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TRIZ中矛盾理论及应用
作者：周永清
来源：《科学与管理》2010年第03期
摘摘要:以易于理解的日常生活中菜刀切菜时菜粘刀的问题为例,介绍了TRIZ中技术矛盾与40条创新原理,物理矛盾与分离原理,以及技术矛盾和物理矛盾之间转化的方法。应用矛盾矩阵与分离原理中推荐的创新原理产生了若干创新性地解决菜粘刀问题的方案,经专利查询,几乎所有的方案均已被申请且授权。验证了TRIZ的神奇。
关键词:TRIZ技术矛盾物理矛盾创新原理分离原理矛盾矩阵 中图分类号:TH122文献标识码:A 前言
2008年4月,科学技术部、发展改革委、教育部及中国科协联合发布的《关于加强创新方法工作的——若干意见》中指出,针对建立以企业为主体的技术创新体系的重大需求,推进 TRIZ 等国际先进技术创新方法与中国本土需求融合;推广技术成熟度预测、技术进化模式与路线、矛盾解决原理、效应及标准解等 TRIZ 中成熟方法在企业的应用。发明问题解决理论(theory of inventive problem solving,TRIZ)[1]是前苏联根里奇·阿奇舒勒(Genrich S.Altshuller)等人在分析数以百万计的优秀发明专利基础上归纳提练出来的系统化、实用的、解决发明问题的方法。其核心思想是在解决发明问题的实践中,人们遇到的各种矛盾及相应的解决方案总是重复出现的;用来彻底而不是折中解决技术矛盾的创新原理与方法,其数量并不多,一般科技人员都可以学习、掌握;解决本领域技术问题的最有效的原理与方法,往往来自其他领域的科学知识[2]。即TRIZ认为矛盾的产生与消除是推动技术系统进化的主导力量,且消除矛盾的方法是通用的,是可学习的。进而把工程领域的矛盾分为技术矛盾与物理矛盾,且找到了消除这两类矛盾的通用方法。TRIZ理论解决问题的根本就是消除矛盾,矛盾的消失意味着问题的解决。下面以解决菜刀切菜时粘刀的问题为例来介绍TRIZ中矛盾解决原理及其应用。 1.问题的提出
日常生活中,当你用菜刀切土豆、黄瓜、胡萝卜等菜时,这些菜总是粘在菜刀上沿刀面往上窜,时常要停下来用手把菜从刀面上捋下来,很不方便,大大影响了切菜的效率及所切出菜的形状。通常当意识到现有技术系统(工具)存在缺点或不满意的方面时也就找到了创新的目标和动力。创新的第一步就是提出问题。 2.技术矛盾与创新原理
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技术矛盾是指技术系统中两个参数之间存在着相互制约,简言之,即在提高技术系统的某一个参数(特性)时,导致另一个参数(特性)恶化所产生的矛盾。阿奇舒勒发现,利用39个通用工程参数[2]就足以描述工程中出现的绝大多数技术矛盾,且这些技术矛盾可以用通用的40个发明原理来解决。于是阿奇舒勒将39个通用工程参数和40个发明原理有机联系起来,在统计分析的基础上整理出39×39的矛盾矩阵表[2],其第一列为改善的参数,第一行为恶化的参数,在每一行与列的相交方格中列出了用于解决这两个参数构成的技术矛盾所推荐使用的创新原理编号。进入21世纪,TRIZ理论体系得到了进一步充实和发展,美国公司在通过对1500万份专利的总结、归纳、分析的基础上,将阿奇舒勒提出的39个通用工程参数提高到48个,并对它们的编码也做了调整,结合40个创新原理整理出48×48的矛盾矩阵[3]。本文采用文献[3]中的矛盾矩阵。 应用矛盾矩阵解决实际问题的时候,先用48个通用工程参数中的两个来描述技术矛盾,这样做的目的就是将实际工程问题转化为标准的技术矛盾,然后从矛盾矩阵中查得推荐的创新原理,再结合工程人员的知识和经验利用创新原理获得解决技术矛盾的方案。整个流程如图1所示。 上述菜刀切菜粘刀的问题可以这样描述:切菜要又快又省力,因此将刀磨得光滑锋利,这却导致切菜时光滑的刀面与切下的菜之间形成真空吸附而粘刀。用48个通用工程参数来表示该问题中的技术矛盾就是改善了能量的损失,恶化了物体产生的有害因素(副作用)。据此查矛盾矩阵表,如表1所示,查得编号为40,35,21,24,2,28,4,5共8个创新原理。表2所示为利用推荐的创新原理提示所得的解决问题方案。 3.物理矛盾与分离原理
