1、T R I Z 发 明 原 理06大学生创新思维 设计思维&TRIZ思维目 录6.1 TRIZ的概念6.2 TRIZ的知识概述6.3 TRIZ经典发明原理6.4 本章小结6.1.1 定义TRIZ理论发明于苏联，其含义为发明问题解决理论，源于俄文 ，缩写为“”，按照ISO/R9-1968E规定，转化为英文则为“TRIZ”，其中文音译为“萃智”或“萃思”，也就是萃取前人发明创造的智慧与结晶，提升自己解决问题的能力。TRIZ理论主要是研究发明创造、解决技术问题过程中应遵循的科学原理，因此被称为苏联的“点金术”和技术创新领域的“孙子兵法”。6.1.1 定义例如最初，计算机的显示器与主机是连接在一起的，
2、不可分割，也不能移动，十分不方便，后来，三星公司做出了产品预测，认为技术是向动态性进化的，显示器可以由不可分割的刚性系统一步步向柔性连接系统乃至可分离系统转变。于是，不久，三星便推出了M70分离式显示器，实现了显示器的无线连接及可移动性，其大小也可以随意变换，其变化示意图。6.1.2 核心思想它是一个不断发展完善的庞大的系统，其涵盖的内容、范围十分广泛，包括以下几个方面的内容。技术系统进化法则技术矛盾解决原理物理矛盾解决原理问题分析方法发明问题解决算法科学效应知识库6.1.2 核心思想在对TRIZ理论的学习过程中可以发现，技术的进步其实有一定的规律可循，而且这种规律始终在发明研究的过程中不断重
3、复出现。TRIZ理论的核心思想可以总结为以下4点。不论是简单的产品创造还是技术系统，其核心技术的演变都遵循着一定的客观规律，这种规律是真实存在的，常表现为一种直观的技术模式。各种技术难题，其冲突和矛盾的解决实际是在不断地推动这一规律的发展进化，同时规律也在牵引着技术的进步同一条规律往往在不同的产品或技术领域中都能被反复应用，且很多创新实质上是其他领域的技术在另一领域的全新应用。任何技术的改进与进化，都是为了用最少的资源去实现最大化的功能，这也是TRIZ理论的实际功用与追求目标。目 录6.1 TRIZ的概念6.2 TRIZ的知识概述6.3 TRIZ经典发明原理6.4 本章小结6.2.1 TRIZ
4、的起源与发展TRIZ理论最早是由苏联发明家和创造创新学家根里奇阿奇舒勒于1946年提出的。被称为“创新理论之父”。12341946年的时候，阿奇舒勒还在苏联海军专利局工作，帮助发明者申请专利，当时也有不少发明者会请他协助解决问题。从那时起，他就以研究发明为起点，打算创建一门关于技术进化的学科，并以此为基点创立了发明问题解决理论TRIZ。从1961年开始，阿奇舒勒相继出版了关于发明的著作，详细描述了发明问题解决算法、69个发明原则与技术矛盾矩阵、技术系统演化的阶段性、40项发明原理和技术矛盾矩阵、发明规则、物-场分析、物效应用解决问题等，建立一个由解决技术问题、实现创新开发的各种方法和算法组成的
5、综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，较为系统地形成了TRIZ理论的基本框架。6.2.1 TRIZ的起源与发展至20世纪80年代，TRIZ理论结构才算搭建完成。20世纪80年代中期之前，该理论一直封闭在苏联内。1985年之后，随着部分TRIZ专家移居到欧美国家，TRIZ理论才逐步被推向世界各地。1991年美国发表了第一篇介绍TRIZ理论的论文，预示着其在欧美等西方发达国家逐渐被认可，也预示着TRIZ研究在世界范围内不可阻挡的发展趋势。6.2.2 TRIZ技术系统的进化法则1什么是技术系统技术系统也被称作工程系统，是TRIZ中比较重要的概念，TRIZ理论中所有原理、法则、矛盾、模型、理想度
