TRIZ理论及其典型运用

TRIZ理论及其典型运用田诗意1010100101（湖北工业大学,10创新班）[摘要]本文从TRIZ理论的发展，核心思想以及其技术系统等方面详细介绍了一种科学的解决发明问题的方法，通过发明原理与冲突矩阵这些工具能够有效率的解决工程技术上的难题。[关键词]TRIZ理论，技术系统，40个发明原理，冲突矩阵1引言TRIZ的含义是发明问题解决理论，其拼写是由“发明问题的解决理论”俄语含义的单词首字母（TeoriyaResheniyaIzobretatelskikhZadatch）组成，英文全称是TheoryoftheSolutionofInventiveProblems，因此在欧美国家缩写为TIPS。人类进入工业化社会以来产生了无数的发明创造，设计制造了各种各样的机械设备，这些发明创造的创新过程是具有通用的规律的，TRIZ理论可以科学的运用这些规律帮助我们进行创新设计。2TRIZ理论的概述2.1TRIZ理论的发展TRIZ理论是由前苏联发明家阿利赫舒列尔(G.S.Altshuller)1946当时Altshuller在前苏联里海海军的专利局工作，在处理世界各国著名的发明专利过程中，Altshuller发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡，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趋势。以后数十年中，Altshuller穷其毕生的精力致力于TRIZ理论的研究和完善。在他的领导下，前苏联的研究机构、大学、企业组成了TRIZ的研究团体，分析了世界近250万份高水平的发明专利，总结出各种技术发展进化遵循的规律模式，并综合多学科领域的原理和法则，建立起TRIZ理论体系。80年代中期前，该理论对其他国家保密，80年代中期，随一批科学家移居美国等西方国家，逐渐把该理论介绍给世界产品开发领域，对该领域已产生了重要的影响。现在，国际上已经对超过250万项出色的专利进行过研究，并大大充实了TRIZ的理论和方法体系。有的公司根据TRIZ和专利的数据库，创造出计算机辅助创新系统，使发明创新的自动化初现曙光。但是，TRIZ更多的是一种思想或者方法，人们应该通过大量的习题来掌握它，计算机是无法完全取代人的作用的。2.2TRIZ相对于传统创新方法的优势随着社会的进步和科学技术的迅猛发展,人类对于产品功能的要求越来越高,创新时遇到的问题变得非常复杂,创新所涉及的科学;领域越来越多.如果解决方法是某一领域的经验的话,可以通过少量的尝试达到目的,但是如果在某一领域找不到问题的解决方法,则发明者就要到其他领域寻找,这种尝试就变得非常困难.传统的传新方法如头脑风暴法,尝试法会因为发明家的心理惯性而受到约束,比如一个机械工程师想要改变轴的转速,他往往会从机械的角度去变速而不会去从电气的角度变速.磁悬浮轴承单排轴承TRIZ理论具有鲜明的特点和优势。它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，获得最终的理想解，比传统方法更加易于操作、系统化、流程化，不过多的依赖设计者的灵感。个人知识以及经验进行创新。磁悬浮轴承单排轴承2.3TRIZ核心思想及解决发明问题的方法TRIZ的核心思想:无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术都一直处于进化之中,其发展都遵循着客观的规律演变,各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力..解决发明问题流程图使用物-场分析等方法将待设计的物理产品问题表达为通用问题。利用TRIZ中的原理和工具，如发明原理等，求出该通用问题的通用解决方法。