问题解决理论(2)

2019-01-26 13:39

以简化,这个过程不断交替进行; ⑥系统部件的匹配与不匹配交替出现;

⑦由宏观系统向微观系统进化,增加场资源的利用; ⑧系统不断增加自动化程度,逐渐减少人的介入。

与创新问题等级划分一样,技术系统演化模式也具有统计规律性,这些规律并没有经过严格的逻辑证明,有些甚至是研究人员的直觉,因此不能等同于物理,数学等学科中经过严密论证的科学定律。不过,TRIZ中的这些进化模式都经过大量专利分析的验证,对于我们理解技术系统的本质,预测其发展走向具有重要的意义。现在,每条进化模式下面都发展出很多子进化路线,利用进化定律解决问题时,可以根据问题的特点,选择不同的进化路线。 2.古典TRIZ的基本概念

著名的TRIZ专家Savransky博士认为,矛盾(contradiction),演化(evolution),资源(resources)和理想度(ideality)概念是TRIZ理论的基石。演化主要指技术系统的演化模式,即技术系统一直处于进化之中并遵循固有规律,比较容易理解,我们主要对矛盾,资源和理想度概念进行介绍。 (1)理想度 (Ideality)

理想度是TRIZ最重要的概念之一,也有学者称其为理想化水平。技术系统向提高理想度的方向进化是最重要的一条进化模式,它为创新问题的解决指明了努力方向。

在TRIZ中,理想度概念的应用包括:理想系统(解)、理想过程、理想资源、理想方法、理想机器和理想物质等,如理想机器指没有质量、没有体积,但能完成所需工作的机器;理想物质指没有物质但功能却得以实现。

理想度的定义:

式中:Ideality-----理想化水平, (useful function)----系统有益功能之和, (harmful function)----系统有害功能之和。从公式可以看出,技术系统的理想化水平与有益功能之和成正比,与有害功能之和成反比,当分子增加,分母减小时,系统的理想化水平提高,直至完全达到理想状态,达到理想状态的系统称为理想解(IFR, Ideal Final Result)。解决创新问题很重要的一步就是分析系统的理想解是什么,虽然完全理想化的系统不存在,但寻求理想解仍然是一种强有力的工具,在创新过程中起着重要作用。 (2)矛盾(或者冲突)(contradiction)

辩证法(dialectics)认为矛盾无处不在,是事务发展的基本动力,TRIZ理论的矛盾概念也来源于斯。从广义上讲,矛盾可分为自然、社会和工程矛盾三类,TRIZ主要研究工程矛盾,并把其分为技术矛盾和物理矛盾两类。 技术矛盾是指一个操作(action)同时导致有益和有害两种结果,也可指有益作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或整个系统恶化。技术矛盾的表现形式为一个系统中两个子系统之间的矛盾,一般涉及到两个参数A和B,即当A得到改善时,B则变得恶化。技术矛盾的例子很多,例如,增加系统重量,提高稳定性,则降低其移动速度。图1为技术矛盾示意图,传统解决技术矛盾的方法是折衷设计法,A,B取不同值时得到不同的折衷方案,但是不能从根本上消除参数A和B的矛盾。

图1 技术矛盾示意图

物理矛盾是指为了实现某种功能,对一个子系统或元件具有互相矛盾的状态要求。物理矛盾常常表现为一个子系统中有益功能的加强同时导致该子系统有害功能的加强,或者一个子系统中有害功能的降低同时导致该子系统有益功能的降低。例如,软件功能要完善可以处理复杂事务,同时要易于使用,二者之间存在物理矛盾。

需要强调的是,物理矛盾是问题的核心矛盾,也是最尖锐的矛盾,必须加以解决。另外,技术矛盾的存在往往隐含着物理矛盾,并可以转化为物理矛盾。 (3)资源 (resources)

TRIZ理论认为,任何没有达到理想状态的系统都有可用资源。资源可分为自然资源、时间资源、空间资源、系统资源、物质资源、能量/场资源、信息资源和功能资源八类。从问题解决的角度又可分为系统内和系统外资源两类。对资源进行分类,详细分析和深刻理解是解决创新问题的有效途径。 TRIZ解决创新问题的基本思路是深入分析问题的基本状况,结合系统演化模

式来确认问题的理想解和系统的矛盾,然后找到可用资源消除矛盾从而解决问题。TRIZ理论认为创新问题的核心是解决矛盾,没有矛盾的问题不是创新问题。

3.古典TRIZ的主要方法和工具

(1)矛盾矩阵(Contradiction Matrix)和创新原理(Inventive Principle)

为了消除技术矛盾,必须找到形成技术矛盾的工程参数。在研究专利的基础上,Altshuller总结出39个通用工程参数来描述技术矛盾和40条创新原理来消除技术矛盾,从而创建了矛盾矩阵。矛盾矩阵为一40×40矩阵,第一行代表39个需要改进的技术参数,第一列代表39个引起恶化的技术参数,行与列的交叉处构成技术矛盾,并列有解决技术矛盾所推荐的创新原理序列号。当针对具体问题确认了一个技术矛盾后,根据对矛盾的描述选择通用工程参数,由工程参数在矛盾矩阵中的位置选择可用创新原理来消除矛盾。表1为矛盾矩阵的一部分,参数3为恶化参数‘运动物体的长度’,5为优化参数‘运动物体的面积’,二者产生矛盾,推荐解决原理为4,14,15,和16号创新原理。

表1 矛盾矩阵示意图

对于物理矛盾,TRIZ采用分离原理来解决,主要有从时间、空间上分离,部分与整体分离,按条件分离四类解决方法。

(2)物质场分析模型(Substance-Field Analysis)和76个标准解(Standard Solution)

技术系统是功能的实现,物质场模型就是分析系统功能的工具。TRIZ认为所有的功能都可以拆分为三个基本元件,一个功能必须同时具有三个基本元件才能存在,三个基本元件的组合构成一个功能。三个基本元件分别为两种物质S2,S1和物质间相会作用的场F(field)。因此功能可以这样描述:物质S2通过场F作用于物质S1,图2(a)为其示意图。TRIZ中的物质可以是任何复杂程度的对象,如茶杯,轿车,宇宙飞船等,场是能量的总称,如核能,机械能,热能,电磁能等。

根据物质场模型可以对系统功能进行详细分析,如功能三元件是否完备,是否有有害功能存在等。图2(b)所示,物质S2对S1.1 产生有益功能的同时,对物质S1.2产生有害功能,功能需要改善。在模型分析的基础上,TRIZ给出了76个标准解来解决技术系统的功能缺陷问题,例如功能元件缺失、有害功能、过度功能和不充分功能等情况。标准解共分为5类:①构建或破坏物质场;②开发物质场;③向超系统或微观系统转变;④检查与测量;⑤描述如何引入物质或场。

物质场分析模型是最简单和最受欢迎的TRIZ工具之一,RLI公司的总裁Kowalick认为Altshuller最伟大的发现就是发现功能的三元件原理,这足以让他获得诺贝尔奖。

(3)创新问题解决算法(ARIZ-Algorithm to solve an inventive problem) ARIZ是俄语创新问题解决算法的词头缩写,它是TRIZ的一种重要工具,是创新问题解决的完整算法,TRIZ中的很多概念都集成在ARIZ里面。该算法采用一套逻辑过程逐步将初始问题程式化,不断对问题进行细化,直到找到问题解决方案。一般而言,只有1﹪的创新问题才能用到ARIZ,大多数的技术创新


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