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自主创新 方法先行--简析运用TRIZ理论的创新
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创新几乎可以在任何领域进行,但创新作为一个概念,最初是以技术创新的概念出现的。技术创新也最为重要,其他创新大多由技术创新推动,或与技术创新有关。有关技术创新最早的概念是由美籍奥地利经济学家熊彼特于1912年在其著作《经济发展理论》一书中首先提出的,此书在1934年译成英文时,使用了“创新”(innovation)一词。熊彼特认为“创新”就是通过对生产要素和生产条件的重新组合,使企业获得潜在的利润。创新的特点表现在:创新不等于发明创造:创新必须带来经济效益。
进入21世纪,创新更是成为人们讨论最多的话题。“创新”一词也成为各种媒体中最常见的词汇。创新被如此重要地提及,自然有它的道理。一些摘自不同出版物的统计数据或许能说明:与创新乏术的企业相比,创新成功的企业更有可能获得20%甚至更高的增长率:如果企业80%的收入来自创新产品,坚持下去,5年内其市值就能翻番;“创新程度”是衡量企业是否具有投资价值的指南针:在世界500强中有超过80%的企业把“创新”作为理念。
TRIZ是“发明问题解决理论”的俄文缩略词的英译.由原苏联的阿尔特苏列尔博士(G.S.Altshulle)于1946年创立。他从1 946年开始,领导一批研究人员和学生。花了1500人年时间,在分析研究世界各国250万件专利的基础上。从抽样的20万件专利中选出4万件作为解决发明问题的代表,提出一套进行发明即产品创新的方法理论TRIZ。20世纪80年代前,它对别国严格保密。1992年后随着苏联解体,一批TRIZ专家移居美国等西方国家,才逐渐流传到美欧亚和世界各国。
TRIZ的出现,给创新这一现代社会中最活跃的元素带来了革命。TRIZ提供的不仅仅是一种纯粹的创新理论,它还是一种思维模式,能够帮助我们形成一种系统的、流程化的创新设计思考模式,有助于人们在几乎所有事情中找到创新的方法。
一、TRIZ工具的创新原理
TRIZ理论提出了8个技术系统进化法则、39×39矛盾矩阵、40个创新原理、11个分离原理等,指导人们在科研工作中高效解决实际问题,得到高质量方案。TRIZ理论认为产品及其技术的发展,像生物体进化一样,遵循着客观规律,TRIZ就是研究规律.认识规律,学习规律、掌握规律、应用规律。同一条规律往往在不同的产品或技术领域被反复应用。很多创新实质上往往是其他领域技术在某一领域的全新应用。
技术系统的演变规律是TRIZ的理论基础。通过对大量的专利加以研究.阿尔特苏列尔认为技术系统的演变遵循一些重要规律。这些规律对于产品和工艺的开发与创新具有重要的指导作用。他总结出了技术系统进化的八大法则: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。向微观进化法则、协调性法则。同时系统具有九个如图1所示的场景。

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图1

TRIZ认为考虑问题不仅要考虑当前系统的过去和未来,还要考虑当前系统子系统和超系统的过去和未来。从九个层面来考虑问题,寻找解决问题的办法。但是由于系统中各子系统不均衡的演变导致了系统冲突。系统冲突是TRIZ的另一个核心概念,指隐藏在问题背后的固有矛盾。如果要改进系统的某一部分属性,必然引起其它的某些属性恶化,就好像天平一样,一端翘起,另一端必然下沉。在产品的结构设计中,结构的重量与强度构成了一对冲突。减轻结构的重量就必然削弱结构的强度;反之,增加结构的强度则必须增加结构的重量。对于冲突问题,通常的解决方案是采用折衷的方法,而TRIZ则强调运用创造性的思维把冲突彻底消除。阿尔特苏列尔对大量的发明专利研究发现,尽管它们所属技术领域不同,处理的问题千差万别。但是隐含的系统;中突数量是有限的。他整理归纳出引起系统冲突和矛盾的39个重要参数(见表1)。

表1 39个参数

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同时,阿尔特苏列尔提出了问题的求解模式。如何从待解决的问题找到最终的解决方案(如图2所示)。

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图2

这其中关键是解决方案,阿尔特苏列尔从几百万个专利中进行筛选。来寻找发明性问题以及它们是如何解决的,从具有发明性的专利中提炼出了解决冲突或矛盾的40条发明原理(见表2),利用这些发明原理来寻找解决问题的可能方案。

