TRIZ理论与创新设计解析

机械创新设计第八讲TRIZ理论与创新设计1神奇的“点金术”冷战时期，美国为首的西方国家的特工与前苏联的克格勃曾经进行过无数次惊心动魄的间谍战，其中一次就是围绕被称为神奇的“点金术”展开的。因为美国、德国等西方国家惊异于前苏联在军事、工业等方面的创造能力，他们把创造这种奇迹的神秘武器称为“点金术”，可结果强大的克格勃使欧美国家只能望“术”兴叹。这个“点金术”就是当前世界上著名的发明问题解决理论，被简称为TRIZ理论。2TRIZ之父它是由前苏联发明家G.S.Altshuller在1946年创立的，TRIZ就是“发明问题解决理论”的俄语缩写，后来Altshuller也被尊称为TRIZ之父。英文为TheoryoflnventiveProblomSolving.3Altshuller阿奇舒勒在14岁时就获得了首个专利证书，专利作品是水下呼吸器。15岁时，他制作了一条船，船上装有使用碳化物作燃料的喷气发动机。4从1946年开始，经过研究成千上万的专利,发现了发明背后存在的模式并形成TRIZ理论的原始基础。为了验证这些理论，相继做出了多项发明。比如：排雷装置获得苏联发明竞赛的一等奖、发明船上的火箭引擎、发明无法移动潜水艇的逃生方法等等，多项发明被列为军事机密，阿奇舒勒也因此被安排到海军专利局工作。51948年12月，担忧因第二次世界大战胜利使得苏联缺乏创新气氛，阿奇舒勒写了一封引来危险的信，新封上写着“斯大林同志亲启”。他向国家领袖指出当时苏联对发明创造缺乏创新精神的混乱状态，在信的末尾他还表达了更激烈的想法：有一种理论可以帮助工程师进行发明。这种理论能够带来可贵的成果并可以引起技术世界的一场革命。6在1950年，他们突然得到通知要到格鲁吉亚的第比利斯，他们到达后就被逮捕了。2天后，在贝利亚的一个监狱里审讯开始，他们被指控利用发明技术进行阴谋破坏，被判刑25年。7他被连轴审讯，昼夜不得睡觉。要想睡觉，他的眼睛必须同时又睁着又闭着。怎么办？是TRIZ在关键时救了他的命8节次第一节概述第二节TRIZ的理论体系9第一节概述TRIZ的出现TRIZ的一般方法TRIZ的定义TRIZ的价值TRIZ的发明分级TRIZ的发展趋势101.TRIZ——发明问题解决原理G．S．Altshuller（阿奇舒勒）以及他的团队在研究250万件专利的基础上提出的。发现了什么呢？11Altshuller的研究发现技术系统进化的模式（规律）在不同工程及科学领域交替出现。创新设计所依据的科学原理往往来自其他领域，而且数量有限。创造的原理和方法具有普适性12传播前苏联解体后，TRlZ理论系统地传入西方，在美、欧各地得到了广泛的研究与应用，在亚洲的日本和韩国也得到广泛重视。目前，TRIZ已成为最有效的创新问题求解方法和计算机辅助创新技术的核心理论。13来源与内容142.TRIZ的一般方法在利用TRIZ解决问题的过程中，设计者首先将待设计的产品表达成为TRIZ问题，然后利用TRIZ中的工具，如发明原理、标准解等，求出该TRIZ问题的普适解或称模拟解，最后设计者再把该解转化为该领域的解或特解。15一般方法图解16例如173.TRIZ的定义著名的TRIZ专家savransky博士给出了TRIZ的如下定义：TRIZ是基于知识的、面向人的解决发明问题的系统化方法学。18(1)TRIZ是基于知识的方法①TRIZ是发明问题解决启发式方法的知识。这些知识是从全世界范围内的专利中抽象出来的。②TRIZ大量采用自然科学及工程中的效应知识。③TRIZ利用出现问题领域的知识。这些知识包括技术本身，相似或相反的技术或过程、环境、发展及进化。19(2)TRIZ是面向人的方法TRIZ中的启发式方法是面向设计者的，不是面向机器的。TRIZ理论本身是基于将系统分解为子系统，区分有益及有害功能的实践，这些分解取决于问题及环境，本身就有随机性。计算机软件仅起支持作用，而不是完全代替设计者，需要为处理这些随机问题的设计者提供方法与工具。