萃智(TRIZ)解决发明创新问题的理论

2009/02新时代国防　1当今，国与国之间在政治、经济、军事等领域的竞争，归根结底是创新能力的竞争。因此，世界各国无不重视创新理论和方法学的研究与应用。“萃智”（TRIZ）为人们提供了一套全新的“解决发明创新问题的理论”，它已经成为创造性解决技术问题的诀窍，以及发明创新的“点金术”。什么是萃智理论？它在国防科技工业领域有什么用途？了解这些，对于促进我军装备建设的跨越式发展，早日实现从机械化向信息化的转型当会有所裨益。萃智理论的来龙去脉20世纪40年代中期，前苏联发明家、曾供职于海军科技部门、后任苏联萃智协会主席的根里奇·阿奇舒勒（GenrichAltshuller）创建了一门解决发明创新问题的理论。理论名称的俄文首字母缩写为ТРИЭ（对应的英文为TRIZ，并解释为TheoryofInventiveProblemSolving），中文名称萃智（TRIZ）：解决发明创新问题的理论孙柏林（少将）按TRIZ音译为“萃智”。萃智理论的创立萃智的基本思想是：“引入最少的外部资源，消除创新过程中遇到的矛盾，而使系统向理想状态发展”。基于这一思想，萃智发展了一种崭新的分析式思维方法，即“将问题作为一个系统加以考虑，在着手解决问题之前首先勾画出理想的解决目标，进而设法消除创新设计过程中的矛盾”。阿奇舒勒提出了一种全新的理念：创新是有规律可循的，人们只要经过学习和训练就能够掌握创新的规律，可以像解数学题一样，按照一定的思路和步骤来进行创新。以往的创新方法只是将人们在生活中一些零散的经验加以归纳，而萃智理论中的创新原理形成了系统体系，从而能有效地指导人们有规律、按步骤地进行创新活动。阿奇舒勒于1946年开始发明创新问题的理论研究，并穷其毕生精力致力于萃智理论的发展和完善。当时，阿奇舒勒在前苏联里海海军专利局工作。萃智理论的创始人根里奇·阿奇舒勒。2　新时代国防2009/02在处理发明专利的过程中，他通过搜集、整理、研究、归纳和提炼，发现任何领域的产品发明改进、技术变革创新，都存在着产生、生长、成熟、衰老、灭亡的过程，和生物系统一样有规律可循。如果人们掌握了这些规律，就可以能动地进行产品设计并预测产品的未来趋势，大大加快创造发明的进程。阿奇舒勒指出，解决发明问题过程中所寻求的科学原理和法则是客观存在的，大量发明面临的基本问题和矛盾（技术矛盾和物理矛盾）也是相同的，同样的技术创新原理和相应的解决问题方案，会在后来的一次次发明创新中被反复应用，只不过被用到的技术领域不同而已。因此，将那些已有的知识进行提炼和重组，形成一套系统化的理论，就可以用来指导后来的发明、创新和开发。研究和实践表明，萃智包含的具有普遍性的创新方法和规律，可以广泛应用到许多技术领域。萃智理论为我们提供的统一的创新步骤和思路，是将特殊问题归结为萃智的一般性问题，然后用带有普遍性的萃智原理和算法去寻求标准解法，并在此基础上演绎形成初始问题的具体解法。萃智理论在前苏联的发展从1946年至今，萃智这一方法学体系在实践中不断丰富和完善，取得了良好的应用成果和巨大的经济效益。在萃智的发展过程中，进行了大规模普查式专利文献分析，提炼出大量发明启示，提出了一系列发明方法概念。在阿奇舒勒的领导下，前苏联的研究机构、大学、企业组成了萃智研究团体，在分析世界上数百万份高水平发明专利的基础上，建立起由解决技术问题和实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系。从20世纪60年代末开始，前苏联就建立了各种形式的发明创新学校，以及全国性和地方性的发明家组织。在这些学校和组织里，人们试验解决发明问题的技巧，并使它更加有效。萃智理论还被作为大学技术专业的必修科目而进入俄罗斯教育系统。在创新实践方面，前苏联要求设计部门中设计工程师和创新发明工程师的比例为7:1，即7名设计工程师就要配备1名创新发明工程师；并规定，凡担任经济、科技领导职务者，要先获得发明教育文凭。