工业创新方法与实践
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1.3 基本方法

1.3.1 冲突消解方法

在1.2.1节中,介绍了TRIZ理论中的冲突概念,那么,在具体解决创新问题时,如何使用冲突消解方法来解决冲突问题呢?

首先,谈谈第一类冲突——技术冲突的消解方法。阿奇舒勒在研究TRIZ理论时,通过对大量高水平的发明专利进行研究后发现,尽管人类已经发明了成千上万种形形色色的产品,但在解决带有冲突的问题时,最常用到的方法也就40种。这些方法被阿奇舒勒称之为发明原理(当然,将发明原理理解为解题思路似乎更加准确一些),40个发明原理如表1-3所示。

表1-3 40个发明原理

对于技术冲突的消解,除了掌握40个发明原理之外,还需要知道阿奇舒勒矩阵(也叫冲突矩阵)和39个参数。冲突矩阵是阿奇舒勒为了便于消解各种技术冲突而专门设计的一张表格,如表1-4所示,其中行(或列)参数分别由39个工程参数构成(39个参数详见表1-5),而阿奇舒勒矩阵中的数值,则分别代表了发明原理的编号。

表1-4 阿奇舒勒矩阵(下表仅给出示意表,详细内容见附录1)

表1-5 39个参数

了解了冲突矩阵、39个参数和40个发明原理之后,就可以用来消解技术冲突了。实际创新工作中,冲突矩阵可以有4种用法,分别介绍如下。

1)交叉法。其过程是:以欲改进的系统某一技术或性能指标为基准,与冲突矩阵的39个行参数去逐一比对,一旦指标与参数匹配,确定行号;再以系统会恶化的某一技术指标为基准,与冲突矩阵的39个列参数去比对,一旦与其匹配,确定列号;然后在匹配好的行、列号交叉处,查出待解技术冲突的优先发明原理;然后进行发明原理到工程措施的映射,从而实现特定技术冲突的消解,如表1-6所示。

表1-6 交叉法

2)互换法。有时,为了能够得到更多的发明原理(解题思路),还可以将交叉法反过来用,这就形成了互换法。即在用交叉法得到几个发明原理之后,将欲改进的参数和会恶化的参数对调,再一次使用交叉法,这样又会得到额外的若干个发明原理,从而对解题更有启发。当然,由于存在着一次性地解决两对技术冲突的可能,在使用互换法得到的两组发明原理中,建议优先采用在两次过程里都曾出现过的同一条发明原理(如表1-7中的19号原理)。

互换法的使用过程如表1-7、表1-8所示。

表1-7 互换法(第一次)

表1-8 互换法(第二次)

3)多项重叠法。现实世界中,技术冲突的形态可能存在着并非一一对应的各种复杂形态,如一个改进参数有可能会带来几个参数的恶化(并联型);解决了上一级冲突后,其解决方案又会带来新的一对技术冲突的出现(串联型),等等,如图1-9所示。这时,多项重叠法就是比较好的选择了。其运用过程是:针对一系列的技术冲突,不断地使用交叉法求解。当然,与互换法同理,这里也建议优先采用(如果有的话)在每次求解过程里都曾出现过的同一条发明原理。

图1-9 技术冲突的各种形态

4)枚举法。顾名思义,所谓枚举法,就是不管是哪两个参数之间产生了技术冲突,一律从第1号试到第40号发明原理,这里无需赘述。

就技术冲突消解的解题效率而言,显然,在找准冲突参数的前提下,交叉法效率最高,枚举法最低。然而,在实际解题时,由于39个工程技术参数是对现实各类工程系统进行高度概括和抽象后的产物,因此,希望在每个具体的冲突问题中能将冲突参数一一对应则不太容易,当碰到这种情形时,又该如何处理呢?

