产品经理百宝箱第65讲:TRIZ

TRIZ由前苏联发明家阿利赫舒列尔(G. S. Altshuller)于1946年提出,它代表了生成方法、工具库、知识库和基于模型技术创新的想法和解决方案,旨在为新系统的创新和现有系统的完善创建一种算法。

TRIZ(发音为treez)是teoriya resheniya izobretatelskikh zadatch的俄语首字母缩写,由前苏联发明家阿利赫舒列尔(G. S. Altshuller)于1946年提出,它代表了生成方法、工具库、知识库和基于模型技术创新的想法和解决方案,旨在为新系统的创新和现有系统的完善创建一种算法。

Altshuller在前苏联里海海军的专利局工作时,在处理世界各国著名的发明 专利过程中,他总是考虑这样一个问题:当人们进行发明创造、解决技术难题时,是否有可遵循的科学方法和法则,从而能迅速地实现新的发明创造或解决技术难题呢?答案是肯定的!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,以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则,建立一个由解决技术,实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系,并综合多学科领域 的原理和法则,建立起TRIZ理论体系。

阿利赫舒列尔和他的TRIZ研究机构50多年来提出了TRIZ系列的多种工具,如冲突矩阵、76标准解答、ARIZ、AFD、物质–场分析、ISQ、 DE、8种演化类型、科学效应等,常用的有基于宏观的矛盾矩阵法(冲突矩阵法)和基于微观的物场变换法。

在利用TRIZ解决问题的过程中,设计者首先将待设计的产品表达成为TRIZ问题,然后利用TRIZ中的工具,如发明原理、标准解等,求出该TRIZ问题的普适解或称模拟解(Analogous solution);最后设计者在把该解转化为领域的解或特解。

现代TRIZ理论体系主要包括以下几个方面的内容:

  1. 创新思维方法与问题分析方法。TRIZ理论中提供了如何系统分析问题的科学方法,如多屏幕法等;而对于复杂问题的分析,则包含了科学的问题分析建模方法——物-场分析法,它可以帮助快速确认核心问题,发现根本矛盾所在。
  2. 技术系统进化法则。针对技术系统进化演变规律,在大量专利分析的基础上TRIZ理论总结提炼出八个基本进化法则。利用这些进化法则,可以分析确认当前产品的技术状态,并预测未来发展趋势,开发富有竞争力的新产品。
  3. 技术矛盾解决原理。不同的发明创造往往遵循共同的规律。TRIZ理论将这些共同的规律归纳成40个创新原理,针对具体的技术矛盾,可以基于这些创新原理、结合工程实际寻求具体的解决方案。
  4. 创新问题标准解法。针对具体问题的物-场模型的不同特征,分别对应有标准的模型处理方法,包括模型的修整、转换、物质与场的添加等等。
  5. 发明问题解决算法ARIZ。主要针对问题情境复杂,矛盾及其相关部件不明确的技术系统。它是一个对初始问题进行一系列变形及再定义等非计算性的逻辑过程,实现对问题的逐步深入分析,问题转化,直至问题的解决。
  6. 基于物理、化学、几何学等工程学原理而构建的知识库。基于物理、化学、几何学等领域的数百万项发明专利的分析结果而构建的知识库可以为技术创新提供丰富的方案来源。

40种基本措施
Alshuler提出的40条发明创造原理是TRIZ理论的核心,其内容如下表所示:

