创新思维与发明问题解决方法文档格式.docx
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●耗费巨大
●已走弯路，创新效率低。
●TRIZ创新方法
●发明的等级
●一级：
问题明显且解题容易，所需知识来源于某一狭窄的知识领域。
占比32%，需要数次实验，比如水杯
●二级：
存在于系统中的问题不明确，所需知识属于某一技术的分支。
占比45%，需要数10次实验，比如有盖子的杯子，能保温的杯子（改进了几个组件）
●三级：
通常由其他等级系统中衍生而来，所需知识属于其他技术分支。
占比18%，需要数百次实验，比如有内胆、有密封饮嘴的保温杯（改进了多个组件）
●四级：
来源于不同的知识领域，包括一些鲜为人知的物理化学现象等。
占比4%，需要数千次实验，比如一次性纸杯（在基本功能方面有原理上的变化，创造性地采用了不被水浸湿的纸，将人类从病毒中解救出来的一个有效方法）内燃机、集成电路等
●五级：
来源或用途不确定，选择的动力没有先例，其知识范围超越了科学的界限。
占比小于0.3%，需要数百万次实验，比如晶体管，电话，飞机，PC等自然界从未有过的东西。
●TRIZ解决问题的范围
●阿奇舒勒认为一级发明过于简单，大量低水平的一级发明抵不上一项高水平的发明，因此不具参考价值。
●五级发明对于一般科研人员来说又过于困难，无法利用TRIZ来解决，这也是TRIZ自身的一个局限性。
●TRIZ是在分析二级、三级和四级发明专利的基础上归纳、总结出来的，因此利用TRIZ可以解决一级到四级的发明问题。
●技术系统：
由具有相互联系的组件与组件之间的相互作用所组成的，以实现某种功能或职能的事物的集合。
●技术系统是一种“人造”的系统，能为人类提供某种技术属性的功能。
如：
飞机、小刀
●自然系统：
生态系统、天体系统
●技术系统存在的目的是实现某种或某些特定的功能，这种功能的实现是通过一系列组件的集合实现的。
●子系统：
子系统是技术系统的组成部分，每个子系统执行自身的功能，它又可分为更小的系统。
当前系统是一个相对的概念，如果我们以轮胎作为当前系统来研究的话，那么轮胎中的橡胶、子午线、充气嘴等就是轮胎的子系统。
●典型的超系统组件
●生产阶段：
设备、原料、生产场地等
●使用阶段：
功能对象（产品）、消费者、能量源、与对象相互作用的其他系统
●储存和运输阶段：
交通手段、包装、仓库、储存手段等
●与技术系统作用的外界：
空气、水、灰尘、热场、重力场等
一般只考虑对技术系统产生影响的超系统。
超系统可以作为技术系统的资源来利用，即可以作为解决问题的工具
●最终理想解法
●最终理想解IFR：
最终理想解只关注于顾客的需要或者功能的需要。
●应用IFR的步骤
●设计的最终目的是什么？
●IFR是什么？
●达到IFR的障碍是什么？
●出现这种障碍的结果是什么？
●什么条件下可以消除这种障碍？
●是否可以利用已有资源创造这些条件？
●资源分析法
●资源：
一切可以被人类开发和利用的物质、能量、信息的总称。
●分类：
能量资源，信息资源，空间资源，物质资源，时间资源，功能资源
●资源分析的目的
●资源是实现功能的载体。
●发现隐性资源，并使其显性化。
●寻找一切可以利用的资源，降低问题解决的成本。
那些在惯性思维引导下不易被发现的资源，往往是问题得以解决的关键。
●如何更好的发现和利用资源
●技术系统
●定义
●技术系统是由具有相互联系的组件与组件之间的相互作用（运作）所组成的，以实现某种功能或职能的事物的集合。