依据笔者的经验,可以采用试验法来确定冲突参数:假定冲突是参数M(改进参数)和N(恶化参数),看据此得到的发明原理对解题是否切合或有所启发,合则用,不合再试,这样,整个冲突问题的求解效率还是可以接受的。

相比于技术冲突的消解而言,解决物理冲突的方法比较简单,其基本解题思路主要有4种,分别是:①时间分离法;②空间分离法;③系统分离法;④条件分离法(相位或物理-化学转换法)。其原理如图1-10所示。

图1-10 物理冲突的分离

综上所述,可以得到解决带有冲突的创新问题的流程设计如图1-11所示。

图1-11 冲突消解方法流程

1.3.2 物-场分析方法

从1.2.3节物-场模型的概念中,我们知道,TRIZ理论中构成任一功能的充要条件是:①有3个要素(2个物质和1个场);②三要素之间产生了相互作用。按照这个充要条件,若反过来设想一下,可以得知:当上述条件不成立时,某一功能就不存在了,这对一个有害功能而言,恰恰意味着可将它去除。

这种基于物-场模型来进行问题求解的方法,就是所谓的物-场分析法。

针对物-场模型的3种类型:①有用功能模型;②有害功能模型;③功能不足模型(含功能过剩)。相应地,物-场分析的方法也有3种:①用物-场模型成立的充要条件的确立来实现一个有用功能;②用物-场模型成立的充要条件的破坏来去除一个有害功能;③用各种手段来强化(或弱化)一个功能。如图1-12所示。

图1-12 物-场分析方法

一般地,物-场分析的步骤如图1-13所示。

图1-13 物-场分析方法流程

1.3.3 资源解题方法

前面我们曾经提到:TRIZ理论认为使用资源解题,本身就是创新。因此,很多时候,能否找到资源,往往就意味着能否找到所需的解,当然,所发掘的资源越多,问题的解也就有可能越多。

一般地,TRIZ理论建议按照下列顺序去寻找资源:

1)技术系统内部、外部;

2)构成冲突的部件本身(物-场模型中的产品和工具);

3)当前系统的超系统内;

4)当前系统的环境或副产品里;

5)时间、空间内;

6)临近系统内。

通常,资源会有这些种类:物质、能量、空间、时间、功能、信息以及它们的组合等。有时候,各种学科的科学效应科学效应:所谓科学效应是指各个学科中能够具有某种功能的基本原理。也可以成为解题的资源,这一点值得特别注意。

利用资源解决问题的一般步骤如下Valery Krasnoslobodtsev.TRIZ educational series[EB/OL].http://www.aitriz.org,2005.

1)构建问题模型;

2)按照系统内部、外部、副产品、超系统的顺序列出可用资源清单;

3)确定可以解决问题的资源;

4)评估该资源的数量和效用;

5)应用找到的资源解题。

1.3.4 科学效应解题方法

在1.3.1节的图1-10物理冲突的分离方法中,细心的读者可能已经注意到了:少了一种物理冲突分离方法的图示。没错,那里缺少的正是本节所要介绍的:科学效应解题方法。

事实上,所谓科学效应解题,正是用来进行物理冲突分离的第4种方法。

科学效应,是指某种用以解决物理冲突的科学原理,这里,可将科学效应看作是一种变换器,它可以将一种动作或领域通过物理的、化学的、生物的或几何的方法变换成另一种动作或领域。而原来存在着物理冲突的系统,由于这种效应的变化,实现了物理冲突的消解。

迄今为止,人类已知的科学效应有9000余个,其中常用的有400~500个。

TRIZ理论中,应用科学效应解题,主要有两种方法:①面向对象法;②面向功能法Valery Krasnoslobodtsev.TRIZ educational series[EB/OL].http://www.aitriz.org,2005.