  1. 分割原则
    • 将物体分成独立的部分。
    • 使物体成为可拆卸的。
    • 增加物体的分割程度。
  2. 拆出原则。从物体中拆出“干扰”部分或特性,或者分出唯一需要的部分或特性。
  3. 局部性质原则
    • 从物体或外部介质(外部作用)的一致结构过渡到不一致结构。
    • 物体的不同部分应当具有不同的功能
    • 物体的每一部分均应具备最适于它工作的条件。
  4. 不对称原则
    • 物体的对称形式转为不对称形式。
    • 如果物体不是对称的,则加强它的不对称程度。
  5. 联合原则
    • 把相同的物体或完成类似操作的物体联合起来。
    • 把时间上相同或类似的操作联合起来。
  6. 多功能原则。一个物体执行多种不同功能,因而不需要其他物体。
  7. “玛特廖什卡”原则
    • 一个物体位于另一物体之内,而后者又位于第三个物体之内,等等。
    • 一个物体通过另一个物体的空腔。
  8. 反重量原则
    • 将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消其重量。
    • 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。
  9. 预先反作用原则。如果按课题条件必须完成某种作用,则应提前完成反作用。
  10. 预先作用原则
    • 预先完成要求的作用(整个的或部分的)
    • 预先将物体安放妥当,使它们能在现场和最方便地点立即完成所需要的作用。
  11. “予先放枕头”原则。以事先准备好的应急手段补偿物体的底可靠性。
  12. 等势原则。改变工作条件,使物体上升或下降。
  13. “相反”原则
    • 不实现课题条件规定的作用而实现相反的作用。
    • 使物体或外部介质的活动部分成为不动的,而使不动的成为可动的。
    • 将物体颠倒。
  14. 球形原则
    • 从直线部分过渡到曲线部分,从平面过渡到球面,从正六面体或平行六面体过渡到球形结构。
    • 利用棍子、球体、螺旋。
    • 从直线运动过浑到旋转运动,利用离心力。
  15. 动态原则
    • 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。
    • 将物体分成彼此相对移动的几个部分。
    • 使不动的物体成为动的。
  16. 局部作用或过量作用原则。如果难于取得百分之百所要求的功效,则应当取得略小或略大的功效。此时可能把课题大大简化。
  17. 向另一维度过渡的原则
    • 如果物体作线性运动(或分布)有困难,则使物体在二维度(即平面)上移动。相应地,在一个平面上的运动(或分布)可以过渡到三维空间。
    • 利用多层结构替代单层结构。
    • 将物体倾斜或侧置。
    • 利用指定面的反面。
    • 利用投向相邻面或反面的光流。
  18. 机械振动原则
    • 使物体振动。
    • 如果已在振动,则提高它的振动频率(达到超声波频率)。
    • 利用共振频率。
    • 用压电振动器替代机械振动器。
    • 利用超声波振动同电磁场配合。
  19. 周期作用原则
    • 从连续作用过渡到周期作用(脉冲)。
    • 如果作用已经是周期的,则改变周期性。
    • 利用脉冲的间歇完成其他作用。
  20. 连续有益作用原则
    • 连续工作(物体的所有部分均应一直满负荷工作)。
    • 消除空转和间歇运转。
  21. 跃过原则。高速跃过某过程或其个别阶段(如有害的或危险的)。
  22. 变害为利原则
    • 利用有害因素(特别是介质的有害作用)获得有益的效果。
    • 通过有害因素与另外几个有害因素的组合来消除有害因素。
    • 将有害因素加强到不再是有害的程度。
  23. 反向联系原则
    • 进行反向联系。
    • 如果已有反向联系,则改变它。
  24. “中介”原则
    • 利用可以迁移或有传送作用的中间物体。
    • 把另一个(易分开的)物体暂时附加给某一物体。
  25. 自我服务原则
    • 物体应当为自我服务,完成辅助和修理工作。
    • 利用废料。
  26. 复制原则
    • 用简单而便宜的复制品代替难以得到的、复杂的、昂贵的、不方便的或易损坏的物体。
    • 用光学拷贝(图像)代替物体或物体系统。此时要改变比例(放大或缩小复制品)。
    • 如果利用可见光的复制品,则转为红外线的或紫外线的复制。
  27. 用廉价的不持久性代替昂贵的持久性原则。用一组廉价物体代替一个昂贵物体,放弃某些品质(如持久性)。
  28. 代替力学原理原则
    • 用光学、声学等设计原理代替力学设计原理。
    • 用电场、磁场和电
    • 磁场同物体相互作用。
    • 由恒定场转向不定场,由时间固定的场转向时间变化的场,由无结构的场转向有一定结构的场。
    • 利用铁磁颗粒组成的场。
  29. 使用气动或液压结构的原则。用气体结构和液体结构代替物体的固体的部分,如充气和充液的结构,气枕,静液的和液体反冲的结构。
  30. 利用软壳和薄膜原则
    • 利用软壳和薄膜代替一般的结构。
    • 用软壳和薄膜使物体同外部介质隔离。
  31. 利用多孔材料原则
    • 把物体做成多孔的或利用附加多孔元件(镶嵌、覆盖等等)。
    • 如果物体是多孔的,事先用某种物质填充空孔。
  32. 改变颜色原则
    • 改变物体或外部介质的颜色。
    • 改变物体或外部介质的透明度。
    • 为了观察难以看到的物体或过程,利用染色添加剂。
    • 如果已采用了这种添加剂,则采用荧光粉。
  33. 一致原则。同指定物体相互作用的物体应当用同一(或性质相近的)材料制成。
  34. 部分剔除和再生原则
    • 已完成自己使命或已无用的物体部分应当剔除(溶解、蒸发等)或在工作过程中直接变化。
    • 消除的部分应当在工作过程中直接再生。
  35. 改变物体聚合态原则。这里包括的不仅是简单的过渡,例如从固态过渡到液态,还有向“假态”(假液态)和中间状态的过渡,例如采用弹性固体。
  36. 相变原则。利用相变时发生的现象,例如体积改变,放热或吸热。
  37. 利用热膨胀原则
    • 利用材料的热膨胀(或热收缩)。
    • 利用一些热膨胀系数不同的材料。
  38. 利用强氧化剂原则
    • 用富氧空气代替普通空气。
    • 用氧气替换富氧空气。
    • 用电离辐射作用于空气或氧气。
    • 用臭氧化了的氧气。
    • 用臭氧替换臭氧化的(或电离的)氧气。
  39. 采用惰性介质原则
    • 用惰性介质代替普通介质。
    • 在真空中进行某过程。
  40. 利用混合材料原则。由同种材料转为混合材料。