6、等内容都是围绕技术系统展开的。系统原意是指相关事物按一定关系组成的整体，这里则指构成系统的元件与完成系统功能的运作组成的功能团，是为实现功能而构建的体系。不同的系统有不同的功能，而技术系统则是实现技术属性功能的系统，一般由至少两个以上的系统元件组成。因此技术系统可以称作由具有相互联系的系统与运作组成的，以实现某种功能或职能的事物合集。若某一系统中存在一个人造元件，那么它就可以被称为技术系统。6.2.2 TRIZ技术系统的进化法则2技术系统的进化法则阿奇舒勒通过研究发现了一系列关于系统运行、变化的法则，可以使系统更完备、更具功能性，这些法则即为系统进化法则，这也是TRIZ理论的重要组成部分，可以
7、归纳为以下6点。（1）系统完备性法则（2）缩能法则（3）协调法则（4）向超系统转变法则（5）提高理想度法则（6）子系统不均衡进化法则6.2.2 TRIZ技术系统的进化法则系统必备的4个组成部分及其功能一个有效的系统必须具备4个部分，分别是动力组、传递组、执行组以及控制组这4个子系统，来承担4种主要功能，这样系统才能正常运行。这些子系统各自代表不同的功能，其系统作用过程如右图所示，若是其中一部分能完成两种或两种以上功能，那么其组成部分可以只要3个或2个即可，只要可以完成其预设功能，那么系统就可以生效。6.2.2 TRIZ技术系统的进化法则缩能法则缩能法则也就是缩短能量传递路径的法则，这也是技术系
8、统进化的一个方向。这个法则是通过减少能量流动的路径与次数来减少能量的损失，即在系统完备的基础上缩短系统内能量传递路径。具体到实处就是省略传递组，让动力组与执行组直接连接，使3个组成部分与4种功能来维持系统的运行。当然，缩短路径也必须保证能量能顺利传递到各个系统元件之中。例如，手机信号就是手机的能量之一，如果手机无法正常接收和发射电磁波，不能传递信号，那么手机通信和联网功能就会失效，从而导致手机预设功能无法完成。6.2.2 TRIZ技术系统的进化法则协调法则技术系统的各个元件之间要均衡协调、彼此配合，才能正确执行甚至增强其预设功能。这种协调主要包括3个方面。参数协调材料协调形状结构协调6.2.2
9、 TRIZ技术系统的进化法则向超系统转变法则这条法则指出，技术系统在进化时，总是会经过优化、剪裁、集合、重组，沿着“单系统双系统（多系统）”的方向发展，在更高级的层面上与其他技术系统结合，获得系统功能上的改进，产生一些新的概念。其中有相同系统的组合，例如，剃须刀由单刀片一步步组合成多刀片；也有不同质组件组成的不同系统的组合，例如，飞机和军舰作为不同的组件，就集合成了航空母舰。6.2.2 TRIZ技术系统的进化法则提高理想度法则一个系统在实现功能的同时，必然存在有用功能和有害功能两方面的作用，有害功能可以分为成本之和与危害之和。理想度指的是有用功能和有害功能的比值。任何系统在变化改进过程中，其发
10、展方向都是在沿着提升理想度的方向前进，这也是所有技术系统进化法则的最终方向。最理想的技术系统是使物理实体趋于零，功能无穷大，简单来说即为“功能俱全，结构消失”，总之就是要增加功能、降低成本。因此，提高理想度可以从以下几个方向考虑：增加系统的功能；将一些系统功能转移到超系统或外部环境中；传输尽可能多的功能到工作元件上；利用内部或外部已存在的可利用资源。6.2.2 TRIZ技术系统的进化法则子系统不均衡进化法则技术系统中的每个子系统的发展并不是亦步亦趋、同步进化的，各个子系统又常常代表着不用的功能，因此，若某个子系统的发展速度或性能慢于其他的系统，就会造成整体功能在属性、参数方面的差异与矛盾，从而
