1、解析TRIZ理論在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用米糧川 劉尚（齊齊哈爾大學(xué) 機(jī)電學(xué)院 齊齊哈爾市文化大街167號(hào) 郵編161006）摘要：探討TRIZ理論的哲學(xué)依據(jù)和辯證法思想，分析技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和TRIZ理論的原理和方法，解讀ARIZ85算法。關(guān)鍵詞：創(chuàng)新，發(fā)明，機(jī)械設(shè)計(jì)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中文分類號(hào)：TB21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AComprehending TRIZ Theory in the Innovative DesignMI Liang-chuan, LIU Shang(School of Mechanical and Electronic Engineering, Qiqihar University,

2、Qiqihar 161006, China )Abstract: It is given a discussion on the philosophical basis and the dialectic ideas of TRIZ theory, and the design of technique systems is analyzed on the TRIZ principles and methods, and there is a brief interpretation of ARIZ85-Algorithms additional. Key Words: innovation;

3、 invention; mechanical design; modern design method 機(jī)械設(shè)計(jì)的核心是創(chuàng)新。創(chuàng)新能力是當(dāng)今企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志，也是機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生能力與價(jià)值的體現(xiàn)。學(xué)生通過(guò)TRIZ理論的學(xué)習(xí)，打破思維定勢(shì)，激發(fā)創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，為就業(yè)和創(chuàng)業(yè)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。本文依序進(jìn)行6個(gè)方面的分析和講解，對(duì) TRIZ理論的創(chuàng)新方法，做出比較系統(tǒng)的和完整的闡釋。1.TRIZ理論的產(chǎn)生及其哲學(xué)內(nèi)涵 TRIZ是“發(fā)明問(wèn)題解決理論”的俄文縮略詞的英譯，由前蘇聯(lián)的G.S.Altshuller博士于1946 年創(chuàng)立。他從1946 年開(kāi)始，領(lǐng)導(dǎo)一批研究人員和學(xué)生，在分析研究

4、世界各國(guó)250萬(wàn)件專利的基礎(chǔ)上，從抽樣的20萬(wàn)件專利中選出4萬(wàn)件作為解決發(fā)明問(wèn)題的代表，提出一套進(jìn)行發(fā)明即產(chǎn)品創(chuàng)新的方法理論TRIZ。20世紀(jì)80年代前，它對(duì)別國(guó)嚴(yán)格保密。1992年后隨著蘇聯(lián)解體，一批TRIZ專家移居美國(guó)等西方國(guó)家，才逐漸流傳到美歐亞和世界各國(guó)1。 TRIZ 的出現(xiàn)，給創(chuàng)新這一現(xiàn)代社會(huì)中最活躍的元素帶來(lái)了革命。TRIZ 提供的不僅僅是一種純粹的創(chuàng)新理論，它還是一種思維模式，能夠幫助我們形成一種系統(tǒng)的、流程化的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思考模式，有助于人們?cè)趲缀跛惺虑橹姓业絼?chuàng)新的方法2。 TRIZ理論從實(shí)踐出發(fā)，通過(guò)一系列的實(shí)際發(fā)明案例，分析、概括和總結(jié)創(chuàng)新的本質(zhì)和規(guī)律，這是辯證唯物主義哲學(xué)基

5、本原理的具體體現(xiàn)。TRIZ理論方法論包含諸多方面的內(nèi)容，將其進(jìn)行演繹和歸納，形成系統(tǒng)的理論，與辯證的、全面的、系統(tǒng)的辯證法方法論是一致的。規(guī)律是可以認(rèn)識(shí)和利用的，TRIZ理論中的規(guī)律性發(fā)現(xiàn)可以給人們的實(shí)踐以理論上的指導(dǎo)，創(chuàng)新活動(dòng)中方向明確，方法正確，從而提高創(chuàng)新的預(yù)見(jiàn)能力和工作效率。2.創(chuàng)新的規(guī)律性實(shí)例和40個(gè)發(fā)明原理 創(chuàng)新的案例，經(jīng)過(guò)分析，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)其方法是有一定規(guī)律的，可以對(duì)其進(jìn)行歸納總結(jié)。實(shí)例1：模塊化結(jié)構(gòu)，如組合家具、組合機(jī)床、組合玩具和組合工具。實(shí)例2：整體化結(jié)構(gòu)，如帶橡皮的鉛筆、帶起釘羊角的錘子。實(shí)例3：嵌套結(jié)構(gòu)，如俄羅斯套娃、收音機(jī)天線、照相機(jī)鏡頭和飛機(jī)起落架。實(shí)例4：預(yù)防性方案

