RIZ理论与创新设计

机械创新设计第八讲TRIZ理论与创新设计神奇的“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。

TRIZ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.Altshuller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。

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。

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，信封上写着“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。在1950年，他突然得到通知要到格鲁吉亚的第比利斯，他到达后就被逮捕了。2天后，在贝利亚的一个监狱里审讯开始，他被指控利用发明技术进行阴谋破坏，被判刑25年。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节次第一节概述第二节TRIZ的理论体系第一节概述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1.TRIZ——发发明问题题解决原原理G．S．．Altshuller（阿阿奇舒勒勒）以及及他的团团队在研研究250万件件专利的的基础上上提出的的。发现了什什么呢？？Altshuller的研究究发现技术系统统进化的的模式（（规律））在不同同工程及及科学领领域交替替出现。。创新设计计所依据据的科学学原理往往往来自自其他领领域，而而且数量量有限。。创造的原原理和方方法具有有普适性性传播前苏联解解体后，，TRlZ理论论系统地地传入西西方，在在美、欧欧各地得得到了广广泛的研研究与应应用，在在亚洲的的日本和和韩国也也得到广广泛重视视。目前前，TRIZ已已成为最最有效的的创新问问题求解解方法和和计算机机辅助创创新技术术的核心心理论。。来源与内内容2.TRIZ的一般般方法在利用TRIZ解决问问题的过过程中，，设计者者首先将将待设计计的产品品表达成成为TRIZ问问题，然然后利用用TRIZ中的的工具，，如发明明原理、、标准解解等，求求出该TRIZ问题的的普适解解或称模模拟解，，最后设设计者再再把该解解转化为为该领域域的解或或特解。。一般方法法图解例如3.TRIZ的定义义著名的TRIZ专家savransky博博士给出出了TRIZ的的如下定定义：TRIZ是基于于知识的的、面向向人的解解决发明明问题的的系统化化方法学学。4.TRIZ理论的的价值TRIZ创新理理论现在在已经在在欧美和和亚洲发发达国家家和地区区的企业业得到广广泛的应应用，大大大提高高了创新新的效率率。据统统计，应应用TRIZ理理论与方方法，可可以增加加80%～100％的的专利数数量并提提高专利利质量；；并提高高60％％～70％的新新产品开开发效率率；可以以缩短产产品上市市时间50％。。TRIZ的鲜明明特点和和优势:在问题解解决之初初，首先先确定“解解“的位位置，然后利利用TRIZ的的各种理理论和工工具去实实现这个个“解””；它成功地地揭示了了创造发发明的内内在规律律和原理理，着力于认认定和强强调系统统中存在在的矛盾盾，而不是逃逃避矛盾盾；它的最终终目标是是完全地地解决矛矛盾，获获得最终的理想想解，而不是采采取折中中或者妥妥协的做做法；它是基于于技术的的发展演演化规律律来研究究整个设设计与开开发过程程的，而而不再是是随机的的行为。。高度的评评价目前TRIZ被被认为是是可以帮帮助人们们挖掘和和开发自自己的创创造潜能能、最全全面系统统地论述述发明创创造和实实现技术术创新的的新理论论，被欧欧美等国国的专家家认为是是“超级发发明术””。