TRIZ技术创新思维方法.docx
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TRIZ技术创新思维方法
什么是TRIZ
经过50多年的发展，TRIZ已成为发明问题解决的强有力方法学，该方法学已在前苏联、美国、欧洲、日本等许多国家的企业应用，解决了成千上万个新产品开发中的难题。
这里介绍TRIZ的基本内容。
TRIZ专家（TRIZmaster），Savransky博士给出了TRIZ的如下定义：
TRIZ是基于知识的、面向人的发明问题解决系统化方法学。
TRIZ是基于知识的方法：
（1）TRIZ是发明问题解决启发式方法的知识。
这些知识是从全世界范围内的专利中抽象出来的，TRIZ仅采用为数不多的基于产品进化趋势的客观启发式方法；
（2）TRIZ大量采用自然科学及工程中的效应知识；
（3）TRIZ利用出现问题领域的知识。
这些知识包括技术本身、相似或相反的技术或过程、环境、发展及进化；
（4）TRIZ是面向人的方法，即TRIZ中的启发式方法是面向设计者的，不是面向机器的。
TRIZ理论本身是基于将系统分解为子系统、区分有用及有害功能的实践，这些分解取决于问题及环境，本身就有随机性。
计算机软件仅起支持作用，而不能完全代替设计者，需要为处理这些随机问题的设计者们提供方法与工具。
TRIZ是系统化的方法：
（1）在TRIZ中，问题的分析采用了通用及详细的模型，该模型中问题的系统化知识是重要的；
（2）解决问题的过程系统化，以方便的应用已有的知识。
TRIZ是发明问题解决理论：
（1）为了取得创新解，需要解决设计中的冲突，但解决冲突的某些步骤是不知道的；
（2）未知的解往往可以被虚构的理想解代替；
（3）通常理想解可通过环境或系统本身的资源获得；
（4）通常理想解可通过已知的系统进化趋势推断。
1.1产品进化理论
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、退出期。
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。
产品进化理论还研究产品进化模式、进化定律与进化路线。
应用模式、定律与路线，设计者可较快地确定创新设计的原始构思，使设计设计取得突破。
1.2冲突解决原理
原理是获得冲突解所应遵循的一般规律。
TRIZ主要研究技术冲突和物理冲突。
技术冲突是指传统设计中所说的折衷，即由于系统本身某一部分的影响，所需要的状态不能达到。
物理冲突指一个物体有相反的求。
TRIZ引导设计者挑选能解决特定冲突的原理，其前提是要按标准工程参数确定冲突。
有39条标准冲突和40条原理可供应用。
1.3物质—场分析标准解
Altshuller对发明问题解决理论的贡献之一是提出了功能的物质—场（Substance-field）描述方法与模型。
其原理为，所有的功能都可分解为两种物质及一种场，即一种功能由两种物质及一种场的三元件组成。
产品是功能的一种实现，因此，可用物质—场分析产品的功能，这种分析方法是TRIZ的工具之一。
其模型为图1-1所示。
图中，S1及S2为物质，F为场。
物质S1可以是被控粒子、材料、物体或过程，物质S2是控制S1的工具或物体，场F是用于S1与S2之间相互作用的能量，如机械能、液压能、电磁能等。
图1-1可解释为，能量F作用于工具S2，使S2变换S1。
依据该模型，Altshuller等提出了76种标准解，并分为如下5类：
（1）不改变或仅少量改变已有系统：
13种标准解；
（2）改变已有系统：
23种标准解；
（3）系统传递：
6种标准解；
（4）检查与测量：
17种标准解；
（5）简化与改善策略：
17种标准解。
由已有系统的特定问题，将标准解变为特定解即为新概念。
1.4效应
效应指应用本领域特别是其它领域的有关定律解决设计中的问题。
如采用数学、化学、生物、电子等领域中的原理解决机械设计中的创新问题。
1.5ARIZ：
发明问题解决算法
TRIZ认为，一个问题解决的困难程度取决于对该问题的描述或程式化方法，描述的越清楚，问题的解就越容易找到。
