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创新原理及其应用

第四章创新原理及其应用

创新原理（也称“发明原理”），是建立在对上百万的专利分析的基础上，

蕴涵了人类发明创新所遵循的共性原理，是TRIZ中用于解决矛盾（问题）的基

本方法。

这40条创新原理是阿奇舒勒最早奠定的TRIZ理论的基础内容。

实践证

明，这40条创新原理，是行之有效的创新方法，比较容易学习和掌握，通常读

者练习和实际使用的频率也最高。

下面是对40条创新原理的逐条的具体介绍。

在介绍每条创新原理时，我们

＿不仅简要地介绍它们的基本内容，给出一些在工程技术领域的应用实例，同时也

尽量给出了一些非工程领域（例如管理或商业）的应用实例，以便读者全面地

理解和记忆这些原理。

一、分割原理

如图4-1所示。

1．分割原理的具体描述

1）把一个物体分成相互间独立的几个部分；

2）把一个物体分成容易组装和拆卸的部分；

3）提高系统的可分性，以实现系统的改造。

．应用案例2．

I案例4-11

废旧物资回收系统

＿“、＿A二、入，、二二抽六确JT不部介”的实例。

为解决可回收

这是“把一个物体分成相互JaJ拄皿们2‘'I-ofW-as19Tv.4o}JM1jaiIA.9-A9．'、厂丁二．－

与不哥C7收，不同材料，如玻璃、纸、铁罐等的综合利用，人们把一个大垃

圾箱，分成相互间独立的几个较小回收箱，如图4-2所示。

I案例4-21

图4-2废旧物资回收系统

这是“把一个物体分成容易组装和拆却的部分”的实例，如图4-3所示。

图4-3组合家具

［案例4-31

可调节百叶窗

这是一个“提高系统的可分性，以实现系统的改造”的实例。

人们用可

调节百叶窗代替幕布窗帘，只要改变百叶窗叶片的角度，就可以调节外界射

入的光线。

［案例4-41

军用飞机油箱

当军用飞机的油箱破损时，极易引起燃料大量外泄，继而引发爆炸的事

故。

为此，人们将油箱分隔成很多小隔间，以防止这类事故的发生。

但这种

办法在理论上可行，而实际操作上并不方便，怎么办呢？

利用分割原理，人

们找到了解决问题的办法，即在军用飞机油箱中，装设一种蜂窝状材料。

这

种看来有点粗糙的材料，实际是一种多孔的海绵体，它们将油箱分成无数个

小“隔间”。

从而比较理想地解决了这个难题。

3．使用技巧

如果系统因重量或体积过大而不易操纵，则将其分割成若干轻便的子系统，使

每一部分均易于操纵。

在管理学和心理学上，也可以对组织和观念进行分割及组合。

4．课堂讨论

以下是一些利用分割原理来解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，

请你说一说。

1）把一辆大型载重卡车分成车头和拖车两个独立的部分；

2）大型项目的总体设计与各分项设计；

3）小袋包装茶叶；

4）用粉状焊料代替棒状焊条；

5）将一个磁盘，分成多个分区；

6）将一个大管径的输送空气管路的直角弯头分割成若干个小弯头，改善了

管路内的气流，并降低了气流的紊流效应；

7）人们将书籍划分为多个章节，以改善材料的陈述方式，以及材料被读者

理解和接受的方式。

二、抽取原理

所示。

4-4如图

1．抽取原理的具体描述

1）从物体中抽出可产生负面影响的部分或属性；

2）仅从物体中抽出必要的部分和属性。

2．应用案例

［案例4-51

避雷针

利用避雷针，把雷雨云中的电荷引入大地，从而避免建筑物道受雷击，

所示。

4-5如图

这是一个“从物体中抽出可产生负面影响的部分或属性”的实例。

［案例4-61

光纤

大厅内，照明灯的下方十分明亮，而墙角处却显得比较阴暗。

我们可以

利用光纤，把灯光从大厅的中央，均匀地引到大厅的四面八方。

这既改善了

光线分布的均匀性，也大大地节约了能源。

这是一个“从物体中抽出必要的

部分或属性”的实例。

I案例4-7]