阿奇舒勒勒创建TRIZ理论，，是发明明了发明与创创新的方方法。阿奇舒勒勒自己的的话“你可以以等待100年年获得顿顿悟，也也可以利利用这些些原理15分钟钟解决问问题。””有一位前前苏联很很有名气气的发明明家在听听了阿奇奇舒勒报报告后，，激动地地说：““要是早早知道TRIZ理论就就好了。。”5.TRIZ的发明明分级6.TRIZ的未来来发展趋趋势TRIZ理论是是前人知知识的总总结，目目前处于于“婴儿儿期”，，如何把把它进一一步完善善；如何合理理有效地地推广应应用TRIZ理理论；TRIZ理论的的进一步步软件化化，自动动化；进一步拓拓展TRIZ理理论的内内涵，尤尤其是把把信息技技术、生生命技术术、社会会科学等等方面的的原理和和方法纳纳入到TRIZ理论中中；将TRIZ理论论与其他他一些新新技术（（QFD，即质质量功能能布置)有机集集成。IEG-Ideation全球创新新问题解解决方案案理论和和六西格格玛管理理咨询培培训的领领导者。。Ideation自1992年于美美国密西西根的Southfield成立后后，主要要的任务务在运用用先进的的TRIZ(创创新问题题解决理理论)方方法，为为企业提提供创新新研发问问题解决决方案的的咨询与与培训服服务，为为提供客客户全面面的创新新卓越服服务，2005年与六六西格玛玛管理咨咨询的领领导者IEG集集团，在在亚太地地区共同同成立IEG-Ideation。。开发了了I-TRIZ。I-TRIZ的四种核核心能力力1.创造造性教育育-学学习如如何解决决任何领领域（技技术、营营销、管管理、安安全等））内的创创新问题题2.创新新问题解解决（IPS））-系系统解决决创新问问题3.预期期故障测测定（AFD））-积积极分分析和消消除现有有或潜在在系统故故障4.直接接进化（（DE））-开开发未未来几代代系统，，并控制制系统进进化。。体系结构构图TRIZ的五大大关键概概念功能资资源矛盾（冲冲突）技术系统统进化效应第二节TRIZ的理理论体系系1情景景分析2冲突解解决原理理3物-场场分析法法4技术系系统进化化理论5解决发发明问题题的程序序1情景景分析发明创造造过程从从揭示和和分析发发明情境境开始。。所谓发发明情境境，是指指任何种种工程情情境，它它突出某某种不能令令人满满意的特点点。情景分分析可可以认认为是是问题题描述述。（1））系统统资源源理解系系统和和描述述系统统必须须正确确把握握系统统的资资源设计中中的可可用系系统资资源对对创新新设计计起着着重要要的作作用，，问题题的解解越接接近理理想解解，系系统资资源就就越重重要。。直接资资源、、导出出资源源、差差动资资源直接应应用资资源物质资资源：：木材材可用用作燃燃料。。能量资资源：：汽车车发动动机驱驱动后后轮或或前轮轮工作作场资源源：地地球上上的重重力场场及电电磁场场。信息资资源：：汽车车运行行时所所排废废气中中的油油或其其他颗颗粒，，表明明发动动机的的性能能信息息。空间资资源：：仓库库中多多层货货架中中的高高层货货架。。时间资资源：：双向向打印印机。。功能资资源：：人站站在椅椅子上上更换换屋顶顶的灯灯泡时时，椅椅子的的高度度是一一种辅辅助功功能。。毛坯是铸铁铁的导出资资源木头的各向向异性就是是差动资源源；二极管管的单向导导电性（2）理想想化因为技术系系统是功能能的实现，，同一功能能存在多种种技术实现现，任何系系统在完成成所需的功功能时，都都产生有害害功能。为了对正反反两方面作作用进行评评价，采用用如下公式式：理想化＝有有用功能之之和／有害害功能之和和怎样增加理理想化？怎样增加理理想化？