工业创新方法与实践.html.pdf

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1、前言 自2003年起，编者及其所带团队开始在国内向企业和高校推广系统创新方法，搭建系统创新平台，同时，还为国内近200家 企业完成了超过500项系统创新项目。 经过多年来的系统创新实践，编者发现，众多进行产品研发、工艺研发和创新管理的技术人员和管理人员，亟须一本深入浅 出、理论全面、通俗易懂且案例丰富的参考书，用于指导或启发企业实现技术创新。针对这一现状，编者本着学以致用、知行合 一的思想，精心筛选了若干种系统创新相关理论，并设计了若干个以广大读者喜闻乐见的日常用品为主的系统创新案例，编写了 本书，目的是将系统创新的方法学原理介绍给广大从事自主设计和自主研发的人员。 事实上，作为一门新兴学科，

2、系统创新理论和技术仍在不断发展和变化中，有些理论本书暂未收入，但并不意味着那些理论 不能用于系统创新工作，这一点相信广大读者能够理解。 本书包括理论篇和实例篇两部分，共分17章。其中第1章“TRIZ基础”由刘勇谋编写，第2章“价值工程”和第7章“六西格 玛设计”由王治国编写，第3章“质量功能展开”由王鹏（小）编写，第4章“潜在失效模式及后果分析”由王鹏（大）编写， 第5章“田口方法”和第8章“专利常识”由江平编写，第6章“公理设计”由王志刚编写。实例篇第917章由上述作者联合编 写。 感谢机械工业出版社华章公司计算机出版中心的王颖副总编，她对本书的出版提出了很多建设性的意见。 感谢中国自动化联

3、盟的王健秘书长，他对本书的出版给予了极大的帮助。 由于编者水平和能力有限，书中可能存在一些缺陷和不足，希望广大读者批评指正。 编者 2015-12-5 理论篇 第1章 TRIZ基础 第2章 价值工程 第3章 质量功能展开 第4章 潜在失效模式及后果分析 第5章 田口方法 第6章 公理设计 第7章 六西格玛设计 第8章 专利常识 第1章 TRIZ基础 我不但自己发明，我还有责任帮助那些想发明创造的人。 根里奇斯拉维奇阿奇舒勒 1.1 阿奇舒勒传奇及TRIZ发展历程1 我们知道，TRIZ是俄文的缩写，对应的英文缩写为TIPS（Theory of Inventive Problem Solving）

4、，意为创造性问题解决理论。谈到TRIZ，就必须先介绍一下TRIZ的奠基者根里奇斯拉维奇阿奇舒勒 （Genrich S.Altshuller，19261998），这位在人类科技进步史上可与发现化学元素周期表的德米特里门捷列夫（Dmitri Ivanovich Mendeleev，18341907）媲美的人物。 根里奇斯拉维奇阿奇舒勒1926年10月15日出生在苏联的塔什罕干，早在他14岁时，他就获得了一个“作者证书”（苏联 的专利证书），其专利作品是一种利用过氧化氢分解来获取氧气的水下呼吸装置。15岁的时候，他制作了一条船，船上就装有 他发明的使用碳化物做燃料的喷气发动机。 阿奇舒勒的出众之处，

5、不仅在于他年少时就已成为一个发明家，而且在于他对隐藏在发明家头脑深处的发明技法有着更为浓 厚的兴趣。他坚定地认为：发明者的成果，除了灵感爆发，一定还隐藏着某种方法，这种方法一旦被找到或揭示出来并传授给大 众，则人人都可以成为发明家或解决问题的高手。而促使他产生这一信念的起因，却是来自于他年少时的一段亲身经历。 我们知道，苏联位于高纬度地区，冬季十分寒冷，由于取暖的原因，冬季的电力负荷很高，这常常会造成变压器的损坏。一 次，阿奇舒勒所居住小区的变压器就在寒冷的冬天损坏了，由于这时的供电局忙于处理大量的类似事故，因而维修装备根本忙不 过来，这样，供电局就出台了一个临时性的政策：哪个小区能够自行将损

6、坏的变压器卸下，就优先给哪个小区更换新的变压器。 然而，在没有专用升降设备的情况下，如何才能卸下变压器呢？这时，居住在阿奇舒勒小区的一个会计，给出了一个很巧妙的解 决方案：先用四块长长的木板将变压器围住，在切断线路之后，向围好的木板内泼水，由于天气寒冷，很快，围起的木板中间就 冻成了冰块，去掉木板后，在冰块的下部点火，这时，奇迹出现了！在没有借助任何专用设备的条件下，冻在冰里的变压器缓缓 地落在了地面上！ 在类似这样的经历的激发之下，执着的阿奇舒勒终于在1946年，经过对近250万份高水平专利的研究之后，找到了发明背后 存在的一些技法，并据此提出了TRIZ理论！ 为了验证这些理论，阿奇舒勒随后

