TRIZ理论综述及中国化思考.docx

1、TRIZ理论综述及中国化思考TRIZ理论综述及中国化思考1. TRIZ体系简介 （1）TRIZ的理论基础 对创新规律的基本认识 TRIZ翻译成德文是Theorie des erfinderischen Probleml，意为“发明问题解决理论”。前苏联科学家阿奇舒勒在对20万个发明专利进行了研究，特别在对其中4万个他认为发明程度很高的专利进行深入研究的基础上，得出了3个基本认识：发明专利虽数目庞大，但有一个共同点，就是应用了数目不多的一般性原理；像社会系统一样，技术系统可以通过解决矛盾（Wderspruch）而得到发展。因此，真正的创新是解决矛盾，妥协的解决方案最多只能算优化； 技术系统的进化

2、遵循一定的模式和规律。这就是说，技术系统的发展（在一定限度内）是可预测的。 阿奇舒勒以这3个基本认识为出发点，根据辩证法、认识论和系统论的思想，总结出了技术系统进化法则和构建在基本原理基础上的求解发明问题的技术、方法和工具体系，创立了TRIZ。TRIZ的核心概念 TRIZ的核心概念有两个：技术矛盾和物理矛盾。 所谓技术矛盾，是指在一个技术系统中，当一个参数被改动时，另一个参数就变差，例如：发动机功率增大，但耗油量升高。物理矛盾则是指同一个参数的两个互相对立的特性，如温度的冷与热；几何尺寸的长与短；硬度的软与硬等。阿奇舒勒将问题分为常规问题与发明问题。所谓问题，就是技术系统的初始状态与理想状态之

3、间存在距离。解决问题的过程就是使技术系统的初始状态通过一个步骤或多个步骤的变换实现或接近理想状态的过程。如果实现变换的所有步骤都已知，则要解决的问题属常规问题；若至少有一个步骤未知，则该问题属发明问题。 阿奇舒勒将他研究过的20万个发明专利所涉及的发明问题分成五类：第一类（32%）：利用已知方法继续发展现有技术系统（例如：增加壁的厚度以提高强度）。第二类（45）：现有技术系统的小幅度改进，但这种改进往往是妥协的折衷解决方案（例如：使用结合剂将两种不同材料焊接在一起）。 第三类（18）：运用现有技术实现现有技术系统的重大改进（例如：以半导体取代电化学继电器，或在摩托车上以万向轴传动取代链条传动）

4、。 第四类（4）：运用新的技术产生新的一代技术系统（例如：显微镜，蒸汽机车，复印机等）。 第五类（1）：基础性的新发现（例如：发现X光射线、激光、青霉素、DNA、超导材料等）。 阿奇舒勒认为，TRIZ作为可普遍运用的原理和可定义的思维模式，适合于解决第二至第四类发明问题。第一类不算真正的发明，第五类则属于发现新的自然现象。 运用TAIZ解决发明（创新）问题的关键就是找出矛盾是技术矛盾还是物理矛盾，然后利用不同的TRIZ工具，通过类比思考的方式，找到解决矛盾的思考方向。 TAIZ的基本思路 TRIZ解决发明问题的基本思路是： 定义和描述具体问题，根据所选定的TRIZ工具或工具组合，将具体问题标准

5、化；将标准化的具体问题抽象化；寻找抽象化问题的解决方案；将抽象化的解决方案根据具体问题转换为具体解决方案，即具体的技术创新方案。 其实，这样的思路在数学中是很熟悉的。用数学语言可将TRIZ解决发明问题的基本思路概括成一句话：使用适当的工具，先将特定问题抽象成为标准或一般性问题，然后采用标准方法解决，最后得到特定的解。从基本思路可以得知，运用TRIZ解决一个发明问题的困难程度取决于对该问题的描述和问题的标准化程度，描述得越清楚，问题的标准化程度越高，问题就越容易解决。 （2）TRIZ工具体系 根据上述基本认识和思路，TRIZ的创立者设计了一套工具来解决发明问题，因而很有操作性。经典的TRIZ工具