6、，如備用降落傘、電器的過(guò)載保護(hù)開(kāi)關(guān)、宇宙飛船的逃生系統(tǒng)。實(shí)例5：利用機(jī)械振動(dòng)的發(fā)明，如電動(dòng)切刀、碎石機(jī)、超聲電磁振蕩冶金爐。實(shí)例6：維度拓展，如紅外空中移動(dòng)式鼠標(biāo)、平板橋變成拱橋或斜拉橋、電路板雙側(cè)安插附件、五軸聯(lián)動(dòng)金屬切削機(jī)床、翻斗卡車。 G.S.Altshuller總結(jié)出40個(gè)發(fā)明的原理3如表1，以指導(dǎo)人們的創(chuàng)新實(shí)踐。 表1 40個(gè)發(fā)明原理1.分割2.分離3.局部功能化4.非對(duì)稱化5.并行6.多用途7.嵌套8.質(zhì)量補(bǔ)償9.預(yù)加反作用10.事前準(zhǔn)備11.備用方案12.等勢(shì)性13.逆向換位思考14.屈曲化15.動(dòng)態(tài)化16.參量欠過(guò)法17.維數(shù)變化18.振動(dòng)19.周期性作用20.加強(qiáng)有效作用21

7、.瞬時(shí)作用法22.廢物利用23.反饋24.中介物25.自組織26.副本法27.低成本替代28.替代機(jī)械的方法29.氣動(dòng)或液動(dòng)30.柔性薄膜方法31.多孔材料32.變換顏色33.同質(zhì)同屬性作用34.舍棄與修復(fù)35.變化參數(shù)36.相變37.熱膨脹38.使用強(qiáng)氧化性39.利用惰性40.材料復(fù)合3.技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和39個(gè)工程參數(shù)設(shè)計(jì)的目的是滿足一定的功能需求，完成某個(gè)特定功能的各個(gè)事物的集合，簡(jiǎn)稱為技術(shù)系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，只有將總功能分解為易于實(shí)現(xiàn)的基本功能，產(chǎn)品設(shè)計(jì)才能真正成功。總功能可分解為分功能、子功能，直到分解到基本功能為止。即從根到枝再到葉的分解過(guò)程4。技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是功能向結(jié)構(gòu)的映射過(guò)

8、程（FS模型，F(xiàn)-Function, S-Structure）。實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的方法，正如我們學(xué)了機(jī)械原理，然后再學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)一樣，在功能和結(jié)構(gòu)之間要加入原理的分析與綜合，因此FS模型演化為FPS模型（F-Function, P-Principle，S-Structure）。近些年歐美國(guó)家的研究人員，在功能和結(jié)構(gòu)之間加入了行為（Behavior）的研究階段，為技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行方式和性能指標(biāo)，因此功能-結(jié)構(gòu)的映射模型可以表達(dá)為FBPS模型（F-Function, B-Behavior，P-Principle，S-Structure）。其實(shí)任何技術(shù)系統(tǒng)的研發(fā)，歸根到底是建立在科學(xué)效應(yīng)（Effect）的

9、基礎(chǔ)上的，因此更全面的功能結(jié)構(gòu)映射模型應(yīng)該是FEBPS模型（F-Function, E-Effect, B-Behaviors，P-Principle，S-Structure）。技術(shù)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、制造、裝配和調(diào)試，或者在產(chǎn)品全壽命周期的某個(gè)階段，人們會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)技術(shù)系統(tǒng)的某項(xiàng)或某些需求會(huì)產(chǎn)生矛盾，對(duì)于技術(shù)系統(tǒng)某一個(gè)參數(shù)的改進(jìn)會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)參數(shù)的惡化的沖突。例如，汽車的功能需求，即需要它跑得快，發(fā)揮其技術(shù)系統(tǒng)的能力，又要求它跑得慢，以增加安全性，即快又慢的要求構(gòu)成一對(duì)矛盾；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的重量與強(qiáng)度構(gòu)成了一對(duì)沖突，減輕結(jié)構(gòu)的重量就必然削弱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，反之，增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度則必須增加結(jié)構(gòu)的重量。這些矛盾與

