智能製造術語 TRIZ發明方法論 看見未來

智能製造術語（編號693）

【中文條目】TRIZ發明方法論

【英文條目】TRIZ Inventive Methodology

【詞條正解】前蘇聯發明家阿奇舒勒總結了技術系統（即產品）發展進化的方向、路徑與規律，提出了符合客觀規律、模型化的解決疑難複雜問題的發明方法論。簡單地說，TRIZ是解決疑難複雜問題並由此而實現創新的理論。

創新有沒有規律？發明是否有方法論？面向未來的先進位造，是否可以預測？

要回答這樣的問題，需要回歸人類認識地球、發明工具的規律。幸運的是，人類的思維活動，給我們觀察和發現未來的時候，留下來一個神奇的天眼——這意味著，未來在當下的時空中，還是留下了「前置性」的蛛絲馬跡。

1、TRIZ內容及發展

前蘇聯海軍工程師、發明家根里奇·阿奇舒勒從1946年起開始了尋找高效發明方法的嘗試。在歷經十幾年分析歸納了4萬～5萬份高水平的發明專利之後，他和他的學生們總結出了技術系統（即產品）發展進化的方向、路徑與規律，提出了符合客觀規律、模型化的解決疑難複雜問題的發明方法論——TRIZ（解決發明問題的理論）。

「解決發明問題的理論」俄文首字母縮寫為「TРИЗ」，轉換成拉丁字母，就有了專用辭彙「TRIZ」。

在1988以前的TRIZ稱為經典TRIZ，主要由阿奇舒勒本人帶領其學生們創立完成。經典TRIZ解決發明問題的工具有：以40個發明措施為核心的矛盾矩陣表，以四種分離方法為核心的分離原理，以76個物場標準解為核心的標準解系統，以大約上百個科學效應為核心的實現30種功能的效應知識庫查詢系統，以解決非標準發明問題為核心的發明問題解決演算法ARIZ，以8個進化法則為核心發展出來進化分析工具等。

可以說，阿奇舒勒以自己的一己之力，歸納了世界發明創新的規律。

而在1988以後，局面變得多姿多彩起來，阿奇舒勒的學生們各自開始百花齊放，創立完成發展出來的TRIZ，可以稱為現代TRIZ。現代TRIZ在內容上有了很多發展，如40個發明措施被拓展為77個發明措施，其中8個進化法則被拓展為37個進化路徑，有的諮詢公司甚至宣稱可以有細化的400多條進化路徑，新增了諸如流進化等多個進化趨勢等。

現代TRIZ還加入了新的分析工具，如屬性分析、因果屬性分析、功能屬性分析、進化潛能分析等，補充了經典TRIZ分析工具較弱的問題。有些流派如USIT，則對TRIZ做了大刀闊斧的改進，統一了問題框架，增加了很多創新提示等。

不過USIT與TRIZ相比已經面目全非，主流TRIZ界並不認為它屬於TRIZ。

自2012年起，中國著名的TRIZ研究者趙敏、張武城、王冠殊等專家，秉持「以功能為導向、以屬性為核心」的指導思想，創立了U-TRIZ（即「統一TRIZ」）理論體系。他們彙集經典TRIZ、現代TRIZ和USIT等理論體系，提出了由對屬性操作而定義功能的基本思想，提煉了物場分析、因果分析、功能分析、屬性分析的模型共同點，發展出了統一的SAFC模型，把解決發明問題的模型類型和求解工具進行了較多的簡化和改進，通過對物質屬性或屬性參數進行「變、增、減、測、穩」的五種操作，快捷地消除各種矛盾，優化和創新產品功能。