7、用TRIZ理论中的方法做出了多项发明。如排雷装置（获得苏联发明竞赛一等奖）、船用 火箭发动机、无法移动潜水艇的逃生方法等等，其中多项发明被列为苏联的最高军事机密，鉴于此，阿奇舒勒被安排到海军专利 局担任专利评审官。 海军专利局局长是个喜欢奇思妙想的人，一次，他让阿奇舒勒为他的一个念头想出答案：给困在敌区的士兵找出不用任何外 界支援而逃脱的办法。为解决这个问题，阿奇舒勒发明了一种新型装备一种由普通药物制作的剧毒化学品，这是一项很好 的发明，他因此得到了国家安全部（克格勃的前身）首脑贝利亚的亲自接见。 1948年12月，阿奇舒勒在其同学拉菲尔沙佩罗的劝说下，给斯大林写了一封引来危险的信，他向这位当

8、时苏联的最高领导 人指出，苏联普遍缺乏创新精神，在信的末尾，他还表达了更强烈的想法：他有一种可以帮助工程师进行发明的理论，这种理论 能够带来可观的效果，并可以引起技术世界的一场革命！ 1950年，阿奇舒勒和他的同学突然得到通知，让他们到格鲁吉亚的第比利斯报到，然而，当他们到达后却被逮捕了。他们 被指控为利用发明技术进行阴谋破坏，判刑25年。 在审讯室，由于阿奇舒勒拒绝签署认罪书，他被定为“连轴审讯”对象：白天不许睡觉，夜晚通宵审讯！阿奇舒勒明白，如 果这样下去，他将生存无望。利用他的TRIZ理论，他将问题定义为：我怎么才能同时既睡觉又不睡觉呢？乍一看，这项任务似 乎很难完成。他被允许的只能是在

9、椅子上坐着，不能闭眼。这意味着：为了对付监管人员的检查，他的眼睛必须睁着；而为了睡 觉，他的眼睛又必须闭着！同样，利用他的TRIZ理论，他找到的解决办法是：从烟盒上撕下两片纸，用烧过的火柴头在每片纸 上画上黑眼珠。将两片“纸眼珠”蘸上口水后粘在他闭着的眼睛上，然后他就坐着，朝着牢房门的窥视孔，安然入睡！这样下来 的结果是：阿奇舒勒天天精神抖擞，他的审讯者们却最终疲惫至极！ 后来，阿奇舒勒被转到西伯利亚的古拉格，他在那里每天工作12h。想到这样繁重的劳动难以支持下去，他向自己提 问：“哪种情况更好些？是继续工作，还是拒绝工作而被监禁起来？”他选择监禁而被转到监狱和罪犯关在一起。 后来，他又被转到

10、另一个集中营，这里关押着很多高级知识分子（科学家、律师、建筑设计师），大部分人都在郁郁等死。 为了使这些人燃起生之希望，阿奇舒勒开启了他的著名的“一个学生的大学”。每天用1214h，他挨个到每个重新激起生活热 情的教授那里去听课，就这样，他完成了他的“大学教育”。 在古拉格集中营的瓦库塔煤矿，他每天利用1214h研究TRIZ理论，并不断地为煤矿发生的紧急技术问题出谋献策。没有人 相信这个年轻人是第一次在煤矿工作，他们都认为他在骗人，矿长更不愿意相信：是TRIZ理论和方法在帮助阿奇舒勒解决问 题。 斯大林去世一年半后，阿奇舒勒被释放了。在他返回巴库时才知道自己的母亲因为看不到与儿子重逢的希望而自

11、杀了。 1956年，阿奇舒勒和沙佩罗合写的文章“发明创造心理学”在苏联的心理学问题杂志上发表了。对研究创造性心理过 程的科学家来说，这篇文章无疑是一枚重磅炸弹。因为在此之前，苏联和其他国家的心理学家都一致认为：发明是由偶然顿悟产 生的！而阿奇舒勒发明的TRIZ理论，彻底地颠覆了这一观点。 1961年，阿奇舒勒出版了他的第一本书如何学会发明。在这本书里，他嘲笑人们普遍接受的看法，即发明家是天生 的。他也批评了试错法。 为了使他的理论得到认可，1959年，阿奇舒勒给苏联最高专利机构VOIR（苏联发明创造者联合会）写了一封信，他要求得 到一个证明自己理论的机会。但直到9年后，在写了上百封信后，他才终

12、于得到了回信，信中要求他在1968年12月之前到格鲁吉 亚的津塔里举行一个关于发明方法的研讨会。 这是关于TRIZ理论的第一个研讨会，也是阿奇舒勒首次遇到了后来成为他的学生的人。随后，这些年轻的工程师（以后还 有更多的人）在各自的城市开办了TRIZ学校，成千上万的在TRIZ学校受过培训的人，邀请阿奇舒勒去苏联不同的城市举办研讨 会和TRIZ学习班。 1969年，阿奇舒勒出版了他的新作发明大全。在这本书中，他给读者提供了40个发明原理第一套解决冲突问题的 完整法则。 苏联TRIZ协会于1989年成立，苏联解体后，成立了国际TRIZ协会（俄文缩写为MATRIZ），MATRIZ是世界上最具影响 力、

