TRIZ理论与创新设计

1、第十章 创造性解决问题方法TRIZ 理论 是由解决技术问题和实现创新开发的各种是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。方法、算法组成的综合理论体系。TRIZTRIZ的基本原理是：的基本原理是： 企业和科学领域中的问题和解决方案是重复出现的，企业和科学领域中的问题和解决方案是重复出现的，企业和科学领域中的发展变化也是重复出现的，高水企业和科学领域中的发展变化也是重复出现的，高水平的创新活动经常要应用专业领域以外的科学知识。平的创新活动经常要应用专业领域以外的科学知识。因此技术系统的进化遵循客观的法则群，人们可以应因此技术系统的进化遵循客观的法则群，人们可以应用这些进化法

2、则预测产品的未来发展趋势，掌握新产用这些进化法则预测产品的未来发展趋势，掌握新产品的开发方向。品的开发方向。 在解决技术问题时，如果不明确在解决技术问题时，如果不明确应该使用那些科学原理法则，则很应该使用那些科学原理法则，则很难找到问题的解决对策，难找到问题的解决对策，TRIZTRIZ就是就是提供解决问题的科学原理并指明解提供解决问题的科学原理并指明解决问题的探索方向的有效工具。决问题的探索方向的有效工具。 TRIZ理论的内容十分丰富，现介绍其中两项核心内容： 八大技术系统进化法则 40个创新原理八大技术系统进化法则八大技术系统进化法则 产品实际上是一个技术系统，产品的创产品实际上是一个技术系

3、统，产品的创新设计实际上是技术系统不断优化的过程。新设计实际上是技术系统不断优化的过程。一一、技术系统技术系统 技术系统由多个子系统组成，并通过子系统间技术系统由多个子系统组成，并通过子系统间的相互作用实现一定的功能。常简称为系统。的相互作用实现一定的功能。常简称为系统。 子系统也是系统，它是由零件和操作构成，子系统也是系统，它是由零件和操作构成，具有某些独立功能的集合；系统的更高级系统具有某些独立功能的集合；系统的更高级系统称为超系统。称为超系统。 如果说汽车是一个系统，则组成汽车的元件如如果说汽车是一个系统，则组成汽车的元件如轮胎、转向盘等分别是其子系统。但如果把汽车轮胎、转向盘等分别是其

4、子系统。但如果把汽车置于城市交通系统中，则汽车就成了其中的一个置于城市交通系统中，则汽车就成了其中的一个子系统，因此称城市交通系统为汽车的超系统。子系统，因此称城市交通系统为汽车的超系统。二二、技术系统的进化技术系统的进化 就是指实现技术系统的技术从低级向就是指实现技术系统的技术从低级向高级变化的过程。高级变化的过程。 技术系统总是处于发展之中，否则它就会被其他技术系统所代替。对于具体的技术系统来说，对其子系统或元件进行不断地改进，以提高整个系统的性能，就是技术系统的进化过程。 任何产任何产品，其工品，其工艺或技术艺或技术都在随着都在随着时间向着时间向着更高级的更高级的方向发展方向发展和进化，

5、和进化，并且它们并且它们的进化过的进化过程都会经程都会经历相同的历相同的几个阶段。几个阶段。三三、技术系统的生命周期技术系统的生命周期每一个技术系统的进化都会经历此四个阶段。每一个技术系统的进化都会经历此四个阶段。 此时，新的技术系统刚刚诞生，虽然此时，新的技术系统刚刚诞生，虽然它能提供一些新的功能，但是系统本身它能提供一些新的功能，但是系统本身存在着效率低、缺陷多、可靠性差等一存在着效率低、缺陷多、可靠性差等一些列问题。同时，由于大多数人对系统些列问题。同时，由于大多数人对系统的未来发展心存疑虑，缺乏信心，人力、的未来发展心存疑虑，缺乏信心，人力、物力、地投入均很乏力，因此这一阶段，物力、地