海军声呐

军舰在航行过程中，会从军舰上的各种设备里产生出大量电磁波。

这些

电磁波，严重干扰了水下声呐的正常工作，怎么办？

人们利用抽取原理，成功地解决了这个问题。

为把电磁波的干扰分离，

我们可让声呐系统远离军舰。

这只须用遥控装置拖曳声呐，让声呐与军舰保

持一定距离，干扰电磁波便自然远离声呐，而不会起负面作用了。

3．使用技巧

把系统中的功能或部件分成有用、有害部分，视情况抽取出来。

切记：

抽取

的目的是为系统增加价值。

抽取可同样应用于非实物或虚拟情况。

4．课堂讨论

以下都是利用抽取原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请你

说一说。

安装超声波驱鸟器，使飞鸟远离机场；1）

2）将狗的吠叫声这一特性抽取出来，引人到机器狗中；

3）从鸡蛋中分离出蛋清，用来烘烤面包；

4）高速公路上的隔音屏障；

5）化工生产中的萃取工艺；

6）猎头为用人单位遴选优秀人才；

7）融资收买运用抽取原理，以在与各组成部分组合为单项业务时相比，各

被抽取业务组成部分在公开市场上更有价值时，使股东价值最大化。

三、局部质量原理

如图4-6所示。

1．局部质量原理的具体描述

1）将物体、环境或外部作用的均匀结构，变为不均匀的；

2）让物体的不同部分，各具不同的功能；

让物体的各部分，均处于完成各自动作的最佳状态。

3）．

2．应用案例

【案例4-81

瑞士军刀

在一把小刀上，折叠着多种常用工具，如小刀、剪子、起瓶器、螺丝刀

等。

显然，这把瑞士军刀的不同部分，具有不同的功能。

［案例4-9］

多格餐盒

在一个餐盒中，设置了多个间隔；在不同的间隔中，可放置不同的食物，

如图4-7所示。

这种结构，避免了不同间隔内的食物彼此“串味”。

显然，此

时多格餐盒的各部分，均处于各自运作的最佳状态。

I案例4-101

非圆齿轮传动机构

非国齿轮传动机构具有实现非匀速比传动的特点，即当主动齿轮作匀速

所示。

4-8转动时，被动齿轮作变速运动。

如图

3．使用技巧

不均匀的系统结构和环境往往是最有适应性的。

重点要实现系统中资源的最

优配置。

4．课堂讨论

以下都是利用局部质量原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，

请你说一说。

1）可以设置不同局部温度的冰箱；

2）带奶油的生日蛋糕；

3）带橡皮的铅笔；

4）带起钉器的羊角锤；

5）内部带有水银的“太空锤，'；

6）安排企业中举止文雅且谈吐利落的人员负责接待工作，可以让客户对企

业建立一种正面的第一印象。

四、增加不对称性原理

所示。

4-9如图

1．增加不对称性原理的具体描述

1）将对称物体变为不对称的；

2）增加不对称物体的不对称程度。

2．应用案例

【案例4-111

电源插头

为将电源插头正确地插入电源插座，我们可把接地插脚加粗。

通过这种

引入一个特殊几何形状的方法，把劝称的不那么安全的三腿电源插头，变成

不对称的安全型三腿插头，如图4-10所示。

［案例4一121

地宫的石门

我们知道大门多制造为长方形，且一般由均匀的木材制成。

但在北京明

十三陵中，定陵地宫的石门却不是这样。

这两扇石门又大又沉。

每扇门高

3.3m，宽为1.8m，重约4t。

门的横截面的形状，不是对称的长方形，而是离