11、影响功能的实现。类似于木桶原理，最慢进化的子系统相当于木桶的短板，它会对系统的整体造成影响，可以说，系统的进化程度就取决于最不理想的子系统。6.2.3 TRIZ体系的解题流程利用TRIZ来解答发明问题主要是消除技术冲突，从而推动技术系统的进化。其解题方法可归纳为两个层面：一是将系统中存在的问题最小化，原则上是要在系统能够实现其必要功能的前提下尽量不改或少改变系统；12二是设想理想解，找准方向，再分析其功能、参数等，确定系统 矛 盾，建 立“问 题 模型”，利用物-场分析法分析系统中所包含的资源，解决问题，最后寻找系统的最终理想解。6.2.3 TRIZ体系的解题流程具体可分为以下4个步骤。步 骤
12、 1：识 别 并 定 义问题。4步骤2：经过问题或功能分析，设定理想化最终结果（Ideal FinalResult，IFR），并列出技术系统的可用资源。步骤3：寻找系统矛盾，根据矛盾的具体类型寻找解决方案。步骤4：将TRIZ的解决方案转化为实际问题的解决方案，并阅选和评价方案。若对获得的方案满意，则执行；若不满意，则要回到最初的分析问题阶段，再次执行整个分析步骤，直到获得满意的方案。1236.2.4 理想度、理想化与最终理想解（IFR）1理想度阿奇舒勒认为，发明的过程就是追求理想的过程，所有的技术系统都在沿着增加理想度的方向演变。同时，理想度也是指导技术人员进行产品研发和技术创新的重要指标。因
13、此，对许多的创新方案可以进行理想度的评判，看其是否符合理想化的要求，是否有进一步提升的空间。关于理想度的公式如下：在该公式中，有害功能之和等于有害功能与成本相加之和，有用功能之和指系统发挥作用之后得到的所有有价值的成果，有害功能之和则包括能量消耗、污染、危险及超出预估的费用。并且可以得出这样的结论：技术系统的理想度与有用功能成正比，与有害功能及成本之和成反比；理想度越高，产品的竞争能力也就越强。理想度=有用功能之和/有害功能之和6.2.4 理想度、理想化与最终理想解（IFR）其实，发明的过程也是不断提高理想度的过程，要想获得更加满意的方案与结果，就要将提高理想度作为发明设计的目标。主要有以下4
14、种策略。（1）增大分子并减小分母，理想度提高。（2）增大分子，分母不变，理想度提高。（3）分子和分母同时增加，但分子增速需高于分母，理想度提高。（4）分子不变，减小分母，理想度提高。6.2.4 理想度、理想化与最终理想解（IFR）2理想化TRIZ中的理想化设计可以分为局部理想化与全局理想化两类。局部理想化是指对于选定的原理通过不同的实现方法使其理想化，这是创新设计中最常用的方法，贯穿于整个设计过程中。局部理想化主要有以下6种方法。加强有用功能降低有害功能功能通用化增加集成度个别功能专用化增加柔性6.2.4 理想度、理想化与最终理想解（IFR）全局理想化是指通过选择不同的原理让同一功能更加理想化
15、，这是在局部理想化尝试无效之后使用的，主要有如下4种模式。1234功能的剪切：即在不影响主要功能的条件下，剪切系统中存在的中性功能及辅助功能，让系统简单化。系统的剪切：即若可通过利用内部和外部可用的、免费的资源后省掉辅助子系统，可大大降低系统的成本，如太阳能的利用。原理的改变：即简化系统或改变已有系统的工作原理来获得全新的系统，如激光打印机。系统的更换：即依据产品进化法则，当系统进入衰退期之后，就需要考虑用下一代产品来替代当前产品，完成更新换代。6.2.4 理想度、理想化与最终理想解（IFR）3最终理想解一般最终理想解的确定可以按以下6个步骤进行。（1）设计的最终目标是什么？（2）理想方案是什
16、么？（3）达到理想方案的障碍是什么？（4）出现这种障碍的结果是什么？（5）消除这种障碍的条件是什么？（6）创造这些条件存在的可用资源是什么？目 录6.1 TRIZ的概念6.2 TRIZ的知识概述6.3 TRIZ经典发明原理6.4 本章小结6.3.1 发明原理的形成在创立TRIZ理论之初，阿奇舒勒就坚信解决发明问题的措施是存在的，因此，在通过对大量发明专利的分析、研究、归纳、精炼和总结之后，阿奇舒勒发现了蕴含在这些发明创新现象背后的客观规律，并从中提炼出了TRIZ理论中最重要的、最具有普遍用途的40个发明原理，从此让创新过程有了方法学的引领。6.3.2 40个发明原理的解说TRIZ理论中对这40
