基于TRIZ_可拓学与实例推理的创新问题解决模型初探_周贤永

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机械设计
第 31 卷第 10 期
但是单独依靠其中某种工具在许多情况下往往很难顺
利解决问题。另一方面，由于这两种工具都是基于对高
水平发明专利的总结与提炼，在本质上是一种夹杂创
立者主观性和随意性的不完全统计结果，因此，其中
分析和解决问题的基本机理不甚清晰。 中国原创科学
可拓学是一种采用形式化的方法研究矛盾解决一般
问题的原目标进行分解：
201学与实例推理的创新问题解决模型初探
3
Gx ＝Gx1 ⊕Gx2 ⊕ … ⊕Gx i ⊕ … ⊕Gx n
（7）
同理， 通过对待解决问题分目标与实例库中备选
实例进行基本分析之后，如若发现具备以下特征：
Gxi ～Gph Lxi ～Lph
C1 — ——某个功能实现时目标物元相关的关键特征；
V1 — ——该功能实现时关键特征 C1 所必须达到的量值范围。
对 于 式 （3）所 示 的 特 殊 的 不 相 容 问 题 ， 其 解 题 思 路
和基本机理仍然是对目标基元或者条件基元进行可拓
变换。
2 基于可拓学的 TRIZ－CBR 实例检索 模型
解决过程中提取一个或一组可拓变换 T′，使得式（10）
成立：
P ′1p＝Gp′↓Lp′＝Tg（Gp）↓Tl（Lp）
（10）
根据式（5）所示的目标/条件基元的相似性，对实例
P 的可拓变换 T′本身进行发散分析和可拓变换 T″，即
可找到使式（9）所示公式成立的所需可拓变换 T，即：
T＝T″（T′）
（11）
G。 反之，如若应用当前条件基元 L 可以实现所需目标
基元 G，则用符 号“↓”表示。 根 据可拓学 的 ［12］ 相 关 方
法，解决式（1）所示不相容问题的基本方法就是对目标
基元 G 或者是目标基元 L 进行某种可拓变换，包括对
目标基元的蕴涵分析从而变换原目标、 对条件基元的
可拓变换， 以及对目标基元和条件基元同时进行变换
FAA），功 能 的 本 质 实 际 上 是 对 某 个 核 心 属 性 进 行 某 种
需要的改变或者抵御外力而维持不变， 因而可以判定
如 若 待 解 决 问 题 核 问 题 中 涉 及 的 目 标 /条 件 核 心 特 征
元 与 某 个 备 选 实 例 涉 及 的 目 标 /条 件 核 心 特 征 元 满 足
3．2 基于可参考实例集的修改模型
如若待解决问题不存在可直接参考的实例 P，而
只存在可供参考的实例集｛Ph｝，则可根据上述 3．1 小节
的基本思路， 针对待解决问题原目标基元的各个子目
标 分 别 寻 找 可 直 接 参 考 实 例 ， 从 而 依 次 运 行 式 （9）、 式
（8）
则实例库中备选实例 Ph 可作为参考实例，满足上
述条件的实例集合｛Ph｝即为可参考实例集。
3 基于可拓学的 TRIZ－CBR 实例修改 模型
对于选取的 参考实例 P 或 者参考实例 集｛Ph｝，在
对其解题机理进行分析的基础上， 可分别对其进行再
次可拓变换， 从而获得可帮助解决待解决问题的基本
思路。
对 式 （1）所 示 不 相 容 问 题 进 行 进 一 步 具 体 化 ， 采 用 如 下
可拓学问题模型描述物场分析法对应问题 ： ［13］
P=G↑L=M1↑（M2 ∨M3）=
（O1，C1，V1）↑［（O2，C2，V2）∨（O3，C3，V3）］
（3）
式 中 ：M1，M2，M3— — — 目 标 涉 及 的 物 元 和 条 件 涉 及 的 两 个 物 元 ；
根据前述问题分析与解决模型的分析，创新性问
题的一般特点都是在现有的条件下无法实现既定的
一个或一组目标，其解题的基本机理是对目标或者条
件进行某种变换。 因此，在采用 TRIZ 和 CBR 方法解
决创新问题时，结合可拓学的基本原理与方法可以发
现，选择可用实例的基本原则应该是，待解决问题与
备选实例之间在目标基元和条件基元之间存在一定
的相似性。
2．1 基于可拓学的 TRIZ－CBR 实例检索基本模型
通过对待解决问题与实例库中备选实例进行基本
分析之后，如若发现具备以下特征：
∨Gx ～Gp
（4）
Lx ～Lp
式中：Gx，Gp — ——待解决问题目标基元；
Lx，Lp— — — 待 解 决 问 题 条 件 基 元 。
根据功能属性分析法（Function Attribute Analysis，
3 种具体路径。
1．2 基于可拓学的经典 TRIZ 矛盾分析与解决模型
对于经典 TRIZ 理论中的技术矛盾和物理矛盾而
言， 由于存在两个在现有情境下无法同时满足的两个
主观目标，因此，可将经典 TRIZ 理论中的矛盾分析和
解决过程进一步表述成为以下可拓学对立问题模型：
P2＝（G1＾G2）↑L
（2）
在 式 （2）中 ，基 元 G1 与 G2 分 别 表 示 目 标 1 和 目
以下关系：
（Cx n ，Vx n ）～（Cpm ，Vp m ）
（5）
或者有某个类元满足：
（Cp，Vp）－|｛（Cxn ，Vx n ），（Cp m ，Vp m ）｝
（6）
