TRIZ理论简介

类似问题 的已有解
TRIZ问题
1 2 3 4 5 : m : : n
1 通解 2 3 4 5 : m : : n
问题的
特定的 问题
特定的 解
图1-1 TRIZ简化过程
2 TRIZ理论基础
GSAltshuler及其领导的一批研究人员在运用TRIZ的过程中 逐渐发展了一些附加工具.
2.1 技术系统
每个起作用的系统都可称之为技术系统,技术系统的例 子有小汽车,钢笔,书,刀子等等.任一技术系统可以包含 一个或多个子系统例如小汽车有引擎,转向器,刹车等子系 统.每个子系统本身也是一个技术系统(并包含自己的子系 统),同时发挥自己的作用.技术系统的级别从最简单的只 有两部分的系统,到最复杂的具有多个相互作用的部分.当 一个技术系统产生有害作用或作用不完善时,该系统就需要 改良.这需要将该系统通过想象还原至最简单的状态.在 TRIZ理论中,最简单的系统只包含两个部分,能量由一部分 传向另一部分.例如:粉笔,黑板和作用力构成一个技术系 统.
2.2 创新级别
通过分析大量的专利,揭示出并不是每一个发明都具有 相同的发明价值.GSAltshuler提出有五个级别的创新. 一级创新:通常的设计问题,或对已有系统的简单改进.凭设 计人员的经验即可解决,不需要创新,大约32%的解属于该 范围. 二级创新:通过解决一个技术冲突对已有系统进行少量的改进. 采用行业中已有的方法即可完成,大约有45%的解属于该范 围. 三级创新:对已有系统有根本性的改进.要采用本行业以外已 有的方法解决,设计过程中要解决冲突,大约18%的解属于 该范围. 四级创新:采用全新的原理完成已有系统基本功能的新解.解 的发现主要是从科学的角度而不是从工程的角度出发,大约 有4%的解属于该类. 五级创新:罕见的科学原理导致一种新系统的发明,大约有 1%属于该类.
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
名称 运动物体的质量 静止物体的质量 运动物质的长度 静止物体的长度 运动物体的面积 静止物体的面积 运动物体的体积 静止物体的体积 速度 力 应力或压力 形状 结构的稳定性 强度 运动物体作用时间 静止物体作用时间 温度 光照度 运动物体的能量 静止物体的能量
3.1 技术冲突
技术冲突常表现为一个系统中两个子系统之间的冲突.技术 冲突可以用以下几种情况加以描述: 1)一个子系统中引入一种有用功能后,导致另一个子系统 产生一种有害功能,或加强了已存在的一种有害功能; 2)一有害功能导致另一个子系统有用功能的变化; 3)有用功能的加强或有害功能的减少使一个子系统或系统 变得更加复杂. TRIZ理论提出用39个通用工程参数描述冲突.实际应用中, 首先要把组成冲突的双方内部性能用该39个工程参数中的某 2个来表示.目的是把实际工程设计中的冲突转化为一般的 或类似标准的技术冲突.
序号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
名称 功率 能量损失 物质损失 信息损失 时间损失 物质或事物的数量 可靠性 测试精度 制造精度 物体外部有害因素作用的敏感性 物体产生的有害因素 可制造性 可操作性 可维修性 适应性及多用性 装置的复杂性 监控与测试的困难程度 自动化程度 生产率
TRIZ:发明问题解决理论
1 TRIZ理论概述 理论概述 2 TRIZ理论基础 理论基础 3 设计中的冲突
3.1 技术冲突 3.2 冲突矩阵及其应用 3.3 产品实例 3.4 物理冲突
4 TRIZ理论的优缺点 理论的优缺点
1 TRIZ理论概述
TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving,也称TIPS) 是俄文中发明问题解决的词头.该理论是前苏联 GSAltshuler及其领导的一批研究人员,自1946年开始花费 1500人年的时间,在分析研究世界各国250万件专利的基础 上所提出的发明问题解决理论. GSAltshuler开始就相信发明问题的基本原理是客观存在的, 他总结出人类进行发明创造解决技术问题过程所遵循的40个 发明原理和法则.这些原理不仅能被确认也能被整理而形成 一种理论,掌握该理论的人不仅能提高发明的成功率,缩短 发明的周期,也使发明问题具有可预见性.