13、最有权威性和会员人数最多的TRIZ组织，由阿奇舒勒亲自创立，阿奇舒勒生前一直担任该协会主席。很多世界上著名的大 公司，如GE、三星、西门子、飞利浦、英特尔、宝洁、LG、浦项钢铁等均为其会员。它还有一种国家或地区性的会员，如意大 利TRIZ协会、德国TRIZ协会等。国际TRIZ协会是一个公益性的社会组织，负责协调世界上的TRIZ活动以及发展TRIZ理论，每年 举办一次国际TRIZ大会，还不定期地开展各种TRIZ学术交流活动。 阿奇舒勒1998年9月24日逝世于彼得罗扎沃茨克，享年72岁。 1991年，随着苏联的解体，大批苏联的TRIZ专家移居海外，TRIZ这一曾被苏联列为国家机密、被西方国家认为

14、是神奇 的“点金术”的理论，很快扩散到了欧美，一些著名的公司，如Ford、Motorola、GM、GE、NASA、Northrop-Gruuman、 Boeing、Honeywell、Lockheed Martin、Intel、HP等纷纷使用TRIZ解决了大量的工程技术问题，为这些企业带来了明显的效 益。 在TRIZ软件化应用方面，早在1989年，阿奇舒勒的一个学生Valery Tsourikov就有了将TRIZ实现软件化的想法 “Invention Machine”项目（用PROLOG语言开发）诞生了。 1990年，阿奇舒勒的另一个学生开发了最早的两个TRIZ软件产品：Invention M

15、achine Lab（包括TRIZ原理、进化趋势、 效应）和Tech Optimizer（包括价值工程、功能分析）。 1992年，Invention Machine迁移到美国（密歇根），成为著名的创新平台供应商Invention Machine Inc.（美国发明机 器公司）。 在我国，早在1984年就有学者直接从俄文翻译过来了几本介绍TRIZ的小册子。 国内学术界真正系统地研究和使用TRIZ方法和工具始于1998年。是年，天津大学和河北工业大学率先引进了美国发明机器 公司的TRIZ软件（Tech Optimizer和Knowledgist）。而国内企业界接触TRIZ则始于2004年。是年，攀

16、枝花钢铁有限责任公司 的钢铁研究院，引进了美国发明机器公司的TRIZ软件并进行了大规模的TRIZ培训。 TRIZ理论，尽管已经过了近70年的发展，但是，按照TRIZ理论本身关于技术系统发展阶段的定义，TRIZ仍然处于“婴儿 期”（SavrankyTRIZ专家），她仍然有待于不断地成熟和发展。近年来，一些新型的创新技法也被一些知名的TRIZ专家引 入到TRIZ理论之中，如问题根源分析技术（RCA）、功能导向搜索（FOS）、特征传递（FT），等等，有些专家甚至引入了 TRIZ Plus的概念用于表述现代版TRIZ。 本章将重点介绍经典TRIZ的有关内容。 1 Altshuler Genrich S

17、.创新算法：TRIZ、系统创新和技术创造力M.谭培波，茹海燕，等译.武汉：华中科技大学出版，2008. 1.2 基本概念 1.2.1 冲突 人们在日常的生活或工作中，常常会碰到这样的情况，要解决A问题，却引起了B问题，而要解决B问题，又引起了C问题， 比如：为了能够按时或提前完成生产任务，工厂需要提高产品的产量，但产品的产量提高后，却引起了产品质量的下降！又比 如：为了让汽车有强劲的动力，人们需要大排量的发动机，而发动机排量大了，又带来了油耗过大的恶果！这说明，冲突是普遍 存在的，那么，冲突是什么呢？ 按照“百度百科”的词语解析，冲突是指对立的、互不相容的力量或性质（如观念、利益、意志）的互相

18、干扰。 而在TRIZ理论中，冲突按照种类被分成了两类：一类叫技术冲突；另一类叫物理冲突。 所谓技术冲突指的是：为了达到目的A，需要改进参数X，然而改进参数X却引起了参数Y的恶化，这种发生在一个系统内的 两个参数（这里是参数X和参数Y）之间的冲突，称之为技术冲突1；而所谓物理冲突指的是：为了达到目的A，需要参数X取正 值（或高值）；而为了达到目的B，却需要参数X取负值（或低值），反之亦然。这种发生在一个系统内的一个参数（这里是参 数X）之间的冲突，就称之为物理冲突2。 过去，在碰到带有冲突的问题时，人们常常使用折中法或回避法解题。表面上看，这些方法似乎解决了问题，而实际上，仔 细考察后，人们发现