门轴近处厚且宽，离门轴远处薄且窄的非对称形。

人们不禁要问：

为什么要

把门做成这种样子呢？

其实，当你推门时就会发现，不用费很大的力气，门

就很轻松地转动起来。

原来，这样做是为了使高大、沉重的石门开关灵活

方便。

3．使用技巧

对系统的状态做出变更，如改变系统平衡、让系统倾斜、减少材料用量、降

低总重量、调整物质流、变换支持负载等，从而消除冗余（如重量）或提高性

能（如密封）。

4．课堂讨论

以下都是利用增加不对称性原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什

么，请你说一说。

1）汽缸密封圈的截面，由圆形改进为椭圆形。

2）在搅拌容器内，使用不对称形的搅拌叶片。

3）增强汽车轮胎一侧的强度。

4）同时有疏密齿距的木梳。

5）USB接口正反不对称，以防止插反。

五、组合原理

所示。

4-11如图

1．组合原理的具体描述

1）在空间上，将相同的物体或相关操作加以组合；

2）在时间上，将相同或相关的操作进行合并。

2．应用案例

I案例4-131

PCB板

把成千上万个电子元件，组合在一片集成电路芯片之中；把成百上千个

集成电路芯片，安排在一块不大的PCB板上，如图4-12所示；把成十上百块

PCB板，装入一个机箱之内。

以上的每项操作，都是组合原理的具体运用。

［案例4-14

调温水龙头

利用组合原理，我们通过调温水龙头把冷热水按不同比例混合，从而得

到不同温度的水流。

根据水龙头种类的不同，有以下两种调温方式：

1）分离水龙头：

用两个龙头分别调节冷水、热水的比例，然后流出，如

所示。

4-13图

2）组合水龙头：

用一个龙头同时调节冷水、热水的比例，然后流出。

［案例4-151

玻璃运输

要把大块的玻璃运输到指定的远方，又要尽量避免玻璃受震破碎的损失，

人们只好先用柔软的物品把玻璃包好；然后，再把包好的玻璃装进大木箱里

运输。

尽管这样小心，但玻璃的破碎还是很难避免。

怎么办呢？

其实，有经验的装却工人，很早就想出了一个既简单又有效的办法。

他

们在两块玻璃之间涂上一点水，然后把两块玻璃合并在一起，这两块玻璃就

牢牢地“私成”一块了。

水，既是最便捷的钻接剂，又是很好的减震缓冲

剂。

试验的结果和实际运输都证明，这是个不错的办法。

3．使用技巧

将新材料、新技术引人到老系统中，在时间和空间上加以组合，可以提高系

统性能。

此原理也可以用于』b理学或人力资源等学科中，以改变工作中的人际

关系。

4．课堂讨论

以下都是利用组合原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请你

说一说。

1）计算机网络；

2）双核处理器计算机；

一3）杠推门；

一4）组合机床；

5）综合参数测试仪；

祖6）团队创造是对组合的一种强势应用。

在经仔细考虑后将乐于合作的与喜

批争论的成员组合至团队中，可增加判断思维并消除“团体迷思”，从而提高总

林团队成绩。

六、多用性原理．

如图4-14所示。

1．多用性原理的具体描述

1）使一个物体具备多项功能；

2）消除了该功能在其他物体内存在的必要性后，进而裁减其他物体。

2．应用案例

［案例4-161

牙刷柄内储存牙膏的牙刷

牙All足用来刷牙的工具。

牙刷柄内的空间，可用来储存牙膏，如图4-15