6、投入均很乏力，因此这一阶段，系统地发展十分缓慢。系统地发展十分缓慢。技术系统生命周期四个阶段的特点：技术系统生命周期四个阶段的特点： 在这个阶段，社会已经认识到新系在这个阶段，社会已经认识到新系统的价值和市场潜力，为系统的发展投统的价值和市场潜力，为系统的发展投入了大量的人力、物力和财力。因此，入了大量的人力、物力和财力。因此，系统中存在的各种问题被很好的解决，系统中存在的各种问题被很好的解决，效率和性能都有很大程度的提高，系统效率和性能都有很大程度的提高，系统地市场前景很好，能吸引更多的投资，地市场前景很好，能吸引更多的投资，从而促进系统的高速发展。从而促进系统的高速发展。 系统发展到这一阶

7、段，大量人力和财力系统发展到这一阶段，大量人力和财力的投入，使技术系统日臻完善，性能水平接的投入，使技术系统日臻完善，性能水平接近高限，所获得的利润达到最大并有下降的近高限，所获得的利润达到最大并有下降的趋势。实际上，此时大量投入所产生的研究趋势。实际上，此时大量投入所产生的研究成果，大多是较低水平的系统优化和性能改成果，大多是较低水平的系统优化和性能改进，有见识的一些投资者渐生去意。进，有见识的一些投资者渐生去意。 当应用于系统的技术发展到极限，当应用于系统的技术发展到极限，继续发展很难有进一步的突破时，系继续发展很难有进一步的突破时，系统进入了衰退期。此时，该技术系统统进入了衰退期。此时，

8、该技术系统可能步子啊有需求或者将被新开发的可能步子啊有需求或者将被新开发的技术系统所取代。新系统开始新的生技术系统所取代。新系统开始新的生命周期。命周期。四四、八大技术系统进化法则八大技术系统进化法则法则一：完备性法则 要实现某项功能，一个完整的技术要实现某项功能，一个完整的技术系统必须包含以下四个部件：系统必须包含以下四个部件： 动力装置、传输装置、执行装置和控制装置动力装置、传输装置、执行装置和控制装置完备性法则包含两层意思完备性法则包含两层意思： 系统如缺少其中的任一部分，就不能成 为一个完整的技术系统。2. 如果系统中的任一部分失效，整个技术 系统也无法幸存。完备性法则有助于确定实现所

9、需技术功能的方法并节约资完备性法则有助于确定实现所需技术功能的方法并节约资源，利用这一法则，可对效率低下的技术系统进行简化。源，利用这一法则，可对效率低下的技术系统进行简化。动力装置动力装置-肌肉组织；肌肉组织； 传动装置传动装置-手和胳膊；手和胳膊；执行装置执行装置-牙刷；牙刷； 控制装置控制装置-人脑人脑法则二：能量传递法则其内涵包括：其内涵包括： 技术系统要实现其功能，必须保证：能量能技术系统要实现其功能，必须保证：能量能 够从能量源流向技术系统的所有元件。够从能量源流向技术系统的所有元件。如果技术系统中的如果技术系统中的某个元件不接收能某个元件不接收能量，它就不能发挥量，它就不能发挥作

10、用，那末整个技作用，那末整个技术系统就不能执行术系统就不能执行其功能，或者有用其功能，或者有用的功能作用不足。的功能作用不足。2.2.技术系统的进化应该沿着能量流动路径缩短的技术系统的进化应该沿着能量流动路径缩短的 方向发展，以减少损失。方向发展，以减少损失。 很好的掌握很好的掌握“能量传递法则能量传递法则”，有助于，有助于我减少技术系统的能量损失，保证其在特我减少技术系统的能量损失，保证其在特定的阶段保持最高效率。定的阶段保持最高效率。用手摇绞肉机替代用手摇绞肉机替代菜刀，刀片的旋转菜刀，刀片的旋转运动代替了菜刀的运动代替了菜刀的垂直运动，能量传垂直运动，能量传递路径缩短，能量递路径缩短，能