表2 40个发明原理

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其中的常用原理介绍如下:
分割原理指将物体分成独立的部分:使物体成为可拆卸的;增加物体的分割程度。如:将货船分成同型的几个部分,必要时,可将船加长些或变短些。再如挖掘机长柄勺唇缘是由一块硬钢做成的。如果唇缘上某部分磨损或损坏,整个唇缘就必须更换。这是一个极其耗费劳动力和时间的工作,会导致挖掘机停机怠工。利用分割原理,使长柄勺的唇缘更耐用,可以将唇缘分割成单独的可分开的部分。当某一部分损坏或磨损,可以快速且容易地更换。
局部质量原理指从物体或外部介质(外部作用)的一致结构过渡到不一致结构:物体的不同部分应当具有不同的功能:物体的每一部分均应具备最适于它工作的条件。如:锤子的一边做成平的一边做成扁的,增加了锤子的切削功能(采石场专用锤);将笔心上作一对耳朵,再加一根弹簧.成为自动笔;电钻的钻头做成螺旋状,增加了打孔时的稳定性,防止打滑;三键模式的电脑鼠标,改变了原先单键的麻烦与不便等。
非对称原理指,物体的对称形式转为不对称形式:如果物体不是对称的,则加强它的不对称程度。如:防撞汽车轮胎具有一个高强度的侧缘,以抵抗人行道路缘石的碰撞。
倒置原理指不实现课题条件规定的作用而实现相反的作用;使物体或外部介质的活动部分成为不动的.而使不动的成为可动的;将物体颠倒。如:篮球,在打球时,球利用地面对其反作用力弹起:电梯运动,人不动。改变了楼梯不动人费力爬楼的艰难;安装螺丝钉用的手持机器,正转是安装,反转是拆卸;电冰箱利用吸收箱内的热量达到降温;运动会上赛跑用的助力器,运动员利用它对脚的反作用力提高加速度等。
球形化原理指从直线部分过渡到曲线部分,从平面过渡到球面,从正六面体或平行六面体过渡到球形结构;利用棍子,球体,螺旋;从直线运动过浑到旋转运动,利用离心力。如:过山车采用急剧曲线运动产生的向心力,使其不会掉下来:杯子设计成圆柱形,与其他形状相比容量更大,也易于拿握:车轮用的都是圆形;车轮表面为增加摩擦,上面是凹凸不平的纹路;螺丝钉与螺帽采用螺旋相接,增加了结合力和稳定性。
动态性原理指物体(或外部介质)的特性的变化应当在每一工作阶段都是最佳的;将物体分成彼此相对移动的几个部分;使不动的物体成为动的。如学校用的电铃,当到下课或上课时间时,小锤震动敲打铃。百米赛跑的画面是赛道旁的跟踪摄像机拍摄的:舞台上的灯能自动旋转改变照射位置,产生不同的灯光效果;电脑显示器下边有个托盘,可以将电脑的位置与方向调整;楼梯自动化后变成电梯等等。
TRIZ的这些发明原理给创新者提供了发明,解决问题的思路,每个原理都有不同的内涵,从不同的侧面给创新者提供思路,应用范围及广,在此不再一一叙述。
二、TRIZ问题求解模式
对于需要解决的发明性问题,如何运用发明原理呢?阿尔特苏列尔构造了一个39×39冲突矩阵(由于这个冲突矩阵太大。本文略)。在冲突矩阵中。其中的行是欲改进的39个技术参数,其中的列是相应的39个技术参数不希望的结果。除了冲突矩阵主对角线之外,行与列的交叉点构成了一对冲突,共计1482个冲突,阿尔特苏列尔给出了解决1288个冲突的推荐发明原理,解决冲突的发明原理列在行与列的交叉位置。只有194个冲突没有给出推荐的发明原理,这是因为还没有专利解决这些冲突。
我们通过一个实例看一下是如何应用创新原理解决实际问题,实现创新的。生活中我们常用扳手拧紧或者松卸螺栓,这时经常会出现螺栓棱角被磨损的问题。为了方便地拧紧或者松动螺栓,又不损坏螺栓,我们采取的方法一般是通过减小扳手卡口和螺栓的配合问隙.增加螺栓的受力面,来减少对棱角的磨损。但结果是提升了制造精度,提高了制造成本。要解决这样一对矛盾,可以用39个技术参数中的两个来描述该矛盾。通过矛盾矩阵我们就可以找到对应的创新原理,如增加不对称性,空间维数变化等。那么应用其中的空间维数变化原理,我们就会有这样一个解决方案:在扳手卡口内壁开几个小弧。因为经过分析我们知道,扳手之所以会磨损螺栓,就是因为作用力都集中在棱角上,是作用在一条线上,现在经过增加几个小弧,使作用力加到螺栓的棱面上,有效地解决了棱角磨损问题。这项技术已经成为美国的一项专利,美国的METRINCH公司基于这项技术开发出一系列扳手,获得了巨大利润。
通过上面的例子可以看出,经过深入分析,螺栓被扳手磨损的问题被定义为TRIZ理论中的典型矛盾,结果应用创新原理使得问题得到有效的解决,就像求解数学题一样,整个解决过程变得有序和可操作,大大提高了创新问题的解决效率和质量。
又如:景物画或照片看起来比自然界的景色要暗一些。这是因为画上的明暗位置亮度比(对比度)比自然界的真实情况要低得多。画面上低光亮度是由于传统光亮色彩颜料的反光性差造成的。不可能使用其他颜料对已有色彩画重新描绘。为了增加水彩画的对比度.可以用反光适当的颜料覆盖色彩画上的光亮位置.但这样的颜料损害了色彩画的原创性,严重降低了其价值。
此问题实际是为了增加一幅画的色彩对比度,必须使画的光亮位置反射大量的光,但为此使用的颜料降低了画的价值。“矛盾矩阵”为这个技术矛盾提供一个发明原理:从非结构化领域向结构化领域的复制和迁移。该技术矛盾的解决方案如下:对画制作幻灯片。然后将幻灯片的明亮图像投影到画上。光亮位置的亮度显著地得到增强,而灰暗位置的亮度保持不变。这样就增加了色彩画的对比度,景物色彩画看起来显得真实自然。
TRIZ创新理论的应用已给企业带来了实际的效益,一个典型的例子是韩国三星电子。1997年,三星电子引入TRIZ,在研发部门实施技术创新理论培训;1998年至2002年,三星电子共获得了美国工业设计协会颁发的17项工业设计奖,连续5年成为获奖最多的公司。2003年,三星电子在67个研究开发项目中使用了TRIZ,为三星电子节约1.5亿美元,并产生了52项专利技术。2004年以1604项发明专利超过英特尔(Intel)公司名列第六,领先于日本竞争对手日立、索尼、东芝和富士通。三星电子从技术引进到技术创新的成功之路,给渴望在经济全球化竞争中占有~席之地的中国企业提供了很多有益的可借鉴的启示。 5/28/2009


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