19、，这些方法并没有从根本上解决问题，只是将问题产生的结果做了危害程度上的调节而已。这种做法会带来 两个结果：一是，随着问题条件的变化，原来解决过的问题会再次出现；二是，给竞争对手留下了超越自己的可能！例如，以前 面列举的产品产量的案例来说，如果采用折中法，人们会降低产量以保证质量下降的程度在可接受的范围之内，然而，由于折中 解决问题的方法只是调节冲突，减弱后果带来的危害，并没有消解掉冲突，因此，最后的结果只能是：当调高产量后，原来系 统中的问题（冲突）仍会出现；当竞争对手改变了生产模式，实现了增加产量却不增加废品率的目标，就会形成对折中解的超 越！ 鉴于此，TRIZ理论十分重视冲突，甚至按阿奇舒

20、勒的本意来说，TRIZ理论就是一种专门用来解决冲突的系统化方法。而如 何发现并化解系统中的冲突，就成为了使用TRIZ方法解决问题的重要一环！ 值得指出的是，技术冲突和物理冲突是可以互相转换的。就前述的产量和质量之间的技术冲突而言，表面上，我们看到的是 两个参数之间发生了冲突，即所谓的技术冲突。而实际上，但就产量而言，我们可以找到一个参数的冲突，即在生产方式和生产 过程不变的前提下，为了控制质量，我们希望产量要低；而为了完成任务，我们又希望产量要高，即对一个参数（产量）构成了 矛盾的要求，这就将原来的技术冲突转换成了物理冲突。同理，对质量参数而言，我们也可以转换出另一个物理冲突。技术冲 突、物理

21、冲突及其转换如图1-1所示。 图1-1 技术和物理冲突 1.2.2 解的级别 在介绍解的级别之前，让我们先来看一个例子：为了缩短老式电炉（见图1-2）的加热时间，有人提出了采用高阻抗的合金 炉丝的新式电炉解决方案（方案1见图1-3），将加热时间从3060s缩短为47s；还有人提出了采用电磁感应加热原理的电磁炉 方案（方案2见图1-4），后一个方案不仅缩短了加热时间，而且大大提高了电炉的安全性。可是问题来了：上述方案1和方案2 相比，哪一个更加高级一些？一个解决问题的方案到底有多少个级别呢？为了回答这类问题，阿奇舒勒在TRIZ理论中，给问题 的解定义了5个级别3，如表1-1所示。 图1-2 老式

22、电炉 图1-3 新式电炉 图1-4 电磁感应炉 表1-1 解的级别 值得指出的是，在实际应用中，人们特别是企业并不一定会按照解的级别的高低来选择解。因为解的级别高低和解的好坏是 两码事，解的级别可以从定义上判断，而解的好坏则涉及成本、实施条件等诸多非技术因素。换句话说，就是高级别的解，并非 一定会带来高的效益！ 为了便于记忆，可以将上述TRIZ理论定义的解的5个级别，结合国家专利法和科技成果评审规则，用一种比较通俗的方法加 以描述，如表1-2所示。 表1-2 解的级别 技术革新：现有产品的新版本。 技术改进：消除现有产品中的缺陷，降低成本或提高质量。 技术创新：应用已有技术，在给定的成本限制内

23、创造性地解决工程问题。 创造：发现新的自然规律、新的科学定理，找到新的材料等。 1.2.3 物-场模型 在机械领域，人们常常使用机械图、液压系统图或控制原理图，来表达系统的组成、装配关系和工作原理；在电气领域，人 们会使用电气原理图或电路图来达到上述目的。然而，当我们仔细审视上述系统表达方式时，我们发现，这些手段在表达系统功 能时，往往是隐性的，也是绝对专业化的。而为了可以显性的、通用化的表达系统功能，TRIZ理论给出了物-场模型这一手段。 所谓的物-场模型是指：系统的任一功能须由2个物质和1个场组成，三者缺少任意一个时，将会导致功能缺失4。 这里，“物质（Substance）”可以由任何材料

24、构成，如原子、分子、零件、部件、汽车、车轮或电线杆等；而“场 （Field）”则代表了能量的来源，通常可由使用的能量类型来确定，如电场、力场、化学场、热场、磁场、核辐射场、声场 等，需要指出的是，物-场模型中的场，甚至还可以包括嗅觉场！ 物-场模型在TRIZ中又被称之为Su-F模型，可以用图来表示，如图1-5所示。 图1-5 物-场模型图 图中，S2是一个用以产生、控制、测量或改变任何参数的物质，称之为工具；S1是一个被产生、被控制、被测量或被改变 的物质，称之为产品。在TRIZ理论中，物-场模型按照其所表达的功能类型可以分为3类：有用功能模型；有害功能模型； 功能不足模型。其中，功能不足模型