11、量损失减少，因而提损失减少，因而提高了效率。高了效率。法则三：动态性进化法则 技术系统的进化应该朝着结构预想性、可技术系统的进化应该朝着结构预想性、可移动性、可控性增加的方向发展，以适应环移动性、可控性增加的方向发展，以适应环境状况或执行方式的变化。境状况或执行方式的变化。 掌握了掌握了“动态性进动态性进化法则化法则”，有助于提，有助于提高技术系统的高度适高技术系统的高度适应性。应性。视觉视觉“动态性动态性”进化的夸张进化的夸张动态进化法则包括三个子法则：1. 1. 提高柔性法则提高柔性法则是创新设计的一个方向。是创新设计的一个方向。提高系统柔性的进化过程提高系统柔性的进化过程2. 2. 提高

12、可移动法则提高可移动法则技术系统的进化应该沿着系统整体可移动性增强的方向发展。技术系统的进化应该沿着系统整体可移动性增强的方向发展。3.3.提高可控性法则提高可控性法则 技术系统的进化将沿着系统内各部件的可控性增技术系统的进化将沿着系统内各部件的可控性增加的方向分发展。加的方向分发展。可控性进化过程：直接控制直接控制 间接控制间接控制 引入反馈控制引入反馈控制 自我控制自我控制提高可控性提高可控性直接控制直接控制间接控制间接控制引入反馈控制引入反馈控制自我控制自我控制法则四：提高理想度法则 理想的技术系统应该是不消耗能量，但是却能理想的技术系统应该是不消耗能量，但是却能够实现所有必要的功能。够

13、实现所有必要的功能。提高理想度法则是指：1. 1.技术系统是沿着提高其理想度、向最理想系技术系统是沿着提高其理想度、向最理想系 统的方向进化。统的方向进化。2. 2.提高理想度法则代表着所有技术系统进化法提高理想度法则代表着所有技术系统进化法 则的最终方向。则的最终方向。是追求各项性能理想化的范例是追求各项性能理想化的范例法则五：子系统不均匀进化法则 每个技术系统都是由多个实现不同功能的子系统组每个技术系统都是由多个实现不同功能的子系统组成，而每个子系统的进化是不均匀的。子系统不均匀法成，而每个子系统的进化是不均匀的。子系统不均匀法则是指：则是指：1. 任何技术系统所包含的各个子系统都 不是同

14、步、均匀进化的、每个子系统都是沿着自己的发展曲线向前发展的。2. 这种不均匀的变化经常会导致子系统的 矛盾出现。3.整个技术系统的进化速度取决于系统中 发展最慢的子系统的进化速度。 掌握这一法则，可以帮助人们及时发现并改进不理想的子系统，使技术系统朝着成熟的方向发展。法则六：向超系统进化法则这一法则有两层含义：这一法则有两层含义： 技术系统的进化是沿着从单系统到双系统再技术系统的进化是沿着从单系统到双系统再 到多系统的方向发展的。到多系统的方向发展的。子系统的逐一加入使系统向更多功能的方向发展。2.2.技术系统进化到极限时，它实现某项功能的技术系统进化到极限时，它实现某项功能的 子系统会从系统

15、中剥离，转移到超系统，作子系统会从系统中剥离，转移到超系统，作 为超系统的一部分。为超系统的一部分。最初，燃油箱是飞机最初，燃油箱是飞机的一个子系统，进化的一个子系统，进化后，燃油箱脱离了飞后，燃油箱脱离了飞机，进化至超系统，机，进化至超系统，以空中加油机的形势以空中加油机的形势给飞机加油。飞机系给飞机加油。飞机系统因此简化，不必再统因此简化，不必再携带额外负荷沉重的携带额外负荷沉重的燃油。燃油。法则七：向微观级进化法则 技术系统的进化是沿着减少其元件尺度技术系统的进化是沿着减少其元件尺度的方向发展的。即元件从最初的尺度向原子、的方向发展的。即元件从最初的尺度向原子、基本粒子的尺度进化，同时能