理想化＝有有用功能之之和／有害害功能之和和增加有用功功能减少有害功功能最终理想解解（IFR）IdealfinalresultTRIZ理理论在解决决问题之初初，首先抛抛开各种客客观限制条条件，通过过理想化来来定义问题题的最终理理想解（idealfinalresult，IFR），以以明确理想想解所在的的方向和位位置，保证证在问题解解决过程中中沿着此目目标前进并并获得最终终理想解，，从而避免免了传统创创新涉及方方法中缺乏乏目标的弊弊端，提升升了创新设设计的效率率。最终理想解解(IFR)有四个个特点：1、保持了了原系统的的优点；2、消除了了原系统的的不足；3、没有使使系统变得得更复杂；；4、没有引引入新的缺缺陷等。思考：一个大而复复杂的溶洞洞，希望在在不损害溶溶洞环境，，和不消耗耗太多资源源（时间和和金钱）的的情况下，，测出各处处的高度。。控制一个容容器水位的的方法。理想设计一个主要的的、有用的的功能，可可以用一个个并不存在在的系统来来实现，这这种思维方方式可以使使创新设计计在短时间间内完成。。月球探测车车的探照灯灯灯罩问题题固体物质放放在盛有酸酸的容器中中进行耐酸酸性实验，，容器的抗抗腐蚀性问问题增加理想化化的具体方方法简单的说集成：采用用更综合的的子系统、、合并离散散子系统简化：整体体置换、去去除元件、、去除辅助助功能、去去除双重元元件、自服服务自服务：红红薯切片机机，进给是是靠重力实实现的，张张紧装置油漆的溶剂剂是有毒的的，……无毒的粉末末颜料，洒洒在工件表表面，加热热工件即可可。理想化设计计的步骤（1）描述述需要改进进的性能（2）描述述理想的性性能（3）有没没有现成的的方法来实实现理想性性能如果你的问问答是肯定定的，那么么就是说你你已经有了了新的方法法，不过，，务必要证证明一下。。理想化设计计的步骤如果你的回回答是否定定的，那么么，应该考考虑一下怎怎么更有效效地利用资资源。如果你的回回答是肯定定的，但是是这种方法法还有一些些其他的冲冲突和矛盾盾，那么应应该去解决决该矛盾。。如果有一个个障碍物阻阻止你去实实现理想状状态，那么么描述该物物体并搞清清楚为什么么它是一种种障碍。(4)你你认为做出出什么样的的改动才能能克服这个个障碍。这与前面的的什么原理和方法相相一致呢属性列举法法缺点列举法法希望点列举举法完满创造原原理熔炉温度的的水冷控温温熔炉温度不不能过高，，水冷降温温水管破裂，，水不能溢溢出真空抽水泵泵为什么会溢溢出？内部压力比比外部压力力高solution2冲突解解决原理冲突概念冲突解决原原理冲突矩阵（1）冲冲突概念在提高产品品或系统的的某方面的的性能时，，结果使其其另一些方方面的性能能受到负面面影响，则则设计出现现了冲突。。飞机为了增增加载重能能力需要减减轻自身重重量；为了加快重重型运输机机装卸货物物的速度，，飞机上需需要有移动动式起重机机，增加了了飞机的额额外负载；；产品功能和和性能的耦耦合性为了提高产产品的市场场竞争力，，需要不断断根据市场场的潜在需需求对产品品进行改进进设计。创新的目的的是使产品品在功能上上不断完善善，在性能能上不断提提高。功能能和功能之之间、性能能和性能之之间存在着着潜在的联联系，使它它们相互制制约。冲突的普遍遍性和动态态性：联系系的普遍性性是矛盾的的根源；需需求变更刺刺激冲突不不断变化。。例如：质量量和价格以小汽车为为例小汽车的有有用功能是是什么？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物的功能，，会怎样呢呢？彻底解决冲冲突的思想想按传统设计计中的折中中法，冲突突并没有彻彻底解决，，而是在冲冲突双方取取得折中方方案，或者者说降低冲冲突的程度度。TRIZ理理论认为，，产品创新新的标志是是解决或移移走设计中中的冲突，，而产生新新的有竞争争力的解。。发明问题题的核心是是发现冲突突并解决冲冲突，未未解决冲突突的设计并并不是创新新设计。冲突的分类类（2）物理理冲突：系统同时存存在矛盾或或相反要求求的状态。。如对软件件要求操作作简单，功功能多样。。