面向对象法的特点是:维持现有系统或技术的已有基本物理操作原理不变,仅对现有系统或技术的组成部件开发、应用新的科学效应,以实现其新的或潜在的特性,从而使原系统的功能得以改善。这种方法由于保留了现有系统的大部分部件,企业更容易接受和采用,尽管从创新解的级别上来看,其解的级别并不是很高。

面向功能法的特点是:着眼于已有系统或技术的一个功能,通过使用全新的科学效应,使该功能得以提升。这种方法可以得到很高级别的创新解,但由于需要对现有系统(包括其制造流程和设备)做出根本性的改变,因此,很多企业会将这种方法得到的解决方案仅仅作为专利保护起来,并不会马上投入实际应用。有时,这种方法也会被用来进行技术发展趋势的预测。

科学效应解题方法的应用流程如图1-14所示。

图1-14 科学效应解题方法流程

1.3.5 标准解方法

在介绍标准解之前,先来看如图1-15所示的两个实例。

图中的问题1是在几乎所有的活塞式发动机中都会碰到的一个问题:由于酸雾的作用,活塞受到腐蚀,从而影响了发动机的性能并降低了发动机的使用寿命,这该怎么解决?

图中的问题2是:果园里的橘子经常会遭到一群生活在附近的猴子的肆意挥霍,这给果农造成了损失,又该怎么解决呢?

图1-15 两个实例

首先建立两个问题的物-场模型如图1-16所示。

图1-16 两个实例的物-场模型

两个看上去完全是风马牛不相及的问题,居然有着完全一模一样的物-场模型,而这个物-场模型表达的都是一种状况:在两个物体之间,存在着一个有害作用。

图1-17 实例1解的图示

在工业领域中,针对发动机活塞腐蚀的问题,一种被广泛采用的解决方法是:在活塞表面进行耐腐蚀处理,如镀镍、镀铬等,这种解法的图形表达如图1-17所示。

既然问题1、问题2存在着问题描述或问题表达的相似性,能否大胆地设想一下:问题1的解题思路,可否用来解决问题2呢?

答案是肯定的。参照问题1的求解思路:在两个存在着有害作用的物质之间,加入第3种物质,就可以消除其有害作用。我们设想:在橘子果园的周围,种上一圈柠檬树,利用猴子普遍色弱的特性,达到保护橘子的效果。

这种打破传统的将问题按学科、专业或领域分类,取而代之的是用物-场模型这类抽象模型将问题分类,从而实现将问题的某一种特殊解法,抽象成一类解题思路,进而实现解法的跨学科、跨专业或跨领域的应用的方式,就是TRIZ理论中的标准解的核心思想。

阿奇舒勒将标准解分成了5个大类,共计76个,分别是:

第一类标准解,涉及物-场模型的建立和构造,13个标准解;

第二类标准解,涉及物-场模型的开发,23个标准解;

第三类标准解,涉及物-场模型向超系统、子系统转化,6个标准解;

第四类标准解,涉及测试和测量问题,17个标准解;

第五类标准解,涉及对标准解求解过程或结果的优化,17个标准解。

前3类标准解及应用步骤如图1-18、图1-19所示。具体每个标准解的内容,读者可以参见附录3的76个标准解。

图1-18 第1~3类标准解的图示Altshuler Genrich S.哇……发明家诞生了[M].范怡红,黄玉霖,等译.成都:西南交通大学出版社,2004.

图1-19 标准解的应用步骤

1.3.6 进化法则方法

在20世纪90年代初,很多企事业单位,用十分紧俏的外汇指标,进口了许多价格昂贵的计算机,诸如Apollo工作站、WAX小型机等高端计算机,用于进行科学研究和科学计算。美国Apollo公司和生产WAX小型机的Digital公司,在当时的全球计算机市场上,可以说是如日中天、风光无限。

然而,很快,这些机器、连同这些机器的生产厂家,都在市场上销声匿迹了,这是什么原因呢?

一个主要的原因就是:这些厂家没有按照客观规律进行产品的开发!