16、够更好的实现基本粒子的尺度进化，同时能够更好的实现相同的功能。相同的功能。真空管真空管 晶体管晶体管 集成电路集成电路 系统尺寸变小，更好地实现了人们的听音功能，系统尺寸变小，更好地实现了人们的听音功能，是技术系统向微观级进化的又一事例。是技术系统向微观级进化的又一事例。 录音机录音机 随身听随身听 便携便携CDCD机机 MP3 MP3 耳环播放机耳环播放机法则八：协调性法则 技术系统的进化是沿着各个子系统相互之技术系统的进化是沿着各个子系统相互之间更协调的方向发展的。即系统的各个部件在间更协调的方向发展的。即系统的各个部件在保持协调的前提下，充分发挥各自的功能。这保持协调的前提下，充分发挥各

17、自的功能。这也是系统发挥其功能的必要条件也是系统发挥其功能的必要条件。子系统的协调性可以表现在： 结构上的协调结构上的协调 性能参数的协调性能参数的协调 工作节奏的协调工作节奏的协调二二、40个创造原理个创造原理 它是它是TRIZTRIZ理论中理论中最主要和最易使用的最主要和最易使用的工具。工具。原理1：分离，分割1）一个物体分成相互独立的部分2）将物体分成容易组装或拆卸的部分3）提高物体的可分性例：为不同的材料设置不同的回收箱例：为不同的材料设置不同的回收箱 组合家具等组合家具等原理2：抽取1）从物体中抽出产生 负面影响的部分或 属性例：空调，将产生噪声的空气压例：空调，将产生噪声的空气压

18、缩机分离出去，放在室外。缩机分离出去，放在室外。2）从物体中抽出必要 的部分或属性原理3：局部质量1）将均匀的物体结构或外部环境改为不均匀的；2）让物体的不同部分各具不同功能；3）让物体的各部分处于各自动作的最佳状态。例：多功能工具例：多功能工具 红蓝铅笔芯分别设置在笔的两端红蓝铅笔芯分别设置在笔的两端 在餐盒中设置间隔在餐盒中设置间隔原理4：增加不对称性1）将对称的物体变为不对称；2）已经不对称的物体增加其不对称的程度。例：引入一个几何特性来防止不正确使用例：引入一个几何特性来防止不正确使用 如电源插头的接地端如电源插头的接地端原理5：组合，合并例：集成电路板上的多个电子芯片；例：集成电路板

19、上的多个电子芯片； 冷热水混合龙头；冷热水混合龙头； 双联显微镜组：由一个人操作，另一个人双联显微镜组：由一个人操作，另一个人 观察和记录观察和记录 1）在空间上将相同或相近的物体或操作加以组合；2）在时间上讲物体或操作连续化或并列进行。原理6：多用性例：牙刷的把柄内装牙膏例：牙刷的把柄内装牙膏 各种多功能工具各种多功能工具 使物体具有复合功能已替代其他物体的功能组合牙刷组合牙刷组合门铃组合门铃原理7：嵌套例：嵌套娃娃例：嵌套娃娃 ； 伸缩式天线；伸缩式天线； 滑行门滑行门/拉门拉门1）把一个物体嵌入第二个物体，两物体再嵌入第三个物体；2）一个物体穿过另一个物体的空腔。原理8：质量补偿例：用氢

20、气球悬挂广告；例：用氢气球悬挂广告； 船在水上承载重物船在水上承载重物1）将某一物体与另一能提供升力的物体组合，以补偿其重量；2）通过环境的相互作用实现重量补偿。原理9：预先反作用 1）事先施加反作用，来消除不利影响； 2）如果一个物体处于或将处于受拉伸 状态，预先施加压力。原理10：预先作用例：不干胶粘帖例：不干胶粘帖 在停车场安置的预付费系统在停车场安置的预付费系统1）预置必要的动作机能；2）在方便的位置预先安置物体，使其最适当的时候发挥作用而不浪费时间原理11：事先防犯例：降落伞的备用伞包；例：降落伞的备用伞包； 应急楼梯应急楼梯/防火通道；防火通道； 汽车安全气囊汽车安全气囊 采用事先