20(3)TRIZ是系统化的方法①在TRIZ中，问题的分析采用了通用及详细的模型，该模型的系统化知识是重要的。②解决问题的过程是一个系统化的、能方便应用已有知识的过程。21（4）TRIZ是解决发明问题的理论①为了取得创新解，需要解决设计中的冲突，但是解决冲突的某些过程是不知道的。②未知的所需要的情况往往可以被虚拟的理想解代替。③通常理想解可通过环境或系统本身的资源获得。④通常理想解可通过已知的系统进化趋势推断。224.TRIZ理论的价值TRIZ创新理论现在已经在欧美和亚洲发达国家和地区的企业得到广泛的应用，大大提高了创新的效率。据统计，应用TRIZ理论与方法，可以增加80%～100％的专利数量并提高专利质量；并提高60％～70％的新产品开发效率；可以缩短产品上市时间50％。23TRIZ的鲜明特点和优势:在问题解决之初，首先确定“解“的位置，然后利用TRIZ的各种理论和工具去实现这个“解”；它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于认定和强调系统中存在的矛盾，而不是逃避矛盾；它的最终目标是完全地解决矛盾，获得最终的理想解，而不是采取折中或者妥协的做法；它是基于技术的发展演化规律来研究整个设计与开发过程的，而不再是随机的行为。24高度的评价目前TRIZ被认为是可以帮助人们挖掘和开发自己的创造潜能、最全面系统地论述发明创造和实现技术创新的新理论，被欧美等国的专家认为是“超级发明术”。阿奇舒勒创建TRIZ理论，是发明了发明与创新的方法。25阿奇舒勒自己的话“你可以等待100年获得顿悟，也可以利用这些原理15分钟解决问题。”有一位前苏联很有名气的发明家在听了阿奇舒勒报告后，激动地说：“要是早知道TRIZ理论就好了。”265.TRIZ的发明分级276.TRIZ的未来发展趋势TRIZ理论是前人知识的总结，目前处于“婴儿期”，如何把它进一步完善；如何合理有效地推广应用TRIZ理论；TRIZ理论的进一步软件化，自动化；进一步拓展TRIZ理论的内涵，尤其是把信息技术、生命技术、社会科学等方面的原理和方法纳入到TRIZ理论中；将TRIZ理论与其他一些新技术（QFD，即质量功能布置)有机集成。28IEG-Ideation全球创新问题解决方案理论和六西格玛管理咨询培训的领导者。Ideation自1992年于美国密西根的Southfield成立后，主要的任务在运用先进的TRIZ(创新问题解决理论)方法，为企业提供创新研发问题解决方案的咨询与培训服务，为提供客户全面的创新卓越服务，2005年与六西格玛管理咨询的领导者IEG集团，在亚太地区共同成立IEG-Ideation。开发了I-TRIZ。29I-TRIZ的四种核心能力1.创造性教育-学习如何解决任何领域（技术、营销、管理、安全等）内的创新问题2.创新问题解决（IPS）-系统解决创新问题3.预期故障测定（AFD）-积极分析和消除现有或潜在系统故障4.直接进化（DE）-开发未来几代系统，并控制系统进化。30第二节TRIZ的理论体系1情景分析2冲突解决原理3物-场分析法4技术系统进化理论5解决发明问题的程序31体系结构图32TRIZ的五大关键概念功能资源矛盾（冲突）进化效应331情景分析发明创造过程从揭示和分析发明情境开始。所谓发明情境，是指任何种工程情境，它突出某种不能令人满意的特点。情景分析可以认为是问题描述。34（1）系统资源理解系统和描述系统必须正确把握系统的资源设计中的可用系统资源对创新设计起着重要的作用，问题的解越接近理想解，系统资源就越重要。直接资源、导出资源、差动资源35直接应用资源物质资源：木材可用作燃料。能量资源：汽车发动机驱动后轮或前轮工作场资源：地球上的重力场及电磁场。信息资源：汽车运行时所排废气中的油或其他颗粒，表明发动机的性能信息。空间资源：仓库中多层货架中的高层货架。