●技术系统存在的目的是实现某种（些）特定的功能，而这种（些）功能的实现是通过一系列组件的集合实现的。
●组件是指组成技术系统的各个部分，如汽车发动机、轮胎都属于汽车系统的组件。
组件是功能的载体
●子系统和超系统
●子系统
●一个技术系统有多个组成部分（如手机的键盘、机身、电池、芯片、显示屏，等）以实现多种不同的细分功能。
把这些更细化的、可以实现各种更加基本的功能的组成部分，称为技术系统的子系统。
●子系统是系统的组成部分。
任何技术系统均包括一个或多个子系统，每个子系统执行自身的功能。
●超系统
●超系统（SuperSystem）是指技术系统之外的系统，是不属于系统本身但是与技术系统及其组件有一定相关性的系统。
●超系统往往表述的是技术系统所隶属的外部环境。
例如，汽车在行驶过程中需要驾驶员的操作，需要道路的支撑，同时也会受到空气阻力的影响，驾驶员、道路、空气等则是汽车系统的超系统。
●有时站在超系统的角度看待问题，会让问题变得更容易理解和更容易被解决。
●由于超系统不属于已有的技术系统本身，因此无法对超系统进行改变，这是由超系统本身的特性所决定的：
●超系统不能裁剪或改变；
●超系统可能对技术系统产生问题；
●超系统可以作为技术系统的资源来利用，即可以解决问题的工具；
●一般只考虑对技术系统产生影响的超系统。
●技术系统的级别是相对的。
例如，当研究对象是一辆车时，其功能是“移动人或物”，车就是一个技术系统。
如果研究对象是一个车轮，其功能是“支撑以及移动车架”，此时则将车轮看作一个技术系统。
因此，工程系统的级别和范围（边界）是根据研究的目的确定的。
●功能分析
●功能分析及其目的来源于价值工程法（价值分析）
●应用案例——石棉板
●二战期间，美国市场原材料供应十分紧张，GE公司急需石棉板，但该产品的货源不稳定，价格昂贵。
对石棉板功能进行分析，其用途是铺设在给产品喷漆的车间地板上，以避免涂料沾污地板引起火灾。
市场上找到一种防火纸，这种纸同样可以起到以上作用，并且成本低，容易买到。
●在价值工程中，Miles将“功能”定义为“起作用的特性”，他认为一个技术系统可通过以最小成本提供必要功能来实现技术系统价值的最大化，即价值（V）=功能（F）／成本（C）。
●系统功能分析简称功能分析，是从技术系统抽象的“功能”角度来分析系统，分析系统执行或完成其功能的状况。
是一个对系统功能建模的过程，分析的结果是建立功能模型。
●功能分析的目的主要有五个方面：
●明确研究对象的功能
●为创造方案提供依据
●充分掌握各项功能之间的相互关系
●扩大方案创造的设计思路
●寻找更多的解决问题的资源，充分利用系统中现有的资源
●功能表达
●直觉表达
●只表面化地对系统的作用进行陈述性表达如：
将牙刷的功能定义为“刷牙”；
将洗衣机的功能定义为“洗衣服”。
●将功能的结果作为功能定义。
如，将放大镜的功能定义为“放大目标物”；
将电吹风机的功能定义为“吹干头发”。
●都是对系统功能的一种表面的、直觉化的定义，而非对功能本质的定义，往往会带来错误的导向，不利于后续的功能分析。
●本质表达
●TRIZ理论中，功能的表达采用本质表达和二元（或多元）表达。
如放大镜、眼镜等光学产品的本质功能是“折射光线”，而不是直觉结果的“放大物体”或“看清物体”。
●功能定义
●基于组件的功能定义
●某组件“改变”或者“保持”另外一个组件的某个“参数”的行为，即为该组件的功能。
●基于组件的功能定义描述了系统或组件是用来做什么的，可采用“A改变（或保持）B的参数P”的通用表达方式，这里A是指提供功能的组件，即功能载体。
