TRIZ基础和技术系统

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,主讲人：曾富洪,攀枝花学院,发明问题解决理论,2,“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,Theory of Inventive Problem Solving,。自从,1946,年以来，以,G.S.Altschuller,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。,2,TRIZ,理论的由来及基本思想,传统创新方法的特点：,1,）更多依赖于心理因素，具有很大的无序性、随机性和偶然性。,2,）运用于简单创新问题、不能揭示问题的矛盾。,3,）适用于可能解不多于,10,个到,20,个的简单创新问题。,3,世界专利,及技术信息,解决问题,过程的发现,自然科学知识,TRIZ,法理论,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,技术系统中的矛盾,39,个通用工程参数,40,条发明创新原理,物,场分析模型,76,个标准解,效应知识库,ARIZ,算法,3,TRIZ,理论的由来及基本思想,4,TRIZ,的产生与发展,革命性成果之一：不同行业中的问题，采用了相同的解决方法,从专利中总结出最常用的原理和方法,39,个通用工程参数,40,条发明原理,分离原理,物质,-,场模型,76,个标准解,知识库 效应库,ARIZ,5,革命性成果之二：发现了技术系统的进化趋势,系统,/,产品是按照一定规律在发展的,TRIZ,的产生与发展,6,冷战时期，,TRIZ,的应用主要在前苏联。,（,1,）,80,座城市的,100,所,TRIZ,学校，,20,世纪,80,年代超过,500,所。学生的成绩以完成各级发明水平的毕业论文作为考核标准。,（,2,）前苏联在设计部门要求所配备的设计工程师和,TRIZ,工程师的比例为,71,。,（,3,）凡担任经济、科技领导职务者必须先获得发明教育文凭。,前苏联在,20,世纪,70,年代中期专利申请量和批准量跃居世界第二，在冷战时期保持了对美国的军事力量平衡。,TRIZ,的产生与发展,7,苏联解体后，,TRIZ,在世界范围内广泛传播。波音、通用、克莱斯勒、摩托罗拉等公司的应用情况表明，,TRIZ,可提高发明的成功率，缩短发明周期。,（,1,）福特汽车应用,TRIZ,解决汽车推力轴承在大负荷出现偏移的问题。,（,2,）,1999,年，克莱斯勒应用,TRIZ,的经济效益为,1.5,亿美元。,（,3,）波音应用,TRIZ,将波音,767,改装成空中加油机。,（,4,）美国供应商协会向美国企业推荐,TRIZ,、,QFD,、田口法。,TRIZ,的产生与发展,8,（,1,）发明级别的划分,依据发明专利对科学的贡献程度、技术的应用范围及为社会带来的经济效益等把发明专利划分为五级：,最小发明问题：在本领域内正常的设计,小型发明问题,：解决一个技术问题时，对现有系统某一个组件进行改进,中型发明问题,：对系统的若干个组件进行改进,大型发明问题,：采用全新的原理完成对现有系统基本功能的创新,重大发明问题,：用最新的科学原理，导致一种全新系统的发明、发现,发明级别与,TRIZ,的适用范围,9,（,1,）发明级别的划分,发明的级别,创新的程度,占人类发明总数的比例（,%,）,知识来源,参考解的数量,一,明确的结果,32,个人的知识,1-10,二,局部的改进,45,行业内的知识,10-100,三,根本的改进,18,跨行业的知识,100-1000,四,全新的概念,4,跨学科的知识,1000-10000,五,重大的发现,1,最新产生的知识,10000-100000,发明级别与,TRIZ,的适用范围,10,（,2,）划分发明级别的意义,发明级别越高，完成该发明所需的知识和资源就越多,随着社会的发展、人类的进步、科技水平的提高，已有发明的级别也会随着时间的变化不断降低,对于某种核心技术，按照一定的方法论对该核心技术的所有专利按照年份、发明级别和数量可以绘制其,“,S-,曲线,”,，对于产品研发和技术预测具有重要意义,人们所面临的,95%,的问题，都可以利用已有的某学科内的知识体系来解决,当遇到技术难题时，不仅要在本专业内寻找答案，也应当向专业外扩展,发明级别与,TRIZ,的适用范围,11,（,3,）,TRIZ,的适用范围,TRIZ,是在总结二、三、四级发明专利基础上，归纳、总结出来的。