时间资源：双向打印机。功能资源：人站在椅子上更换屋顶的灯泡时，椅子的高度是一种辅助功能。36毛坯是铸铁的导出资源木头的各向异性就是差动资源；二极管的单向导电性37（2）理想化因为技术系统是功能的实现，同一功能存在多种技术实现，任何系统在完成所需的功能时，都产生有害功能。为了对正反两方面作用进行评价，采用如下公式：理想化＝有用功能之和／有害功能之和怎样增加理想化？38怎样增加理想化？理想化＝有用功能之和／有害功能之和增加有用功能减少有害功能39最终理想解（IFR）Idealfinalresult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（idealfinalresult，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。40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。41理想设计一个主要的、有用的功能，可以用一个并不存在的系统来实现，这种思维方式可以使创新设计在短时间内完成。月球探测车的探照灯灯罩问题固体物质放在盛有酸的容器中进行耐酸性实验，容器的抗腐蚀性问题42增加理想化的具体方法43简单的说集成：采用更综合的子系统、合并离散子系统简化：整体置换、去除元件、去除辅助功能、去除双重元件、自服务自服务：红薯切片机，进给是靠重力实现的44油漆的溶剂是有毒的，……无毒的粉末颜料，洒在工件表面，加热工件即可。45理想化设计的步骤（1）描述需要改进的性能（2）描述理想的性能（3）有没有现成的方法来实现理想性能如果你的问答是肯定的，那么就是说你已经有了新的方法，不过，务必要证明一下。46理想化设计的步骤如果你的回答是否定的，那么，应该考虑一下怎么更有效地利用资源。如果你的回答是肯定的，但是这种方法还有一些其他的冲突和矛盾，那么应该去解决该矛盾。如果有一个障碍物阻止你去实现理想状态，那么描述该物体并搞清楚为什么它是一种障碍。(4)你认为做出什么样的改动才能克服这个障碍。这与前面的什么原理和方法相一致呢47缺点列举法希望点列举法完满创造原理48熔炉温度的水冷控温熔炉温度不能过高，水冷降温水管破裂，水不能溢出真空抽水泵为什么会溢出？内部压力比外部压力高solution492冲突解决原理冲突概念冲突解决原理冲突矩阵50（1）冲突概念在提高产品或系统的某方面的性能时，结果使其另一些方面的性能受到负面影响，则设计出现了冲突。飞机为了增加载重能力需要减轻自身重量；为了加快重型运输机装卸货物的速度，飞机上需要有移动式起重机，增加了飞机的额外负载；51产品功能和性能的耦合性为了提高产品的市场竞争力，需要不断根据市场的潜在需求对产品进行改进设计。创新的目的是使产品在功能上不断完善，在性能上不断提高。功能和功能之间、性能和性能之间存在着潜在的联系，使它们相互制约。冲突的普遍性和动态性：联系的普遍性是矛盾的根源；需求变更刺激冲突不断变化。例如：质量和价格52以小汽车为例小汽车的有用功能是什么？有害功能？载人代步载物运输燃油排污交通事故房车的居住功能想增加载物的功能，会怎样呢？53彻底解决冲突的思想按传统设计中的折中法，冲突并没有彻底解决，而是在冲突双方取得折中方案，或者说降低冲突的程度。TRIZ理论认为，产品创新的标志是解决或移走设计中的冲突，而产生新的有竞争力的解。发明问题的核心是发现冲突并解决冲突，未解决冲突的设计并不是创新设计。54冲突的分类55（2）物理冲突：系统同时存在矛盾或相反要求的状态。如对软件要求操作简单，功能多样。手机尺寸小便于携带，但又要求屏幕大和键盘大。对某种材料的性能既要有足够的刚度以抵抗变形，又要有足够的柔性以抵抗冲击。56分离原理解决物理冲突主要采用分离原理57空间分离案例：自行车早期的自行车有快速性和舒适感两种亟待提高的性能需求，导致存在两个物理冲突：高速——直