TRIZ理论的简介及其应用

TRIZ理论的简介及其应用实例蒋宇航（湖北工业大学，武汉430068；【摘要】人类进入工业化社会以来产生了无数的发明创造，设计制造了各种各类的机械设备，这些发明创新的过程是否具有可以遵循的通用规律呢？如果存在这样的规律，我们又能如何运用这些规律呢？TRIZ理论是前苏联发明家阿奇舒勒创立的，他分析了全球近250万份高水平的发明专利，经过总结和研究，同时综合多学科领域的原理和法则，建立起TRIZ理论体系。经过50多年的发展，TRIZ理论已经成为解决技术问题或发明问题的强有力的方法学，到目前为止该理论被认为是最全面、最系统地论述解决发明问题、实现技术创新的理论,它被美国及欧洲等国称为“点金术”【关键字】TRIZ，简介，应用1引言TRIZ法是一种基于知识法是的方法：它解决发明问题启发式的知识，它采用自然科学及工程技术中的效应知识，它是技术问题领域的知识；TRIZ法是面向人的方法，而不是面向机器；TRIZ系统化的方法；TRIZ法是发明问题解决理论；TRIZ具有普遍性，其解决方案为创造性解决问题提供了积极和准确的参考，与通常的头脑风暴相比较法，TRIZ更加易于操作、系统化、流程化，不过多的依赖于设计者的灵感、个人及经验的创新。2TRIZ理论的简介2.1TRIZ理论的起源TRIZ的研究始于1946年，创始人为前苏联海军工程师、发明家根里奇•阿奇舒勒。在苏联里海海军专利事务局处理专利事务的数年中，阿奇舒勒发现仅仅从心理学角度并不能很好地揭示发明创造的客观规律，他逐渐认识到发明的实质就是技术系统发生根本性变化，因此他将注意力转移到对高水平发明专利的分析研究上，其主要目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则，并将之归纳总结，形成能指导技术创新、管理创新的理论方法体系。阿奇舒勒从来自于世界各地的20多万项专利中挑选了4万份发明专利开始进行严格的分析、筛选与统计，并多个学科领域的科学原理、法则相结合。这一高难度、费时费力的艰苦工作奠定了TRIZ的理论基础，也为日后将要开发的各种问题解决工具奠定了基础。自此，人们有了一种世界级的创新方法学一一TRIZ。TRIZ成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，而不是逃避矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得理想化的最终结果，而不是采取折衷或者妥协的做法，而且它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程，而不再是随机的行为。TRIZ是创新方法学，有着成套的创新思维、方法和解题工具，不是一招一式的相对简单的创新技法。创新不再仅仅依赖试错了！这是人类创新史上的一个重大突破。运用TRIZ理论，可大大加快人们发明创造的进程而且能得到高质量的创新产品。TRIZ告诉我们，任何领域的产品改进、技术的变革与创新，都像生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡的过程，是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律，就能能动地进行产品设计并能预测产品的未来发展趋势。TRIZ的发展首先，TRIZ的发展方向：TRIZ是在前苏联计划经济体制下形成的，企业间很难存在竞争，但是今天的企业不得不面临残酷激烈的竞争。传统TRIZ对于那些急于学习创新性方法的企业工程师来说，显得过于庞杂。另外，传统TRIZ还存在一些缺陷，如目前TRIZ知识库中还没有当前十分风行的信息技术和生物技术的成果。因此，为了适应现代产品设计的需要，TRIZ不得不面临自身现代化的建设问题，这是当前国际上TRIZ研究的重点一。其次，TRIZ自身的完善：TRIZ有4个发展方向：（1）技术起源和技术演化理论；（2）克服心理惯性的技术；（3）分析、明确描述和解决发明问题的技术；（4）指导建立技术功能和特定设计方法、技术和自然知识之间的关系。再次，TRIZ与其它方法的集成：TRIZ主要是解决设计中如何做的问题，对设计中做什么的问题未能给出合适的工具。大量的工程实例表明，TRIZ的出发点是借助于经验发现设计中的冲突，冲突发现的过程也是通过对问题的定性描述来实现的。因此，如何将TRIZ与其他设计方法相结合，以弥补TRIZ的不足，已经成为设计领域的重要研究方向。TRIZ理论的体系结构_i3TRIZ理论的应用实例3・1基于TRIZ理论的传统剪刀创新设计3.1.1手握式剪刀的传统形态的设计剪刀的操作全过程与人的手是脱离不开的。剪刀作为一种手握式工具，也应该按照人机工程学的原则去设计。然而，传统剪刀的设计却不符合这一原则，还没有达到最优的形态。这就使操作者在操作剪刀的过程中，长久使用时手肘部位感到特别的疲劳，从而降低我们的工作效率，见图1。图1传统剪刀3.1.2传统剪刀所存在的弊端的解决(1)利用TRIZ原理的第4个理论——不对称原理(1)不对称原理(1)的内容：将物体的形状由对称变为不对称。从抓握动作来看，可分为着力抓握和精确抓握。使用剪刀的方式是属于着力抓握的方式。着力抓握就是指抓握轴线和小臂几乎垂直，稍屈的手指与手掌形成夹握，手指着力。在这样状态下使用剪刀时人们就会特别舒适。目前人们使用传统剪刀，手处于非正常的状态，会感觉到特别的不舒适，而这种非正常状态是人手的尺侧偏状态。传统剪刀的手握部位是采用对称式直线结构。人们在操作时必须使手腕处于尺侧偏的状态，让人从生理上就不会适应其操作的方式。而且处于这种状态下，人的手部力量不会被完全发挥出来，从而限制了人们工作效率的提高。基于上面的分析，传统剪刀顺直式样操作时手腕所处的状态与人机工程学手腕保持顺直状态相违背，这就要求我们必须改变传统剪刀的外在形状来适应人的手腕特征。一般认为,将工具的把手与工作部分弯曲10°左右，这种状态下的效果是最好的。(2)利用TRIZ原理的第24个原理——中介物原理(1)中介物原理(1)的内容：使用中介物传递某一物或某一种中间过程。产品都是为人而设计的，就体现了设计为人服务的目的。〃为人服务〃的最基本的表现形式是以设计物来适应人的生理特点，满足人的生理需求和精神要求。这就要求我们对物的结构、材料、功能等因素进行恰当的合理设计。而人类的设计和设计物总是体现了一定时期人们的审美意识、伦理道德、历史文化和情感等精神因素，这就体现了物的人性化。长久使用剪刀产生手痛甚至破皮。其原因除了剪刀形态还没有达到最优化的状态外还有一种原因是手握部分的材料。传统剪刀的手握部分的材料绝大多数是钢铁。在使用的时候，手必然会与剪刀进行强烈的摩擦、挤压，这就使得手指疼痛。要改变这种情况，可以用柔软的塑料来缓冲用力使用剪刀时的压力和摩擦力，从而达到解决上述所产生的问题。手在接触钢铁时，会产生一种冰冷的、钢硬的感觉在使用产品时自然会和剪刀这个操作工具产生一种心理上的距离。这种材料的使用就脱离了以人为本的设计观念。所以就得用一种有亲和力的材料来代替它［。由于要使人的手部不与钢铁接触，这就要求设计者采用新的具有亲和力的材料去取代钢铁。即选择比较实惠的、柔软的、具有一定弹性的塑料。如果剪刀手握部分(塑料)与剪刀刀身(钢铁)的直接连接，会让剪刀的牢固性大大的降低。基于上面的原因，将弹性塑料附属在剪刀的握手部位，见图2。

