第7章-TRIZ之發(fā)明原理與應(yīng)用

發(fā)明原理與應(yīng)用佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院王玉龍21TRIZ概述常用發(fā)明原理01PARTONETRIZ概述1.TRIZ創(chuàng)新方法的起源與發(fā)展TRIZ源于“發(fā)明問題解決理論”的俄文單詞的首字母縮寫，按照國際標(biāo)準(zhǔn)“ISO/R9-1968E”的規(guī)定，把俄文轉(zhuǎn)換成拉丁字母以后，就成為“TRIZ”。因此，TRIZ只是一個特殊縮略語，既不是俄文，也不是英文，其實際含義就是“發(fā)明問題解決理論”?！鞍l(fā)明問題解決理論”有兩個基本的含義，表面的意思是強調(diào)解決實際問題，特別是發(fā)明問題；隱含的意思是由解決發(fā)明問題而最終實現(xiàn)（技術(shù)和管理）創(chuàng)新，因為解決問題就是要實現(xiàn)發(fā)明的實用化，這符合創(chuàng)新的基本定義。60多年前（1946年），前蘇聯(lián)軍方技術(shù)人員、

發(fā)明家根里奇?阿奇舒勒和他的同事們，在研究

了來自于世界各國的上百萬個專利（其中包含

二十多萬個高水平發(fā)明專利）的基礎(chǔ)上，提出

了的一套體系相對完整的“發(fā)明問題解決理論”，

為TRIZ的問世和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。TRIZ的來源與內(nèi)容4.1.1經(jīng)典TRIZ的理論體系結(jié)構(gòu)經(jīng)典TRIZ的理論體系結(jié)構(gòu)（1）TRIZ的理論基礎(chǔ)是自然科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和思維科學(xué)。（2）TRIZ的哲學(xué)范疇是辯證法和認(rèn)識論。（3）TRIZ來源于對海量專利的分析和總結(jié)。（4）TRIZ的理論核心是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則。（5）TRIZ的基本概念——進(jìn)化、理想度、系統(tǒng)、功能、矛盾和資源。（6）TRIZ的創(chuàng)新問題分析工具包括：根本原因分析、功能分析、物-場分析、資源分析和創(chuàng)新思維方法。（7）TRIZ的創(chuàng)新問題求解工具包括：發(fā)明原理、分離方法、科學(xué)效應(yīng)庫、標(biāo)準(zhǔn)解系統(tǒng)和創(chuàng)新思維方法。（8）TRIZ的創(chuàng)新問題通用求解算法是發(fā)明問題求解算法（ARIZ）。2.經(jīng)典TRIZ的理論體系結(jié)構(gòu)3.TRIZ的核心思想（1）在解決發(fā)明問題的實踐中，人們遇到的各種矛盾以及相應(yīng)的解決方案總是重復(fù)出現(xiàn)；（2）用來徹底而不是折中解決技術(shù)矛盾的創(chuàng)新原理與方法，其數(shù)量并不多，一般科技人員都可以學(xué)習(xí)、掌握；（3）解決本領(lǐng)域技術(shù)問題的最有效的原理與方法，往往來自其他領(lǐng)域的科學(xué)知識。4.TRIZ的核心概念（1）技術(shù)系統(tǒng)：技術(shù)系統(tǒng)是指人類為了實現(xiàn)某種功能而設(shè)計、制造出來的一種人造系統(tǒng)。作為一種特殊的系統(tǒng)，技術(shù)系統(tǒng)符合系統(tǒng)的定義，具有系統(tǒng)的五個基本要素（輸入、處理、輸出、反饋和控制），也具有系統(tǒng)應(yīng)該擁有的所有特性。