二战以后，前苏联的经济技术基础在与欧美国家相差悬殊的基础上得到迅猛发展，创新能力提高快、创新成果多、创新水平高；在20世纪70年代中期，前苏联专利申请量和批准量跃居世界第二，萃智理论和方法体系的使用功不可灭。这一理论体系支持了前苏联近半个世纪科学技术的发展，在冷战时期保持了对美国的军事力量平衡，成就了苏联成为世界两个超级大国之一的霸主地位。萃智理论在前苏联各经济、技术部门的广泛应用及明显成效，证明了该理论的科学伟大和方法正确。发明创新并不是都像牛顿那样靠苹果“砸”出来的，而是有规律可循、有法则可依。萃智理论在全世界得到广泛传播和迅速普及。新视角2009/02新时代国防　3苏联于1989年成立了萃智协会，由阿奇舒勒出任主席。而国际萃智协会（MATRIZ）也是由阿奇舒勒于1989年创建的，总部位于俄罗斯的彼得罗扎沃茨克。国际萃智协会是萃智理论最权威的研究和推广学术性机构，目前在全球10多个国家和地区拥有30余个成员组织。该协会还在1998年推出MATRIZ认证，由易到难共分五级，被公认为世界上最权威的萃智应用能力认证之一。萃智理论在世界的传播苏联解体以前，萃智一直不为西方国家所熟知。美、德等西方国家惊异于前苏联在军事、工业等方面的创造能力，实施间谍计划探究其奥秘，并把创造奇迹的萃智理论称为“点金术”。1991年苏联解体后，大批萃智研究者移居美国等西方国家，萃智理论开始在全世界得到广泛传播和迅速普及。萃智逐渐受到质量工程、产品开发和管理等人员的高度重视，将它与“质量功能展开”（QFD）、“稳健设计”（SD）并称为产品设计三大方法。欧美和亚洲一些国家和地区（包括我国大陆和台湾）出现了以萃智为基础的研究、咨询机构和公司，一些大学将萃智列为工程设计方法学课程。经过半个多世纪的发展，萃智已经发展成为一套解决新产品开发实际问题的成熟理论和方法体系，在世界广泛应用，创造出成千上万项重大发明，取得了重大的经济效益和社会效益。萃智的发展共经历了3个阶段。第一阶段（1946～1980年）称为古典时期，这个时期建立了萃智的概念基础。虽开发了许多概念和方法，但没有集成；虽积累了大量的工程知识，但只是用描述的方式表达，只适合于手工使用。第二阶段称为基什尼奥夫（Kishinev）时期，起源于上世纪80年代在摩尔多瓦的基什尼奥夫一所萃智技术学校的创办。这所学校的目标是集成萃智的方法、工具和积累知识，并用计算机化的方法来表示。第三阶段称为构思（Ideation）时期（始于1992年），起源于美国构思公司调整和开发萃智使之应用于工程研究。经过60多年发展，萃智从分析发明创新问题发展到开发基于信息技术的驱动方法，现已进入发明工程阶段。可以预见，萃智将进一步增强解决问题的技能、提供集成的系统分析方法，直至模拟创造。萃智理论在西方工业国家逐渐受到极大重视，萃智的研究与实践得以迅速普及和发展。美国在一些大学相继开设萃智课程，成立了有关的研究、咨询机构。日本从1996年开始有杂志介绍萃智理论及应用实例。早在1993年，美国通用汽车、克莱斯勒、施乐、罗克维尔和强生等一些知名企业就开始了萃智理论的研究和应用，并有成功案例的报道。制造业中的领先企业如波音、三星等公司已将萃智理论引入研发流程，在创新应用方面取得重大突破，经济效益十分显著。据统计，利用萃智理论可以使专利数量增加80%～100%、专利质量得到提高，可以使新产品开发效率提高60%～70%，同时使产品上市时间缩短50%。对我国而言，萃智却“养在深闺人未识”。萃智理论传入中国已有10多年，但由于历史原因及受传统创新技法的萃智理论的发展过程《财富》杂志刊登日本三星公司在萃智（TRIZ）创新应用上取得重大突破的消息。新视角方法的先进性40个原理ARIZ-85算法预期失效分析（AFD）非技术性应用先进工具基础理论结构先进软件工具直接发展改革模式古典时期构思时期基什尼奥夫时期4　新时代国防2009/02影响，一直未引起足够重视，影响了我国创新人才的培养和自主创新活动的开展。特别是在企业，创新活动远不够积极，也少有理论指引，与世界科技大国的差距越发明显。