就像自然界里的动物、植物和人的进化遵从着达尔文在《物种起源》中提出的生物进化规律一样,技术系统的产生、发展和消亡也遵从着一定的规律,这就是由阿奇舒勒提出的技术系统进化规律。

同样像达尔文在进行了长达5年的环球考察之后,才写出了《物种起源》一样,阿奇舒勒也是在考察了大量的专利之后,提出了技术系统的一般进化规律。

其中,关于系统产生和构成的规律有3个(阿奇舒勒称之为静力学法则),它们分别是:

1)完整性法则;

2)能量连接性法则;

3)协调性法则。

关于系统成熟和演变的法则有4个(阿奇舒勒称之为运动学法则),它们分别是:

1)增加理想化水平法则;

2)子系统演化非均衡法则;

3)向超系统传递法则;

4)系统动态程度增加法则。

关于系统发展和嬗变的法则有两个(阿奇舒勒称之为动力学法则),它们分别是:

1)系统向微观传递法则;

2)增加物-场相互作用法则。

各个法则的内容Valery Krasnoslobodtsev.TRIZ educational series[EB/OL].http://www.aitriz.org,2005.如下。

1)完整性法则:任何技术系统若能工作,则其必须包括动力、传动系统、执行单元和控制系统4个部分,且缺一不可。

2)能量连接性法则:任何技术系统若能工作,则其所有零件都应参与能量的传递,缺一不可。

3)协调性法则:技术系统的整体性能取决于其所有部件之节奏(频率、振幅、周期性等)的协调性,系统在进化时,会朝着协调性增加方向进化。

4)增加理想化水平法则:技术系统的进化应朝着提高其理想度的方向进行。

5)子系统演化非均衡法则:技术系统的进化在其子系统中经常呈非均衡状态。系统越复杂,非均衡状态越严重。

6)向超系统传递法则:技术系统进化时,一旦耗尽了当前系统资源,则有向超系统寻求资源的规律。

7)系统动态程度增加法则:技术系统的进化有增加其动态化程度的规律。

8)系统向微观传递法则:技术系统进化时,其执行部件有朝着宏观(或微观)方向演变的规律。

9)增加物-场相互作用法则:技术系统进化时,会逐渐增加其物-场及物-场之间连接的数量。

了解了技术系统进化规律后,再来看看技术系统的进化阶段。阿奇舒勒提出:一般地,任何技术系统从出现、发展到成熟,通常会经历4个阶段,如图1-20所示 Bukhman Isak.Technical system evolution:creditable for MATRIZ certification second level,2007.。按照图中的描述,以飞机为例,我们可以看到如图1-21所示的4个阶段的飞机的不同形态。

为便于使用,给出一个系统进化法则应用流程和来自于创新平台Goldfire的细化系统进化形态,供读者参考。如图1-22、图1-23所示。

图1-20 技术系统的进化的4个阶段

图1-21 处在4个阶段的飞机形态

图1-22 进化法则应用流程

图1-23 进化法则的具体形态

图1-23 (续)

1.3.7 思维定式消除方法

让我们先来做个脑筋急转弯练习。请看下题,已知:

1=6;

2=11;

3=32;

4=127;

5=634;

那么请问:

6=?

多数没有见过此题的人,都会得出6=3803的答案,而实际上,正确答案为6=1,答案就在题目的已知中(1=6)!这个题目做错的原因,正是因为在人们的头脑中普遍存在着思维定式!

生理科学已揭示出,人类的大脑像人类的身体一样,也是“好吃懒做”的。这会造成当我们用某种思路成功地解决过一个问题后,在下次遇到类似问题时,这条老思路一定会被优先采用,这就是思维定式的成因,它仅与个人的专业经验有关,与个人的智商高低无关。

