3.2.3 TRIZ(萃智)的理论体系
自诞生之日起至今,“发明问题解决理论”已经走过了70余年的发展历程,也形成了比较系统、全面的发明与问题解决思路,主要内容可以分为以下几个方面:
1.技术系统进化法则
作为“发明问题解决理论”的核心理论,技术系统进化论将生物系统论与产品发明理论相结合,参考生物个体的生存发展过程,提出产品创造、技术创新的整个过程也可分为萌芽、产生、发展、成熟、消亡等阶段,分为婴儿期、成长期、成熟期、退出期,如图3-1所示。
图3-1 技术系统进化S曲线
技术系统的进化实质是技术从低级向高级变化的过程。TRIZ的技术系统进化理论可以归纳为8种进化模式,也称为8种进化法则,具体如下:
法则1 任何产品、技术的发展过程都具有典型的S曲线特点,具有萌芽、产生、发展、成熟、消亡等递进发展阶段;
法则2 提高理想度法则;
法则3 子系统的不均衡进化法则;
法则4 动态性和可控性进化法则;
法则5 在有效提高集成度的基础上,再对产品或技术进行简化的法则;
法则6 事物内部各个组成元素的进化演变过程遵循协调向前发展的法则;
法则7 任何技术、产品的发展均遵循宏观向微观逐次发展的法则;
法则8 产品研发、技术进步体现了显著的人工干预减少的法则。
2.最终理想解(IFR)
以头脑风暴、专家提议为代表的传统创新方法具有思维局限、聚焦程度偏低、新产品与技术开发效率不高等问题。与之相比,“发明问题解决理论”在分析研究具体问题之前,已经进行了大量的准备工作,设立了各种理想模型(即最优模型结构),以有效降低无关因素的影响,使得问题解决具有较为理想的目标预期和结果,并以追求最终理想解(Ideal Final Result,IFR)作为研究的归宿,从而提高了研究和讨论的目标性和针对性,提升了创新设计的效率。
最终理想解(IFR)有4个特点:
(1)保持了原系统的优点;
(2)消除了原系统的不足;
(3)没有使系统变得更复杂;
(4)没有引入新的缺陷。
3.物理矛盾和四大分离原理
在产品研发、技术革新的过程中,时常会出现多对相互矛盾的改善参数和恶化参数,当一个技术系统的工程参数具有相反的需求时,便会构成物理矛盾。比起技术矛盾,物理矛盾往往更加尖锐、难以调和,此时便更需要从技术上、思维上进行创新。物理系统所处的子系统是关键的子系统,能够满足某个需求的参数特性是系统或者关键子系统所具备的,可是另一需求又恰恰提出相反的要求。
针对系统或者子系统这样不可调和的矛盾,阿奇舒勒等人提出了11种矛盾分离方法,概括为空间、时间、条件、系统等四大分离原理。
4.物质—场模型分析
阿奇舒勒等人参照技术系统的相关原理和方法,认为产品和技术系统都具有典型的系统特性,可以划分为结构类似、功能互异的子系统,每个子系统又可进一步划分为分子系统、原子系统以及更加微观的质子系统与电子系统等。这些层次、功能各异的系统具有各自独特的功能属性,通常还可以细分为2种物质与1种场(即二元素组成)。
根据物理学的相关原理,物质和场是构成世界的基本要素之一,物质是具有存在特性的物体或过程,通常包括环境、系统等实际事物。场常是指通常以能量形式存在的针对某一具体功能所需的方法或手段,例如常见的磁场、机械能、光能等。阿奇舒勒等人据此提出了经典的物质—场分析模型(见图3-2),作为“发明问题解决理论”的核心支撑,可以用来表征、分析系统内部相互关联问题的常见功能,目前已经较为广泛地应用在各种领域和场合。
图3-2 物质—场(分析法)模型
5.发明问题的标准解法
阿奇舒勒等人还针对性地总结出了不同领域的问题解决的通用标准条件及标准解法,提出了76个问题解决的标准解法,所得出的标准解共分为5类:
(1)不改变或少量改变以改进系统(13个解);
(2)改变系统(23个解);
(3)系统传递(6个解);
(4)检测与测量(17个解);
(5)简化与改进策略(17个解)。
使用标准解法的优势是可以有效简化求解过程和求解步骤,使复杂问题可以快速得到解答,并在此基础上可以演化出多种非标准问题的解法。在解决非标准问题的过程中,发明问题解决算法(ARIZ)是最有直接、有效的算法,主要的求解原理是运用变形、替换、组合等不同方法,将非标准问题转化为最为接近的标准问题形式,然后再按照标准问题的解法进行对应求解。
6.发明问题解决算法
作为产品、技术系统发明进步相关问题的主要解法和理论基础,发明问题解决算法(ARIZ)由阿奇舒勒等人在20世纪70年代提出,是紧贴技术系统发展进步规律而设置的,具有较高求解效率的程序化解决方法,可以经过拓展后应用于非标准问题的求解过程。经过近半个世纪的演化发展,发明问题解决算法(ARIZ)已经形成了较为系统完善的理论体系,即ARIZ-85,求解过程具体可以细化为:
第一步 分析问题;
第二步 建立分析问题模型;
第三步 陈述IFR和物理矛盾;
第四步 运用物质—场资源;
第五步 应用知识库;
第六步 转化或替代问题;
第七步 针对客观存在的矛盾,探索提出求解方法;
第八步 利用解法概念;
第九步 分析问题解决的过程。