2000年以后，国内一些科研机构、公司和专家开始认识萃智，少数大学和企业的一些专家学者陆续引入萃智，并开展理论和应用研究，发表论文、编著书籍。萃智理论的基本内容萃智理论体系以辩证法、系统论和认识论为哲学指导，以自然科学、系统科学和思维科学的研究成果为根基和支柱，以技术系统进化法则为理论基础，以技术系统（如产品）和技术过程（如工艺流程）、在技术进化中产生的矛盾、解决矛盾所用的资源、技术进化方向的理想化为四大基本概念，包括了解决工程矛盾问题和复杂发明问题所需的各种分析方法、解题工具和算法流程。萃智理论的主要内容现代萃智理论主要包括：系统分析问题的科学方法，可以帮助人们快速确认核心问题，发现根本矛盾所在；技术系统进化法则，可以用来分析当前产品的技术状态，预测未来发展趋势；技术矛盾解决原理，可以基于这些原理，结合具体的技术矛盾，寻求解决方案；标准的模型处理方法，包括模型的修整、转换、物质与场的添加等等；解决发明创新问题的算法，可以通过一系列变形和再定义等非计算性逻辑过程，实现对问题的逐步深入分析及问题转化，最终解决问题；基于学科原理构建的知识库，可以为技术创新提供丰富的方案来源。萃智的九大经典理论体系⑴技术系统八大进化法则。阿奇舒勒的技术系统进化论与自然科学中的达尔文生物进化论、斯宾塞的社会达尔文主义齐肩，被称为“三大进化论”。萃智的技术系统八大进化法则分别是：技术系统的S曲线进化法则、提高理想度法则、子系统的不均衡进化法则、动态性和可控性进化法则、增加集成度再进行简化法则、子系统协调性进化法则、向微观级和场的应用进化法则、减少人工介入的进化法则。这八大进化法则可以作为预测市场需求、评估技术系统、产生新技术、专利布局和制定企业战略的解决工具。⑵最终理想解。在解决问题之初，萃智首先抛开各种客观限制条件，理想化地定义问题的“最终理想解”（IFR）并明确其所在方位，并在问题解决过程中向此目标前进，从而避免传统创新方法中缺乏最终目标的弊端、提升创新设计的效率。最终理想解保持原系统的优点并消除其不足，没有使系统更复杂也没有引入新的缺陷。⑶40个创新原理。阿奇舒勒通过对大量专利的分析研究，提炼出最重要、具有普遍意义的40个创新原理，它们是分割、抽取、局部质量、非对称合并、普遍性、嵌套、配重、预先反作用、预先作用、预先应急措施、等势原则、逆向思维、曲面化、动态化、不足或超额行动、一维变多维、机械振动、阿奇舒勒矛盾矩阵（两个局部）。新视角2009/02新时代国防　5周期性动作、有效作用的连续性、紧急行动、变害为利、反馈、中介物、自服务、复制、一次性用品、机械系统的替代、气体与液压结构、柔性外壳和薄膜、多孔材料、改变颜色、同质性、抛弃与再生、物理/化学状态变化、相变、热膨胀、加速氧化、惰性环境、复合材料。⑷39个工程参数及阿奇舒勒矛盾矩阵。阿奇舒勒还发现，在不同领域解决工程中的技术冲突（矛盾）时，仅有39项工程参数在彼此相对改善或恶化。他将矛盾与解决原理组成一个由39个改善参数与39个恶化参数构成的矩阵，矩阵的纵轴表示希望得到改善的参数、横轴表示某技术特性改善引起恶化的参数，横、纵轴各参数交叉处的数字表示用来解决矛盾时所使用的40个创新原理的编号。这就是著名的技术矛盾矩阵，也称阿奇舒勒矛盾矩阵。当问题解决者根据工程中的矛盾提供两个工程参数后，就可以从矩阵表中直接查找出化解该矛盾的发明原理。⑸物理矛盾和四大分离原理。有时一个技术系统的工程参数具有相反的需求，比如要求某个参数既要出现又不存在、或既要高又要低、或既要大又要小等等，这时就出现了物理矛盾。相对于技术矛盾，物理矛盾是创新中要解决的更尖锐的矛盾，物理矛盾所存在的子系统就是系统的关键子系统。系统或关键子系统应该具有满足某个需求的参数特性，但另一个需求又要求系统或关键子系统不具有上述参数特性，这就产生了物理矛盾。分离原理是阿奇舒勒针对物理矛盾的解决而提出的，共有11种分离方法，归纳为空间分离、时间分离、居于条件的分离和系统级别分离等四大分离原理。⑹物质-场模型分析。阿奇舒勒认