手机尺寸寸小便于携携带，但又又要求屏幕幕大和键盘盘大。对某种材料料的性能既既要有足够够的刚度以以抵抗变形形，又要有有足够的柔柔性以抵抗抗冲击。分离原理解决物理冲冲突主要采采用分离原原理空间分离案案例：自行行车早期的自行行车有快速速性和舒适适感两种亟亟待提高的的性能需求求，导致存存在两个物物理冲突：：高速——直直径大的车车轮，乘坐坐舒适———小的车轮轮；高速——快快蹬，乘坐坐舒适———慢蹬。链轮与链条条发明以后后，是脚踏踏板和车轮轮在空间上上分离开来来，实现了了增速一下下解决了两两对矛盾。。时间分离案案例：床睡觉时大一一点搬运时小一一点不睡时不占占空间怎么办？整体与部分分的分离手机小一点点便于携带带手机大一点点便于使用用拉盖翻盖（3）技术术冲突某个参数或或特性优化化时，往往往引起其他他参数或特特性劣化：：尺寸与重量量稳定性-汽汽车的地盘盘高度-路路况适应性性阿奇舒勒通通过对大量量发明专利利的研究，，总结出工工程领域内内常用的表表述系统性性能的39个通用参参数，通用用参数一般般是物理、、几何和技技术性能的的参数。尽尽管现在有有很多对这这些参数的的补充研究究，并将个个数提高到到了50多多个，但在在这里我们们仍然只介介绍核心的的这39个个参数。39个工程程参数1运动物体体的重量2静止物物体的重量量3运动物体体的长度4静止物物体的长度度5运动物体体的面积6静止物物体的面积积7运动物体体的体积8静止物物体的体积积9速度10力11应应力或压力力12形形状13结构的的稳定性14强强度15光照度16温度度17运动物物体作用时时间18静止物物体作用时时间39个工程程参数19运动物物体的能量量20静静止物体的的能量21功率22能量损损失23物物质损失24信息损损失25时间损损失26物物质质或或事事物物的的数数量量27可可靠靠性性28测测试试精精度度29制制造造精精度度30物物体体外外部部有有害害因因素素作作用用的的敏敏感感性性31物物体体产产生生的的有有害害因因素素39个个工工程程参参数数32可可制制造造性性33可可操操作作性性34可可维维修修性性35适适应应性性及及多多用用性性36装装置置的的复复杂杂性性37监监控控与与测测试试的的困困难难程程度度38自自动动化化程程度度39生生产产率率自行行车车赛赛车车轻便便-坚坚固固坚固固-成成本本(3)冲冲突突解解决决原原理理TRIZ引引导导设设计计者者挑挑选选能能解解决决特特定定冲冲突突的的原原理理，，其其前前提提是是要要按按标标准准参参数数确确定定冲冲突突。。然然后后利利用用40条条发发明明创创造造原原理理解解决决冲冲突突。。见后后40条条发发明明创创造造原原理理1））分分割割2））抽抽出出3)部部分分改改变变4)不不对对称称性性5））组组合合6））多多功功能能性性7)嵌嵌套套构构成成8)配配重重平平衡衡9)预预先先反反作作用用10)预预置置动动作作11)预预先先对对策策预预防防12)等等位位性性13)逆逆问问题题14)回回转转、、弯弯曲曲性性15)动动态态性性16)部部分分或或过过度度的的作作用用17)维维数数变变化化18)振振动动19)周周期期性性动动作作20)有有用用动动作作持持续续21)超超高高速速作作业业22)变变害害为为益益23)反反馈馈24)中中介介25））自自服服务务26)代代用用品品27)用用廉廉价价、、寿寿命命短短的的物物体体代代替替高高价价耐耐久久的的物物体体28)机机械械系系统统的的替替代代29)气气体体力力学学和和水水力力学学30)柔柔性性壳壳体体或或薄薄膜膜33)同同质质性性34)抛抛弃弃与与修修复复35)参参数数变变化化36)相相位位变变化化37））热热膨膨胀胀38)使使用用强强氧氧化化剂剂39)惰惰性性环环境境40)复复合合材材料料（4））冲冲突突解解决决矩矩阵阵该矩矩阵阵将将描描述述技技术术冲冲突突的的39个个通通用用工工程程参参数数与与40条条发发明明创创造造原原理理建建立立了了对对应应关关系系，，很很好好地地解解决决了了设设计计过过程程中中选选择择发发明明原原理理的的难难题题。。