,TRIZ,通常不解决技术领域以外的问题,TRIZ,不解决技术领域中的五级发明问题,TRIZ,不同于专业科技书籍，不讲与创新思维无关的技术规律,TRIZ,不同于头脑风暴，不讲与技术规律无关的思维问题,发明级别与,TRIZ,的适用范围,12,1,、,TRIZ,的基本观点,（,1,）技术系统进化过程不是随机的，而是有客观规律可以遵循，这种规律在不同领域反复出现：,（,2,）在解决发明问题的实践中，人们遇到的各种矛盾以及相应的解决方案总是重复出现；,（,3,）用来彻底而不是折中解决技术矛盾的创新原理与方法，其数量并不多，一般科技人员都可以学习、掌握；,（,4,）解决本领域技术问题的最有效的原理和方法，往往来自其他领域的科学知识。,TRIZ,的理论体系,13,13,关于发明问题的,“,多与不多,”,发明问题是无限多的，而,发明等级是不多的；,发明问题是无限多的，而,矛盾（冲突）的类型比较而言是不多的；,发明就是克服矛盾，而,克服矛盾的原理也是不多的。,TRIZ,的理论体系,14,2,、,TRIZ,的核心思想,现代,TRIZ,理论的核心思想主要体现在三个方面：,1,、无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其,核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的,，即具有客观的进化规律和模式,2,、各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力,3,、技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能,TRIZ,的理论体系,15,发明问题解决算法,ARIZ,专利分析,自然科学,系,统,科,学,思,维,科,学,物质,-,场问题,标准解系统,知识使能问题,知识效应库,技术矛盾,创新原理,物质,-,场分析,物理矛盾,分离方法,系统分析,矛盾分析,资源分析,技术系统,/,技术过程,矛盾,资源,理想化最终结果,技术系统进化法则,辩证法,+,系统论,+,认识论,创新,思维,培养,TRIZ,的理论体系,3,、,TRIZ,理论体系,体系模型,16,TRIZ,理论体系及创新方法简化模型可用：,一种思想,最终理想解,一组法则,技术系统进化法则,四个工具,物理冲突与分离方法,技术冲突与发明原理,物场分析与标准解,How to,模型与知识库,一种算法,发明问题解决理论（,ARIZ,）,TRIZ,的理论体系,3,、,TRIZ,理论体系,17,（,1,）最终理想解（,IFR,）,TRIZ,的理论体系,最终理想解,3,、,TRIZ,理论体系,18,（,2,）技术系统,技术系统：由相互联系的元件所组成的、以实现某种功能或职能的事物的集合。,子系统：更细化的、可以实现各种基本功能的组成部分，称为技术系统的子系统。,超系统：技术系统之外的系统或系统的组成部分，往往是指技术系统所隶属的外部环境。,TRIZ,的理论体系,技术系统,3,、,TRIZ,理论体系,19,（,2,）技术系统,TRIZ,的理论体系,技术系统,20,(3),技术系统进化的,S,曲线,TRIZ,的理论体系,S,曲线,21,婴儿期,TRIZ,的理论体系,S,曲线,22,成长期,TRIZ,的理论体系,S,曲线,23,成熟期,TRIZ,的理论体系,S,曲线,24,衰退期,TRIZ,的理论体系,S,曲线,25,、,当一个技术系统的进化完成,4,个阶段后，会出现一个新的技术系统来替代它，如此不断替代。,TRIZ,的理论体系,S,曲线,婴儿期,衰退期,成长期,26,新产品模式,下一代产品,能工作,能正确工作,最大性能,最大功效,最佳可靠性,最低成本,过时技术,时间,主,要,参,数,研发极限,例：电子管计算机晶体管算计大规模集成电路计算机量子计算机,TRIZ,的理论体系,S,曲线,27,通过性能参数随时间变化的规律，可以准确地予测产品和技术所处的生命周期阶段。