25、也可用于表示功能过剩的情形。3类模型如图1-6所示。 图1-6 3类物-场模型 物-场模型作为TRIZ理论的一种基本符号，一方面，便于人们用来直观地表达系统功能；另一方面，可以将系统进行通用化 甚至量化描述，便于人们更加快速而深刻地理解系统功能。 1.2.4 资源 在介绍资源之前，先来思考一个问题：设想一对“暴走族”正在穿越一片大沙漠，不幸的是：他们所带的饮用水已全部用 完！这时，有人告诉他们，在距离他们300km之外，有一个很大的甜水湖！ 请问：这个甜水湖，算是这支队伍的资源吗？ 显然，那个甜水湖远水不解近渴，不能算作是这支队伍能够用于解决缺水问题的资源。 那么，什么是资源呢？ 在百度名词解

26、释中，可以查到资源的定义是：一国或一定地区内拥有的物力、财力、人力等各种物质要素的总称；计算 机系统中的硬件和软件的总称。 TRIZ理论中，资源的定义是：不太昂贵、可以用以解决某一问题的任何东西。它具有两大特征：容易获取；免费或成 本不高5。 根据资源的这两个特征，我们可以按照下列顺序去寻找TRIZ资源：技术系统内部、外部；构成冲突的部件本身（物-场 模型中的产品或工具）；当前系统的超系统6内；当前系统的环境或副产品里；时间、空间内；临近系统内。 特别值得一提的是，TRIZ理论认为，使用资源解题，本身就是创新！ 1.2.5 系统理想度、理想机器及最终理想解 去过四川“512”大地震灾区访问的人

27、，相信会对诸如汶川（图1-7）、北川（图1-8）等地的灾后状况感到触目惊心。然 而，不知道大家是否注意到，在这些受灾严重的地区，有哪些东西仍基本保持完好无损呢？ 图1-7 “512”大地震后的汶川（引自百度图片） 图1-8 “512”大地震后的北川（引自百度图片） 对了，树！在灾区，除非是被建筑物直接砸到的，否则，多数的树是依然完好无损的！ 自然界的树木，在经过了几万年的进化之后，显然要比房屋、公路、桥梁等人造的产品，在抵抗灾害方面表现得理想。 那么，我们怎样判断一台机器、一套装置、一个厂房或是一个系统的理想程度呢？ TRIZ理论中。给出系统理想度的定义，如式（1-1）所示。 按照式（1-1）

28、的定义，可以看出，系统的理想度是个比值或是百分数。所以，单从公式的角度来看，要想提高一个给定系 统的理想度，不外乎采用下列若干种手段： 1）功能不变，降低成本或有害功能，即； 2）成本或有害功能不变，提高有用功能，即； 3）成本或有害功能略有增加，有用功能有更大提高，即； 4）大幅提高有用功能，大幅降低有害功能或成本，即； 5）上述方法的综合。 对实际系统而言，人们通常采用增加系统理想度的方法是：解决矛盾；利用资源；减少零件数量；在不增加有害功 能的前提下，利用新的科学原理。 现在按照式（1-1）的定义，系统理想度的极大值又是多少呢？ 显然，系统理想度的极大值应该等于无穷大，而此时，式（1-1

29、）的分母趋近于零。换句话说，在式（1-1）中，当分母无 限趋近于零时，系统理想度才会趋于无穷大。当系统理想度趋于无穷大时，就会得到这样一个系统：在保留有用作用的前提下， 系统既没有有害作用，又没有成本，这种仅保留有用作用，又没有有害作用、更没有成本的系统就是阿奇舒勒所说的理想机器。 显然，现实世界中，人造的理想机器是不存在的，但是，理想机器却代表着系统未来的发展方向。因此，理想机器的概念在 具体的问题求解过程中，就像是一个指南针，它指明了系统的前进方向。由于避免了盲目性，就解题效率而言，TRIZ理论和方 法大大优于传统的试错法或头脑风暴法。 在实际应用中，人们往往用系统的最终理想解（Ideal

30、 Final Result，IFR）来描述具体系统的理想机器。所谓系统最终理想 解，是指系统在既不增加有害作用，又不增加系统复杂性的前提下，自己实现其所需要的功能7。 1 Altshuler Genrich S.创新算法：TRIZ、系统创新和技术创造力M.谭培波，茹海燕，等译.武汉：华中科技大学出版，2008. 2 Valery Krasnoslobodtsev.TRIZ educational seriesEB/OL.http:/www.aitriz.org，2005. 3 Valery Krasnoslobodtsev.TRIZ educational seriesEB/OL.http:/

31、www.aitriz.org，2005. 4 Valery Krasnoslobodtsev.TRIZ educational seriesEB/OL.http:/www.aitriz.org，2005. 5 Valery Krasnoslobodtsev.TRIZ educational seriesEB/OL.http:/www.aitriz.org，2005. 6 超系统TRIZ理论中，超系统分狭义和广义两种：狭义的超系统是指当前系统的简单重复，如两个、三个等；而广义的超系 统，则泛指那些对当前系统有影响，又不属于当前系统的任何因素。如空气、阳光、重力、上下位系统，等等。 7 Valer