2、TRIZ解決問題的工具體系

在TRIZ解題的工具體系上，基本上分為問題分析、問題解決、方案驗證與評價等幾個階段以及相應所使用的工具。

在經典TRIZ的解題工具體系中分析工具較簡單，體系相對分散。如圖1所示。

圖1 經典TRIZ的解題工具體系

現代TRIZ的解題工具體系上有較多的發展與創新，尤其是補充了若干分析問題工具，如圖2所示。

圖2 現代TRIZ的解題工具體系

U-TRIZ解題流程考慮了解決問題的多種功能發生情況，多個分析工具屬於並行選擇，只擇其一即可。因此整體上操作流程比較簡明有效，解題效率明顯提高。如圖3所示。

圖3 U-TRIZ的解題工具體系

3、TRIZ在產品研發中的應用

下面通過一個例子來說明在產品研發中如何應用U-TRIZ，思路與步驟參見圖3。

案例：飛機舷窗遮光板的改進。

【問題陳述】在乘飛機的過程中，飛機舷窗的玻璃上有一個遮光板。其作用是遮擋外部光線。使用遮光板的方式是全部遮擋、部分遮擋或全部打開。乘客感覺遮光板不好操作，無法獲得理想的通光量，現在希望對遮光板進行改進。下面我們按照前面圖3給出的U-TRIZ流程來分析和解決這個問題。

【問題分析】遮光板屬性（資源）分析：

遮光板要能遮檔光線，尤其是在乘客休息時，避免眩光刺眼，舷窗要求關閉，遮擋率為100%（即透光率0%或某個較小的數值）。但是在起飛、降落和非休息時段，舷窗必須打開，遮擋率為0%（即透光率100%）。因此，聚焦在遮光板的功能上，是有屬性的矛盾的，即有用、有害功能共存。另外，遮光板的重量要比較輕，比較薄，它與嵌套它的舷窗之間有足夠的摩擦力（摩擦力>重力），使得它能隨時停滯在任何一個位置。

遮光板矛盾分析：飛機舷窗的玻璃既要透光，以便於採光和乘客觀景（托上遮光板）；但是舷窗又不能透光，以防止眩光和便於乘客休息（拉下遮光板）。

最小問題區域：遮光板與舷窗的相互作用空間。

IFR：隨意調光，通斷自如。

【問題解決】由上一步問題分析過程得知舷窗的透光量（或遮擋率）是一個典型的物理矛盾。因此需要採用分離原理來解決問題。考慮到乘客希望能夠較為隨意地連續調節舷窗的透光量（或遮擋率），因此擬採用基於科學效應來實現分離。由於遮光板（與舷窗相互作用）的功能是「改變·透光性」，因此我們以「改變·透光性」的方式來檢索效應知識庫，查到「電致變色」是一個可以「改變·透光性」的科學效應。

波音787飛機的舷窗玻璃採用了「電致變色」物理效應的高科技液晶玻璃，在結構上去掉了遮光板，乘客可以用一個旋鈕隨意連續調節舷窗玻璃的透光性，真正做到通斷自如。如圖4所示。

圖4 調光玻璃按照需要調節舷窗透光性

4、TRIZ是研究智能製造的方法論

除了用TRIZ解決在產品全生命周期中所遇到的技術與管理難題之外，作為一種研究問題的方法論，在研究諸如工業4.0的發展趨勢、CPS（賽博物理系統）的過程中，也起到了重要的啟示與引導作用。

CPS由TRIZ所定義的技術系統中的「控制裝置」子系統演變而來。任何一個產品，都可以看作是技術系統。而逐步提高技術系統的精確控制功能，是設備改進的大方向。控制裝置從最初的機械控制裝置開始進化，按照TRIZ所描述的進化路徑，走過了一條「機械控機電控數控軟控雲控」的技術發展路徑。

圖5 CPS由技術系統的控制裝置演變而來

在嵌入式系統的支持下，人腦中的知識和演算法嵌入了軟體，軟體嵌入了晶元，晶元嵌入了物理設備，由此而形成了CPS。

筆者認為，之所以不斷出現各種工業革命新浪潮，是因為技術革命導致新的生產工具出現，即技術系統發生了革命性的變化，新的工具快速擴散到了其它領域，使生產力得到了快速發展，生產關係發生了不可逆轉的改變。

由此可見，工業革命的孕育與發端，首先是從技術系統的變革開始的。而TRIZ正是這樣看見未來的神奇之眼，可以說，當下的智能製造的發展路徑，也正在走在TRIZ所預測的道路上。

註：本詞條將在《智能製造術語解讀》一書集結髮表，特別鳴謝中國電子信息產業發展研究院的支持。

作者：趙 敏（英諾維盛（北京）新技術發展公司）

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