,专利数量,利润,性能参数,发明级别,婴儿期,时间,成长期,衰退期,成熟期,S,-,曲线对应的专利数量、发明级别和利润曲线,TRIZ,的理论体系,S,曲线,28,S,曲线的作用,评估系统现有技术的成熟度,预测新一代产品进化的方向,帮助企业决策者做出正确的研发与引进决策,TRIZ,的理论体系,S,曲线,29,（,4,）技术系统进化法则（经典,TRIZ,）,完备性法则,能量传递法则,动态性进化法则,提高理想度法则,子系统不均衡进化法则,向超系统进化法则,向微观系统进化法则,协调性进化法则,TRIZ,的理论体系,进化法则,3,、,TRIZ,理论体系,30,一个完整的技术系统必须包含四个部分：动力装置，传输装置，执行装置，控制装置,完备性法则,TRIZ,的理论体系,进化法则,31,执行装置,􀂃 对系统作用对象实施功能，常称为,“,工具,”,传输装置,􀂃 把能量或场传递给执行装置,动力装置,􀂃 从能量源获取能量，转化为系统所需的能源,控制装置,􀂃 控制其他组件如何协调，以实现功能,完备性法则,TRIZ,的理论体系,进化法则,32,完备性进化实例,完成,“,运输货物,”,这一功能的技术系统由以下四个部分组成：,TRIZ,的理论体系,进化法则,33,技术系统实现功能的必要条件：能量必须能够从能量源流向技术系统的所有元件；,技术系统的进化应该沿着使能量流动路径缩短的方向发展，以减少能量损失；,如果某个元件接收不到能量，就不能发挥作用，这会影响到技术系统的整体功能,􀂙实例：多米诺骨牌,能量传递法则,TRIZ,的理论体系,进化法则,34,减少能量损失的几个途径：,􀂃 缩短能量传递路径，减少传递过程中的能量损失；,􀂃 最好用一种能量（或场）贯穿于系统的整个工作过程，减少能量形式的转换导致的能量损失；,􀂃 如果系统组件可以更换，那么将不易控制的场更换为容易控制的场,机械场,声场,热场,化学场,电场,磁场,/,电磁场,能量传递法则,TRIZ,的理论体系,进化法则,35,蒸汽机车能量利用率,515%,内燃机车能量利用率,3050%,电力机车能量利用率,6585%,能量传递法则,案例,：,火车,TRIZ,的理论体系,进化法则,36,协调性法则,技术系统的进化，沿着整个系统的各个子系统互相更协调，与超系统更协调的方向发展,实例,：,积木玩具,风景区的建筑,TRIZ,的理论体系,进化法则,协调性法则的进化路线,􀂙,1,）形状协调,􀂙,2,）频率协调,􀂙,3,）材料协调,37,形状协调,各子系统之间，以及子系统与超系统的形状要相互协调,实例,协调性法则,TRIZ,的理论体系,进化法则,38,例,：人体工学设计,-,与超系统形状协调,符合人体工学的手杖,符合人体工学的键盘、鼠标,􀂙,形状协调进化路线,相同形状 自兼容形状,兼容形状,特殊形状,协调性法则,TRIZ,的理论体系,进化法则,39,实例,：球鼻形船首,使船体与船鼻分别形成的波浪的波峰与波谷，它们相遇而相互抵消,􀂙,形状协调进化路线,相同形状 自兼容形状 兼容形状,特殊形状,协调性法则,TRIZ,的理论体系,进化法则,40,􀂙,形状协调进化路线,表面形状的进化,光滑表面,肋状突起针点状,粗糙表面,可制热表面,（带电阻丝）,平滑表面,带有突起的表面,粗糙表面,带有活性物质的表面,TRIZ,的理论体系,进化法则,41,形状协调进化路线,内部结构的进化,实心的缓冲器,中空的缓冲器,蜂窝装结构,毛细结构,带有气囊的保险杠,实心的物体,物体内部中空,内部多孔结构,毛细结构,动态内部结构,TRIZ,的理论体系,进化法则,42,频率协调,频率协调进化路线,单个物体,连续运动,脉冲,周期性作用,增加频率,共振,TRIZ,的理论体系,进化法则,43,材料协调,材料协调进化路线,人工心脏,捐赠心脏,克隆心脏,实例,：人工心脏,相同材料,相似材料,惰性材料,可变特性的材料,相反特性的材料,TRIZ,的理论体系,进化法则,44,提高理想度法则,=,（,有用功能）,（,成本,+,有害功能）,理想度,发明与创新就是为了创造高度理想化系统获得最终理想结果（,I,deal,Final Results,IFR,）,IFR,：系统,只具有有用功能，而无成本或有害功能,提高理想度法则是指：,技术系统是沿着提高其理想度，向最理想系统的方向进化。,提高理想度法则代表着所有技术系统进化法则的最终方向：,系统的质量、尺寸、能量消耗,实现的功能数量,0,TRIZ,的理论体系,进化法则,45,提高理想度法则代表着所有技术系统进化法则的最终方向。,最理想的技术系统应该是：就是,“,功能俱全，结构消失,”,。,它反映一个实际技术系统对,IFR,的近似程度 。,提高理想度法则使所有其他进化法则的基础。是技术系统进化的最基本法则；而其他法则则揭示了提高技术系统理想度的具体方法。,提高理想度法则,提供理想度可以从以下,4,个方向予以考虑：,1,）增加系统的功能；,2,）传输尽可能多的功能到工作元件上；,3,）将一些系统功能移转到超系统或外部环境中；,4,）利用内部或外部已存在的可利用资源。