上面那个例题,短短的几分钟,我们就会形成思维定式,那么,在长期的科研、生产中,人们又会形成多么强的思维定式。

由于思维定式对创新有着强烈的阻碍作用,因此,几乎所有的创新专家,都会一致地将其列为创新的头号大敌。

那么,如何去除思维定式呢?TRIZ理论给出4种常用方法。

1)迂回法。通常,人们或企业在碰到一个技术难题时,会立刻产生要去解题的强烈愿望,这里,笔者将其称之为“解题的冲动”,一般地,这种冲动很多时候具有以下几个特征:①多是基于思维定式前提下的;②经验优先的;③熟悉专业或行业优先的。由于这些特征的存在,很多时候,要想得到问题的创新解是非常困难的。因此,我们需要从策略上加以改进,即通过迂回而非直接的策略去解题,TRIZ理论给出的迂回法过程如图1-24所示。

图1-24 迂回法

这种方法解题的要点是:尽可能地将所面临的问题先做一般化地描述,通过一般化地描述,打破思维定式和经验、专业壁垒的桎梏,再从其他行业或其他专业中,寻找解决方法或思路,最后映射为本题解。

2)DTC法。我们知道,“思想实验”的方式,对伟大的科学家伽利略和爱因斯坦做出他们的科学发现起到了十分重要的作用。类似地,为了打破思维定式的桎梏,我们也可以采用类似“思想实验”的方式来工作——这就是DTC法。

所谓DTC法,又叫DTC算子法,就是对待解问题所处的技术系统,分别对其尺寸(Dimension)、时间(Time)和费用(Cost)作正负两个方向的无穷假想,以期得到突破思维定式约束的结果。以家用吸尘器为例,使用DTC法如图1-25所示。

图1-25 DTC法Valery Krasnoslobodtsev.TRIZ educational series[EB/OL].http://www.aitriz.org,2005.

图1-25表明了对待解问题所处的技术系统,分别对其尺寸(Dimension)、时间(Time)和费用(Cost)做正负两个方向的无穷假想。

3)小智人法(Smart Small People)。让我们来想象一下,街上有两批人数相等且有智慧的人在打架,假设其中一批是好人,另一批是坏人,那么,最后的结果会是怎样的呢?

常识告诉我们:除非那批好人是特种兵或是受过特殊训练的人,否则,一般而言,这种情形下,多是好人被打的惨败。

那么怎样让好人获胜呢?这就是所谓小智人法所要解决的问题。

假想一下,出问题系统中的问题区域,同样也可以设想有两批人:一批好人、一批坏人且他们人数相等,正在打架,如果我们设法让好人不败或让好人取胜的话,问题就解决了。

如图1-26所示,吸盘工作时,如果玻璃上有缝隙造成吸盘失效的话,则靠吸盘吸附在玻璃平面上的人就会跌落,为了避免出现这一恶果,采用小智人法,可以将好人(图左灰色部分)分成三批,用类似田忌赛马的策略保证好人取胜,从而设计出一种三合一吸盘。

图1-26 小智人法Valery Krasnoslobodtsev.TRIZ educational series[EB/OL].http://www.aitriz.org,2005.

1—抽气泵;2—橡胶气囊;3—吸盘垫圈;4—玻璃幕墙(部分);5—裂缝

当然,保证好人取胜(或者至少不败)的策略和方法还有很多,这里不再一一列举了,留给读者自己去思考。

4)九屏法。大家知道成语“瞎子摸象”形容以偏概全、以部分妄推整体的错误情形。当然,之所以会用摸到大象的尾巴就联想到绳子、用大象的腿联想到柱子等,一定存在着思维定式的干扰。为了避免人们在技术创新实践中,出现类似的以点代面、以偏概全的情形,TRIZ理论给出了九屏法(又称多屏思维法)。

如图1-27所示,九屏法的内容是:以当前系统为中心,沿时间轴(水平方向)和系统轴(垂直方向)来重新审视问题,从而起到消除思维定式干扰的作用。

图1-27 九屏法Bukhman Isak.Technical system evolution:creditable for MATRIZ certification second level,2007.