10、沖突也是推動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的內(nèi)在動(dòng)力，對(duì)于沖突問(wèn)題，通常的解決方案是采用折衷的方法，而TRIZ 則強(qiáng)調(diào)運(yùn)用創(chuàng)造性的思維把沖突徹底消除。Altshuller對(duì)大量的發(fā)明專利研究發(fā)現(xiàn)，盡管它們所屬技術(shù)領(lǐng)域不同，處理的問(wèn)題千差萬(wàn)別，但是隱含的系統(tǒng)沖突數(shù)量是有限的。他整理歸納出引起技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生矛盾和沖突的39個(gè)工程參數(shù)5如表2，并且構(gòu)建了矛盾沖突與發(fā)明原理原理之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系矩陣，以資參考。表2 39個(gè)工程參數(shù)1.運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量2.靜止物體的質(zhì)量3.運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度4.靜止物體的長(zhǎng)度5.運(yùn)動(dòng)物體的面積6.靜止物體的面積7.運(yùn)動(dòng)物體的體積8.靜止物體的體積9.速度10.力11.應(yīng)力或壓力12.形狀13.結(jié)構(gòu)的

11、穩(wěn)定性14.強(qiáng)度15.運(yùn)動(dòng)物體作用時(shí)間16.靜止物體作用時(shí)間17.溫度18.光照度19.運(yùn)動(dòng)物體的能量20.靜止物體的能量21.功率22.能量損失23.物質(zhì)損失24.信息損失25.時(shí)間損失26.事或物的數(shù)量27.可靠性28.測(cè)試精度29.制造精度30.穩(wěn)健性31.派生的有害因素32.可制造性33.可操作性34.可維修性35.適應(yīng)性和多用性36.裝置的復(fù)雜性37.監(jiān)控的難易性38.自動(dòng)化程度39.生產(chǎn)率 通過(guò)解決技術(shù)系統(tǒng)的矛盾與沖突，技術(shù)系統(tǒng)不斷改進(jìn)和完善，顯現(xiàn)出進(jìn)化的特性，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化呈現(xiàn)八大趨勢(shì)：1）技術(shù)系統(tǒng)是有生命周期的，一般都要經(jīng)歷產(chǎn)生、成長(zhǎng)、成熟和老化消亡的過(guò)程；2)技術(shù)

12、系統(tǒng)的理想化程度向不斷增加的方向發(fā)展；3）技術(shù)系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)的進(jìn)化是不均衡的，要著力解決這一問(wèn)題；4）系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性和可控性不斷增加；5）通過(guò)集成增加系統(tǒng)的功能；6）系統(tǒng)的構(gòu)成元素要進(jìn)行匹配性調(diào)整；7）系統(tǒng)由宏觀向微觀進(jìn)化；8）系統(tǒng)向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展1。4.物-場(chǎng)模型 物質(zhì)-場(chǎng)模型是TRIZ法重要的分析工具，是用來(lái)分析與現(xiàn)存技術(shù)有關(guān)的建模問(wèn)題的（Modeling Problems）。所有技術(shù)系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)某種功能，所有的系統(tǒng)都可分解為由兩個(gè)物質(zhì)(S1,S2)和一個(gè)場(chǎng)(F)三個(gè)基本元件組成。其中物質(zhì)S1是系統(tǒng)動(dòng)作的接受者,場(chǎng)F通過(guò)物質(zhì)S2作用于物質(zhì)S1并改變S1。物質(zhì)S1和S2：二者定義