则有式（4）成立，因而该实例 P 可直接作为备用参
考实例。
2．2 基于可拓学的 TRIZ－CBR 实例检索拓展模型
如 若 不 存 在 满 足 式 （4）的 备 选 实 例 ，则 可 对 待 解 决
可见， 经典 TRIZ 理论的基本问题主要存在于以 下两个方面：第 1，经典 TRIZ 工具过于庞杂，这些工具 存在一定程度的重叠性，它们分别从不同的角度提出 了问题的分析和解决思路，但是实际创新问题很难依
靠某个单一工具得以完 全解决；第 2，经 典 TRIZ 工具 应 用 过 程 中 的 特 殊 问 题 转 化 为 TRIZ 通 用 问 题 和 TRIZ 通用解转化成为领 域解存在较 大的困难 。 为解 决第 2 个问题， 一些学者尝试将 TRIZ 与实例推理方 法 结 合 起 来 ， ［8－11］ 以 便 降 低 实 现 上 述 “两 个 转 化 ”的 难 度。 然而，关于如何判断实力之间的相似性以及如何 实现对实例的修改使用等关键问题，目前尚未出现较 为系统的方法。
3．1 具有可直接参考实例的修改模型
针 对 如 式 （1）所 示 的 待 解 决 问 题 ，寻 找 该 创 新 性 问
题的解决思路本质上就是寻找一个或者一组可拓变换
T，使得以下公式成立：
P ′1＝G′↓L′＝Tg（G）↓Tl（L）
（9）
在式（9）中，目标基元 G′蕴含元目标 G。 由于直接
存在与待解决问题相似的实例 P，因此，可从实例 P 的
1 基于可拓学的经典 TRIZ 问题解决 统一模型
矛盾分析与解决、 物场分析与标准解法是经典 TRIZ 中最常用的两组分析和解决问题工具。 一方面， 这两种工具分别从不同的侧面提供了分析和解决创造 性问题的基本思路，虽然二者之间存在一定的重叠性，
* 收稿日期：2014-01-10；修订日期：2014-05-21 基金项目：科技部创新方法工作专项资助项目（2011IM020100）；四川省科技厅软科学研究计划资助项目（2013ZR0046）；成都市科技局软科学 研究资助项目（12RKYB074ZF－002）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2682013BR037） 作者简介：周贤永（1982—），男，湖南涟源人，讲师，博士，研究方向：TRIZ 理论与应用、公共工程组织与管理。
第 31 卷第 10 期 2001144年年101月0 月
机械设计 JOURNAL OF MACHINE DESIGN
Vol.31 No.10 Oct. 2014
基于 TRIZ、可拓学与实例推理的创新问题解决模型初探 *
周贤永，陈光，杨红燕，赵立力
（西南交通大学 公共管理学院，四川 成都 610031）
为 解 决 经 典 TRIZ 的 两 个 基 本 问 题 ，文 中 试 图 在 笔 者 早 前 研 究 的 基 础 上 ，应 用 可 拓 学 ［12］对 经 典 TRIZ 工具分析和解决问题的方式进行形式化意义上的统 一 ，从 而 在 一 定 程 度 上 揭 示 经 典 TRIZ 各 种 工 具 分 析 和解决问题的基本机理，同时，应用可拓学构造一个 将 TRIZ 理 论 与 实 例 推 理 方 法 结 合 起 来 的 理 论 框 架 模型。
关键词：经典 TRIZ；可拓学；实例推理方法；创新问题解决 中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1001-2354（2014）10-0001-03 DOI:10.13841/ki.jxsj.2014.10.001
TRIZ 理论是当前最为成熟、最为完善的创新方法 之一，因而近年来备受学术界和实务界青睐。 然而，有 效应用 TRIZ 理论并非易事。 Altshuller 本人在其经典 著作中就提出 TRIZ 主要适合于那些异常聪明的高水 平 发 明 家 ， ［1-2］ 日 本 TRIZ 专 家 Nakagawa 也 指 出 经 典 TRIZ 理论要求其应用者必须是全能（almighty）人物［3］。 Nakagawa 的 研 究 ［4］也 表 明 ，经 典 TRIZ 理 论 工 具 过 于 庞大， 其应用过程需要 “苛 刻的类比思 考”（enforced analogy thinking）， 在 绝 大 多 数 情 况 下 起 主 要 作 用 的 不是 TRIZ 理论工具本身而 是当事人（problem solver） 的直觉和顿悟（intuition and enlightenment），所以一些 企 业 发 现 经 典 TRIZ 理 论 并 不 能 帮 助 他 们 解 决 实 际 问题。 另一些学者则认为 TRIZ 理论的发明问题解决 程序过于抽象， 从具体发明问题向标准发明问题及 从相应原理解向实际解决方案的转换存在较大的跳 跃 性［5-6］，且 TRIZ 理论的 相关方法 缺乏明确的 操作对 象 ［7］，不 符 合 人 们 处 理 发 明 问 题 时 的 实 际 思 考 习 惯 ， 因 此 他 们 从 不 同 的 角 度 对 经 典 TRIZ 理 论 提 出 了 适 应性改进。