发明问题解决理论

发明问题解决理论：TRIZ

———TRIZ过程、工具及发展趋势

檀润华王庆禹苑彩云段国林

【摘要】：介绍TRIZ解决发明问题的过程及物质 -场分析、标准解、冲突及其描述、冲突解决原理、ARIZ算法等主要工具。提出建立物质 -场分析的新型符号系统、完善冲突及解决理论、更新ARIZ算法及TRIZ与QFD、稳健设计等集成是其发展趋势

【作者单位】：河北工业大学CAD/CAM及RPM研究所!天津300130天津市机电工业科技信息研究所!天津300091河北工业大学CAD/CAM及RPM研究所!天津300130河北工业大学CAD/CAM及RPM研究所!天津300130

【关键词】：TRIZ过程工具趋势

【基金】：天津市自然基金重大资助项目河北省自然基金资助项目 (0 0 380 4 61 1 )

【分类号】：TB472

【DOI】：CNKI:SUN:JXSJ.0.2001-07-002

1 前言

产品创新是制造业在市场竞争中取胜的关键。如果把产品设计分为产品定义、概念设计、技术设计及详细设计几个阶段，概念设计是与创新(Innovation)紧密相关的一个设计阶段。所谓创新是指新的可行解或概念，该解或概念与已有

的解或概念相比具有明显的竞争优势。创新是发明工程(Inventive engineering)的核心，而发明工程又是设计工程(Design engineering)的前沿研究领域。

如何在概念设计阶段快速地产生一个有竞争力的新概念，实现产品的快速创新(Fast innovation)是当今设计领域的前沿课题，又是工业界希望尽快运用的成果。文献[1]列出了13种可用于概念设计的方法，如QFD(质量工程布置)、功能方法树、设计目录、形态学矩阵等。这些方法大都起源于欧、美、日等国。最近的研究表明，起源于前苏联的TRIZ(发明问题解决理论)不论对学术界还是对工业界都应是指导创新的重要理论之一[2，3]。

TRIZ是俄文中发明问题解决理论的词头。该理论是前苏联G S Altshuler及其领导的一批研究人员，自1946年开始，花费1 500个人年的时间，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[4，5]。80年代中期前，该理论对其它国家保密，80年代中期，随一批科学家移居美国等西方国家，逐渐把该理论介绍给世界产品开发领域，对该领域已产生了重要的影响。

G.S Altshuler开始就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，也能被整理而形成一种理论，掌握该理论的人不仅提高发明的成功率、缩短发明的周期，也使发明问题具有可预见性。

TRIZ理论在我国已开始得到学术界的重视[6~8]。文献[6]介绍了基于TRIZ的计算机辅助设计软件Te-chOptimizer；文献[7]利用TRIZ中的ARIZ算法，分析了产品设计中创新过程；文献[8]将TRIZ中的物质-场分析法，用于解决我国企业中的一个实际问题。

TRIZ由一系列方法或工具有机组成。为了增加对TRIZ 的了解，并有可能在国内推广应用该理论，本文对其解决问题的一般过程、主要方法或工具作一介绍，并对其发展趋势作一预测。

2 TRIZ一般过程

有多种方法可用于TRIZ工具及方法的描述，流程图是可用方法之一，如图1所示。该图不仅描述了各种工具之间的关系，也描述了产品创新中的问题。应用TRIZ的第一步是对给定的问题进行分析；如果发现存在冲突，则应用原理去解决；如果问题明确，但不知

道如何解决，则应用效应去解决；第三种选择是对待创新的技术系统进行进化过程的预测。之后是评价。最后是实现。该过程可采用传统手工方法实现，也可采用计算机软件辅助实现。

2.1 分析

分析是TRIZ的工具之一，包括产品的功能分析、理想解(IFR，ideal final result)的确定、可用资源分析和CAM、

RP/RT、液压等。冲突区域的确定。分析是解决问题的一个重要阶段

功能分析的目的是从完成功能的角度，而不是从技术的角度分析系统、子系统、部件。该过程包括裁剪(trimming)，即研究每一个功能是否必需，如果必需，系统中的其它元件是否可完成其功能。设计中的重要突破、成本或复杂程度的显著降低，往往是功能分析及裁剪的结果。

理想解是采用与技术及实现无关的语言对需要创新的原因进行描述，创新的重要进展往往在该阶段对问题深入的理解所取得。确认哪些使系统不能处于理想化的元件是使创新成功的关键。设计过程中从一起点向理想解过渡的过程称为理想化过程。该过程由如下方程描述。

Ideality=∑Benefits/(∑Costs+∑Harm)

式中：Ideality———理想化水平；

Benefits———利益；

Costs———成本；

Harm———危害。

公式可解释为：技术系统进化的理想化水平与利益成正比，与成本及危害之和成反比，即利益大，成本及危害之和小，理想化水平高。

可用资源分析是要确定可用物品、能源、信息及功能等。这些可用资源与系统中的某些元件组合将改善系统的性能。

冲突区域的确定是要理解出现冲突的区域。区域既可指时间，又可指空间。

假如在分析阶段问题的解已经找到，可以移到实现阶段。假如问题的解没有找到，而该问题的解需要最大限度的创新，基于知识的三种工具：原理、预测和效应等都可采用。在很多的TRIZ应用实例中，三种工具要同时采用。图1表明了采用三种工具的条件。

2.2 原理

原理是获得冲突解所应遵循的一般规律。有技术与物理两种冲突。技术冲突是指传统设计中所说的折衷，即由于系统本身某一部分的影响，所需要的状态不能达到。物理冲突指一个物体有相反的需求。TRIZ引导设计者挑选能解决特定冲突的原理，其前提是要按标准参数确定冲突。有39条标准冲突和40条原理可供应用[5]。

2.3 预测

预测又称为技术预报。TRIZ确定了8种技术系统进化的模式。当模式确定后，系统、子系统及部件的设计应向高一级的方向发展。

2.4 效应

效应指应用本领域，特别是其它领域的有关定律解决设计中的问题。如采用数学、化学、生物及电子等领域中的原理，解决机械设计中的创新问题。

2.5 评价

该阶段将所求出的解与理想解进行比较，确信所作的改进不仅满足了用户需求，而且推进了产品创新。TRIZ中的特性传递(Feature Transfer)法可用于将多个解进行组合，以改进系统的品质。

3 解的级别