17、个发明原理及其运用规则归纳如下表所示。序号名称内容解说1分割原理把一个物体分成相互独立的部分将物体分成易于组装和拆卸的部分提高物体的分割和分散程度2抽取原理从系统中抽出产生负面影响的部分或属性从物体中抽出必要的部分或属性3局部质量原理把均匀的物体结构或外部环境变成不均匀的让物体的各个部分执行不同的功能让物体的各个部分处于各自动作的最佳状态4非对称原理将物体的形状从对称改为非对称如果物体是非对称的，就提高其非对称程度6.3.2 40个发明原理的解说序号名称内容解说5合并（组 合）原理 组合或合并相同/相似的物体或组件，以便进行并行操作使多项操作在同一时间段内连续或并行进行6多功能性原理使一个物体
18、或系统具备多项功能消除了该功能在其他物体内存在的必要性7嵌套原理 将一个物体放在另一个物体内，再将重叠的物体放在又一个物体内，以此类推使物体的一部分穿过另一部分的空腔8重量补偿原理将物体与其他提供升力的物体组合，以补偿物体重量 利用空气动力学、流体力学、浮力等使物体与环境产生相互作用，对物体进行重量补偿9预先反作用原理事先施加反作用，来消除事后可能出现的不利因素 如果一个物体处于或将处于受拉伸状态，预先施加压力6.3.2 40个发明原理的解说序号名称内容解说10预先作用原理预置必要的功能、技能 在方便的位置预先安置物体，使其在最适当的时机发挥作用而不浪费时间11事先防范原理准备好应急措施，对物
19、体低可靠性的部位或薄弱环节加以补救12等势原理重新设计工作环境，以消除提升或下降物体的需要13反向作用原理改用相反的动作代替原本规定的动作使物体或环境可动部分不动，不动部分可动将物体上下或内外颠倒14曲面化原理使用曲线取代直线，曲面取代平面，球体取代方六面体使用滚轮、球体、螺旋结构和穹隆结构将直线运动改为旋转运动，利用离心力6.3.2 40个发明原理的解说序号名称内容解说15动态性原理 调整物体或环境的性能，使其在工作的各阶段达到最优状态分割物体，使其各部分可以改变相对位置使静止的物体可以移动或具有柔性16不足或过度作用原理所期望的效果难以百分之百实现时，稍微超过或小于期望效果，可使问题大为简
20、化17多维化原理将物体从一维变成二维或三维等多维结构用多层结构代替单层结构使物体倾斜或侧向放置使用给定表面的另一面18机械振动原理使物体振动提高物体的振动频率（甚至提高至超声波频率）利用物体的共振频率用压电振动器替代机械振动器组合使用超声波振动和电磁场振动6.3.2 40个发明原理的解说序号名称内容解说19周期性作用用周期性动作或脉冲动作代替连续动作如果周期性动作正在进行，改变其运动频率在脉冲周期中利用暂停来执行另一有用动作20有效持续作用原理持续运转，使物体的各部分能同时满载工作消除工作中所有的空闲和间歇性中断21急速作用原理快速完成危险或有害的作业22变害为利原理 改变有害因素（尤其是危害
21、环境的因素），以得到有利结果 通过增加另一个有害作用，消除最初的有害作用，从而解决问题加强有害因素，直至其不再有害23反馈原理引入反馈（返指、交叉检验）来改善某一过程或作用如果已经使用反馈，则改变其大小或影响范围24借助中介物原理使中介物实现所需功能把一物体与另一容易去除的物体临时结合6.3.2 40个发明原理的解说序号名称内容解说25自服务原理物体通过执行辅助或维护功能而服务自身利用废弃的能源与物质26复制原理 使用简单、廉价的复制品替代昂贵、易碎、不易获取的物品使用光学复制品替代某一物品或过程 如果已经使用了光学复制品，则改为红外线或紫外线复制品27廉价替代品原理利用廉价、易耗物品代替昂贵