综上所述,通过采用本节所介绍的4种方法,人们可以在技术创新过程中,极大地排除思维定式的干扰。

然而,认真的读者可能会联想到:这些方法本身不也是一些思维定式吗?

是的,的确如此,这些方法本身也会构成思维定式。但是,与本节开篇提到的思维定式的不同之处在于:这里提到的几种方法,尽管也可以算作是“思维定式”,但是,这些思维定式会给解决创新问题带来促进而不是阻碍作用。因此,实践中,人们还是可以采用这些“思维定式”的。

1.3.8 S曲线方法

在1.3.6节中,我们介绍了阿奇舒勒提出的技术系统进化阶段的划分方法,这个方法将技术系统的进化分成了4个阶段。阿奇舒勒通过对大量技术系统的统计分析后,在TRIZ理论中,又提出了技术系统的进化有着明显的S曲线的形态特征——这就是系统进化的S曲线规律,如图1-28所示。

在系统进化的S曲线上可以看到:技术系统的生命周期分成了4段,并且存在着5个关键点。具体4个阶段和5个关键点的介绍图中有详细说明,不再赘述。

图1-28是单个技术系统的S曲线,两个技术系统的S曲线如图1-29所示。

从图1-29中可以看到,新老系统的更迭是跨接而非链接的,这意味着新老技术常常会有一个共存期。这个共存期的存在,说明了技术系统的新老交替并非完全由技术因素决定,经济因素也是企业进行技术创新决策的一个重要因素。

图1-28 单个技术系统进化的S曲线

图1-29 两个技术系统进化的S曲线

实践中,技术系统进化的S曲线还需要另外3条曲线辅助数据支持,方能做出,见图1-30所示。

显然,技术系统S曲线的最直接的用途就是:进行系统技术成熟度的判别和系统发展的技术预测。除此之外,对企业而言,S曲线的另外一个重要用途是:它可以帮助企业进行技术研发战略的选择和决策,如图1-31所示。

图1-30 S曲线的生成

图1-31 S曲线用于技术研发战略决策

当一个技术系统处于幼年期和快速成长期时,企业应该采用的研发策略是加紧研发。其原因是,这个阶段的研发结果多是原创性的,含金量会很高;而当一个技术系统处于成熟期时,企业应该采用的研发策略是:为该技术寻找新的市场。因为,在这个阶段中,由于该技术已十分成熟,再进行研发,得到的往往是低水平的成果,含金量会较低;当一个技术系统处于衰退期时,企业应该采用的研发策略是:尽快寻求替代技术或新技术。因为这个阶段中,陈旧技术对企业而言,已是无利可图甚或是仅有微利,且更重要的一点是:竞争对手一旦启用了新技术,将会给本企业的生存带来极大的威胁。

1.3.9 系统功能建模及裁剪法

(1)系统功能建模

在1.2.3节物-场模型中,我们已经了解到:技术系统的任意一个功能都可以用2个物质和1个场来表达。那么,现实世界里,一台机器、一个产品或者是一个部件都不止有一个功能,如果用一个个孤立的物-场模型分别去表达这些功能,会得到怎样的结果。

换个角度来看这个问题,如以物质(或者零件)为出发点,从一台机器、一个产品或者是一个部件的总装图里,根据其零部件清单,分别排列出不同的物-场模型,并找出物-场模型之间的关系,而这正是系统功能建模所要解决的问题。

所谓系统功能建模,就是从系统功能的角度出发,用一些专用的符号和文字,通过物-场模型方法,对系统功能进行自顶向下、逐一表达的过程。

我们先来了解一些系统功能建模所需要的基本概念Altshuler Genrich S.哇……发明家诞生了[M].范怡红,黄玉霖,等译.成都:西南交通大学出版社,2004.