6、是： 40个创新原理和技术矛盾解决矩阵；解决物理矛盾的分离原理；发明问题解决算法ARIZ；发明问题标准解法（76个标准解法）和物场分析法；S曲线和技术系统进化法则；最终理想解；侏儒模型建模；物理效应和现象、几何和化学效应数据库。现在扩展为因特网查询和专利数据库查询。由阿奇舒勒的学生们开发的新的TRIZ工具有： 创新问卷；功能建模，又称问题描述，形式是一种因果图，但不是日本人石川馨发明的那种因果图；SAO（SubjectActionObject）功能模型，是一种基于美国工程师麦尔斯（创立的价值工程的扩展的功能模型）；过程分析；资源时间成本算子；预期故障测定；特征转移；资源分析问卷；矛盾分析。 2

7、.创新方法“TAIZ”在德国的理论研究和推广应用情况 （1）理论研究 TRIZ理论在德国被一些研究者做了进一步的发展，形成了若干种基于TRIZ理论的创新方法论，即WOIS理论、PI理论、MIS理论。其中 WOIS理论被认为是对TRIZ理论作了最大程度扩充的一种德国的创新理论。本文将对WOIS理论与TRIZ理论的不同之处作较详细介绍，对其他几种理论做简略介绍。WOIS理论 WOIS是一种原本为解决技术问题而构建的创造力和技术创新战略，利用它来激发产生新的产品和新的生产过程。WOIS融合了一些局部系统化的老方法（如形态表Morphologische Tabelle），补充了大趋势分析）以及技术系统

8、连贯性历史分析（“代际表”“Generationstabelle”）和确定技术系统在进化中的位置等工具。WOIS的基本思想是置之死地而后生：将矛盾推向极端，形成似乎没有出路的绝境，通过引进“悖论性发展要求”来破解这种绝境，完善了矛盾思维。例如：像“明亮的黑暗”或“不渗透的渗透性”这样一些表述，就是所谓悖论性要求。把这些看似矛盾对立的东西作为创新目标，需要创新者有这样的能力，不仅能进行专业和客观的思维，而且要能把这类极端的要求，既富想象力，又同时具有高度水平地在技术上实现。采用这种战略，不仅使创新过程有序并有效，而且也会激发积极进取的创造力。WOIS寻找创新主意的过程分成三个主要阶段：即定向阶段

9、；决策阶段和提出创新方案的阶段。 归纳起来，WOIS的3个主要阶段可描述如下：WOIS使用战略定向工具寻找最富潜力的发展方向，并从中有针对性地激发出克服现有能力局限的创新主意。采取提出悖论性要求的做法，是有可能做到这点的。这些悖论性要求是有意识地突破现有的逻辑局限，需要使用激发创新主意的新方法才能奏效。 WOIS的核心仍是TRIZ，只是在几个方面对TRIZ做了扩展。 总而言之，ARIZ更多地像是给自由发明者的提供理论思路，而WOIS则是为日常技术开发提供的基于实践经验的工具。因此可以说，WOIS是 ARIZ和设计方法大全的交集模型。但是这个交集的效能有一定损失。一方面它在工程技术上没有设计方法

10、大全那么详备，另一方面在辅助解决矛盾的功能上，并不比ARIZ更强。 另一个与TRIZ的差别在于，WOIS需要一个专业的开发小组，而TRIZ个人发明家也可使用。所以WOIS一般用于企业的技术开发。WOIS缺少战略循环修正步骤也表明，WOIS更多地是为被动用户开发的，而不是为对战略主动施加影响的用户。最后还要指出一点，WOIS是一种模糊的方法，从模糊逻辑借用的一些概念起着重要作用。为了使WOIS在团队工作中充分发挥功效，WOIS之中还融合了心理学的知识。所有这一切ARIZ都不需要，因为 ARIZ的创新过程是分析式的。 德国的其他理论 PI理论 PI理论的德文原文是Konept der Proble