应用用该该矩矩阵阵的的过过程程步步骤骤是是：：首先先在在39个个通通用用工工程程参参数数中中，，确确定定使使产产品品某某一一方方面面质质量量提提高高及及降降低低(恶恶化化)的的工工程程参参数数A及及B的的序序号号，，然然后后将将参参数数A及及B的的序序号号从从第第一一行行及及第第一一列列中中选选取取对对应应的的序序号号，，最最后后在在两两序序号号对对应应行行与与列列的的交交叉叉处处确确定定一一特特定定矩矩阵阵元元素素，，该该元元素素所所给给出出的的数数字字为为推推荐荐解解决决冲冲突突可可采采用用的的发发明明原原理理序序号号。。3物质—场场分析Altshuller对对发明问题解解决原理的贡贡献之一是提提出了功能的的物质—场描描述方法与模模型。其原理理为：所有的的功能可以分分解为两种物物质和一种场场，即一种功功能由两种物物质及一种场场的三元件组组成。产品是是功能的一种种实现，因此此，可用物质质—场分析产产品的功能，，这种分析方方法是TRIZ的工具之之一。物与场一般的物质都都应用在TRIZ理论中中，所有的物物质按其本身身的复杂程度度而属于不同同的水平。当当然，这里所所谓的物质可以是一一个独立的物物体，也可以以是一个复杂杂的系统。完成某种功能能所需的方法法或手段就是是场。作用在物质上上的能量或场场主要有：Me-机械能能Th-热能ch-化学能E-电能M-磁磁场G—重力场场物质—场模型型系统的作用就就是实现某种种功能，理想想的功能是场场Field(F)通过过物质substance2(S2)作用于于Substance1(S1)并并改变S1。。其中，物质质(S1和S2)的定义义取决于每个个具体的应用用。每一种物物质都可以是是材料、工具具、零件、人人或者环境等等。S1是系系统动作的接接受者。S2通过某种形形式作用在S1上。不同连接线的的含义物质—场模型型76种标准解解依据该模型，，Altshuller等提出了76种标准解解并分为以下下5类：①改变和仅少少量改变已有有系统：13种标准解。。②改变已有系系统：23种种标准解。⑦系统传递：：6种标准解解。④检查与测量量：17种标标准解。⑤简化与改善善策略：17种标准解。。由已有系统的的特定问题，，将标准解变变为特定解即即为新概念。。效应效应指应用本本领域特别是是其他领域的的有关定律解解决设计中的的问题。如采采用数学、化化学、生物和和电子等领域域中的原理解解决机械设计计中的创新问问题。物场模型解决决问题的流程程例子思考钢丸发送机在在拐弯处磨损损严重，想想想办法例子2怎样样将树皮和木木片分开比重比重差别不大大呢物-场分析只有两个场即即电磁场与引引力场可供选选择，考虑到到树皮和木片片在密度上差差别不大，所所以亦可放弃弃引力场。这这样只剩下电电磁场了。但但是因为磁场场不作用于木木片和树皮，，所以必须进进行“木片或或树皮在电场场中的行为表表现”的实验验。实验结果果表明，在电电场中树皮的的微粒带负电电，木片的微微粒带正电。。根据这一物物理现象制造造了分选机，，把木片与树树皮被确定无无误地分开。。思考肥皂生产线出出现了这样的的一个缺陷：：经常出现空空盒，不经意意间把空盒卖卖出，有欺骗骗之嫌，会丢丢失客户。请改进之思考冲床伤手的危危险怎么解决决？思考在许多加工过过程中需要冷冷却液，冷却却液要循环利利用，必须将将切屑从中分分离出来。请想一个简单单易行的方法法。4技术系统统进化（演变变）论技术系统：所所有运行某个个功能的东西西可称为技术术系统。任何何技术系统均均包括一个或或多个子系统统，每个子系系统执行自身身功能，它又又可分为更小小的子系统。。系统进化论