TRIZ中，发明问题求解的过程是对问题不断描述、不断程式化的过程。
经过这一过程，初始问题最根本的冲突被清楚的暴露出来，能否求解已很清楚，如果已有的知识能用于该问题则有解，如果已有的知识不能解决该问题则无解，需等待自然科学或技术的进一步发展。
该过程是靠ARIZ算法实现的。
ARIZ（AlgorithmforInventive-ProblemSolving）称为发明问题解决算法，是TRIZ的一种主要工具，是发明问题解决的完整算法，该算法采用一套逻辑过程逐步将初始问题程式化。
该算法特别强调冲突与理想解的程式化，一方面技术系统向着理想解的方向进化，另一方面如果一个技术问题存在冲突需要克服，该问题就变成了一个创新问题。
ARIZ中，冲突的消除有强大的效应知识库的支持。
效应知识库包含物理的、化学的、几何的等效应。
作为一种规则，经过分析与效应的应用后问题仍无解，则认为初始问题定义有误，需对问题进行更一般化的定义。
应用ARIZ取得成功的关键在于没有理解问题的本质前，要不断地对问题进行细化，一直到确定了物理冲突。
该过程及物理冲突的求解已有软件支持。
TRIZ理论---39个工程参数
39个工程参数中常用到运动物体（Movingobjects）与静止物体（Stationaryobjects）两个术语，分别介绍如下：
运动物体是指自身或借助于外力可在—定的空间内运动的物体。
静止物体是指自身或借助于外力都不能使其在空间内运动的物体。
表5—2是39个通用工程参数名称的汇总。
序号
名称
序号
名称
1
运动物体的重量
21
功率
2
静止物体的重量
22
能量损失
3
运动物体的长度
23
物质损失
4
静止物体的长度
24
信息损失
5
运动物体的面积
25
时间损失
6
静止物体的面积
26
物质或事物的数量
7
运动物体的体积
27
可靠性
8
静止物体的体积
28
测试精度
9
速度
29
制造精度
10
力
30
物体外部有害因素作用的敏感性
11
应力或压力
31
物体产生的有害因素
12
形状
32
可制造性
13
结构的稳定性
33
可操作性
14
强度
34
可维修性
15
运动物体作用时间
35
适应性及多用性
16
静止物体作用时间
36
装置的复杂性
17
温度
37
监控与测试的困难程度
18
光照度
38
自动化程度
19
运动物体的能量
39
生产率
20
静止物体的能量
下面给出39个工程参数的名称及意义：
1．运动物体的重量 在重力场中运动物体所受到的重力。
如运动物体作用于其支撑或悬挂装置上的力。
2．静止物体的重量 在重力场中静止物体所受到的重力。
如静止物体作用于其支撑或悬挂装置上的力。
3．运动物体的长度 运动物体的任意线性尺寸，不一定是最长的，都认为是其长度。
4．静止物体的长度 静止物体的任意线性尺寸，不一定是最长的，都认为是其长度。
5．运动物体的面积 运动物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。
6．静止物体的面积 静止物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。
7．运动物体的体积 运动物体所占有的空间体积。
8．静止物体的体积 静止物体所占有的空间体积。
9．速度 物体的运动速度、过程或活动与时间之比。
10．力 力是两个系统之间的相互作用。
对于牛顿力学，力等于质量与加速度之积，在triz中，力是试图改变物体状态的任何作用。
11．应力或压力 单位面积上的力。
12．形状 物体外部轮廓，或系统的外貌。
13．结构的稳定性 系统的完整性及系统组成部分之间的关系。
磨损、化学分解及拆卸都降低稳定性。
14．强度 强度是指物体抵抗外力作用使之变化的能力。
15．运动物体作用时间 物体完成规定动作的时间、服务期。
两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。
16．静止物体作用时间 物体完成规定动作的时间、服务期。