11、mzentrierten Invention（PIKonzept），意思是以问题为中心的发明方案。该理论由不来梅大学创新与能力转移教研室主任默尔勒教授和潘能贝克硕士于 1997年在他们任教的科特布斯工业大学创立的。 该理论与TRIZ和WOIS最大的不同是没有规定的起点和终点，不必事先规定步骤的顺序，对频度和强度没有限制。这一理论建立在米勒梅尔巴赫的五场分析法框架模型基础上。这个模型把一个问题区别为五个部分：现状、资源、规定状态、目标和相互关联互动的转换（由现状跃迁为规定状态）。对于这些场中的每个场，都有对应的“工具”可供使用。这样系统分析和矛盾思维就成了确定现状的关键工具，而以“理想机器”为基

12、础的参数主要是确定目标用的。技术矛盾解决矩阵，时间、空间、结构和状态的基本转化形式，物场分析以及技术系统进化法则，这些都适合用作转换的工具。MIS理论 MIS是德文Marktorientierte lnnovations strategie的缩写，意思是面向市场的创新战略。MIS理论是现已退休的原亚琛工业大学矿业研究所所长施皮斯教授提出的。在 60和70年代，施皮斯教授在工业界的研发部门工作，在实践中逐步摸索出了一套发明的系统方法。在他1980年担任亚琛工业大学教授之后，才开始对他的这套系统方法进行科学研究。在德国统一之后，他又同耶拿大学的认知心理学家合作，逐步完善了他的理论。MIS理论的基本

13、思想是：把那些在凭直觉进行发明过程中于潜意识中发生的过程化为有意识的过程，由此将“发明的飞跃”分解为一系列小的、一目了然的和可把握的步骤，然后开发工程师和设计师可以按照这些步骤进行发明创新。 根据他的理论，可技术上将发明过程分为三个基本组成部分： 将已知的东西移植到其他用途（移植）； 对移植的东西进行改造（改造）； 在改造过程中与其他元素进行组合（组合）。 （2）推广应用情况简介 德国最早介绍TRIZ是在原民主德国。1973年，民主德国首次翻译出版了阿奇舒勒著作。民主德国当时推广TRIZ的一批人，如Pavel Livotov（创办了CAI软件公司，出版过介绍TRIZ的专著），Dietmar Z

14、obel（他本人曾在1985年拜访过阿奇舒勒，1982年发表介绍TRIZ的文章，1985年起，出版了一系列介绍TRIZ的专著），Michael AOrloff（创办了TRIZ培训学校，出版过专著）等，现在都是德国知名的TRIZ专家。 在统一后的德国，20世纪90年代初，在一些大学的与机械工程有关的系讲授设计课程时，对TRIZ就有所介绍。根据文献从1996年开始最早产品研发过程中采用TRIZ的是西门子公司。1997年美国宇航局把计算机辅助创新（CAI）软件包TechOptimizer评为当年最具创新产品而授予金奖，TRIZ在欧洲，包括在德国，才引起公众注意。自那以后，理工科大学在设计课程或创新管

15、理的课程中都讲授TRIZ。企业应用TRIZ的越来越多。据有关资料，德国所有名列世界500强的大企业都采用了TRIZ，像西门子、奔驰、宝马、大众、博世等著名公司都有专门机构及专人负责TRIZ培训和应用，涉及的行业很广泛。 应用TRIZ的行业：成套设备制造、采掘技术； 动力技术、家用电器； 仪器仪表、航空航天工业； 自动、机械制造；化学工业、医疗技术；电气技术、食品工业；电子技术、制药工业； 汽车工业、包装技术； 精密机械。 但是目前，在德国对技术创新方法影响最大的是德国工程师协会制定的设计方法标准VDI 2221和2222。而这套标准当时制定时（1993年）并没有吸纳TRIZ的思想。在CAI软件