4.TRIZ的核心概念（2）功能：廣義的功能定義為研究對象能夠滿足人們某種需要的一種屬性。例如：冰箱具有滿足人們“冷藏食品”屬性；起重機具有幫助人們“移動物體”的屬性。在TRIZ中，功能是產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)特定工作能力抽象化的描述，它與產(chǎn)品的用途、能力、性能等概念不盡相同。功能一般用“動詞+名詞”的形式來表達(dá)，動詞表示產(chǎn)品所完成的一個操作，名詞代表被操作的對象，是可測量的。鋼筆的用途是什么？鉛筆呢？毛筆呢？鋼筆，它的用途是寫字，而功能是存送墨水；鉛筆，它的用途是寫字，而功能是摩擦鉛芯；毛筆，它的用途是寫字，而功能是浸含墨汁。4.TRIZ的核心概念（3）矛盾與沖突物理矛盾：所謂物理矛盾（又稱“沖突”，沖突可以理解為是必須解決的矛盾）就是針對系統(tǒng)的某個參數(shù)，提出兩種不同的要求。當(dāng)對一個系統(tǒng)的某個參數(shù)具有相反的要求時就出現(xiàn)了物理矛盾。例如：飛機的機翼應(yīng)該盡量大，以便在起飛時獲得更大的升力；飛機的機翼應(yīng)該盡量小，以便減少在高速飛行時的阻力。技術(shù)矛盾：是指為了改善系統(tǒng)的一個參數(shù)，而導(dǎo)致了另一個參數(shù)的惡化。技術(shù)矛盾描述的是兩個參數(shù)的矛盾。例如：改善了汽車的速度，導(dǎo)致了安全性發(fā)生惡化。這個例子中，涉及的兩個參數(shù)是速度和安全性。發(fā)明問題只有在不影響系統(tǒng)現(xiàn)有功能的前提下成功地消除矛盾，才能認(rèn)為是發(fā)明性地解決了問題。也就是說，矛盾應(yīng)該是這樣解決的：在完善技術(shù)系統(tǒng)的某一部分或是優(yōu)化某一參數(shù)的同時，其他部分的功能或其他參數(shù)不會被影響。02PARTTWO常用發(fā)明原理01分割原理分割原理分割原理是指這樣一種過程：以虛擬或真實的方式將一個系統(tǒng)分成多個部分，以便分解（分開、分隔、抽取）或合并（結(jié)合、集成、聯(lián)合）一種有益的或有害的系統(tǒng)屬性。在多數(shù)情況下，會對分隔后得到的多個部分進(jìn)行重組（或集成），以便實現(xiàn)某些新的功能，并（或）消除有害作用。隨著分割程度的提高，技術(shù)系統(tǒng)逐步向微觀級別發(fā)展。1.指導(dǎo)原則（1）將一個對象分成多個相互獨立的部分。例如：將輪船的內(nèi)部空間分成多個彼此獨立的船艙。在學(xué)生宿舍樓中，將同一層分成多個功能相同的小房間。內(nèi)燃機的多個汽缸將學(xué)生分成不同的年級，不同的班級。（2）將對象分成容易組裝（或組合）和拆卸的部分。例如：組合家具。將一根根鐵軌連接起來，形成鐵路。建筑上常用的預(yù)制件和活動房屋。（3）增加對象的分割程度，以實現(xiàn)系統(tǒng)的改造。例如：窗簾的演變：一整塊布做的窗簾→左右兩塊布做的窗簾→百葉窗。6.2原理1：分割（1）可調(diào)節(jié)百葉窗。這是一個“提高系統(tǒng)的可分性，以實現(xiàn)系統(tǒng)的改造”的實例。人們用可調(diào)節(jié)百葉窗代替幕布窗簾，只要改變百葉窗葉片的角度，就可以調(diào)節(jié)外界射入的光線。（2）軍用飛機油箱。當(dāng)軍用飛機的油箱破損時，極易引起燃料大量外泄，繼而引發(fā)爆炸的事故。為此，人們將油箱分隔成很多小隔間，以防止這類事故的發(fā)生。利用分割原理，人們找到了解決問題的辦法，即在軍用飛機油箱中，裝設(shè)一種蜂窩狀材料。這種看來有點粗糙的材料，實際是一種多孔的海綿體，它們將油箱分成無數(shù)個小“隔間”。從而比較理想地解決了這個難題。2.