B是指功能对象，P是指功能对象的某个参数，功能载体对功能对象的作用结果就是参数P发生了改变（或保持不变）。
参数P发生改变是功能载体A对功能对象B的作用结果。
●另一方面，在一个技术系统中，某一组件可能既是功能载体，又是功能对象，即该组件作为功能载体对其他组件产生某种功能，作为功能对象则接受其他组件的作用。
●功能分类
●有用功能和有害功能
●有用功能是指功能载体对功能对象的作用沿着期望的方向改变功能对象的参数，这种期望是“改善”，是设计者和用户希望的功能。
●有用功能按其性能水平来分又可以分为“正常的”、“不足的”和“过度的”三类
●若有用功能的结果与我们的期望值相符，则称这个有用功能是正常的功能；
●如有用功能所达到的结果低于我们的期望值，则称这个有用功能是不足的功能；
●而如果一个有用功能所达到的结果高于我们的期望值，甚至带来了负面影响，则称这个有用功能是过度的功能。
如:
移动盛满热水的纸杯移动功能为正常功能，由于力量太小导致纸杯掉地上为不足功能，由于力量过大导致纸杯变形，热水洒出就为过度功能
●有害功能是功能载体提供的功能不是按照期望的方向对功能对象的参数进行“改善”，而是“恶化”了该参数。
人们使用牙刷的目的是希望通过刷毛、牙膏和牙齿的摩擦作用，去除粘附在牙齿表面的牙垢。
“去除牙垢”是牙刷（刷毛）的有用功能。
但同时，在刷牙的过程中，刷毛可能也会和牙龈发生摩擦，导致牙龈出血或损伤牙龈的现象发生，这是我们不希望见到的，违背了设计使用牙刷的初衷。
因此“损伤牙龈”是牙刷（刷毛）的有害功能。
●有害功能是导致技术系统出现问题的主要原因。
●通过功能分析与因果分析，找出产生有害作用的根本原因，进而可以通过“裁剪”等工具实现对系统进行较小的改变就能解决技术系统的问题，并最终实现技术系统理想度的提升。
●这也是发明问题解决过程中对系统进行功能分析的主要目的。
但需要指出的是，技术系统产生的问题不一定都是有害功能引起的，在一些情况下，系统的问题往往是由于有用功能的不足或过度产生的。
●基本功能、辅助功能和附加功能
●如果工程系统中的某个组件的某个功能是有用的，根据功能的作用对象的不同，还可以将其做如下分类：
●基本功能：
功能的对象也是整个系统的作用对象（目标）
●辅助功能：
功能的对象是超系统的组件，但不是系统目标
●附加功能：
功能的对象是系统中的某一组件
●功能定义的VOP表达方法
●功能定义的VOP模型
●功能定义的表达，早期就是对“功能载体”对“功能对象”的“作用”进行准确的、一般性的定义和描述，尤其是选取合适的动词描述功能载体对功能对象的作用。
●以VO（动词+名词）的方法表达了对功能的最基本的阐述，即用“动作（V，动词）+对象（O，名词）”的格式来描述功能。
例如，眼镜的功能是“折射（V）光线（O）”
●目前描述中增加了作用对象（功能受体）O的参数P，并以参数P是否产生了变化来衡量功能作用的结果。
这种对功能的描述方式称为VOP功能模型。
●功能动词（V）的规范化
●功能定义本质表达的动词，不宜采用过于专业的词汇，亦不宜采用口语化的词汇。
●可用于描述技术系统功能的常用功能动词
●用VOP模型进行功能定义时应注意的几个原则
●否定词不用于功能定义中
士兵所带的钢盔，如果将其功能定义为“不让子弹通过”就是错误的，因为其中包含否定词。
正确的定义应该是“改变子弹运行轨迹”或“挡住子弹”。
●功能的受体（作用对象）必须是组件，不能是组件参数
●如，空调的功能定义应为“改变（V）+空气（O）+温度（P）”，而不应该是“改变温度”。
●可以将组件与其功能分离，分别进行考虑