两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。
17．温度 物体或系统所处的热状态，包括其他热参数，如影响改变温度变化速度的热容量。
18．光照度 单位面积上的光通量，系统的光照特性，如亮度，光线质量。
19运动物体的能量 能量是物体做功的一种度量。
在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。
能量也包括电能、热能及核能等。
20．静止物体的能量 能量是物体做功的一种度量。
在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。
能量也包括电能、热能及核能等。
21．功率 单位时间内所作的功，即利用能量的速度。
22..能量损失...能量。
为了减少能量损失，需要不同的技术来改善能量的利用。
23．物质损失 部分或全部、永久或临时的材料、部件或子系统等物质的损失。
，
24。
信息损失 部分或全部、永久或临时的数据损失。
25。
时间损失 时间是指一项活动所延续的时间间隔。
改进时间的损失指减少一项活动所花费的时间。
26．物质或事物的数量 材料、部件及子系统等的数量，它们可以被部分或全部、临时或永久的被改变。
27．可靠性 系统在规定的方法及状态下完成规定功能的能力。
28．测试精度 系统特征的实测值与实际值之间的误差。
减少误差将提高测试精度。
29．制造精度 系统或物体的实际性能与所需性能之间的误差。
30．物体外部有害因素作用的敏感性 物体对受外部或环境中的有害因素作用的敏感程度。
31．物体产生的有害因素 有害因素将降低物体或系统的效率，或完成功能的质量。
这些有害因素是由物体或系统操作的一部分而产生的。
32．可制造性 物体或系统制造过程中简单、方便的程度。
33．可操作性 要完成的操作应需要较少的操作者、较少的步骤以及使用尽可能简单的工具。
一个操作的产出要尽可能多。
34．可维修性 对于系统可能出现失误所进行的维修要时间短、方便和简单。
35．适应性及多用性 物体或系统响应外部变化的能力，或应用于不同条件下的能力。
36．装置的复杂性 系统中元件数目及多样性，如果用户也是系统中的元素将增加系统的复杂性。
掌握系统的难易程度是其复杂性的一种度量。
37．监控与测试的困难程度 如果一个系统复杂、成本高、需要较长的时间建造及使用，或部件与部件之间关系复杂，都使得系统的监控与测试困难。
测试精度高，增加了测试的成本也是测试困难的一种标志。
38．自动化程度 是指系统或物体在无人操作的情况下完成任务的能力。
自动化程度的最低级别是完全人工操作。
最高级别是机器能自动感知所需的操作、自动编程和对操作自动监控。
中等级别的需要人工编程、人工观察正在进行的操作、改变正在进行的操作及重新编程。
39．生产率 是指单位时间内所完成的功能或操作数。
为了应用方便，上述39个通用工程参数可分为如下三类：
1）通用物理及几何参数：
No．1-12，N。
．17—18，N。
．21。
2）通用技术负向参数：
No．15～16，No．19-20，No．22～26，No．30"31。
'
3）通用技术正向参数：
N。
．13～14，No．27—29，No。
32-39。
负向参数（Negativeparameters）指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变差。
如子系统为完成特定的功能所消耗的能量（N。
．19—20）越大，则设计越不合理。
正向参数（Positiveparameters）指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变好。
如子系统可制造性（N。
．32）指标越高，子系统制造成本就越底。
好用的工具─矛盾矩陣
Altshuller的第一個TRIZ工具─矛盾矩陣，是Altshuller花了七年之久的時間，看遍了當時全球專利40萬餘件，將其提煉成39個工程參數。