16、研发方面，德国自1998年推出基于TRIZ的CAI软件TriSolver 10B以来，经历了TriSolver 20-22和TriS，于2007年推出了TriSIDEAS。 对于国内关心的TRIZ对于实际创新能力的影响，德国目前尚无权威中立的研究机构的研究报告，只有应用TRIZ的企业和TRIZ培训或咨询企业的案例报告，都声称在具体项目中采用TRIZ，缩短了研发时间，节省了研发经费等。四、国内外TRIZ的研究和应用现状及趋势 （一）国外TRIZ应用研究现状及趋势 欧洲以瑞典皇家工科大学(KTH)为中心，集中十几家企业开始实施利用TRIZ进行创造性设计的研究计划；日木从1996年开始不断有杂志介绍

17、 TRIZ的理论方法及应用实例；在美国，有关TRIZ的研究咨询机构相继成立，TRIZ和方法在多个跨国公司迅速得以推广并为之带来巨大收益。如福特汽车 公司遇到了推力轴承在大负荷时出现偏移的问题，通过运用TRIZ，产生了28个新概念(问题的解决方案)，其中一个非常吸引人的概念是:利用小热膨胀系数 的材料制造轴承，从而很好地解决了推力轴承在大负荷时出现偏移的问题。波音公司邀请25名TRIZ前苏联专家，对波音450名工程师进行了两星期培训加讨 论，取得了767空中加油机研发的关键技术突破，从而战胜空中客车公司，赢得15亿美元空中加油机订单。2003年，“非典型肺炎”肆虐中国及全球的许多 国家，新加坡的

18、TRIZ研究人员就利用40条发明创新原理，提出了防止“非典型肺炎”的一系列方法，其中许多措施被新加坡政府采用，收到了非常好的效果。 一个有典型代表意义运用TRIZ给企业带来实际效益的例子是韩国三星电子。1997年，三星电子引入TRIZ ,在研发部门实施技术创新理论培训；1998年至2002年，三星电子共获得了美国工业设计协会颁发的17项工业设计奖，连续5年成为获奖最多的公司。 2003年，三星电子在67个研究开发项目中使用了TRIZ，为三星电子节约了1. 5亿美元，并产生了52项专利技术。2004年以1604项发明专利超过lntel名列第六，领先于日本竞争对手日立、索尼、东芝和富士通。三星电子

19、CEO尹钟龙表示，要在2005年和2006年分别注册2000多件专利技术(以申请美国专利为准)进入世界前5大专利企业排行榜，并于2007年进入前3位。三星电子从技术引进到技术创新的成功之路给渴望在经济全球化竞争中占有一席之地的中国企业提供了很多有益的和可借鉴的启示。 西南交大陈光教授研究认为，国际上TRIZ研究和实践工作，有三个特点和趋势：一是集成化，基于早期TRIZ方法的相对繁琐和零散，从80年代开 始BorisZlotin和AllaZusman等人用计算机化的方式表达TRIZ，集成和简化TRIZ的方法、工具和应用程序，推动TRIZ方法的进一 步普及；二是工程化，TRIZ传到西方以后，引起强

20、烈反响，1992年Ideation公司调整和开发TRIZ并应用于美国工程研究和实践，这项技术也从 分析发明问题阶段发展到发明工程阶段；三是标准化，国际TRIZ协会已制定和实施“国际TRIZ认证”体系，使得企业技术创新的水平有了客观的评判标准和 创新人才的培训标准。 （二）国内TRIZ应用研究现状及趋势 TRIZ理论在我国已经开始受到重视，国内也有一批企业和大学开展了TRIZ的研究、培训和应用。从事培训教育的公司主要有亿维讯集团，亿维讯集 团（IWINT, Inc.）作为世界领先的计算机辅助创新技术CAI（Computer Aided Innovation）软件供应商，长期致力于创新理论体系和创