,TRIZ,的理论体系,进化法则,46,简化低价值组件的路线􀂙,离散安置,仪表组合,图线显示,挡风玻璃显示,实例,：汽车仪表盘,完整的系统,去掉部分组件,部分简化的系统,完全简化的系统,提高理想度法则,TRIZ,的理论体系,进化法则,47,技术系统的进化应该沿着结构柔性、可移动性、可控性增加的方向发展，以适应环境状况或执行方式的变化,掌握动态进化法则，有助于提高技术系统的高度适应性,动态法则包括,3,个子法则,􀂃,1,）柔性进化,􀂃,2,）可移动性进化,􀂃,3,）可控性进化,动态性进化法则,TRIZ,的理论体系,进化法则,48,结构柔性进化路线,TRIZ,的理论体系,进化法则,49,技术系统向移动性增强的方向进化,可移动性进化的路线,不可动系统,部分可动系统,高度可动系统,整体可动系统,TRIZ,的理论体系,进化法则,50,可控性进化路线,直接控制,间接控制,反馈控制,自动控制,TRIZ,的理论体系,进化法则,51,技术系统由多个实现各自功能的子系统（元件）组成，每个子系统及子系统间的进化都存在着不平衡。,1,）每个子系统都是沿着自己的,S,曲线进化的；,2,）不同的子系统将依据自己的时间进度进化；,3,）不同的子系统在不同的时间到达自己的极限，这将导致子系统间矛盾的出现；,4,）整个技术系统的进化速度取决于系统中发展最慢的即最不理想的子系统,（,木桶原理,）。,5,）需要考虑系统的持续改进来消除矛盾。,子系统不均衡,进化法则,TRIZ,的理论体系,进化法则,52,掌握了子系统的不均衡进化法则，可以帮助我们及时发现并改进系统中最不理想的子系统，从而提升整个系统的进化阶段。,通常设计人员容易犯的错误是花费精力专注于系统中已经比较理想的重要子系统 ，而忽略了木桶效应中的短板，结果导致系统的发展缓慢。,比如，飞机设计中，曾经出现过单方面专注于飞机发动机，而轻视了空气动力学的制约影响，导致飞机整体性能的提升比较缓慢。,子系统的不均衡进化法则使用,注意：一条锁链，最脆弱的一环决定其强度；一只木桶，最短的一片决定其容量；一个人，素质最差的一面决定其发展潜力；,TRIZ,的理论体系,进化法则,53,子系统不均衡进化法则案例,18,世纪中期，脚蹬直接安装在前轮轴上。为了提高速度，人们采用增加前轮直接的方法，导致前后轮尺寸相差太大，自行车在前进中国的稳定性很差，很容易摔倒，后来研究自行车的传动系统，在自行车上安装了链条和链轮，用后轮的转动来推动车子的前进，且前后轮大小相同，保持了自行车的平衡和稳定。,TRIZ,的理论体系,进化法则,54,技术系统沿着减小其元件尺寸的方向进化,即元件从最初的尺寸向原子，基本粒子的尺寸进化，同时能够更好地实现相同的功能。,向微观级进化法则,波长约,300-3,米,波长约,1-0.1,米,波长约,0.1,米,-3,纳米,案例：通讯产品的波长,TRIZ,的理论体系,进化法则,55,案例：,量子计算机,计算机向微观级进化,TRIZ,的理论体系,进化法则,56,􀂙技术系统的进化是沿着从单系统,双系统,多系统的方向发展。,􀂙 技术系统进化到极限时，实现某项功能的子系统会从系统中剥离，转移至超系统，作为超系统的一部分,在该子系统的功能得到增强改进的同时，也简化了原有的技术系统,向超系统进化法则,注：双系统包括：,1,）单功能双系统：同类双系统和轮换双系统，比如双叶片风扇和双头铅笔；,2,）多功能双系统：同类双系统和相反双系统，比如双色圆珠笔和带橡皮擦的铅笔；,3,）局部简化双系统：比如具有长、短双焦距的相机；,4,）完整简化的双系统：新的单系统。,TRIZ,的理论体系,进化法则,57,向超系统进化法则案例,瑞士军刀,照相手机,两用锤子,立式加工中心,TRIZ,的理论体系,进化法则,58,1.,产生市场需求,2.,定性技术预测,3.,产生新技术,4.,专利布局,5.,选择企业战略制定的时机,技术系统进化法则的应用,TRIZ,的理论体系,进化法则,59,小结,技术系统进化法则（经典,TRIZ,）,总结,初级人工制造物,石头、棍棒、轮子等,现有技术系统,(TS,0,),完备性法则,能量传递法则,协调性法则,系统不完善，出现问题,参数问题,技术矛盾 物理矛盾,结构问题,物质,-,场,非标准问题,ARIZ,资源问题,知识、效应库,子系统不均衡,进化法则,改进后的技术系统,(TS,1,),系统不完善，出现问题,参数问题,技术矛盾 物理矛盾,结构问题,物质,-,场,非标准问题,ARIZ,资源问题,知识、效应库,改进后的技术系统,(TS,2,),技术系统的未来,(TS,3,),理想系统,动态性法则 提高理想度法则,向超系统进化法则 向微观系统计划法则,改进办法：,增补、裁剪,合并子系统,改进结果：,增加有用功能,去除次要功能,消除有害作用,排除人的参与等,