功能:是系统的意图或目的,是客户所需要的直接结果,也是客户花钱购买的目的或目标所在。功能不是动作,而是动作的结果。通常,功能用动宾结构来表达。其中,动词往往选用主动动词,宾语(名词)常常用可测名词。动词用来描述动作,名词(宾语)用来描述动作的目标。功能总是为特定的主体在特定的操作条件下形成的,功能的体现准则:功能是一个动作,其结果至少会影响到系统的一个主要参数Bukhman Isak.Technical system evolution:creditable for MATRIZ certification second level,2007.。图1-32列举了几个功能表达的例子。

图1-32 功能描述方法及实例

基本功能:按规范操作时,系统应该具备的能力,或者产品、服务等赖以存在的主要理由。针对系统的基本功能,存在以下3条规则。

规则1:系统的基本功能一旦确定,不可更改;

规则2:产品中用于基本功能的成本,通常不超过产品总成本的5%~20%(日用品通常是不超过5%);

规则3:尽管成本份额不高,但是产品基本功能的缺失将意味着其市场价值以及服务的缺失。

辅助功能:为基本功能的实现所需要的功能。

系统目标:技术或工程系统的目标就是该系统的基本功能所要达成的目标。

系统目标的主要规则:

1)系统的目标独立于系统;

2)系统的目标不能被裁减;

3)系统本身永远提供主要功能;

4)系统可以有多个主要功能,因而系统就可能有多个目标。

部件:系统部件是指那些构成系统的零件或部件。

系统部件规则:

1)部件可以被修改或去除;

2)部件可以由一个单一主体或一组主体构成。

超系统:超系统代表一种并未包括在设计系统内、但却会影响到系统的要素。

超系统规则:超系统要素不可被删除或简化,因为按照其定义,它们独立于系统之外,并不为系统所控制。

系统功能建模中常用的图形符号如图1-33所示。

图1-33 功能建模常用图形符号

设计系统功能模型的主要步骤:

1)从最大的“图形”入手;

2)列出所有的要素(部件、超系统……),即使它们并不属于当前系统;

3)绝不省略第二步,因为选用功能模型工作时,漏掉的任一要素都可能会给系统带来重大影响;

4)确保系统目标的正确确定。

实践中,人们常常要借助部件关系矩阵来辅助确定部件之间的关系,这是比较好的一种做法,部件关系矩阵如表1-9所示。其建立步骤是:先在矩阵的行、列上列出所有的系统部件和超系统要素,然后,从第一行开始,从第一个部件或超系统要素逐一分析其与所有列元素的关系,若有交互作用,则在交叉点的矩阵位置中填上“+”号,否则,则在交叉点的矩阵位置中填上“-”号,直至最后一个列元素为止。注意,由于两两部件作用的相互性,最后形成的关系矩阵应该是个三角阵,即该矩阵以对角线为轴,呈对称性。

表1-9 部件关系矩阵

系统功能建模方法介绍到这里,读者可能会产生如下疑问:一台机器或一个设备,从结构角度看包括总体以及部件1、部件2、…、部件i,组件1、组件2、…、组件j,每个组件还有零件1、零件2、…、零件k;从系统角度看包括机械系统、液压系统、控制系统等。那么在进行系统功能建模时,怎么控制它的层次和范围呢?

通常,我们会按照待解问题可能处于的层次来控制系统功能模型的层次;而按照待解问题辐射的范围来控制系统功能模型的建模范围。在这样两个边界条件的约束之下,一般而言,系统功能模型就不会太复杂也不会太空泛了。

以一种家用微波炉为例,为解决其噪声问题而建立的一个系统功能模型如图1-34所示。

图1-34 家用微波炉的系统功能模型

(2)裁剪法

以物-场模型为“分子”对系统功能进行建模的过程,实际上是一个问题表达的过程,接下来,根据所建立的系统功能模型来进行问题求解。

通常,系统功能模型主要的待解问题有两大类:一类是有害功能的消除问题;另一类则是系统的优化问题。针对这两类问题,在诸多的TRIZ问题求解方法中,裁剪法是最常用的一种,因为此方法比较容易操作且符合系统进化规律的要求。

值得注意的是,系统是否需要应用裁剪法,很大程度上取决于系统处于其S曲线的具体阶段,系统零件数量与S曲线存在着如图1-35所示的关系。在产品进化的早期阶段,由于此时首先需要解决的是产品的功能实现问题,因此,不建议采用裁剪法来改进其理想度。

图1-35 系统零件数量与S曲线的对应关系 许栋梁.萃智创新工具精通(上篇)[M].新竹:亚卓国际顾问股份有限公司,2010.

