中科大发明问题解决理论TRIZ法解读讲义01 TRIZ法基本思想和体系.docx
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1、发明问题解决理论TRIZ法解读讲义目录前言5第1章TRIZ法基本思想和体系31.1 TRlZ法理论的由来及其基本思想31.2 TRlZ法的定义41.3 TRlZ法体系结构51.3.1 理论基础51.3.2 TRlZ法问题分析工具61.3.3 基于知识的问题解决工具71.4 TRlZ法问题解决流程81.5 TRlZ法中的科学思想和思维9第2章专利分级与系统进化S曲线132.1 专利的等级划分132.2 技术系统进化S曲线162.2.1 技术系统介绍162.2.2 系统进化S曲线172.2.3 技术进化S曲线的运用202.2.4 系统进化多维S曲线212.2.5 系统进化多维S曲线的运用25第3章
2、技术系统进化及其模式分析283.1 技术系统和产品进化简介283.2 技术系统进化模式293.2.1 模式一技术系统的生命周期293.2.2 模式二增加理想化水平293.2.3 模式三系统不均衡发展导致矛盾出现363.2.4 模式四增加动态性和可控性363.2.5 模式五技术集成以增加系统功能373.2.6 模式六系统元件的匹配与不匹配373.2.7 模式七系统由宏观向微观进化383.2.8 模式八提高自动化程度和智能化程度383.3 技术系统进化综合运用38第4章物理矛盾与技术矛盾解决原理404.1 矛盾的概念及分类404.2 物理矛盾及其解决原理414.3 技术矛盾及其解决原理464.4
3、矛盾矩阵及其应用554.4.1 矛盾矩阵的构造554.4.2 矛盾矩阵的应用564.4.3 技术矛盾解决方法实际应用举例574.5 TRlZ法技术矛盾和物理矛盾解的基本思路834.6 40个发明创新原理的使用窍门85第5章物质-场模型分析885.1 物质-场模型885.2 物质一场模型分析模式895.3 物质一场模型的描述895.4 物质-场模型工作流程915.5 物质-场模型组建的规则925.6 物质-场模型功能分析法的应用965.7 物质-场模型理论运用实例97第6章ARlZ算法简介1046.1 ARlZ算法背景介绍 1046.2 ARlZ算法主导思想和观点 1046.3 ARIZ算法的流
4、程 1066.4 ARlZ算法的特色和不足 1086.4.1 ARlZ算法的特色 1086.4.2 ARlZ算法的不足 1096.5 ARlZ算法的运用 109第7章TRIZ法的产生和发展1127.1 TRlZ法的诞生1127.2 TRIZ法的传播1147.3 RTlZ法的应用和发展 1167.4 对TRlZ法的简要评价118附录120附录A TRIZ矛盾矩阵120附录B解决问题的76个标准解121附录C效应知识库126附录D 参考书目136第1章TRIZ法基本思想和体系1.1 TRIZ法理论的由来及其基本思想“TRIZ” 一词是俄文“发明问题解决理论”的首字母缩写,英文名称为TheoD of
5、 Inventive Problem Solving0 自从 1946 年以来, 以 G. S. Altschuller 先生 为首的专家,经过对250万份专利文献的研究发现,一切技术问题在解决过程中 都有一定的模式可循,可对大量好的专利进行分析并将其解决问题的模式抽取出 来,为人们进行学习并获得创新发明的能力提供参考。经多年搜集、分析、比较 和归纳,这一研究建立了一整套体系化的、实用的发明问题解决方法,这就是所 谓的TRIZ法理论。图1.1所示为TRIZ法理论的来源。每个技术系统如产品和生产工艺等都是针对各自的技术功能的,可谓五花八 门。他们之间有没有相互联系,是何种联系,是值得探索的问题。