●如组件A对组件B具有某一种功能，我们可以将组件A所提供的功能与组件A本身分开来考虑，即“我们需要的是组件A提供的功能，而不是组件A本身”。
这种思考方式有利于我们扩展思路，寻找到可以实现同样功能的其他方法。
●功能建模
●功能分析能为处在某个状态的系统绘制出一幅功能模型图。
它可以帮助了解系统，认识系统存在的问题，确认问题的类型，获得解决有关问题的灵感和启示，进而以精确的方式为每一类问题找到相应的解决方案。
●系统功能模型中各元素的符号化表达
●基于组件的功能分析方法和步骤：
●进行组件分析并建立组件层次模型
●识别技术系统的组件及超系统组件，建立组件列表，分析组件的层级关系；
●分析系统组件之间的关系（相互作用），建立系统组件关系模型
●识别组件之间的相互作用，进行组件相互作用分析，建立组件相互作用矩阵；
●建立功能模型
●在相互作用矩阵的基础上对组件功能进行定义，并识别和评估组件的等级和性能水平，将组件之间的“关系”转化成“功能”并建立功能模型。
●组件分析与组件层次模型的建立
●组件分析是指识别技术系统的组件及其超系统组件，得到系统和超系统组件列表，即技术系统是由哪些组件构成的，这是识别问题的第一步。
●组件列表中明确技术系统的名称、技术系统的主要（基本）功能以及系统组件和超系统组件。
●建立组件模型主要有5个步骤：
●①确定“出现问题”的技术系统；
●②列出此技术系统的所有组件；
●③列出此技术系统的超系统的组件；
●④列出此技术系统的子系统组件；
●⑤将所有组件填入组件模型的列表（模板）中。
●系统组件关系模型的建立
●组件关系模型，又称结构模型，是技术系统组件之间相互作用的描述，目的是在组件分析的基础上分析技术系统组件相互之间的联系与作用。
●在进行组件关系分析时：
●指出某时间某空间内组件间的相互作用
●组件间相互作用时产生哪些有用作用
●组件间相互作用时产生哪些有害作用
●功能分析与建立功能模型
●任何系统内的组件必有其存在的目的，即提供功能。
运用功能分析，可以重新发现系统组件的目的和其结果。
进而发现问题的症结，并运用其他方法进一步加以改进。
功能分析为创新提供了可能性，为后续技术系统裁剪，实现突破性创新提供可能，功能分析的结果是建立技术系统的功能模型。
●功能模型是反映技术系统及其组件功能的模型
●全面地描述系统，通过建立功能模型来理解一个系统
●通过系统分析找出当前系统的不足，定义系统存在的问题
●支持已有系统改进和新系统设计
●实现系统级产品设计知识的积累和共享
●案例：
“零件浸油漆系统”的功能模型建立
●问题背景：
浸漆工艺是指将需要上漆的工件浸泡在油漆池中使工件表面粘附油漆。
当工件离开油漆池后，可通过旋转工件或其他方法去掉工件表面多余的油漆，然后对工件进行烘烤，从而达到在工件表面固化油漆的目的。
●问题描述：
●随着时间的推移，由于油漆长期暴露在空气中导致油漆挥发，干的油漆会固化在浮标表面上，导致它越来越重，这样即使油漆池中装满了油漆，浮标仍无法有效上浮。
●浮标无法上浮导致开关不能及时关闭，电机持续带动泵转动，过量的油漆注入油漆池中，久而久之，油漆越来越多，以致溢出了。
●为了解决这一问题，曾经尝试过多种方法，比如加装液位传感器、定期更换浮标，在浮标上镀不黏涂层等，由于高成本和维护问题，难以接受。
●需要一种创新的解决方案来改善工程系统。
●组件分析
●因果分析
●5W分析法
●5W（Why）分析法又称“5个为什么”分析法，最初由日本丰田公司提出并在丰田公司广泛采用，因此也称为丰田五问法。