並由源自於從大量好專利裡的分析，Altshuller抽取出種種構想的本質，這些本質正是構成傳統技術的各種突破，並將它們精心整理成”40個創新發明原理”，他再將這兩者連結起來並指出在創新發明上，我們所遭遇的其實是兩種矛盾：
一是所謂的『技術矛盾』、一是所謂的『物理矛盾』。
至於『技術矛盾』，乃指我們產業界在使用各種技術時，通常會遭遇到這樣的情況：
”當我們想要改善系統中的某一方面時，系統卻在另一方面變差”。
而TRIZ將上述的情境定義成”技術矛盾－TechnicalContradiction”，並試圖透過”消除”該矛盾的方式來找到突破性的解決方案。
而好的專利正是這類突破性解決方案用在消除各種矛盾的歷史紀錄。
所以，Altshuller相信從這樣的解決方案中學習，必定能提供我們大量的提示而可用於消除在我們的問題上出現的各種矛盾。
至於『物理矛盾』，乃指系統在問題上被要求要朝向某一方向發展，但同一系統的同一面向卻又要求要朝向反方向發展，這被稱之為物理矛盾。
譬如說，有一個需求是”要能清楚的看見”而在此同時，卻又有著相反的需求是”不要被看到”。
當我們被要求要在同一時間裡同時滿足這兩個對立的需求時，我們典型的思考答案是”這是不可能的”。
Altshuller先是挑出了39個面向（亦即例如，移動件的重量－weightofworkingpart，可操作性－operability，等等）來將描述系統問題的方式加以標準化，然後作成一個改善中面向vs.變差中面向的39x39矛盾矩陣。
接著他一個個地分析好專利去找出哪一個矛盾問題在此一矩陣哪一個專利被涉及以及這個矛盾就這40個創新發明原則方面來說是如何被運用來解決問題的。
Altshuller和他的學生們設定這個令人難以置信的分析計劃並真的以人工方式去執行它。
就這樣花了Altshuller7年之久，最後做為此分析的結果，針對這39x39問題矩陣中的每一個元素列舉出最常被使用到的前4個創新發明原則。
這個結果被出版在各種工具書當作『矛盾矩陣』。
雖然矛盾矩陣可算是Altshuller和其工作夥伴所努力的TRIZ第一個工具，而儘管蘇聯從1980年起就已經不再強調甚至放棄使用它，但對西方國家甚至是第一次接觸TRIZ方法論的人來說，矛盾矩陣依然是個重要的敲門磚和迷人的工具，至今仍廣為人所使用中。
‧TRIZ其他的進階工具
除了前述的矛盾矩陣外，TRIZ的工具還有：
1.
創新發明的層次
在Altshuller最出所研究的專利中，從極為普通的創新到極具創意的創新，Altshuller將創新的內容劃分為五個層次，這也就是TRIZ所謂的創新的層次。
Level1－顯而易見的解決方式案（約占所有專利的32%）。
Level2－次要的改善，除去一些矛盾（約佔所有專利的45%）。
Level3－重要的改善，需要應用質一場分析的技巧（約佔所有專利的18%）。
Level4－根本的改變/新的概念，需要應用ARIZ的技巧（約佔所有專利的4%）。
Level5－前所未知的新發現（佔所有專利的1%）。
Altshuller建議將Level1與Level5的創新排除在TRIZ工具與應用方法之外。
而當創新的層次逐步從Level2提升到Level3，Level4時，它所使用的工具也越具威力，每一層次的創新發明也都有它自己定義問題的方式與它自己解決問題的工具與方法。
2.
質－場分析與標準解
就技術系統而言（泛指產品、製程、服務等），其最小的單元是「執行單一機能」的單元。
所謂的機能，TRIZ的定義是：
兩個物質之間的互動，而且有一個「場」（Field）在其間作用。
這三者之間的互動存在著許多的可能性，其中最重要的就是「有利的互動」與「有害的互動」這兩種。
當技術系統不以專業名詞去陳述表達，而採簡化的質一場模型來表示時，那麼，就有可能透過以質一場模型有關的「共通問題的模型類別」來辨認目前系統所存在的問題。
有利機能的改善與有害機能的消除，是使用質一場模型改善系統問題的主要考量。
而根據質一場模型中物質與場的變異及調整方式，Altshuller進一步確認出76個質一場模型的標準解答。
3.