32、y Krasnoslobodtsev.TRIZ educational seriesEB/OL.http:/www.aitriz.org，2005. 1.3 基本方法 1.3.1 冲突消解方法 在1.2.1节中，介绍了TRIZ理论中的冲突概念，那么，在具体解决创新问题时，如何使用冲突消解方法来解决冲突问题呢？ 首先，谈谈第一类冲突技术冲突的消解方法。阿奇舒勒在研究TRIZ理论时，通过对大量高水平的发明专利进行研究后 发现，尽管人类已经发明了成千上万种形形色色的产品，但在解决带有冲突的问题时，最常用到的方法也就40种。这些方法被 阿奇舒勒称之为发明原理（当然，将发明原理理解为解题思路似乎更加准确

33、一些），40个发明原理如表1-3所示。 表1-3 40个发明原理 对于技术冲突的消解，除了掌握40个发明原理之外，还需要知道阿奇舒勒矩阵（也叫冲突矩阵）和39个参数。冲突矩阵是 阿奇舒勒为了便于消解各种技术冲突而专门设计的一张表格，如表1-4所示，其中行（或列）参数分别由39个工程参数构成（39 个参数详见表1-5），而阿奇舒勒矩阵中的数值，则分别代表了发明原理的编号。 表1-4 阿奇舒勒矩阵（下表仅给出示意表，详细内容见附录1） 表1-5 39个参数 了解了冲突矩阵、39个参数和40个发明原理之后，就可以用来消解技术冲突了。实际创新工作中，冲突矩阵可以有4种用 法，分别介绍如下。 1）交叉法

34、。其过程是：以欲改进的系统某一技术或性能指标为基准，与冲突矩阵的39个行参数去逐一比对，一旦指标与参 数匹配，确定行号；再以系统会恶化的某一技术指标为基准，与冲突矩阵的39个列参数去比对，一旦与其匹配，确定列号；然 后在匹配好的行、列号交叉处，查出待解技术冲突的优先发明原理；然后进行发明原理到工程措施的映射，从而实现特定技术冲 突的消解，如表1-6所示。 表1-6 交叉法 2）互换法。有时，为了能够得到更多的发明原理（解题思路），还可以将交叉法反过来用，这就形成了互换法。即在用交 叉法得到几个发明原理之后，将欲改进的参数和会恶化的参数对调，再一次使用交叉法，这样又会得到额外的若干个发明原理，

35、从而对解题更有启发。当然，由于存在着一次性地解决两对技术冲突的可能，在使用互换法得到的两组发明原理中，建议优先采 用在两次过程里都曾出现过的同一条发明原理（如表1-7中的19号原理）。 互换法的使用过程如表1-7、表1-8所示。 表1-7 互换法（第一次） 表1-8 互换法（第二次） 3）多项重叠法。现实世界中，技术冲突的形态可能存在着并非一一对应的各种复杂形态，如一个改进参数有可能会带来几 个参数的恶化（并联型）；解决了上一级冲突后，其解决方案又会带来新的一对技术冲突的出现（串联型），等等，如图1-9所 示。这时，多项重叠法就是比较好的选择了。其运用过程是：针对一系列的技术冲突，不断地使用交

36、叉法求解。当然，与互换法 同理，这里也建议优先采用（如果有的话）在每次求解过程里都曾出现过的同一条发明原理。 图1-9 技术冲突的各种形态 4）枚举法。顾名思义，所谓枚举法，就是不管是哪两个参数之间产生了技术冲突，一律从第1号试到第40号发明原理，这 里无需赘述。 就技术冲突消解的解题效率而言，显然，在找准冲突参数的前提下，交叉法效率最高，枚举法最低。然而，在实际解题时， 由于39个工程技术参数是对现实各类工程系统进行高度概括和抽象后的产物，因此，希望在每个具体的冲突问题中能将冲突参 数一一对应则不太容易，当碰到这种情形时，又该如何处理呢？ 依据笔者的经验，可以采用试验法来确定冲突参数：假定冲

37、突是参数M（改进参数）和N（恶化参数），看据此得到的发明 原理对解题是否切合或有所启发，合则用，不合再试，这样，整个冲突问题的求解效率还是可以接受的。 相比于技术冲突的消解而言，解决物理冲突的方法比较简单，其基本解题思路主要有4种，分别是：时间分离法；空间 分离法；系统分离法；条件分离法（相位或物理-化学转换法）。其原理如图1-10所示。 图1-10 物理冲突的分离 综上所述，可以得到解决带有冲突的创新问题的流程设计如图1-11所示。 图1-11 冲突消解方法流程 1.3.2 物-场分析方法 从1.2.3节物-场模型的概念中，我们知道，TRIZ理论中构成任一功能的充要条件是：有3个要素（2个物