物理矛盾是指当一个技术系统中对同一个参数具有相互排斥的需求时,就出现了物理矛盾。物理矛盾是技术系统中隐藏内深的矛盾。解决物理矛盾的核心思想是实现矛盾双方的分离,TRIZ中总结了空间分离、时间分离、条件分离和整体与部分分离四大分离原理[2]。 应用分离原理解决实际问题时,首先是提取出问题中深藏着的物理矛盾,再应用分离原理,找到相对应的创新原理,再结合工程人员的知识和经验利用创新原理提示获得解决方案。整个流程如图2所示。
技术矛盾与物理矛盾是相互联系的,是可以相互转化的。其转化如图3所示。由技术矛盾到物理矛盾只需要找到那个改善参数A同时恶化参数B的参数X。菜刀粘菜问题中参数X为光滑度,即当菜刀光滑时锋利切菜省力,但光滑了容易产生粘菜的副作用,故对菜刀的要求是即光滑又不光滑,这就是物理矛盾。
经分析得知这两种相反的要求,可以在空间实现分离,即刀刃要光滑而刀背(面)可以不光滑,且刀刃与刀背在空间上不交叉,故适用空间分离原理。空间分离原理对应的创新原理有:1.分割、2.抽出、3.局部特性、4.不对称、7.嵌套、13.反向作用、17.多维化、24.中介、26.复制、30.柔性壳体或薄膜结构。由此可见,应用原理2、4、24等可以获得与上述表2相同的解决方案。
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技术矛盾与创新原理、物理矛盾与分离原理是TRIZ理论提出的问题模型中的两种,两者可以相互转化,它们共同的目标都是消除矛盾。一般情况下,当应用技术矛盾不能有效解决问题时,再尝试应用物理矛盾。 4.结论
结合菜刀切菜过程中粘刀问题的解决,介绍了TRIZ中技术矛盾和创新原理,物理矛盾和分离原理,以及技术矛盾和物理矛盾之间的相互转化。当把菜刀粘刀当作一个问题考虑时,原以为找到了一个好的小课题,应该能产生一些可申请专利的解决方案,但当检索专利后发现所得出的所有方案几乎都已经被申请了专利,这恰恰说明了TRIZ是来自于专利又能帮助产生专利的创新利器。据统计,应用TRIZ理论与方法,可以增加80%-100%的专利数量并提高专利质量;可以提高60%-70%的新产品开发效率;可以缩短产品上市时间50%。 参考文献:
[1]Valeri Souchkov. A BRIEF HISTORY OF
TRIZ[DB/OL].http://www.xtriz.com/BriefHistoryOfTRIZ.pdf,may 2008 [2]赵敏,史晓凌,段海波等.TRIZ入门及实践[M],北京:科学出版社,2009 [3]张武城.技术创新方法概论[M].北京:科学出版社,2009 [4]张雨婷.不粘菜刀:中国,200620035966.X[P],2007-10-17 [5]张忠发.菜刀附加器:中国,02291796.9[P],2003-11-12 [6]李京生.不粘刀:中国,90217556.4[P],1992-5-20 [7]杨明才.波纹菜刀:中国,200710157673.8[P],2009-4-29 [8]王旭升.不沾菜刀:中国,02263828.8[P],2003-6-18 [9]赵柄珍.不粘刀菜刀:中国,92237605.0[P],1993-9-8
The Principle of Contradiction in TRIZ and Application ZHOU Yong-qing
(Engineering College, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210031, JiangSu)