21、新方法学的研究，是一家专注于CAI软件的研发、应用、理论培训和技术咨询的高新技术集团 公司。开始重视和应用TRIZ理论的企业主要有中国船舶、中国兵器、中国航天等大型军工集团，以及铁道系统的科研院所及单位等。大学有清华大学、浙江大学、西南交通大学、东北林业大学、黑龙江科技学院等。中国科技部已开始启动了创新方法的研究推广计划。2007年8月13日科技部已经正式批准黑龙江省和 四川省为“科技部技术创新方法试点省”。 五、 TRIZ理论与计算机辅助创新技术 TRIZ仍在不断地发展中，随着信息技术的不断发展，一门以发明创造问题解决理论(TRIZ)为基础，结合现代设计方法学、语义处理技术、专利分 析技术、

22、多领域科学知识以及计算机软件技术等综合而成的新兴技术计算机辅助创新技术CAl (Computer Aided lnnovatiou)已经出现，并迅速在国内外开始推广应用。在这方面走在最前列的是亿维讯集团（IWINT, Inc.），该公司作为全球计算机辅助创新（CAI）的技术领导者，长期致力于创新理论体系和创新方法学的研究和培训。 TRIZ揭示了创新实践的规律，总结了求解创新问题的分析方法和解决方法，是指导人们进行创新实践的理论基础和方法论。但是，如何运用好TRIZ，仍然需要大量的已有知识的支持:包括技术知识、科学原理、专利知识、各种社会知识、经验知识、成功案例、失败案例等等，尤其是专利知识已经

23、成为实现创新最主要的知识来源之一。据统计，每年世界上发明创造的90%95%都是以专利的形式出现，而充分利用专利知识进行技术创新，能节省我们60%的研发时间和40%的研发资金投入。作为前人创新成果的结晶，专利知识技术含量高，可靠性强。但是，专利涉 及的领域和数量层出不穷，如何在有限的时间内征服如此巨大的信急量？如何在浩瀚的知识海洋中寻找有用的知识？全靠人力为之，真可谓大海捞针，而且面对越来 越加快的知识更新速度，人脑已经无法有效地担当海量知识的记忆载体和处理中枢；其次，个体的知识已无法支持复杂的产品和工程研发创新。因此，必须把个体的 知识转换成公有的、有组织的、可共享的知识。CAI它能帮助人们学

24、习和应用TRIZ，综合、积累相关知识，分析、求解创新问题，快速地帮助人们运用 TRIZ得出问题的领域解，并提出问题的建议方案。TRIZ理论综述及中国化思考(三)六、TRIZ理论的改进完善和中国化思考 尽管TRIZ理论已经发展了几十年，其成熟部分也已解决了许多设计难题，产生了巨大的经济效益。但随着TRIZ理论在工程实例中应用的扩大，其自 身也暴露出了一些弱点。这些暴露出的弱点正是TRIZ理论需要自我完善的地方。根据国际上TRIZ研究发展的动向，TRIZ理论还需要改进和完善的地方可 归结为以下几个方面： （一）TRIZ的一般过程 在TRIZ解决问题的过程中，将问题的通解具体化是一个难点，这需要有深

25、厚的领域背景知识。TRIZ理论认为，一个成功的设计可由如下公式描述： S=PcPkn(1+M)(1+T)（其中：S成功的设计； Pc个人解决问题的能力； Pkn领域知识的水平与经验；MTRIZ方法论与哲学思想的运用；TTRIZ工具的运用）。在公式中，Pc和Pkn 都与领域知识有关。因此，尽管TRIZ理论的创始人阿奇舒勒否认了经验知识在TRIZ理论中的重要性，但从上述公式可以看出经验知识依然对TRIZ理论的 应用构成了重要的支持。所以，在TRIZ理论中融入经验思维模式，应是TRIZ理论在应用中的一个发展方向。 （二）物场模型及符号系统 物场模型是TRIZ理论中一个非常重要的工具，该模型对于描述产