22、的耐用物品，在实现同样功能的前提下，降低质量要求28替代机械系统原理 用视觉系统、听觉系统、味觉系统或嗅觉系统替代机械系统使用与物体相互作用的电场、磁场、电磁场 用可变场替代恒定场，随时间变化的可动场替代固定场，随机场替代恒定场把场与场作用粒子组合使用29气压与液压结构原理将物体的固体部分用气体或流体代替，如充气结构、充液结构、气垫、液体静力结构、液体动力结构等6.3.2 40个发明原理的解说序号名称内容解说30柔性外壳或薄膜原理使用柔性外壳或薄膜替代三维结构使用柔性外壳或薄膜将物体与外部环境隔开31多孔材料原理使物体成为多孔结构或加入多孔性的物体如果物体已是多孔的，可利用孔洞引入有用物质或功
23、能32改变颜色原理改变物体或环境的颜色 改变物体或环境的透明度 为了观察难以辨认的物体，可以使用颜色增加剂或冷光元素如果此种添加剂已被使用，可再运用发光追踪元素33同质性原理把主要物体及与其相互作用的其他物体用一材料或特性相近的材料制成34抛弃与再生原理 采用溶解、蒸发等手段废弃已完成其功能自零部件，或改造其功能在工作过程中迅速补充消耗或减少的部分35改变参数原理改变物体的物理状态（如气态、液态或固态）改变物体的浓度或密度 改变物体的柔性 改变物体的温度6.3.2 40个发明原理的解说序号名称内容解说36相变原理利用相变过程中发生的现象（如体积变化、放热或吸热等）37热膨胀原理使用热膨胀或热收
24、缩材料使用热膨胀系数不同的材料38强氯化剂原理用含量高的有氧空气替代普通空气用纯氧替代富氧空气用电离辐射替代纯氧使用臭氧替代离子化氧气39惰性环境原理用惰性环境取代普通环境向物体投入中性或惰性添加剂使用真空环境40复合材料原理用复合材料取代均质材料6.3.3 发明原理的应用应用1：原理3（局部质量原理）的应用利用非均匀线圈均匀加热在使用红外线加熟半导体晶片时（见下图），晶片边缘冷却较快，温度低，中心区域温度较高，热量不均匀。根据局部质量原理的内容，可以得出的方案是应该使用非均匀线圈，对晶片进行均匀加热。如果红外灯加热线圈在边缘部位更紧密地缠绕，那么，线圈边缘部位将比中心部位产生更多热量。这样，
25、整个晶片表面的温度就会变得均匀。6.3.3 发明原理的应用应用2：原理6（多功能性原理）的应用手机、一站式购物及防晒雨伞手机不仅可以通信，还具备计算器、手表、照相机、记事簿、无线上网等功能；超市的一站式服务可以提供报纸销售、保险、银行服务、燃料缴费等多种服务；雨伞既可以遮雨也可以防晒的一物多用形式也是多功能的体现。应用3：原理11（事先防范原理）的应用各种应急装置事先防范是为了防止各种意外，让系统的功能发挥得更加顺利，可以应用于各个领域，如飞机上的降落伞包、汽车的安全气囊、船上的救生圈、节目排练、备用方案、额外准备的配件等。目 录6.1 TRIZ的概念6.2 TRIZ的知识概述6.3 TRIZ
26、经典发明原理6.4 本章小结 TRIZ理论主要研究发明创造、解决技术问题过程中应遵循的科学原理。TRIZ理论认为技术系统一直处于进化之中，解决发明问题就是解决系统矛盾，使其向更理想化的方向发展。TRIZ理论包括技术系统进化法则、技术矛盾解决原理（40个发明原理、39个参数、矛盾矩阵）、物理矛盾解决原理（4种分离方法）、物-场分析法、发明问题解决算法及科学效应知识库等内容。本章重点提炼技术系统的进化法则有系统完备性法则、缩能法则、协调法则、向超系统转变法则、提高理想度法则、子系统不均衡进化法则6种。发明的过程就是追求理想的过程，因此要注意理想度、理想化和最终理想解在TRIZ理论中的作用。对40个发明原理的熟悉可以提高发明效率，帮助解决发明问题。本章重点提炼学习进步！大学生创新思维设计思维&TRIZ思维