G.S.Altshuller简介
1926年出生于前苏联的Tashkent 1940年14岁时发明水下的潜水装置(潜水器) 1941年15岁发明用于船上的喷气发动机引擎,其用碳化物 作燃料 1946年,20岁发明从没有潜水服的被困潜水艇中逃生的方 法,并被定为军事机密,安排到凯思片海军专利局工作 1948年,向斯大林写信批评了当时苏联社会缺乏创新精神的 状况,结果被判25年徒刑,并押解到西伯利亚,1953.3 斯 大林去世,1954年释放 1956年,发表文章"发明创造心理学" 1968年,TRIZ研讨会首次召开,开始推广 1969年,出版《发明大全》,首次提出40个发明原理 1989年,TRIZ协会在前苏联成立 1998年,逝世
8 9 10
质量补偿 预加反作用 预操作
18 19 20
振动 周期性作用 有效作用的连续 性
28 29 30
38 39 40
加速强氧化 惰性环境 复合材料
3.2 冲突矩阵及其应用
3.2.1 冲突矩阵
在设计过程中如何选用发明原理作为产生新概念的指导是一 个具有现实意义的问题.通过多年的研究,分析和比较, Altshuler提出了冲突矩阵,该矩阵将描述技术冲突的39个工 程参数与40条发明原理建立了对应关系,很好地解决了设计 过程中选择发明原理的难题. 冲突矩阵为40行40列的一个矩阵,其中第1行和第1列为按 顺序排列的39个描述技术冲突的工程参数序号.除第1行与 第1列外,其余39行与39列形成一个矩阵,矩阵元素中或空, 或有几个数字,这些数字表示40条发明原理序号.矩阵中的 行所描述的工程参数为冲突中恶化的一方,列所代表的工程 参数是改善的一方.
2.3 理想化法则
任何技术系统的目的都是要产生某种功能,传统的 工程思想是:"需要产生某种功能,因此,我们必 需制造某种机械装置."TRIZ的思路是:"怎样能 不向系统引入新的机械装置而起到某种作用". 理想化法则表明,任一技术系统在其生命进程中倾 向于越变越可靠,越简单,越有效—亦即更理想化. 我们对一个技术系统每进行一次改善,该系统就越 接近于理想化.它的成本更低,需要空间更小,浪 费的能量更少等.
2.4 矛盾
如前所述,最有效的解决问题的方案是发明家解决了包含矛 盾的技术难题,矛盾在何时何地发生?当我们想要改善技术 系统中某一特性,某一变量时,会引起系统中一特性或变量 的恶化,此时矛盾发生了.通常在这种情况下需要考虑妥协 方案.一个技术系统有多中特性(变量)——重量,大小, 颜色,速度,硬度等,这些特性描述了技术系统的物质状态. 在解决技术问题时,这些特性有助于确定问题中包含的技术 矛盾. 有一些例子表明,改善会引起矛盾,由于基本技术矛盾没有 解决而不能充分达到改善的目标.这些矛盾称作技术矛盾是 因为它们是在技术系统中产生的.还有另一类矛盾是——物 理矛盾.当对技术系统本身或技术系统中的某一部分产生互 为相反的要求时,就会产生物理矛盾.
发明问题解决理论的核心是技术系统进化原理.按 这一原理,技术系统一直处于进化之中,解决冲突 是其进化的推动力.进化速度随技术系统一般冲突 的解决而降低,使其产生突变的唯一方法是解决阻 碍其进化的深层次冲突.GSAltshuler依据世界上 著名的发明,研究了消除冲突的方法,他提出了消 除冲突的发明原理,建立了消除冲突的基于知识的 逻辑方法,这些方法包括发明原理(Inventive Principles),发明问题解决算法(ARIZ,Algorithm for Inventive Problem Solving)及标准解(TRIZ Standard Techniques). 图1-1是应用TRIZ解决问题的简图.