6、TRIZ法理论基本思想为:大量发明创造所包含的基本问题和矛盾是相同的, 只是技术领域不同而已,将先前发明所涉及的有关知识进行提炼和重新组织,形 成一种系统化的理论知识,可以用来指导后来者的发明创造、创新和开发。TRIZ 法的基本思想打破了人们思考问题片面性和惰性的制约,避免了传统创新过程的 试错法带来的盲目性和局限性,明确指出了解决问题的方法和途径。世界专利及技术信息解决问题过程的发现口 ITRIZ 法理论 I =C自然科学知识=概念:资源的发现描述 发明级别划分 技术进化模式 理想化工具及模型 39个工程参数 4()条发明创造原理 物一场分析模型 76个标准解 效应库ARIZ算法图1.1 T
7、RIZ法理论的来源TRIZ法理论的创始者G. S.Altschuller先生坚信,发明问题的基本原理是 客观存在的,这些原理不仅能被确认,而且还能被整理进而形成一种理论,掌握 该理论不仅能提高发明的成功率,缩短发明的周期,还可使发明问题具有可预见 性。解决发明创造问题的理论核心是技术系统进化理论,即技术系统如同生物系 统一样,一直处于进化之中,解决技术矛盾和冲突是进化的推动力,进化速度随 技术系统一般矛盾的解决而降低,使其产生突变的惟一方法是解决阻碍技术系统 进化的更深层次、关键和核心的矛盾和冲突。以数字化信息存储技术为例,从穿 孑带到磁带,到发展为磁盘、光盘,到现在的U盘和移动硬盘,技术矛盾
8、不断 的得到解决,存储技术突飞猛进,进化神速。TRIZ法是专门研究创新和概念设计的理论,已建立了一系列的普适性工具, 以帮助设计者尽快获得满意的概念解。由于TRIZ法将产品创新的核心一一产生 新工作原理的过程具体化,并提出了一系列规则、算法与发明创造原理供研究人 员使用,使得其已经成为一种较为完善的创新设计理论。TRIZ法理论不仅在前 苏联得到广泛的应用,目前在欧美日的很多企业,如波音、通用、克莱斯勒、摩 托罗拉等公司的新产品开发中也同样得到了较好的应用,取得了可观的经济效 益。1.2 TRlZ法的定义国际著名TRIZ法专家Savransky给TRIZ法进行了如下的定义:TRIZ法是 一种基于
9、知识的,面向人的解决发明问题的系统化方法学。TRIZ法包含如下的 内涵。1. TRIZ法是一种基于知识的方法。这种知识包括:解决发明问题启发式 的知识,这些知识是从世界范围250万件专利中抽象出来的,在抽象过程中采用 为数不多的基于产品进化理论的客观启发式方法;采用自然科学及工程技术中 的效应知识;技术问题领域的知识,包括技术本身以及与该技术相似或相反的 技术。举例来说,一碗水端平是中国人的一句俗语,说明端平时水面会在一个平面 上,不会厚此薄彼。这种说法其实是基于地球对液体的引力效应,是一种基于知 识的方法。同样的原理用在埃及金字塔建设中:人们在建设塔基的时候,会在四 周挖沟灌水,利用水平面在
10、同一平面上来确保塔基的水平。在现代生活中,我们 还是沿用着这样的方法:装修房间时,用一只U形管注入水,U形管两头的水平 面一致,利用这两个水平面可以使不同地点的磁砖在同一高度。跨越千年,跨越 不同领域,用同一个原理解决看似几乎完全不相关的问题,这就是效应知识库的 “威力”。2. TRIZ法是面向人的方法,而不是面向机器的。TRIZ法理论本身是基于将 系统分解为有益和有害功能的实践,这些分解取决于人对问题和环境的认识,其 本身就有随机性。类似计算机这样的机器在问题解决过程仅起一种支持作用,为 处理这些随机问题的设计者们提供一定的工具和方法,而不能完全代替人的作 业,人的中心地位得到完全肯定。3.