典型案例如果系統(tǒng)因重量或體積過大而不易操縱，則將其分割成若干輕便的子系統(tǒng)，使每一部分均易于操縱。在管理學(xué)和心理學(xué)上，也可以對組織和觀念進(jìn)行分割及組合。3.運用技巧分割原理實例（1）把一輛大型載重卡車分成車頭和拖車兩個獨立的部分；（2）大型項目的總體設(shè)計與各分項設(shè)計；（3）將一個磁盤分成多個邏輯分區(qū)；（4）將書籍劃分為多個章節(jié)，以改善書籍的陳述方式，以及書籍被讀者理解和接受的方式。02抽取原理抽取原理抽取原理就是從整體中分離出有用的（或有害的）部分（或?qū)傩裕┏槿】梢砸蕴摂M方式或?qū)嶓w方式來進(jìn)行。（1）從對象中抽取出產(chǎn)生負(fù)面影響的部分或?qū)傩浴＠纾鹤畛醯目照{(diào)是一體機，工作時，壓縮機會產(chǎn)生噪聲。隨著技術(shù)的發(fā)展，空調(diào)被分為室內(nèi)機和室外機兩部分。將壓縮機放在室外機中，減少噪聲對人的影響。在巡航時，戰(zhàn)斗機的兩個副油箱掛在飛機下方，飛行中會優(yōu)先使用副油箱中的燃油；在進(jìn)入戰(zhàn)斗前，拋棄副油箱，以減輕飛機的重量，增加飛機的機動性能。從口腔（整個系統(tǒng)）中拔掉（抽?。┮活w壞的牙齒（有害部分），以改善整個口腔的健康狀況。利用避雷針，把雷雨云中的電荷引入大地，從而避免建筑物遭受雷擊（從物體中抽出可產(chǎn)生負(fù)面影響的部分或?qū)傩裕?.指導(dǎo)原則（2）從對象中抽出有用的（主要的、重要的、必要的）部分或?qū)傩浴＠纾河霉方新曌鳛閳缶鞯膱缶?，而不用養(yǎng)一條真正的狗（將狗叫聲從“狗”中抽取出來，作為有用的部分來單獨使用）。將稻草人作為“人”的代表放在稻田中（將人的外形從整個“人”中抽取出來）?；瘜W(xué)試驗中的蒸餾、萃取和置換都是從混合物中抽取出有用物質(zhì)的過程。智能語音驅(qū)鳥器：作為飛機起降場所的機場，鳥害防治成為一項重要的飛行安全保障工作。人們在鳥的聲音中提取了他們被俘的慘叫聲，用此來刺激驚嚇在機場飛行的鳥兒。2.典型案例6.3原理2：抽取把系統(tǒng)中的功能或部件分成有用、有害部分，視情況抽取出來。切記：抽取的目的是為系統(tǒng)增加價值。抽取可同樣應(yīng)用于非實物或虛擬情況。3.運用技巧03預(yù)先作用原理預(yù)先作用原理預(yù)先作用原理是指：在真正需要某種作用之前，預(yù)先執(zhí)行該作用的全部或一部分。1.指導(dǎo)原則（1）預(yù)先對某對象進(jìn)行所需的改變，這種改變可以是整體的，也可以是部分的。例如：方便面。建筑業(yè)中大量使用的預(yù)制件。紙上預(yù)先印刷好的表格。預(yù)先被打孔的郵票。計算機軟件中，根據(jù)用戶當(dāng)前狀態(tài)而彈出的軟件菜單列表。在大型機械設(shè)備的總裝過程中，大量使用的預(yù)先裝配好的組件。6.4原理10：預(yù)先作用（2）將有用的物體預(yù)置，以便使其在必要時能立即在最方便的位置發(fā)揮作用。例如：制造業(yè)中的流水線。商場中放置在合適位置的滅火器。戰(zhàn)爭片中，進(jìn)行陣地戰(zhàn)的時候，戰(zhàn)士們會預(yù)先將手榴彈的后蓋打開（指導(dǎo)原則1），放在觸手可及的地方（指導(dǎo)原則2）。2.典型案例（1）手術(shù)前，將手術(shù)器具按需要時的使用順序排列整齊；（2）帶折斷線的美工刀；（3）半成品食物；（4）易拉罐。3.運用技巧在某一事件或過程之前采取行動，目的在于增強安全性、簡化事情的完成過程、維持正確作用、減輕疼痛、增強智力、產(chǎn)生某種優(yōu)點及使用過程簡單化等。