所示。

这样，一支牙刷除能用来清洁牙齿之外，还有存储牙膏的功能。

【案例4-171

报警门铃

一门铃是用来提醒家里来客的日常生活用具。

如在其内部再多安装一个烟

所示。

4-16一感报警芯片，这个门铃就同时具备了火灾报警的功能，如图

3．使用技巧

在任意时间、地点和系统级别上，当系统具备多用性时，可以让系统具有更

多的协作或者增值机会。

4．课堂讨论

以下都是利用多用性原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请

你说一说。

1）可拆卸的儿童安全椅，既可放在汽车内当座椅，也可拿到汽车外，作为

儿童车使用；

2）在企业中，具有多种才能的多面手；

3）大厦中的多功能厅；

4）医院里的全科医生；

5）老板椅；

6）工业界的标准是多用性原理的一种常见应用。

在某种标准之下产生的零

件，在与该标准相协调的那些系统之内具有多用性用途。

七、嵌套原理

所示。

4-17如图

1．嵌套原理的具体描述

把一个物体嵌人另一个物体，然后将这两个物体再嵌人第三个物体，以此

类推。

2．应用案例

［案例4-181

拉杆天线

我们把最细的第一节天线杆，推入稍粗的第二节天线杆空腔；然后将这

两节天线杆，再一起推进更粗的第三节天线杆空腔……直至全部天线杆，都

缩进最粗的一节天线杆空腔内，如图4-18所示。

I案例4-191

推拉门

为节省空间，我们不是拉开门，而是把推拉门推进墙内的空腔，如图

所示。

4-19．

3．使用技巧

尝试不同方向上（如水平、垂直、旋转或包容）的嵌套，考虑空间的利用

和被嵌套对象的重量。

4．课堂讨论

以下都是利用嵌套原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请你

说一说。

1）汽车安全带；

2）超市内的手推车；

3）俄罗斯套娃；

4）伸缩式钓鱼竿；

5）飞机的起落架；

6）卡片形式的广告嵌套于杂志书页之内。

八、重量补偿原理

所示。

4-20如图

1．重量补偿原理的具体描述

1）将某一物体与另一能提供上升力的物体组合，以补偿其重量；

2）通过与环境（利用空气动力、流体动力或其他力等）的相互作用，实现

物体的重量补偿。

2．应用案例

［案例4-20）

悬挂广告

如果无法借助高大建筑物，又不希望花费很大成本搭建脚手架时，利用

气球悬挂巨幅广告，就是个不错的办法，如图4-21所示。

［案例4-21］

潜水艇

～根据阿基米得定律，浸没在液体里的物体，受到一个竖直向上的力，称

之为浮力。

向上的浮力可抵消向下的重力，使潜水艇在海水中升降。

3．使用技巧

充分利用空气、重力、流体等进行举升或补偿，从而抵消现有系统／超系统／

环境中的不利作用（如力或重量）。

重量补偿原理也适用于商业问题、人际关系

或是其他学科。

4．课堂讨论

以下都是利用重量补偿原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，

请你说一说。

1）直升机的螺旋桨；

2）热气球；

3）游泳救生圈；

4）黄河上摆渡用的羊皮筏子；

5）给赛车装上阻流板，用以增加车身与地面的摩擦力，这里我们利用了空

气动力学的原理；

6）平衡的投资组合包括保守投资与进取投资的混合体，其可抵消市场压

力，以便设法保护投资。