38、质和1个场）； 三要素之间产生了相互作用。按照这个充要条件，若反过来设想一下，可以得知：当上述条件不成立时，某一功能就不存在了， 这对一个有害功能而言，恰恰意味着可将它去除。 这种基于物-场模型来进行问题求解的方法，就是所谓的物-场分析法。 针对物-场模型的3种类型：有用功能模型；有害功能模型；功能不足模型（含功能过剩）。相应地，物-场分析的方 法也有3种：用物-场模型成立的充要条件的确立来实现一个有用功能；用物-场模型成立的充要条件的破坏来去除一个有害 功能；用各种手段来强化（或弱化）一个功能。如图1-12所示。 图1-12 物-场分析方法 一般地，物-场分析的步骤如图1-13所示。 图1-

39、13 物-场分析方法流程 1.3.3 资源解题方法 前面我们曾经提到：TRIZ理论认为使用资源解题，本身就是创新。因此，很多时候，能否找到资源，往往就意味着能否找 到所需的解，当然，所发掘的资源越多，问题的解也就有可能越多。 一般地，TRIZ理论建议按照下列顺序去寻找资源： 1）技术系统内部、外部； 2）构成冲突的部件本身（物-场模型中的产品和工具）； 3）当前系统的超系统内； 4）当前系统的环境或副产品里； 5）时间、空间内； 6）临近系统内。 通常，资源会有这些种类：物质、能量、空间、时间、功能、信息以及它们的组合等。有时候，各种学科的科学效应1也可 以成为解题的资源，这一点值得特别注意。

40、 利用资源解决问题的一般步骤如下2： 1）构建问题模型； 2）按照系统内部、外部、副产品、超系统的顺序列出可用资源清单； 3）确定可以解决问题的资源； 4）评估该资源的数量和效用； 5）应用找到的资源解题。 1.3.4 科学效应解题方法 在1.3.1节的图1-10物理冲突的分离方法中，细心的读者可能已经注意到了：少了一种物理冲突分离方法的图示。没错，那 里缺少的正是本节所要介绍的：科学效应解题方法。 事实上，所谓科学效应解题，正是用来进行物理冲突分离的第4种方法。 科学效应，是指某种用以解决物理冲突的科学原理，这里，可将科学效应看作是一种变换器，它可以将一种动作或领域通过 物理的、化学的、生物

41、的或几何的方法变换成另一种动作或领域。而原来存在着物理冲突的系统，由于这种效应的变化，实现了 物理冲突的消解。 迄今为止，人类已知的科学效应有9000余个，其中常用的有400500个。 TRIZ理论中，应用科学效应解题，主要有两种方法：面向对象法；面向功能法3。 面向对象法的特点是：维持现有系统或技术的已有基本物理操作原理不变，仅对现有系统或技术的组成部件开发、应用新的 科学效应，以实现其新的或潜在的特性，从而使原系统的功能得以改善。这种方法由于保留了现有系统的大部分部件，企业更容 易接受和采用，尽管从创新解的级别上来看，其解的级别并不是很高。 面向功能法的特点是：着眼于已有系统或技术的一个功

42、能，通过使用全新的科学效应，使该功能得以提升。这种方法可以得 到很高级别的创新解，但由于需要对现有系统（包括其制造流程和设备）做出根本性的改变，因此，很多企业会将这种方法得到 的解决方案仅仅作为专利保护起来，并不会马上投入实际应用。有时，这种方法也会被用来进行技术发展趋势的预测。 科学效应解题方法的应用流程如图1-14所示。 图1-14 科学效应解题方法流程 1.3.5 标准解方法 在介绍标准解之前，先来看如图1-15所示的两个实例。 图中的问题1是在几乎所有的活塞式发动机中都会碰到的一个问题：由于酸雾的作用，活塞受到腐蚀，从而影响了发动机的 性能并降低了发动机的使用寿命，这该怎么解决？ 图中

43、的问题2是：果园里的橘子经常会遭到一群生活在附近的猴子的肆意挥霍，这给果农造成了损失，又该怎么解决呢？ 图1-15 两个实例 首先建立两个问题的物-场模型如图1-16所示。 两个看上去完全是风马牛不相及的问题，居然有着完全一模一样的物-场模型，而这个物-场模型表达的都是一种状况：在两 个物体之间，存在着一个有害作用。 在工业领域中，针对发动机活塞腐蚀的问题，一种被广泛采用的解决方法是：在活塞表面进行耐腐蚀处理，如镀镍、镀铬 等，这种解法的图形表达如图1-17所示。 既然问题1、问题2存在着问题描述或问题表达的相似性，能否大胆地设想一下：问题1的解题思路，可否用来解决问题2 呢？ 图1-16 两