13、取決于每一個(gè)具體的應(yīng)用，它們可以是整個(gè)系統(tǒng)、子系統(tǒng)或單個(gè)物體，可以是材料、工具、零件、人或環(huán)境等任何東西。場(chǎng)：為系統(tǒng)提供能量，促使系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)，從而可以實(shí)現(xiàn)某種效應(yīng)。這種效應(yīng)可以作用于S2上，或作用在場(chǎng)信息的輸出物上。物質(zhì)-場(chǎng)模型簡(jiǎn)稱物場(chǎng)模型，相應(yīng)的分析稱為物場(chǎng)分析。 物-場(chǎng)分析擬定功能，設(shè)計(jì)物-場(chǎng)的構(gòu)成保障功能的實(shí)現(xiàn)，Altshuller等提出了76種設(shè)計(jì)和改進(jìn)物-場(chǎng)模型以實(shí)現(xiàn)功能的標(biāo)準(zhǔn)解法，分為五類： 1）不改變或僅少量改變已有系統(tǒng)（13種標(biāo)準(zhǔn)解法）;2）改變已有系統(tǒng)（23種標(biāo)準(zhǔn)解法）;3）系統(tǒng)傳遞（6種標(biāo)準(zhǔn)解法）;4）檢查與測(cè)量（17種標(biāo)準(zhǔn)解法）;5）簡(jiǎn)化與改善策略（17種標(biāo)準(zhǔn)解法）6。

14、原創(chuàng)性設(shè)計(jì)，從無(wú)到有，一般要依據(jù)物-場(chǎng)模型展開(kāi)工作。5.ARIZ85-AS算法的解讀 ARIZ85-AS算法集成了TRIZ理論中絕大多數(shù)工具，包括技術(shù)沖突、物理矛盾、物-場(chǎng)分析與標(biāo)準(zhǔn)解法，以及技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化模式。出自TRIZ創(chuàng)始人Altshuller之手的最典型、最常用的算法流程如圖1所示1。這一算法模型，也應(yīng)該是建立在辯證唯物主義方法論基礎(chǔ)之上的。根據(jù)發(fā)明專利的統(tǒng)計(jì)分析，技術(shù)矛盾的百分比是最高的，因此對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)系統(tǒng)問(wèn)題，我們首先要考慮發(fā)現(xiàn)技術(shù)沖突和解決技術(shù)矛盾入手，推進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)步。其次，解決物理需求的矛盾。對(duì)于技術(shù)系統(tǒng)的深層次問(wèn)題，需要借助物-場(chǎng)模型加以解決。現(xiàn)有的模型無(wú)以為繼時(shí)

15、，需要從源頭上進(jìn)行需求與功能的分析。系統(tǒng)進(jìn)化一般不會(huì)脫離發(fā)展的大趨勢(shì)，技術(shù)系統(tǒng)更要汲取時(shí)代最新的科學(xué)思想與技術(shù)成果，有所創(chuàng)新、有所發(fā)展。ARIZ85-AS算法如圖1所示。 圖1 ARIZ85-AS算法6.結(jié)束語(yǔ)創(chuàng)新是當(dāng)代生產(chǎn)力發(fā)展的實(shí)現(xiàn)機(jī)制,國(guó)家的繁榮進(jìn)步歸根到底取決于生產(chǎn)力的發(fā)展,科學(xué)和技術(shù)成了第一位的生產(chǎn)力,新科技革命迅猛發(fā)展，原始創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)集成的作用日益突出，創(chuàng)新成為提高國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力的決定性因素。中國(guó)必須從技術(shù)依賴型、資源依附型、環(huán)境污染型、發(fā)展粗放型轉(zhuǎn)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型、資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、發(fā)展集約型的路子，即科學(xué)發(fā)展、自主創(chuàng)新的道路7。”自主創(chuàng)新，方法先行”，科學(xué)思維和科學(xué)

16、方法是創(chuàng)新的靈魂。我們比以往任何時(shí)候都更加迫切需要堅(jiān)實(shí)的科學(xué)理論基礎(chǔ)和有力的技術(shù)方法的支撐。參考文獻(xiàn)1 沈世德.TRIZ法簡(jiǎn)明教程M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.2 HEATHER M. Analysis of the Evolution of Training Tools and Systems Using the TRIZ MethodologyEB/OL . TRIZ Journal, February,2001. http: / / www. TRIZ- journal. com3 Inventive Principles with ExamplesEB/OL. TRIZ Journal, Dece