26、品的一个功能是方便的。但是一个产品往往有多个功能，当该模型用于描述多功能技术系统时便会遇到很大困难，甚至无法进行描述。因此，按照阿奇舒勒物场模型提出适应性更强的符号系统是TRIZ理论本身发展的一个方向。如Zinovy、 Terninko等人提出了更新的符号系统。 （三）冲突解决理论 一些研究者认为冲突及解决技术中的39个标准参数或通用工程参数及40条解决原理还不完善。近年来TRIZ应用实例表明，有些设计中的明显冲突用 39个参数不能描述（现在已经扩展到48个），因此也就不能选择冲突解决原理。如果增加冲突的标准参数个数，冲突解决矩阵如何改变？40条解决原理是否已 覆盖了所有的设计问题（现在已经有

27、50多条创新原理），如果增加条数，冲突矩阵如何改变？这些问题现在还没有答案。这些问题也是TRIZ理论发展的一个方向。 （四） ARIZ算法 在实用中，ARIZ算法存在一些缺陷，如不易确定“最小问题”。现在对ARIZ的改进主要从以下四个方面进行：1、引入问题程式过程的内容。其一 能对初始问题进行描述，这种描述有助于解决问题；能对问题所处的环境进行描述，以便能选择更有希望的问题陈述；2、应尽可能多地采用产生解的工具；3、提供多种问题典型描述的菜单；4、使ARIZ应用更加方便，即采用结构化的方法，使微观算法、例题、定义等分开。 （五）TRIZ的中国化思考 相对于传统的创新方法，TRIZ具有鲜明的特点

28、和优势，但也还存在如上所述的不少问题或者缺陷，在我国开始重视研究和应用推广TRIZ时，首先应该结合中国企业技术创新的实际来做更多的中国化思考，改进和完善TRIZ的基础理论和方法工具，从而真正提高企业的自主创新能力和国家的科技竞争力。具体 说来，我们可以从以下几方面来努力：1、基于TRIZ在中国的推广应用，深入进行相关的基础理论研究，特别是TRIZ理论中国化的问题研究；2、现在国际上已对超过250万份优秀的专利进行过系统化的研究，充实了TRIZ理论和方法应用的体系，但结合我国的实际，还应该对传统的TRIZ方法进行验证、对发明的参数进行补充调整和建立我们国家自己的完善的专利库 等；3、加强TRIZ

29、工具的研究和开发，我国的亿维讯集团开发出的计算机辅助创新设计平台（Pro/Innovator）和创新能力培训平台 (CBT/NOVA)是目前较成熟的应用工具，但在实际的推广应用中还需要不断的升级和更新；4、科技部批准黑龙江省和四川省为“科技部技术创新方法试点省”，建成国家TRIZ的研究实验基地和高水平的 TRIZ人才培养基地。 综上所述，相对于传统的创新方法，TRIZ具有鲜明的特点和优势。它将发明创造问题归纳为5个层次，39项技术特性、40个创新原理；由创新思维方法与问题分析方法、技术系统进化法则、技术矛盾矩阵、物质-场分析标准解法和问题解决算法(ARIZ) 5个分析和解决问题的方法论构成的一

30、整套系统化的、实用的解决发明问题的理论方法体系。它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，并基于技术发展的进化规 律来研究整个技术发展过程。可快速确认和解决系统中存在的矛盾，大大加快发明创造进程，提升创新的能力。具体来说运用TRIZ可以给我们以下启示1) 创新将像从事日常技术工作一样成为可能；(2)创新不再是专家的“灵光一现”，创新可以持续不断地进行下去；(3)对问题进行系统分析，高效发现问题本 质，使准确定义问题和矛盾成为可能；(4)能对创新性问题或者矛盾解决提供更合理的方案和更好的创意；(5)能打破思维定势，激发创新思维，从更广的视角 看待问题；(6)基于技术系统进化规律，准确确定探索方向，预测未来发展趋势，开发新产品；(7)打破知识领域界限，实现技术突破等等。