5W方法指出，要解决问题必须找出问题的根本原因，而不是问题本身。
根本原因隐藏在问题的背后。
其基本方法是，先问第一个“为什么”，获得答案后，再问为何会发生，依此类推，直至找到问题的根本原因。
“5个问什么”是一种重要的、简单实用的因果分析法。
这个方法的使用前提要求是对问题的信息充分了解。
●在寻找根本原因的过程中，在运用5W分析法时：
●提问时针对所提问题要使用简洁的、不会引起歧义的词汇来表达
●避免在一次提问中使用2个以上动词。
“电流过大，镀层变厚了。
”这样提问不明确，是要分析电流过大，还是要分析镀层变厚？
●不要用抽象、含糊的词汇。
在×
×
工序中，零部件的组装缺陷很多。
未明确具体缺陷，不清楚到底要分析什么。
再如：
原材料不好。
未说明材料哪方面有什么不好
某纪念堂的外墙是花岗岩制成，脱落和破损严重，再继续下去就需要推倒重建，这要花纳税人一大笔钱……
●因果链分析法
●因果链分析又称根本原因分析或因果轴分析，是TRIZ理论中除功能分析外的另一种重要的系统分析工具，也是重新陈述问题的一种方法。
●与功能分析不同的是，因果链分析可以挖掘隐藏于初始缺点（问题）背后的各种缺点及其原因，是全面识别技术系统缺陷的分析工具。
●因果链分析包括原因轴分析和结果轴分析
●原因轴分析的目的是了解系统问题的根本原因，寻找解决问题的关键点和突破口
●结果轴分析的目的是了解问题可能造成的影响，并寻找可以控制结果发生和进一步恶化的手段
●原因与结果之间的关系
●因果树
●因果分析的描述
●原因分析案例
●案例1：
大楼火灾原因分析
●一座大楼在燃放庆典烟花时发生火灾，据分析可能的原因如下：
●
（1）烟花与金属幕墙相撞，烧穿装饰幕墙；
●
（2）火种落入内侧，引燃内侧保温材料，保温材料大面积闷烧过火，烧穿防水层进入室内；
●（3）引燃室内可燃物，可燃装饰材料和施工材料着火又扩大了火势；
●（4）沿外墙面连续的金属幕墙部分形成了竖向火势延伸通道；
●（5）中庭部分产生“烟囱效应”，最终突破空中花园玻璃，发生爆炸。
●案例2：
硬质阳极氧化层脱落问题
●阳极氧化问题
●功能
●耐磨
●密封
●问题
●密封要求零件圆角半径很小
●加工过程半径要求不能实现
●采用常规阳极氧化工艺
●没有特殊保护措施
●系统裁剪
●系统裁剪的概念
●系统裁剪简称裁剪，是TRIZ中另一种分析问题的工具，一种能够以低成本实现系统功能的重要方法之一。
●其基本原理是通过裁剪系统的某个组件，把该组件提供的有用功能重新分配到其他剩余的组件及超系统组件上，从而达到提高系统理想度的目的。
●组件被裁剪之后，该组件所提供的功能可根据具体情况选择以下处理方式：
●由系统中其他组件或超系统组件实现
●由受作用组件自己来实现
●删除原来组件实现的功能
●删除原来组件实现功能的作用物
●实施系统裁剪的方法
●若没有组件B，因此组件B也就不需要组件A的作用
●组件B能自我完成组件A的功能
●技术系统或超系统中其它的组件可以完成组件A的功能
●技术系统的新添组件可以完成组件A的功能
●案例
●裁剪是一种非常有效的发明问题解决方法。
针对技术系统实施裁剪，可以简化系统结构，提高理想度。
●在企业实施专利战略的过程中，裁剪方法也是进行专利规避的重要手段。
●通过裁剪：
●可以精减组件数量，降低系统的组件成本；
●可以优化功能结构，合理布局系统架构；
●可以体现功能价值，提高系统实现功能效率；
●可以消除过度、有害、重复功能，提高系统理想化程度。
●裁剪对象的选择
●裁剪流程中的一个重要步骤，是决定工程系统的哪些组件可以被裁剪及如何裁剪。