根据通用解决方法的提示，参考各种已有的知识，设计待定问题的创新解决方法。3.技术系统及其进化法则3.1产品的进化分析TRIZ理论认为任何产品都是有其发展规律的，他们在本质上都沿着相同的演变路线不断进步和发展。多排轴承多排轴承微小轴承微小轴承TRIZ中的产品进化理论将产品进化过程分为4个阶段：婴儿期、成长期、成熟期、衰亡期。处于前两个阶段的产品，企业应加大投入，尽快使其进入成熟期，以便企业获得最大效益；处于成熟期的产品，企业应对其替代技术进行研究，使产品取得新的替代技术，以应对未来的市场竞争；处于退出期的产品，企业利润急剧下降，应尽快淘汰。这些可以为企业产品规划提供具体的、科学的支持。3.2.1技术系统技术系统由多个子系统组成,并通过子系统之间的相互作用实现一定的功能，简称为系统。子系统本身也是系统，是由元件和操作组成。系统更高级系统称为超系统。例如电冰箱这个技术系统，其压缩机、压缩板、散热板、照明灯等都是冰箱的子系统；而电冰箱所处的环境，如房间就是冰箱这个系统的超系统。3.2.2系统的进化法则提高理想度法则一个系统在实现功能的同时，必然有两个方面的作用：有用功能和有害功能。理想度是指有用作用和有害作用的比值。系统改进的一般方向是最大理想度比值，在建立和选择技术系统的同时需努力提升理想度水平.在锁体抛光机的设计中如下图所示。首先对抛光原理进行技术分析，通过执行系统实现锁体抛光，从对平面锁体抛光到对圆弧锁体抛光，进一步提高系统的有用功能。抛光过程中，产生粉尘是有害功能，通过吸尘装置降低了抛光机的有害功能进一步提高了理想度。在设计过程中形成了抛光执行机构的专利，圆弧锁体抛光专利、吸尘装置专利。子系统的不均衡进化法则在设计系统时应充分考虑各子系统的进化情况，系统整体性能取决于各子系统技术的发展，系统专利布局由系统专利和各子系统专利组成。在实施专利布局时应充分考虑子系统S曲线中各阶段的专利特点，最终形成围绕系统和子系统的专利布局，对系统实施全面保护如自行车使用后轮带动前轮前进,前后轮大小相同以保持自行车平稳和稳定.完备性法则要实现某项功能,一个完整的技术系统必须包括以下四个部件：动力装置、传输装置、执行装置和控制装置。例如汽车的完整系统。能量传递法则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。如果元件不接受能量，它就不能发挥作用,那么整个系统就不能执行其有用功能.例如收音机不能在金属屏蔽的环境中正常接收信号向超系统进化的原则技术进化方向是沿着单系统-双系统,-多系统的方向发展..例如多功能瑞士军刀向微观级进化的原则:如从真空管到晶体管到集成电路协调性原则:系统的各个部件在保持协调的前提下,充分发挥各自的功用.例如网球拍的重量和力量的协调.4.TRIZ的发明原理4.1解决冲突的办法发明问题的核心是解决冲突,为克服冲突的设计不是创新设计.冲突可以分为物理冲突和技术冲突.对于物理冲突可以采用分离原理寻求解决方案.对于技术冲突,则依据技术冲突矩阵找到相应的发明原理,找出解决冲突的办法.冲突解决流程图如下.4.240条发明原理下面对几个典型的发明原理作简要阐述a.分割原则（分离法）（1）将物体分成独立的部分。（2）使物体成为可拆卸的。（3）增加物体的分割程度。实例：组合家具，分类垃圾箱，百叶窗，分体式冰箱等。如：分体式电子琴可以拆卸为相互独立的部分，既可单独使用又可联合使用，既便于携带又节省空间。b抽取原则（提取法）（1）从物体中抽出产生负面影响（即“干扰”）的部分或属性。（2）从物体中抽出必要的部分或属性。实例：避雷针，舞台上的反光镜。如：避雷针利用金属导电原理，将可能对建筑物造成损害的雷电引入大地，以消除雷电对建筑物的损害c、多功能原则（一物多用法）使一个物件、物体具有多项功能以取代其余部件。实例：可以坐的拐杖，可当做U盘使用的MP3、多功能螺丝刀等。