件充当桌脚的桌子、地面有磁场（或其他场）支撑的桌子……

当然，为了更接近IFR，这些方案还可以结合创新思维和创新工具进行进一步的嵌套迭代；在实际创新过程中，还会存在其他各种限制条件，应结合具体情况进行创新思维和创新工具的选择、嵌套。

在实际情况中，IFR应该贯穿问题分析和解决的始终：桌子（或者问题发生的区域）自己就解决了强度低的问题，这中间会呈现出诸多矛盾或其他新的问题，通过创新思维和创新工具的不断嵌套迭代进行最优方案的求解。

六、总结

创新思维可以嵌套于创新工具中，创新工具也可以嵌套到创新思维中，甚至创新思维、创新工具自身也可以进行嵌套。物场模型解题时，要想提高理想度，也必须要结合IFR、九屏幕等创新思维，标准解的第五级其实就是在分析理想的资源，应结合IFR和九屏幕等创新思维。IFR有六步分析法：step1最终目的、step2 IFR定义、step3实现IFR的障碍、step4障碍原因（结果）、step5突破障碍的条件、step6可利用的资源。其中step2至step5就是需要深度结合技术矛盾或者物理矛盾等创新工具，而step6又需要结合九屏幕法等进行资源分析。

有工具缺思维，解题死板教条；有思维缺工具，解题发散而不落地。创新工具的应用可以根据TRIZ解题流程的需要进行合理安排，还要符合自身的应用逻辑；创新思维应该在每个环节都需要具备，它可以提升我们创新的潜意识，增强创新的胆量和气魄。创新工具与创新思维结合需要深入地学习和不断地实践，只有嵌套迭代才能相得益彰，才能真正发挥TRIZ应有的创新质量和效率。

参考文献

[1]AITSHULER G S. 哇！发明家诞生了——TRIZ创造性解决问题的理论与方法 [M]. 黄玉霖，范怡红，译.成都：西南交通大学出版社，2004：17-21，107-132.

[2]AITSHULER G S. 创新算法——TRIZ、系统创新和技术创造力[M].谭培波，茹海燕，译.武汉. 华中科技大学出版社，2008：49-68，171-199.

[3]AITSHULER G S. 寻找创意：TRIZ入门[M].陈素勤，张娜，李介玉，等译.北京. 科学出版社，2013： 94-112，136-144，174-224.

[4]曹福全，吕巧凤，宁艳杰，等.基于进化法则的TRIZ九屏分析应用研究[J].黑河学院学报， 2016，11（7）：8-9.

责编 / 马铭阳