21、准备好的应急措施，补偿物体相对较低的可靠性。原理12：等势性例：在重力场中，改变物体的工作条件，使其例：在重力场中，改变物体的工作条件，使其 不需要升高或降低。不需要升高或降低。 如方便轮椅通行的斜坡如方便轮椅通行的斜坡在势场内避免位置的改变例：冷冻内层使物体内外例：冷冻内层使物体内外分离分离；将杯子倒置从下边将杯子倒置从下边喷入水来进行清洗喷入水来进行清洗；健身健身器中的跑步机器中的跑步机。1）相反的动作替代要求指定的动作；2）把物体倒过来；3）让物体可动部分不动，不动部分可动原理13：逆向思维例：洗衣机中的离心甩干机例：洗衣机中的离心甩干机1）将直线、平面用曲线、曲面代替，变立方形为球形结

22、构；2）使用滚筒、球状、螺旋状的物体；3）改变直线运动为回转运动，使用离心力。原理14：曲面化例：两表面间引入圆角，减少应力集中例：两表面间引入圆角，减少应力集中例：圆珠笔的球形笔尖，使书写流利例：圆珠笔的球形笔尖，使书写流利 家具底部安装球形轮，以利移动家具底部安装球形轮，以利移动例：形状记忆合金；例：形状记忆合金； 折叠椅折叠椅/笔记本电脑；笔记本电脑； 可弯曲的引用吸管可弯曲的引用吸管1）自动调节物体，使其在各动作、阶段的性能达到最佳；2）将物体分割成即可变化，又可相互配合的数个组成部分；3）使不动的物体可动或可自适应。原理15：动态特性例：若用刷子在容器外壁刷漆将是很费力的事情，例：若

23、用刷子在容器外壁刷漆将是很费力的事情， 如果不计较刷的效果是否十分完美，可以将如果不计较刷的效果是否十分完美，可以将 容器浸泡在漆桶中，再取出旋转甩掉多余的容器浸泡在漆桶中，再取出旋转甩掉多余的 油漆将既快捷又方便。油漆将既快捷又方便。 当所期望的效果难以百分之百实现时，稍微超过或稍微小于期望效果，会使问题大大简化。原理16：未达到或超过的作用例：螺旋梯可以减少占用空间；例：螺旋梯可以减少占用空间； 多碟多碟CD机；机； 垃圾自动卸载车；垃圾自动卸载车； 集成电路板的两面都安装电子原件集成电路板的两面都安装电子原件1）将一维直线运动的物体变为二维平面运动，或三维空间运动；2）单层排列的物体变为

24、多层排列；3）将物体倾斜或侧向放置；4）利用给定表面的反面。原理17：一维变多维例：电动剃须刀；例：电动剃须刀； 磁振送料机；磁振送料机； 音叉音叉1）使物体处于振动状态；2）已振动的物体，提高其振动频率；3）利用共振现象。原理18：振动例：警车所用警笛改为周期性鸣叫，避免产生例：警车所用警笛改为周期性鸣叫，避免产生 刺耳的声音；刺耳的声音； 使用使用AM（调幅）、（调幅）、FM（调频）来传输信息（调频）来传输信息 1）周期性动作或脉动替代连续动作；2）已知周期性动作，改变其频率；3）在脉冲周期中用暂停来执行另一动作原理19：周期性动作1）持续工作：使物体的各部分能同时满载工作；2）消除空闲或