如何使用TRIZ
使用Altshuller的方法解决问题的过程中,通常有九个部分:

第1部分:分析问题。第1部分的目的是对与问题或机会相关的所有参数有清晰准确的了解,其主要目的是促进从模糊的问题情况到有效有用的模型(问题模型)的转换。

  • 制定小问题(考虑以最小的系统更改来解决问题)。
  • 定义元素中的功能冲突-元素冲突可能包括工作场所或工具。
  • 地理模型以供进一步分析。
  • 通过指出元素的极限状态(作用)来夸大冲突。
  • 对问题模型使用Su场分析,包括冲突元素和夸大的冲突公式,应使用附加元素(参考X元素)来呈现什么内容,并将其引入系统中以解决问题。
  • 应用标准解决方案系统-考虑使用标准解决方案系统解决问题模型。如果这样做不能解决问题,请转到第2部分。

第2部分:分析问题模型。其主要目的是创建可用于解决问题的资源(空间、时间、物质和感觉)的清单。

  • 定义操作区域(OZ)-在最简单的情况下,OZ是问题模型中指示的冲突出现的空间。
  • 定义操作时间-“操作时间”是可用的时间资源,包括发生冲突的时间以及冲突之前和之后的时间。
  • 定义物质和现场资源-定义被分析系统、环境和工作场所的物质和现场资源(SFR)。创建资源列表。

第3部分:制定理想的最终结果和物理矛盾。通过第3部分的工作,应该会形成理想最终结果(IUR)的图像。

  • 识别IUR-1-识别并记录IUR-1。除冲突外,有害的行动与有益的行动有关。当获得新的有用功能或消除有害功能时,不能因为其他功能的退化或出现新的有害功能而妥协。
  • 夸大的IUR-1-对于一个小问题,禁止在系统中引入新物质和新领域, 仅使用SFR。
  • 为微观层次制定物理条件-如果无法从微观层次解决问题,则可能没有办法制定活动。
    制定IUR-2。

第4部分:调动利用物质-现场资源。旨在通过提供派生的SFR来提高资源可用性,该SFR可以通过可用资源的组合免费获得。

  • 使用生物进行模拟—用生物创建冲突的图形模型(线条图)。修改图形模型,使生物的行为不会发生冲突。
  • 从IUR退一步-如果您知道所需的系统应该是什么,唯一的问题是找到一种获取此系统的方法,那么从IUR退一步看问题通常会很有帮助。
  • 使用物质结果的混合-现在可以使用物质结果的混合来解决问题。
  • 使用空白空间—尝试用空白空间或物质资源和空白空间的混合物代替资源来解决问题。
  • 使用电场-确定是否可以通过引入电场或通过相互作用的电场而不是物质来解决问题。
  • 使用场和对场敏感的物质-尝试使用一个场以及对这个场有反应的一种或多种物质解决问题。