九、预先反作用原理

所示。

4-22如图

1．预先反作用原理的具体描述

1）事先施加机械应力，以抵消工作状态下不期望的过大应力；

2）如果问题定义中，需要某种相互作用，那么事先施加反作用。

2．应用案例

［案例4-221

备用螺钉

把卖给用户的、可以由用户自行装配的产品，多提供几个备用螺打，这

样即使在装配过程中有某个螺打丢失也不影响装配工作，可有效地避免用户

的装配中断并提高满意程度。

［案例4一231

预应力结构

在物质的结构承受外荷载之前，人们预先对处在外荷载作用下的受拉区

施加压应力，用以改善结构使用性能的结构形式，被称之为预应力结构。

一提起预应力结构，人们马上就会想起预应力混凝土。

其实，在人们生

活中，很多地方都用到了预应力结构，如木捅、圆形水池、弯形构件等。

为

使木制的水捅坚固耐用，人们在还没装水之前，先把铁箍或竹箍紧紧地套在

捅壁上。

这样，就从外面对木桶壁产生一个环向的压应力。

若预先施加的压

应力，超过最大水压力引起的拉应力，木桶就不会开裂漏水。

为使圆形水池．

坚固，也可以效仿木桶加箍一样，沿水池周边预先作用预应力。

同样，在弯

形构件的荷载加上去之前，给构件施加预应力，就会产生一个与荷载作用产

生的变形方向相反的变形。

当荷载要构件沿其作用方向发生变形之前，必须

首先把这个与荷载相反的变形抵消，然后才能继续使构件沿荷载方向发生变

形。

这样，预应力就像给弯形构件多施加了一道防护一样，改进了构件的机

械性能。

在我们身边，类似的这种例子实在是太多了，如图4-23所示的橡木

酒捅。

3．使用技巧

关键在于预先采取行动来抵消、控制或防止潜在故障的出现。

包括自然或人

的相互作用，如压力、危机、厌倦等。

4．课堂讨论

以下都是利用预先反作用原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什

么，请你说一说。

1）酸碱缓冲溶液；

2）给钟表上弦；

＿3）汽车减震器；

4）接种防流感疫苗；

5）弓弩；

＿6）预留缝隙的桥梁路面；

7）在饮酒之前吃些东西或者吃一点化解酒精的药物，可以防止醉酒。

十、预先作用原理

一如图4-24所示。

1．预先作用原理的具体描述

1）预先对物体（全部或部分）施加必要的改变；

2）预先安置物体，使其在最方便的位置，开始发挥作用而不浪费运送

时间。

2．应用案例

l［案例4-241—

不干胶贴

为把纸粘在墙上，人们要把胶水涂在纸的背面。

但是，如果携带胶水不

方便的时候，那又该怎么办呢？

这促使人们进行考虑：

能否把胶水预先涂抹

所示。

4-25在纸的背面呢？

正是这种思路，促成了不干胶贴的发明，如图

人

们只要揭下纸背面的保护膜，就可以很方便地把纸贴到墙上了。

［案例4-25］

预收费系统

当汽车驶入停车场时，收费系统就开始计算汽车停车费；当汽车准备驶

出停车场时，根据计算的结果，收费系统已经自动计算出汽车的全部停车费，

加用4-26所示＿孩时＿献不必由停车管理苗讲杆羊工计葺了

3．使用技巧

＿在某一事件或过程之前采取行动。

目的在于增强安全性·简化事情的完成过

程、维持正确作用、减轻疼痛、增加智力、产生某种优点及使过程简单化等。

4．课堂讨论

以下都是利用预先作用原理趣}u下va谁鲡，＊、，、二＿＊，．＿‘．

＿，，竺'}N}Tam}}t7GTF1tJ1}:

}}工程难题的实例，其中蕴含的道理基“

请你说一说。

－－－·－、。

一时。

二二汗低,

1）手术前，将手术器具按YrrrfigMMlifi,Pkwd扮-&r

2）在建筑的通道里安置的灭火器；

一3）已充值的公交车IC卡；

＿4）半成品食物；

一r5）写字楼内给各公司分配的邮箱；

6）在进行重大投资之前的商业交易中，实施预先的调研。

十一、事先防范原理

所示＿4-27如图

1．事先防范原理的具体描述

采用事先准备好的应急措施，补偿物体相对较低的可靠性。

2．应用案例

t案例4-261

降落伞的备用伞包

空降兵的降落伞装置中通常带有备用伞包，防止在跳伞时万一出现降落．

伞打不开的情况，立即启用备用伞包。

如图4-28所示。

I案例4-271

消防通道

消防通道是预先在建筑内外设置的安全楼梯和专用道路。

安全楼梯可以

一保证人员在建筑失火时能够便于逃生；专用道路可以让消防车尽快抵达火场。

I如图4-29所示。

｝［案例4-28

｝汽车安全气囊

｝安全气囊预先安装在车厢内部的多处位置。

当车辆遭受较为剧烈的撞击

所示。

4-30｝时，它会在瞬间充气膨胀以保护驾驶员和乘客。

如图

3．使用技巧

采用各种各样的技术手段来防止系统故障的发生和灾难的扩大。

防撞、防漏、

防跌、防坠物、防晒、防盗、防泄密、防跳槽、防灾等，都属于事先防范的范畴。

4．课堂讨论

以下都是利用事先防范原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，

请你说一说。

1）航天飞机上的备用输氧装置；

＿2）防毒面具；

一3）汽车防冻液；

一4）超市内商品上贴的防窃磁条；

六5）赛车场跑道旁的废旧轮胎；

歹6）在生产过程中，可建立调节性库存储备，以降低停产的风险。

鬓

蒙十二、等势原理

一所示。

4。

图一。

．

1．等势原理的具体描述

改变操作条件，以减少物体提升或下降的需要。

2．应用案例

［案例4-291

传送带

为把货物移至仓库的平台上，应使传送带与仓库的平台一样高，如图

所示。

4-32．

［案例4-301

船闸

为在高低不同的水位之间实现船舶的通航，人们利用船闸来进行船体的

升降。

3．使用技巧

要点是避免“直接对抗重力”。

可以通过环境、结构或系统所提供的资源，

以最低的附加能量消耗来有效地消除不等位势（有害作用）。

4．课堂讨论

以下都是利用等势原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请你

说一说。

1）汽车修理厂的维修地沟；

2）供乘客登上飞机的舷梯；

3）建筑业提升重物用的卷扬升降机；

4）轮船码头上的龙门吊车；

5）仓库内搬运货物的叉车；

6）营销组织力争向新闻媒体传达均匀的公司形象及信息流，消除信息

误传。

＋三、反向作用原理

所示。

4-33如图

1．反向作用原理的具体描述

1）用相反的动作，代替问题定义中所规定的动作；

2）把物体上下或内外颠倒过来；

3）让物体或环境，可动部分不动，不动部分可动。

2．应用案例

［案例4-31］

分离两个套紧的物体

冷冻内层物体，而不是加热外层物体。

［案例4-321

冲洗器皿

器皿倒置，让水从下面向上喷，来进行清洗。

［案例4-33］

车床与膛床

车刀不动，工件旋转，而撞床则反之。

4-341

［案例

跑步机

人在地面上跑步，地面不动而人向前运动；而跑步机则是地面向后运动，

人保持不动。

如图4-34所示。

3．使用技巧

尝试让系统以某种方式“反转”或颠倒，看系统是否能由此获得新功能、

新特征、新作用及新对象。

4．课堂讨论

以下都是利用反作用原理解决工程难题的实例，其中蕴含的道理是什么，请

你说一说。

1）乘客随滚动电梯上下楼；

2）制作酒心巧克力的工艺；

3）内部冷冻进行管道连接；

4）倒立放置剩余不多的洗发水瓶；

5）定子与转子反向转动的电机；

6）用逆排序法制定工作计划；

7）当竞争者避开一个难以服务的市场时，可以寻找一种方式来为该市场根

供服务。

十四、曲面化原理

所示。

4-35如图

1．曲面化原理的具体描述

1）将物体的直线或平面部分用曲面或球面替代，变平行六面体或立方体结

构为球形结构；

2）使用滚筒及球状、螺旋状结构；

3）改直线运动为螺旋运动，应用离心力。

．

2．应用案例

【案一笔尖｝

仔细观察一下，圆珠笔和钢笔的笔尖，都是球形而不是别的形状。

这种

球形的笔尖，下墨均匀、书写流畅。

【案例4一361

家具滚轮

在家具腿部装上滚轮，便于移动，如图4-36所示。

｛［案例4-371

｝甩干机

。

力，可以除去衣物上的水分，；大的离，｝甩干机的电机高速旋转时产生、．

｝如图4-37所示。