25、停止间歇性动作。原理20：有效作用的连续性例：汽车在路口停车，使发动机在适当的功率例：汽车在路口停车，使发动机在适当的功率 下工作；下工作； 打印机在回程也执行动作打印机在回程也执行动作 将危险或有害的作业在高速下进行原理21：减少有害作用的时间例：为避免牙床组织受热损伤，例：为避免牙床组织受热损伤，采用高速牙钻；采用高速牙钻； 照相用闪光灯；照相用闪光灯；原理22：变害为利例：回收废物二次利用（再生纸、再生玻璃等）；例：回收废物二次利用（再生纸、再生玻璃等）； 利用污水发电；利用污水发电； 森林灭火森林灭火1）利用有害的因素，得到有益的结果；2）将有害的要素相结合变为有益的要素；3）增大有害

26、因素的幅度直至有害性消失。1）引入反馈，提高性能；2）若已引入反馈，改变其大小或作用原理23：反馈例：自动调温精确控制温度；例：自动调温精确控制温度； 声控喷泉声控喷泉 原理24：借助中介物1）使用中介物实现所需动作；2）把一物体与另一容易去除物暂 时结合在一起 。例：用拨子弹琴；例：用拨子弹琴； 上菜的托盘；上菜的托盘； 在化学反应中引入催化剂在化学反应中引入催化剂原理25：自服务1）物体具有自补充、自恢复功能；2）灵活运用废弃的材料、能量与物质。例：自清洗烤箱例：自清洗烤箱/自补充饮水机；自补充饮水机； 用食物、草等有机废物作肥料用食物、草等有机废物作肥料原理26：复制1）用简单、廉价的复

27、制品替代复杂、高价、易损、不易获得的物品；2）用图像替代实物，可以按一定比例放大或缩小图像；3）如果利用可见光的复制品，则转为红外线的或紫外线的复制。 例：虚拟现实系统；例：虚拟现实系统； 用卫星照片替代实地考察；用卫星照片替代实地考察； 利用紫外线诱杀蚊蝇利用紫外线诱杀蚊蝇原理27：廉价替代品 用若干便宜的物品替代昂贵的物品 例：用一次性的物品，可节省重复使用物品的清洗、例：用一次性的物品，可节省重复使用物品的清洗、 储存等费用；储存等费用； 火柴替代打火机火柴替代打火机 原理28：机械系统替代1）.用视觉、听觉、味觉系统替代机械系统；2）.使用与物体相互作用的电场、磁场 、电磁场。例：搬运

28、钢板可利用磁效应代替机械手，使设计例：搬运钢板可利用磁效应代替机械手，使设计 工作简单。工作简单。原理29：用气压与液压结构 将物体的固定部分用气体或流体替代，起到缓冲效果例：气垫运动鞋，减少运动对足底的冲击；例：气垫运动鞋，减少运动对足底的冲击； 汽车门的开关机构多采用气动或液压机构，汽车门的开关机构多采用气动或液压机构， 避免门与车体的刚性撞击避免门与车体的刚性撞击原理30：柔性壳体或薄膜1）使用柔性壳体或薄膜替代通常的结构2）使用柔性壳体或薄膜将物体与环境隔离例：农业上用塑料大棚种菜；例：农业上用塑料大棚种菜； 原理31：多孔材料1）使物体变为多孔或加入多孔性物体；2）若物体已有多孔结构，利用孔结构引入有用物质或功能。例：在物体上钻孔以减轻重量；例：在物体上钻孔以减轻重量； 药棉；药棉； 用带有孔的砖盖房不仅满足强度要求，而且用带有孔的砖盖房不仅满足强度要求，而且 即隔音又轻即隔音又轻原理32：改变颜色1）改变物体及其周围环境的颜色；2）改变物体透明度或可视性；3）对难以看清的物体使用有色添加剂或发光物质；4）通过辐射热改变物体的加热辐射性。例：感光玻璃；例：感光玻璃； 紫外光笔鉴别假钞；紫外光笔鉴别假钞； 透明绷带不必取掉便可观察伤情；透明绷带不必取掉便可观察伤情； 在太阳能电池板上使用剖物面镜来提高能量收集在太阳能电池板上使用剖物面