理想最終結果
在TRIZ的想法中，一個理想化的系統可以被定義成：
一個可以執行其預期的功能但卻不存在的系統。
當系統越趨進理想化時。
它花的成本也越少，越簡單、越有效率等等。
因此當遭遇到某個問題時，就可以透過對理想最終結果的追求而獲得突破性的創意，換言之，以理想最終結果作為目標來努力。
4.
ARIZ
而為了讓現代的發明家儘可能的熟悉瞭解發明問題解決的過程，Altshuller著手整理一套有系統有步驟，可供人們遵循好用於解決包含矛盾衝突在內這類創意性問題的規則系統，這套有系統有步驟的規則系統，稱之為：
ARIZ（AlgorithmforInventiveProblemSolving）。
它從1956開始出現ARIZ的構想，現在回頭看1956年的ARIZ，與其說它是個演算法或程式還不如說它是一組用於解決問題的步驟。
其間經歷了11次重大修正，直到1985年才正式定案。
ARIZ是TRIZ的核心分析工具，它主要是用來解決表面上看來沒有明顯的矛盾衝突存在，而且結構看來也非常複雜的問題的一種系統化程序。
事實上,若從複雜度和有效性的角度來看ARIZ它剛好和矛盾矩陣相反。
當然ARIZ毫無疑問是個極具威力的工具，雖然它是非常複雜且令人費解的工具，可能會令人很有挫折感，因為ARIZ只有在所處理的問題是真正有著獨特性的問題時才具有成本效益。
通常，針對這類問題的解決方案是無法從其它知識領域中去取得。
按照Altshuller的研究，一個工程人員在每日所觸及的問題中，只有少於5%的問題是屬於此類的。
另外一些重要的工具像是：
a.
技術系統演進化的型態－
各種個別產品與技術的發展歷史是非常有趣的。
但TRIZ卻被發現比它還更有趣；TRIZ發現科技的各種發展隨著年代會有共通的方向並且是跨技術和產業領域的。
透過這些技術發展的各種趨勢，我們可以了解我們產品在問題方面發展目前所處的階段，和具備能力去預測產品未來發展的方向。
b.
9宮格問題分析思考法－
在問題上的系統被摘要成由9個觀點所組成，這9個觀點分別是”系統、其超系統以及其次系統”乘上”過去、現在以及未來”。
一般TRIZ專家認為此種分析方式遠優於時下大家耳熟能詳的SWOT分析。
c.
各種應用軟體－
像是TechOptimizer、TriSolver等。
GenrichAltshuller與其夥伴弟子在持續五十多年的創意問題解決研究過程中，所演繹出許多解決創意問題的TRIZ工具與手法，依其討論的主題內容與發展的歷史概分為八大項目，分別為
（1）矛盾矩陣（ContradictionMatrix）；
（2）創新的層次；（3）技術系統演化的型態；（4）質－場分析與標準解答；（5）理想法則與理想化的最後結果（IdealFinalResult）；（6）系統中的系統與系統的資源；（7）科學與技術的效應（Effects）；（8）ARIZ：
發明問題解決的規則系統。
上期介紹關於TRIZ的緣起及矛盾矩陣，本期將針對項目
（2）~（5）逐一介紹。
創新的層次
在研究200,000件的專利中，Altshuller發現專利的內容範圍，包含了從極為普通的創新到極具創意的創新，Altshuller將這個範圍劃分為五個層次，這也就是TRIZ所謂的創新的層次（LevelsofInventions）。
Level1：
顯而易見的解決方式案（佔所有專利的32%）
－技術系統簡易的改善
－取材自同一領域的案例
－Altshuller覺得Level1的發明祇是對現有的系統提供一些改善，並沒有解決任何問題，因此不能算是真正的創新（Innovation）。
Level2：