在裁剪之前,先对系统进行价值分析,对确定裁剪对象的优先顺序是十分有益的。

确定好裁剪对象的顺序后,就可以实施具体的裁剪过程了。关于裁剪过程,很多TRIZ书籍提出了很多规则(尽管它们各不相同),但整个裁剪过程都要本着提高系统理想度的规律进行。同时,笔者需要重点指出的是,不论采用哪条裁剪规则,其底层都是物-场模型的推论,即系统的任一功能须由2个物质和1个场组成。当2个物质和1个场三者缺一时,将会导致该功能缺失。据此,笔者给出系统裁剪的统一流程如图1-36所示,供读者进行系统裁剪时参考。

图1-36 系统裁剪流程图

1.3.10 ARIZ方法

TRIZ理论介绍到这里,也许一些读者已经开始思考以下问题:TRIZ理论提出了这么多的方法和工具,什么时候该用什么工具?又该以什么样的顺序去使用这些工具呢?

事实上,这也是阿奇舒勒晚年最为关注并且花费了大量精力去试图解决的问题。最后,阿奇舒勒提出了发明问题解决算法——ARIZ。

关于ARIZ,除了阿奇舒勒本人提出的几个版本之外,他的同事、学生以及许多TRIZ专家也提出了很多不同的版本。本书以阿奇舒勒所提出的最后一个版本——ARIZ-85C为基础进行简单介绍。

需要指出的是:由于ARIZ-85C本身就可以独立成书,限于篇幅,笔者在这里只做简要介绍,希望读者谅解。

ARIZ-85C分9大部分,包括11个法则、44条建议、5个关注和2个附表,其中附表1给出11个典型冲突,附表2给出11条物理冲突消除原理。

ARIZ-85C将求解一般的创新问题分成以下9个步骤:

1)问题分析;

2)问题模型分析;

3)最终理想解和物理冲突确定;

4)发掘和利用资源;

5)利用知识库;

6)修正或重构问题模型;

7)消解物理冲突方法的分析;

8)求解所得方案的推广;

9)求解步骤的分析。

用图来表示如图1-37所示Bukhman Isak.Technical system evolution:creditable for MATRIZ certification second level,2007.。从ARIZ的9个步骤中,可以看到,作为一种算法,ARIZ并非是结构化的,因为该算法中,存在着若干个发散点,这就意味着,不是所有的创新问题求解都会收敛于最后一步,存在着提前收敛的可能性。

图1-37 ARIZ的图示Bukhman Isak.Technical system evolution:creditable for MATRIZ certification second level,2007.

关于ARIZ,我们也应该了解,它更多的是用于解决非标准创新问题的。由于现实世界中存在着大量形形色色的非标准问题,如果试图将各种类型的问题求解流程归纳合并成一个简单流程的话,则只有一个可能,就是将各种流程尽可能地进行抽象(正如ARIZ所做的那样),然而,一旦经过这种高度抽象后,会带来在具体问题求解时,ARIZ要具有很大的灵活性才可真正有效。而由于这一灵活性的存在,使得很多TRIZ应用者觉得ARIZ太过复杂,难以驾驭。

但是,正如阿奇舒勒本人所说:“ARIZ本身不能代替思考,它仅仅是一种帮助思考的工具而已!”这一点,我们在使用ARIZ方法解题时,需要时刻牢记。