04反向作用原理反向作用原理反向作用原理是指：通過在空間上將對象翻轉(zhuǎn)過來（上下翻轉(zhuǎn)、左右翻轉(zhuǎn)、前后翻轉(zhuǎn)、內(nèi)外翻轉(zhuǎn)），在時間上將順序顛倒過來（顛倒先后順序），在邏輯關(guān)系上將原因與結(jié)果反過來，從而利用不同（或相反）的方法來實現(xiàn)相同的目的。1.指導(dǎo)原則（1）用與原來相反的作用實現(xiàn)相同的目的。例如：用平車運送貨物時，既可以推，也可以拉，來實現(xiàn)相同的結(jié)果。老師在教育過程中，既可以使用懲罰，也可以利用鼓勵手段，來達(dá)到相同的教育目的。利用黑筆和白板的組合代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑板和白粉筆的組合。（2）讓物體或環(huán)境中可動的部分不動，不動部分可動。例如：在機加工過程中，既可將工具旋轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜD(zhuǎn)、除了通過上路駕駛來測試汽車的空氣動力特性之外，也可使其進(jìn)入一個風(fēng)洞來模擬。這種方法可以用于任何需要氣動或水動測試的系統(tǒng)。（3）將對象（物體、系統(tǒng)或過程）“顛倒”（上下顛倒、內(nèi)外顛倒、前后顛倒、順序顛倒等）過來2.典型案例（1）跑步機（2）乘客隨滾動電梯上下樓；（3）Google迷你泳池（4）翻轉(zhuǎn)玻璃窗嘗試讓系統(tǒng)以某種方式“反轉(zhuǎn)”或顛倒，看系統(tǒng)是否能由此獲得新功能、新特征、新作用及新對象3.運用技巧05動態(tài)特性動態(tài)特性動態(tài)特性原理是指使構(gòu)成整體的各個組成部分處于動態(tài)，即各個部分是可調(diào)整的、活動的或可互換的，以便使其在工作過程中的每個動作或階段都處于最佳狀態(tài)。1.指導(dǎo)原則（1）調(diào)整對象或?qū)ο笏幍沫h(huán)境，使其在工作的各階段都達(dá)到最佳狀態(tài)。例如：汽車上可調(diào)的方向盤、座椅、后靠背或后視鏡。折疊椅和筆記本電腦都是通過分割物體的幾何結(jié)構(gòu)，引入鉸鏈鏈接，使其各部分可以改變相對位置。（2）將對象分割為多個部分，使其各部分可以改變相對位置。例如：鏈條?？煞蛛x鍵盤。1.指導(dǎo)原則（3）使不動的對象可動或可自動適應(yīng)。例如：管道疏通機的柔性軟管。在計算機軟件中，根據(jù)用戶當(dāng)前的狀態(tài)的不同，鼠標(biāo)右鍵菜單的內(nèi)容也不同。充氣床或水床可以根據(jù)人的不同臥姿自動調(diào)整其形狀。2.典型案例（1）飛機機翼上的可動襟翼能夠按照需要調(diào)整其姿態(tài)（2）小轎車?yán)锏目烧{(diào)節(jié)座椅；（3）采用蛇皮管燈桿的臺燈；嘗試讓系統(tǒng)中的某些幾何結(jié)構(gòu)成為柔性的、可自適應(yīng)的；往復(fù)運動的部分成為旋轉(zhuǎn)的；讓相同的部分執(zhí)行多種功能；使特征成為柔性的；使系統(tǒng)可兼容于不同的應(yīng)用或環(huán)境。3.運用技巧06機械振動原理機械振動（1）通過振動（振蕩）或搖動（震動）對象而使對象產(chǎn)生機械振動，增加振動的頻率或利用共振頻率。（2）利用振動（顫動、搖動、擺動）或振蕩（振動、振蕩、擺動），在某個區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生一種規(guī)則的、周期性的變化。1.指導(dǎo)原則（1）使對象發(fā)生機械振動。例如：在澆注混凝土的時候，利用震動泵消除混凝土中的孔隙。在篩選（篩分）的時候，利用振動可以提高效率。振動可以使生銹的、腐蝕的或擰得過緊的零件松動。（2）如果對象已經(jīng)處于振動狀態(tài)，則提高振動的頻率（直至超聲振動）。例如：利用超聲波在液體中產(chǎn)生的空穴