次要的改善，除去一些矛盾（佔所有專利的45%）
－使用40項發明原則，分離與解決技術上的矛盾
－需要應用來自同一領域不同區域的知識
Level3：
重要的改善，需要應用質－場分析的技巧（佔所有專利的18%）
－使用76個標準解，解決物理上的衝突
－效應的運用（如物理效應、化學效應或幾何效應...）
Level4：
根本的改變/新的概念，需要應用ARIZ的技巧（佔所有專利的4%）
－使用ARIZ完整地敘述說明「真正」的問題與可能的「新」的解決方案
Level5：
前所未知的新發現（佔所有專利的1%）
Altshuller建議將Level1與Level5的創新排除在TRIZ工具與應用方法之外。
如上所述，當創新的層次逐步從Level2提升到Level3，Level4時，它所使用的工具也越具威力，每一層次的創新發明也都有它自己定義問題的方式與它自己解決問題的工具與方法。
技術系統演化的型態
在編輯整理衝突矩陣表的同時，Altshuller發現不同技術系統的演化過程並非漫無章法，而是有它實際的法則，Altshuller發現任何系統的演化都能夠與他發展演繹出來的八種技術系統演化型態的其中一種相互吻合。
以下便是Altshuller所建立的技術系統演化的八種型態：
1.從誕生，成長，成熟到死亡的生命週期
（實例：
船與漿被蒸氣引擎與螺旋槳所取代）
2.越來越理想化的趨勢
（實例：
解析度更好、速度更快的列表機）
3.子系統發展不一致所導致的衝突
（實例：
飛機引擎的發展快於機翼的設計發展）
4.首先是匹配的組件，而後是不匹配的組件（以取得某種優勢）
（實例：
首先是單一刀片的口袋刀具，而後是多刀片的口袋刀具，最後則是搭配整合剪刀、螺絲起子與
開罐器的瑞士刀。
）
5.先是不斷地複雜化，然後透過整合的簡單化
（實例：
從零件繁多的PCB演化到積體電路）
6.從大系統到極小系統的轉換
（實例：
製造玻璃用的滾輪，從大尺寸的鋼輪演化到以錫爐中的錫分子為滾輪）
7.不斷改善的動態與操作性能
（實例：
從木製指示棒，可伸縮的指示棒到雷射指示棒）
8.以逐漸的自動化來減少人的參與
（實例：
安裝於衛星上的控制系統）
質－場分析與標準解答
就AltshullerTRIZ的想法，每一個技術系統都可被視為是由許多个分別執行其特定任務的子系統所構成的一種網路，因此，每一個系統都有它的子系統，而每個子系統都有其歸屬的大系統。
子系統可以再給予進一步的細分，直到質子、分子、電子與原子的微觀層次（Microlevels），而大系統則有其隸屬的環境為其大系統。
就技術系統而言，其最小的單元為祇「執行單一功能」的單元。
所謂的功能，Altshuller的定義是：
兩個物質之間的互動，而且有一個「場」（Field）在其間作用。
這兩個物質，一個稱之為「對象」或「目標」（以S1代表之），一個稱之為「工具」（以S2代表之），場則為「能」（Energy）的一種型態，可以是機械力、電力、磁力...等等，在這三者之間的互動存在著許多的可能性。
其中最重要的就是「有用的互動」與「有害的互動」兩種。
當技術系統不以專業名詞敘述表達，而採簡化的質－場模型來表示時，那麼，就有可能透過以質－場模型有關的「共通問題的模型類別」來辨認目前系統所存在的問題。
Altshuller證實這些共通的問題，已被早期的研究發明人員以不同專利的解決方案解決了。
他將這些解決方案依其解決問題的內容與方式區分成五種類別的標準解答，並從專
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