3.1.2 40发明原理 发明原理
序号 1 2 3 4 5 6 7 名称 分割 分离 局部质量 不对称 合并 多用性 套装 序号 11 12 13 14 15 16 17 名称 预补偿 等势性 反向 曲面化 动态化 未达到或超过的 作用 维数变化 序号 21 22 23 24 25 26 27 名称 紧急行动 变有害为有益 反馈 中介物 自服务 复制 低成本, 低成本,不耐用 的物体代替 昂贵, 昂贵,耐用 的物体 机械系统的替代 气动与液压结构 柔性壳体或薄膜 序号 31 32 33 34 35 36 37 名称 多孔材料 改变颜色 同质性 抛弃与修复 参数变化 状态变化 热膨胀
应用该矩阵的过程为:首先在39个标准工程参数中, 确定使产品某一方面质量降低(恶化)及提高的工 程参数B及A的序号,之后将参数B及A的序号从第1 行及第1列中选取对应的序号,最后在两序号对应 行与列交叉处确定一特定矩阵元素,该元素所给出 的数字为推荐采用的发明原理序号.如希望质量提 高与降低的工程参数序号分别是No.5及No.3,在矩 阵中,第5列与第3行交叉处所对应的矩阵元素如下 图中的椭圆所示,该元素中的数字14,15,16,及 4为推荐的发明原理序号.
3.1.1 通用工程参数
39个通用工程参数中常用到运动物体与静止物体两个术语: 运动物体是指自身或借助于外力可在一定的可空间内运动的 物体;静止物体是指自身或借助于外力都不能使其在空间内 运动的物体.为了应用方便,上述39个通用工程参数可分为 如下三类: 1)通用物理及几何参数:No.1～12,No.17～18,No.21; 2)通用技术负向参数:No.15～16,No.19～20,No.22～ 26,No.30～31; 3)通用技术正向参数:No.13～14,No.27～29,No.32～ 39. 负向参数是指这些参数变大时,使系统或子系统的性能变差. 如子系统为了完成特定的功能所消耗的能量(No.19～20) 越大,则设计越不合理. 正向参数是指这些参数变大时,使系统或子系统的性能变好. 如子系统可制造性(No.32)指标越高,子系统制造成本就 越低.
3 设计中的冲突
冲突:无论是新设汁还是已有产品的改进设计,设 计人员在设计过程中首先要保证或提高产品的某些 内部性能,但这种提高往往导致产品其他内部性能 的降低,即设计下往往存在冲突. 冲突普遍存在于各种产品的设计之中.按传统设计 中的折衷法,冲突并没有彻底解决,而是在冲突双 方取得折衷方案,或称降低冲突的程度. TRIZ理论认为,产品创新的标志是解决或移走设计 中的冲突,而产生新的有竞争力出解. 图3-1是冲突的一般分类.
冲突矩阵
No.1 No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 … No.39 35,26 24,37 28,2715 ,3 18,4 28,38 30,7 14,26 10,26 34,3 2,17 29,4 8,15 29,34 35,28 40,29 14,15 16,4 No.2 No.3 15,8 29,34 10,1 29,35 15,17 4 No.4 No.5 29,17 38,34 … No.39 35,3 24,37 1,28 15,35 14,4 28,29 30,14 7,26 10,26 34,2
冲突
工程冲突
社会冲突
自然冲突
宇宙定律冲突
自然定律冲突
个性冲突
组织冲突
文化冲突
技术冲突
物理冲突
数学冲突
图3-1 冲突分类树
Βιβλιοθήκη Baidu
在图3-1中冲突解决的容易程度自底向上,自左向右,即技 术冲突最容易解决,自然冲突最不容易解决.
基于TRIZ的分类 的分类 基于
GSAltshuler将冲突分为三类,即管理冲突(Administrative Contradictions),物理冲突(Physical Contradictions)及 技术冲突(Technical Contradictions). 管理冲突是指为了避免某些现象或希望取得某些结果,需要 做一些事情,但不知如何去做. 物理冲突是指为了实现某种功能,一个子系统或元件应具有 一种特性,但同时出现了与该特性相反的特性. 技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果,也可 指有用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系 统变坏.