44、个实例的物-场模型 图1-17 实例1解的图示 答案是肯定的。参照问题1的求解思路：在两个存在着有害作用的物质之间，加入第3种物质，就可以消除其有害作用。我 们设想：在橘子果园的周围，种上一圈柠檬树，利用猴子普遍色弱的特性，达到保护橘子的效果。 这种打破传统的将问题按学科、专业或领域分类，取而代之的是用物-场模型这类抽象模型将问题分类，从而实现将问题的 某一种特殊解法，抽象成一类解题思路，进而实现解法的跨学科、跨专业或跨领域的应用的方式，就是TRIZ理论中的标准解的 核心思想。 阿奇舒勒将标准解分成了5个大类，共计76个，分别是： 第一类标准解，涉及物-场模型的建立和构造，13个标准解； 第二

45、类标准解，涉及物-场模型的开发，23个标准解； 第三类标准解，涉及物-场模型向超系统、子系统转化，6个标准解； 第四类标准解，涉及测试和测量问题，17个标准解； 第五类标准解，涉及对标准解求解过程或结果的优化，17个标准解。 前3类标准解及应用步骤如图1-18、图1-19所示。具体每个标准解的内容，读者可以参见附录3的76个标准解。 图1-18 第13类标准解的图示4 图1-19 标准解的应用步骤 1.3.6 进化法则方法 在20世纪90年代初，很多企事业单位，用十分紧俏的外汇指标，进口了许多价格昂贵的计算机，诸如Apollo工作站、WAX 小型机等高端计算机，用于进行科学研究和科学计算。美国

46、Apollo公司和生产WAX小型机的Digital公司，在当时的全球计算机 市场上，可以说是如日中天、风光无限。 然而，很快，这些机器、连同这些机器的生产厂家，都在市场上销声匿迹了，这是什么原因呢？ 一个主要的原因就是：这些厂家没有按照客观规律进行产品的开发！ 就像自然界里的动物、植物和人的进化遵从着达尔文在物种起源中提出的生物进化规律一样，技术系统的产生、发展和 消亡也遵从着一定的规律，这就是由阿奇舒勒提出的技术系统进化规律。 同样像达尔文在进行了长达5年的环球考察之后，才写出了物种起源一样，阿奇舒勒也是在考察了大量的专利之后，提 出了技术系统的一般进化规律。 其中，关于系统产生和构成的规律

47、有3个（阿奇舒勒称之为静力学法则），它们分别是： 1）完整性法则； 2）能量连接性法则； 3）协调性法则。 关于系统成熟和演变的法则有4个（阿奇舒勒称之为运动学法则），它们分别是： 1）增加理想化水平法则； 2）子系统演化非均衡法则； 3）向超系统传递法则； 4）系统动态程度增加法则。 关于系统发展和嬗变的法则有两个（阿奇舒勒称之为动力学法则），它们分别是： 1）系统向微观传递法则； 2）增加物-场相互作用法则。 各个法则的内容5如下。 1）完整性法则：任何技术系统若能工作，则其必须包括动力、传动系统、执行单元和控制系统4个部分，且缺一不可。 2）能量连接性法则：任何技术系统若能工作，则其所有

48、零件都应参与能量的传递，缺一不可。 3）协调性法则：技术系统的整体性能取决于其所有部件之节奏（频率、振幅、周期性等）的协调性，系统在进化时，会朝 着协调性增加方向进化。 4）增加理想化水平法则：技术系统的进化应朝着提高其理想度的方向进行。 5）子系统演化非均衡法则：技术系统的进化在其子系统中经常呈非均衡状态。系统越复杂，非均衡状态越严重。 6）向超系统传递法则：技术系统进化时，一旦耗尽了当前系统资源，则有向超系统寻求资源的规律。 7）系统动态程度增加法则：技术系统的进化有增加其动态化程度的规律。 8）系统向微观传递法则：技术系统进化时，其执行部件有朝着宏观（或微观）方向演变的规律。 9）增加物

49、-场相互作用法则：技术系统进化时，会逐渐增加其物-场及物-场之间连接的数量。 了解了技术系统进化规律后，再来看看技术系统的进化阶段。阿奇舒勒提出：一般地，任何技术系统从出现、发展到成熟， 通常会经历4个阶段，如图1-20所示6。按照图中的描述，以飞机为例，我们可以看到如图1-21所示的4个阶段的飞机的不同形 态。 为便于使用，给出一个系统进化法则应用流程和来自于创新平台Goldfire的细化系统进化形态，供读者参考。如图1-22、图 1-23所示。 图1-20 技术系统的进化的4个阶段 图1-21 处在4个阶段的飞机形态 图1-22 进化法则应用流程 图1-23 进化法则的具体形态 图1-23 （续） 1.3.7 思维定式消除方法 让我们先来做个脑筋急转弯练习。请看下题，已知： 1=6； 2=11； 3=32； 4=127； 5=634； 那么请问： 6=？ 多数没有见过此题的人，都会得出6=3803的答案，而实际上，正确答案为6=1，答案就在题目的已知中（1=6）！这个题目做 错的原因，正是因