第1章　經典TRIZ理論

TRIZ理論的涵義是“發明問題解決理論”，是由相應的俄文轉換成的拉丁文“Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch”的詞頭縮寫，其英文全稱是Theory of the Solution of Inventive Problems。

TRIZ是由前蘇聯科學家根里奇·阿奇舒勒（G.S.Altshuller）創立的，始于1946年。最初他從二十萬份專利中篩選出符合要求的四萬份作為各種發明問題的最有效的解，然后從中抽出了解決發明問題的基本方法，這些方法普遍地適用于新出現的發明問題，幫助人們獲得這些發明問題的最有效的解。現在，人們已經對超過二百五十萬件出色的專利進行過研究，并大大充實了TRIZ的理論和方法體系，如最終理想解、技術系統進化法則、40個發明原理、沖突矩陣、物-場分析、76個標準解、科學效應和ARIZ等^［1］。

1.1　TRIZ發展歷程

TRIZ的發展大致經歷了三個階段：

①第一階段為開創奠基時期（1946—1980年）。在這一時期，阿奇舒勒帶領一個團隊開發TRIZ；阿奇舒勒通過對大量專利文獻的研究，建立了TRIZ的概念基礎。這一時期產生了對TRIZ發展有重要影響的一些事件和成果，主要有：

1956年，阿奇舒勒和沙佩羅合寫的文章《發明創造心理學》發表在《心理學問題》雜志上，這是他發表的第一篇關于TRIZ理論的文章，首次介紹了發明基礎背后的TRIZ理論方法及技術演進的規律，把TRIZ理論描述成為一種技術矛盾、理想的最終結果、發明原則和一種程序。這種思想框架構建出了TRIZ基本理論。

1958年，舉辦了第一次關于TRIZ理論的學習討論會，在這次會議上，“最終理想解”這個概念被第一次闡述。

1959年，阿奇舒勒發表了第二篇文章《關于創造的心理學》，第一次提到了發明問題解決算法ARIZ。

1961年，阿奇舒勒出版了《如何學會發明》，在書中他表明了不同意人們對有天生發明家的看法，并批判了用試錯法進行發明。

1968年，在格魯吉亞津塔里舉行了關于發明方法的研討會和第一期TRIZ教師培訓班。

1969年，阿奇舒勒出版了《發明大全》一書，書中提出了40條發明原理，成為第一套解決復雜問題的完整創新法則。

1973年，阿奇舒勒把“物-場分析”引入了解決發明問題的實踐中。

1975年，阿奇舒勒提出了解決發明問題的標準解法。

1976年，阿奇舒勒出版了含有4個分離原理的著作。

1977年，阿奇舒勒發表了物-場分析及效應知識庫。

1980年，召開了全世界第一屆TRIZ大會，并出現了第一個TRIZ軟件。

②第二階段為發展應用階段（1981—1990年）。在阿奇舒勒的領導下，這一時期開始設立了與TRIZ有關的培訓學校。這一階段的主要事件和成果有：

1982年Boris Zlotin和Alla Zusman在Kishinev創辦了TRIZ技術學校。該學校專門教授TRIZ方法學，并為工業企業提供TRIZ咨詢，培養了6000多名學生，解決和簡化了4000多個技術問題，出版了9本TRIZ著作，對集成TRIZ的方法、工具和積累知識并用計算機化的方法表示TRIZ起到了重要的作用。

1985年，阿奇舒勒發表文章，描述了物-場分析的76個標準解法，以及ARIZ-85。

1989年成立俄羅斯TRIZ協會，由阿奇舒勒出任主席。

1989年，Kishinev的TRIZ學校的教學和推廣咨詢工作已經積累了比較豐富的經驗，也發現了TRIZ體系的一些缺點和問題，主要有：即使是已被成功應用的TRIZ工具和分析技能，也尚未轉化為系統的規則和演算法則；TRIZ各個工具是獨立開發的，尚未形成一個統一的組合系統；對于特定的工程和技術問題，究竟應該使用哪一種具體工具，并不明確。