●可以选择有多个缺点的组件（成本也可以作为缺点之一）或者那些裁剪后对系统改善最大的组件，通过裁剪可以最大程度的改善工程系统，提高系统的理想度水平；
●为方便降低成本和改进剩余组件，裁剪掉价值较低的组件。
因为一些不太重要的功能可以在剩余组件中很容易地重新分配，而无需对工程系统进行重大的变动。
●所谓组件的价值低是指在系统中，执行非主要功能（例如附加功能或辅助功能）的组件，并且“价值=功能÷
成本”进行评估后价值较低的组件。
●裁剪的程度取决于项目的商业和技术的限制。
●这些限制决定了可以被裁剪的候选组件。
●对系统的裁剪有时是非常激进的，即裁剪掉多个组件或裁剪掉工程系统中重要组件。
●这种激进式的裁剪对原有的工程系统变化比较大，大到可以从根本上改变原来的技术系统，从而也会带来一些激进式（或破坏性）的创新成果。
●相对于激进式的裁剪，渐进式的（有对工程系统作较小改变）裁剪则适用于渐进式创新过程。
●裁剪的规则及实施步骤
●裁剪规则是指对技术系统的组件进行裁剪时须遵循的一些基本法则。
●如果有用功能的对象被去掉了，那么功能的载体也可以被裁剪掉的
例如，随着软硬件技术的发展，磁带式“随声听”的磁带不再需要了，那么“磁带传动”以及“磁带读写”的相关组件也就被裁减掉了，取而代之的是没有磁带以及相关机械机构（组件）的MP3播放器。
●如果有用功能的对象自己可以执行这个有用功能，那么功能的载体是可以被裁剪掉的。
例如：
电动车不再需要普通自行车的脚蹬子。
再例如，笔记本电脑提供的USB插口有限，如果USB设备的插头在占用计算机的一个USB插口的同时又能自身提供出一个USB插口的话，传统的USB-HUB也就可以裁剪了。
●如果能从系统或者超系统中找到另外一个组件执行有用功能，那么该功能的原载体是可以被裁剪掉的。
例如，对于一个带“把手”的水杯，把手的主要功能是为了防止烫手，即“阻止热量传播”，杯把是功能载体，功能的对象则是热量。
如果我们加厚杯子的壁厚，或者改用热传导性能差的材料做杯子的话，杯子把手这个组件就可以被裁剪掉了，这样的话就会降低杯子制造过程中的工艺复杂度。
通过裁剪产生“零件浸漆系统”的创新方案
●
（1）通过系统分析，绘制暖气片浸漆系统功能模型。
●
（2）选择系统中需要裁剪的组件。
通过分析，我们发现，浮标由于粘附了大量的油漆从而造成油漆溢出，作为系统组件，是系统的一个关键缺点之所在。
因此，我们将它作为一个被裁剪组件。
●（3）选择将被裁剪组件的第一个有用功能。
从功能模型图中，我们可以看出浮标只有一个有用功能，即移动杠杆。
而杠杆有一个有用功能是固定浮标。
●（4）选择合适的裁剪规则。
基于以上分析，我们决定用比较激进的裁剪规则A，即将浮标和杠杆同时裁剪掉。
●（5）运用功能再分配的规则，选择一个新的功能载体。
将浮标和杠杆两个组件去掉后，产生一个裁剪问题，即需要一个组件来控制开关。
●经过对所有剩余组件进行一一尝试后，我们最终将新的载体确定为油漆和油漆池。
●（6）描述裁剪之后的问题。
裁剪后的问题是，首先如何让油漆来控制开关。
其次如何让油漆池来控制开关。
●（7）重复（3）～（6）步，将组件所执行的有用功能全部分析一遍。
浮标的功能只有一个，所以不用再回到第（3）步。
浮标裁剪掉后，杠杆的功能也只剩一个，所以不需要再回到第（3）步。
●（8）重复
（2）～（7）步，将所有可能被裁剪的组件尝试一遍。
尝试裁剪掉其他组件，可以产生新的裁剪问题。
●在以上对“浸漆
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