图2新式剪刀3.2基于TRIZ理论的自行车进化及创新设计3.2.1自行车的进化过程自行车的进化史遵循一定的客观规律和模式在不断向前发展的。技术系统进化的八大法则与模式(如表1)指导产品的创新发展。表1披朮泵统迪化八大注则疑技朮第銃进化模式技术系统进业八大法则技术系统进化模式法则h技术来纯逬化曲蜒法刚榄式1:玆术聚址甬生命周期为出生、班畏、贼熟.迟出注则2：提高理想化法则模式2：増加理忙化水平也则矢子系统不均術进化法则槿试3：乐统的用均術岌盟碱冲決的岀现法则4：动态性进化法则犠式4：憎加动态性及町控性法则忑向趙系毓进化法则模式乱通过鑒虫以憎加系统功能法则念广系统协呵性注则模甜部件的匹配与不匹配卷皆出现法则T：向额靈和场的应用进化注则模式7：由宓规系统向微观系统进化法则乐向自动化方向进化法则模式乩喑加自动代理度，减少人的弁入依照模式3与模式6,自行车系统不均衡发展导致矛盾冲突的出现及部件的匹配与不匹配交替出现，均会引发自行车创新形式的出现，矛盾冲突的合理解决推动自行车的进化发展。自行车的最初原型设计如图3(a)所示，呈现的矛盾是速度太慢。为解决冲突，出现如图3(b)所示，前轮大于后轮，速度与前轮直径成正比，为提高速度不断增大前轮直径，矛盾再次出现即自行车的稳定性变差，就出现如图3(c)所示的链条传动系统自行车，这种自行车提高了稳定性，提高了速度。但这种自行车的链条系统是松散的配合状态，容易出现脱链现象，为了进一步解决冲突，新型无链自行车研制成功，如图3(d)所示，采用齿轮传动，不

会出现松脱现象，而且机械传动效率很高。依照模式8,向自动化方向发展，是电动自行车及电动折叠自行车的研发显示更强的优势，如图3(e)所示3 ⑹3 ⑹(^)图3自行车的演化发展3.2.2传统自行车的创新设计随着科技的进步与发展，自行车的功能已不再是简单的代步工具，向着便携化，健身化,娱乐化，轻质化形式发展，呈现出多用化的功能与形式，如图4(a),(b),(c),(d)所示。自行车车架的材质选用也趋于轻质化。镁合金材料是制造高档轻便自行车及电动自行车的理想材料。

⑹ (d)图4传统自行车的创新设计3.2.3折叠电动自行车的创新设计依据自行车进化过程分析，未来自行车设计应重点趋于便携及宜人的特点。根据此设计理念，进行一款折叠电动自行车的设计，如图5所示。通过合理的折叠结构及轻质材料的应用，实现自行车体量的最小化，以电池为动力能源，增强爬坡能力，为乘骑者创造宜人的使用方式。图5折叠电动自行车的创新设计4结束语创新理论和创新实践都证明，创新能力是人的一种潜能，是人人都具有的一种能力，而且这种能力可以经过一定的学习和训练得到激发和提升。现实生活中人们将发明创造更多地归结为发明家的任务，其实这是对创新活动存在的一个认识上的误区。事实证明创新和其他活动一样，也具有自身内在的规律和方法。熟知和掌握这些创新规律与原理知识对于提升我们的创新水平和效率都具有重要的价值。创新知识一旦被人们所掌握，就会为其受体带来极大的创新能力，获得运用创新思维和创新方法打开通往其他知识大门的钥匙。学习、研究、应用、推广TRIZ理论可以大大缩短发明创造的进程，提升产品的创新水平