如：数码摄像机兼有摄像、照相、录音、硬盘存储功能。d.反重量原则（巧提重物法）（1）将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消其重量。（2）将物体与介质（最好是气动力和液动力）相互作用以抵消其重量。实例：热气球、使广告条幅在空中飘荡的氢气球、快艇等。如：热气球利用燃烧形成的热空气升空。e、预先作用原则（预先作法）（1）预先完成要求的作用（整个的或部分的）（2）预先将物体安放妥当，使它们能在现场和最方便的地点立即完成所起的作用。实例：透明胶带架、在停车场安置的缴费系统等。如：灭火器在易于发生火灾的地点安放好，用来快速消除火灾发生时的不利影响。f、预先应急措施原则（预先防范法）以事先准备好的应急手段补偿物体的低可靠性。实例：安全气囊、降落伞的备用包、安全出口、电梯的应急按钮等。如：事先给汽车安放安全气囊，在发生交通事故时，将驾驶员的伤害降到最低。g、动态原则（动态法）（1）物体（或外部介质）的特性的变化应当在每一工作阶段都是最佳的。（2）将物体分成彼此相对移动的几个部分。（3）使不动的物体成为动的。实例：用于矫正牙齿的记忆合金，分成一段一段的利于转弯的火车车厢，可以弯曲的吸管等。h、自服务原则（自助法）（1）物体应当为自我服务，完成辅助和修理工作。（2）利用废弃的资源、能量和物质。实例：可以自己充电的机器人、用食物或野草等有机废物做的肥料等。如：大部分计算机都具有自我更新，自我修复的功能。这样能够避免人们繁琐复杂的劳动和可能犯下的错误，节约时间。i、多孔材料原料（孔化法）（1）将物体做成多孔的或利用附加多孔元件。（2）如果物体是多孔的，事先用相应物质填充空孔。实例：生活中用的纱窗，录音棚用的隔音板，枪械中用的消声器等。j、变色原则（色彩法）（1）改变物体或外部介质的颜色。（2）改变物体或外部介质的透明度。（3）为了观察难以看到的物体或过程，利用染色添加剂。（4）如果已采用了这种添加剂，则彩荧光粉。实例：彩色荧光棒，在街道上经常看见的荧光灯等。如：交通警察的警服通常添加明显标志和荧光粉，有利于警察在黑暗的环境中的醒目和安全。k、热膨胀原则（热膨胀法）（1）利用物体热胀冷缩的性质。（2）利用一些热膨胀系统不同的材料。实例：热气球因热膨胀而升上天，利用热膨胀将扁的乒乓球恢复原样。如：温度计利用热胀冷缩的原理测量温度。l、复合材料原则（复合材料法）用复合材料替代单一材料。实例：复合地板，合成橡胶轮胎等。如：笔记本电脑的外壳使用混合材料，增加强度，保护电脑。具体的40个原则如下表1分割11事先防范21减少有害作用的时间31多孔材料2抽取12等势22变害为利32颜色改变3局部质量13反向作用23反馈33均质性4增加不对称性14曲面化24借助中介物34抛弃或再生5组合15动态特性25自服务35物理或化学参数改变6多用性16未达到或过度的作用26复制36相变7嵌套17空间维数变化27廉价替代品37热膨胀8重量补偿18机械振动28机械系统替代38强氧化剂9预先反作用19周期性作用29气压和液压结构39惰性环境10预先作用20有效作用的连续性30柔性壳体或薄膜40复合材料5．冲突矩阵39个特征参数39项通用技术特征参数描述了问题的技术特性，40条发明原理表明了问题的解决方法。研究人员通过长时间的分析与研究，提出了冲突矩阵的概念，冲突解决矩阵解决的行表示冲突中的恶化参数，列表示改善参数，单元格中列出了部分解决该问题的发明原理。如下图所示：6.结束语TRIZ理论以其良好的可操作性、系统性和实用性在全球的创新和创造学研究领域占据着独特的地位。在经历了理论创建与理论体系的内部集成后，TRIZ理论正处于其自身的进一步完善与发展，以及与其它先进创新理论方法的集成阶段，尤其是已成为最有效的计算机辅助创新技术和创新问题求解的理论与方法基础。实践证明，运用TRIZ理