③第三階段為全球擴散階段，也被認為是TRIZ理論的成熟期（1991年至今）。

1991年蘇聯解體后，世界范圍內的TRIZ研究迅速興起。

從1992年開始，美國一些公司著手進行TRIZ的咨詢和軟件開發工作；俄羅斯學者Vikentyev和Kaikov出版了TRIZ理論的案例實證研究的著作。

1996年，美國學者Kvowalickhe和Evllen Domb在互聯網上創辦了TRIZ期刊；俄羅斯學者Timokhov把生物學、生態學與TRIZ理論相結合，從生物學、生態學的視野尋求發明問題的TRIZ解決方案。

1997年夏天日本引入TRIZ理論，在東京大學成立了TRIZ研究團體；日本三菱研究院開始向企業提供TRIZ培訓和軟件產品。

1998年日本大阪大學建立了日本TRIZ網站；日本三洋管理研究所成立了日本TRIZ小組，向企業、大學、研究機構提供TRIZ理論培訓和咨詢；俄羅斯學者Mitrofanov在其著作中探討了TRIZ是制造缺陷通向科學發展的橋梁；美國學者從制造創新的角度探討了TRIZ理論。

至此，阿奇舒勒創立的TRIZ理論已經形成完整的體系。從TRIZ理論各個概念的出現，可整理發展歷程如圖1-1所示。

1.2　經典TRIZ理論體系的主要內容

經過半個多世紀的發展，TRIZ形成了九大經典理論體系。

（1）技術系統進化法則

技術系統與生物進化、人類社會進化一樣具有其自身的規律。TRIZ理論的技術系統的進化法則揭示了系統發展變化的規律與模式，是TRIZ理論的基礎。該法則既可以用來對技術和產品的成熟程度進行評價，又可以用來幫助解決新產品研發中的問題，還可用來預測技術和產品的未來發展趨勢，是指導技術和產品研發的有效工具。

阿奇舒勒的技術系統進化論主要有八大進化法則：

①技術系統的S曲線進化法則。

②提高理想度法則。

③子系統的不均衡進化法則。

④動態性和可控性進化法則。

⑤增加集成度再進行簡化的法則。

⑥子系統協調性進化法則。

⑦向微觀級和增加場應用的進化法則。

⑧減少人工介入的進化法則。

圖1-2為技術系統進化法則的思維導圖。

（2）最終理想解

最終理想解是指在用TRIZ理論進行問題的求解之前，先拋開各種客觀條件的限制而通過理想化來定義的問題的理想解決方案。最終理想解可用來明確理想解所在的方向和位置，保證在解決問題的過程中沿著此目標前進并獲得預期的結果，從而可有效避免傳統的設計中因受客觀條件的限制而缺乏理想目標的弊端，提高了問題求解的精確度和效率。

（3）40條發明原理

發明原理是TRIZ理論的重要組成部分，是阿奇舒勒在對大量的專利進行研究、分析、總結的基礎上提煉出來的，隱藏在專利背后的共性的發明措施，主要分為四類：提高系統效率類、消除有害作用類、易于操作和控制類、提高系統協調類，如圖1-3所示。

（4）工程參數與技術矛盾

阿奇舒勒通過對大量專利案例的研究，歸納概括出了工程技術領域常用的39個工程參數，這些參數表述了工程系統的特性或者功能，具有普遍性意義，這39個工程參數可表述各技術領域存在的形形色色的技術沖突。阿奇舒勒還總結出了當這39個工程參數中的任意兩個參數發生沖突時，化解該沖突所用發明原理的矛盾矩陣，從矩陣中可直接查找出化解沖突的發明原理的途徑和方法。圖1-4為工程參數的思維導圖。技術矛盾矩陣如表1-1所示。

（5）物理沖突與分離原理

當技術系統的一個工程參數具有不同的屬性的需求時，就出現了物理沖突，分離原理就是針對物理沖突的解決而提出的。經典TRIZ理論的物理沖突有四大分離原理，分別是：時間分離、空間分離、條件分離和系統分離。而這四大分離原理都具有推薦的發明原理：

①時間分離下的發明原理：1分割，7嵌套，9預先反作用，10預先作用，11預先應急措施，15動態化，16不足和超額行動，18機械振動，19周期性動作，21緊急行動，24中介物，26復制，27一次性用品，29氣壓與液壓結構，34拋棄與再生，37熱膨脹。

②空間分離性的發明原理：1分割，2抽取，3局部質量，4非對稱，7嵌套，13逆向思維，14曲線或曲面，17一維變多維，24中介物，26復制，30柔性外殼或薄膜，40復合材料。