第5部分:应用知识库。此时,手头的问题已经很明显了,利用知识库是最直接的办法。

  • 考虑通过应用标准解决方案系统解决物理问题。
  • 通过将解决方案概念应用于已经使用ARIZ解决的非标准问题来考虑问题。
  • 考虑使用分离原理解决物理矛盾。
  • 考虑利用影响和现象库解决物理矛盾。

第6部分:更改或分离问题。通常,可以通过实际克服物理矛盾来解决简单的问题,例如,通过在时间或空间上分离矛盾的需求。

  • 如果问题得以解决,请将理论上的解决方案概念转化为实际的解决方案:制定作用原理并创建实现该原理的设备的示意图。
  • 如果问题没有解决,请检查第1部分中的描述是否代表多个问题的组合。
  • 如果问题仍然无法解决,请选择另一个技术矛盾。
  • 如果问题仍未解决,请返回第1部分,并针对超级系统或子系统制定小问题。

第7部分:分析解决物理矛盾的方法。此时将评估所选解决方案的质量。由于可以更好地利用现有资源,因此该解决方案应具有成本效益,否则最好花几个小时以获得新的更实用的解决方案。

  • 检查解决方案的概念-检查每个引入的物质和领域,以确保它们是必需的。是否可以应用或破坏SFR,而不是引入新的和额外的物质或领域?
  • 解决方案的初步估计-考虑以下因素,审查提议的解决方案:
    提议的解决方案解决了哪些物理限制?
    受影响的人对建议的解决方案的接受程度如何?
    是否满足IUR-1的要求?
    解决方案是否至少包含一个控制元素?如果是,哪个元素?如何控制?
    如果您不能肯定地回答这些问题,则需要开发新的解决方案。
  • 检查提出的解决方案相对于专利检索的新颖性-为了保护组织的知识资本,独特的物品可能会启动专利流程。
  • 确定在新技术系统的开发过程中可能出现哪些子问题-子问题通常需要对建议的解决方案进行重大更改,以克服与实施相关的挑战。

第8部分:利用建议的解决方案。目的是通过与其他潜在用户共享建议的解决方案来最大程度地利用资源。通常,创新的想法不仅可以纠正原始问题,还为解决许多其他问题提供了通用的钥匙。

  • 查找应如何更改包含已更改系统的超级系统。
  • 检查是否可以将更改后的系统或超级系统应用于新应用程序。
  • 应用提出的解决方案概念来解决其他问题,制定一般解决方案原理,并考虑将解决方案原理直接应用于其他问题。创建一个包含解决方案概念的所有可能修改的矩阵,并考虑该矩阵产生的每种组合。

第9部分:分析问题解决过程。在每个过程中,都应进行事后分析,以获取所学的经验,以便将来通过类似过程进行的周期增加。第9部分的目的是进行此分析,记录与TRIZ流程的九个部分相关的正面和负面经验。

  • 比较刚刚执行的过程,并将其与理论上完美的过程进行比较。注意所有偏差,包括正偏差和负偏差。
  • 将已开发的解决方案概念与TRIZ知识库进行比较。如果知识库不包括当前使用的主体,则将主体添加到知识库中。

TRIZ理论的特点和优势
相对于传统的创新方法,比如试错法,头脑风暴法等,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,而不是采取折衷或者妥协的做法,而且它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开 发过程,而不再是随机的行为。实践证明,运用TRIZ理论,可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。它能够帮助我们系统的分析问题情境,快速发现问题本质或者矛盾,它能够准确确定问题探索方向,不会错过各种可能,而且它能够帮助我们突破思维障碍,打破思维定势,以新的视觉分析问题,进行逻辑性和非逻辑性的系统思维,还能根据技术进化规律预测未来发展趋势,帮助我们开发富有竞争力的新产品。

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