11、 TRIZ法是系统化的方法。运用TRIZ法解决问题的过程就是一个系统化的,能方便应用己有知识的过程。这些将在后面第4章图4. 17和图4. 18中进行 简明的表述。4. TRIZ法是发明问题解决理论。TRIZ法研究人类进行发明创造、解决技术 难题过程中所遵循的科学原理和法则,并将这些原理和法则用于解决实际设计工 作中所遇到的问题。在本书的后面几章中将会有许多来自实际的案例。1.3 TRIZ法体系结构任何问题的解决过程都包含两个部分,即问题和存在问题的系统。成功的创 新经验表明,问题的分析和系统的转换对于解决问题都是非常重要的。因此,TRIZ 法方法论包含用于问题分析的工具、用于系统转换的基于知
12、识的工具。图1.2 为TRIZ法理论的基本体系结构,可分为理论基础、分析工具、基于知识的工具 和结论等四个组成部分。对于性急的读者,可以跳过此图,直接进入下面的内容, 当初步了解TRIZ后,本图会帮助形成整个系统的概念。冲突分析物质一场分析理论基础福求功能分 析分析工具矛盾矩阵40条发明原理效应知识库基于知识的工具ARIZ 算法 分析结论76个标准解建议方案图1.2 TRIZ法理论的基本体系结构1.3.1 理论基础技术系统的进化模式是TRIZ法理论的基础,该模式包含用于工程技术系统 进化的基本规律,理解这些模式可以帮助人们形成对问题发展轨迹的总体概念, 得到其发展前景的正确判断,从而增强人们解
13、决问题的能力。任何领域的技术产 品都与生物系统一样,存在着产生、生长、成熟、衰老和灭亡的产品进化规律, 掌握了这些进化规律,人们就能能动地进行产品的创新设计开发并能预测产品的 未来趋势。就像伴随着人类历史发展的计算技术一样,先是算盘的发明、推广和 广泛运用,达到珠算技术的成熟。但随着计算机的出现,由于技术有了革命性进 展,算盘技术也就走向衰老和灭亡。1.3.2 TRIZ法问题分析工具问题的分析是TRIZ法解决问题的一个重要阶段,包括功能分析、可用资源 分析、理想解的确定、矛盾冲突区域的确定等。TRIZ法问题分析工具提供了对 问题的辨认和形式化的方法。对问题的分析并不是要利用问题的每一条信息,而
14、 是用一些特殊的方式,如矛盾冲突分析、“物质一场”模型分析、需求功能分析 来表示和描述所需解决的问题。1 .矛盾冲突分析TRIZ法理论认为,发明问题的核心是解决矛盾冲突,未解决矛盾冲突的设 计不是创新的设计。产品进化过程就是不断解决产品所存在的矛盾冲突过程。随 着一个矛盾冲突的解决,产品将进入一个新的状态。在设计过程中不断的发现并 解决矛盾冲突,是推动产品向理想化方向进化的动力。产品设计和进化中的矛盾冲突是不可避免的,如何描述矛盾冲突并解决这些 矛盾冲突,是问题解决的关键。TRIZ法理论归纳整理了 39个通用工程参数,用 于对工程设计中技术矛盾冲突进行描述,并通过这39个工程参数构造了矛盾冲
15、突矩阵,来引导设计者正确选用TRIZ法40条发明原理。在第四章中,列举了 几个发明家成功的发明以及对其发明用TRIZ法理论分析解决过程的案例。2 . “物质-场”分析TRIZ法理论认为,产品的所有功能都可分解J为两种物质和一种场,即产品的每一种功能均由 两种物质及一种场组成。产品是功能的一种实现,S1S因而可用物质一场模型来分析产品的功能。图L3物质一场模型如图1.3所示的“物质一场”模型,S和S2为物质,F为场。物质S可以是 被控粒子、材料、物体或过程,物质S?是控制物质Sl的工具或物体,场F是用 于实现物质Sl与物质S2之间相互作用的能量,如机械能、液压能和电磁能等。 物质一场模型可解释为
16、:能量场F作用于工具物质S2,通过物质工对物质Sl进 行各种形态或功能的变换。以蒸汽机为例,热能作用于物质水,使水成为蒸汽, 蒸汽作用于活塞,活塞运动,形成了蒸汽机的机械运动。即此时热能转化为机 械能。3 . ARIZ算法ARIZ为发明问题解决算法,是俄文首字母速写。ARIZ是TRIZ法的一种主要 分析工具,是一种解决发明问题的算法,该算法采用一套逻辑过程逐步将初始问 题程式化,将矛盾冲突与理想解进行程式化处理,使技术系统向着理想解的方向 进化。对于初学者来说,这部分内容可以稍后学习了解。TRIZ法理论认为解决一个问题的困难程度取决于对该问题的描述或程式化 方法。问题描述得越清楚,问题的解就越
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