③條件分離的發明原理：28機械系統的替代，29氣壓或液壓結構，31多孔材料，32改變顏色，35物理或化學狀態變化，36相變，38加速氧化，39惰性環境。

④系統分離又包括轉向高級系統、轉向子系統、采用相反系統和采用可替代系統的分離。

a.轉向高級系統的發明原理：5合并，6多用性，12等勢原則，22變害為利，33同質性，40復合材料。

b.轉向子系統的發明原理：1分割，3局部質量，24中介物，27一次性用品。

c.采用相反系統的發明原理：13逆向思維。

d.采用可替代系統的發明原理：6普遍性，8配重，22變害為利，25自服務，27一次性用品，40復合材料。

（6）物-場模型分析

阿奇舒勒認為，每一個技術系統都可由許多功能不同的子系統所組成，所有的功能都可以由兩種物質和一個場來實現，此即物-場模型。產品都具有其功能，因此物-場模型的存在具有普遍性，通過物-場分析解決問題是TRIZ中的一種有效的方法。

（7）發明問題的標準解

阿奇舒勒通過對大量的專利庫的分析研究發現，發明問題共分為兩大類：標準問題和非標準問題。標準問題可在一兩步中快速解決，因為基于技術進化路徑的法則可以確定該系統改進的方向和解決問題的辦法。這些針對標準問題的解決法則被稱為TRIZ問題的標準解。TRIZ標準解共有76個，分為5級，各級中解法的先后順序也反映了技術系統必然的進化過程和進化方向。

（8）發明問題解決算法ARIZ

ARIZ是發明問題解決過程中應遵循的理論方法和步驟，是基于技術系統進化法則的一套完整的問題求解的程序，是針對非標準問題而提出的一套解決算法。它通過確定和解決引起問題的技術矛盾，以進行發明問題轉化的一套連續過程的程序，采用步步緊逼的方法，將一個狀況模糊的原始發明問題轉化為一個簡單的問題模型，然后構思其理想解，再進行分析和解決矛盾。

ARIZ-85共有9個關鍵步驟，每個步驟中含有數量不等的多個子步驟。在一個具體問題的解決過程中，并不一定按順序走過9個步驟，一旦在某個步驟中獲得了問題的解決方案，就可跳過中間的其他無關步驟，直接進入后續的相關步驟來解決問題。ARIZ-85的解題步驟如圖1-5所示。

（9）科學效應和現象知識庫

阿奇舒勒總結了解決問題時經常用到的30種功能，以及為實現這些功能經常要用到的100種科學效應和現象，實現了功能與科學效應及現象的科學對接。科學效應和現象的應用，對發明問題的解決具有超乎想象的、強有力的幫助。科學效應庫是TRIZ中最容易使用的一種工具。

1.3　經典TRIZ理論的體系結構

任何問題的解決過程都包含有兩部分內容：問題分析和問題解決。TRIZ作為一種創新的發明問題解決方法，包含了用于問題分析的分析工具、用于系統轉換的基于知識的工具和理論基礎。圖1-6所示為經典TRIZ的體系結構，其中分析工具模塊包含物-場分析、沖突分析、需求功能分析和ARIZ算法，主要用于問題模型的建立、分析和轉換，即用于改變問題的描述方式。基于知識的工具模型包括發明原理、標準解和科學效應數據庫，這些工具是積累前人創新經驗和基于大量專利分析而發展起來的，主要用于指出解決問題的過程中系統轉換的具體方式。

1.4　經典TRIZ解決問題的模式

在應用TRIZ進行針對工程問題的求解時，首先需要將工程問題轉化為TRIZ問題。即需要應用問題分析工具對工程問題進行分析、問題描述和定義，建立工程問題的TRIZ問題模型，把工程問題轉化為TRIZ的標準問題。然后，可以利用基于知識的TRIZ工具，選擇確定具體的轉換方式，得到該問題的一般解，即TRIZ的標準解。然后，基于工程問題的具體技術領域的知識與經驗，考慮實際條件的限制，轉化為工程問題的具體解。TRIZ這種解決問題的模式如圖1-7所示。針對工程問題的解決方案的獲得，對于非TRIZ方法，是一種藝術手段；而對于TRIZ的解決過程，則是一種科學。