2019/10/27,1,发明问题解决理论（TRIZ）简介,中国发明协会发明创业促进中心 沈世德 2009年,2019/10/27,2,关于加强创新方法工作的若干意见 国科发财2008197号,指导思想：加强创新方法工作要在中国特色社会主义理论体系指导下，深入贯彻落实科学发展观，紧密围绕自主创新战略和建设创新型国家的重大需求。 原则：坚持政府引导、多方参与，试点先行、稳步推进，立足国情、注重实效。 重点群体：面向企业、科研机构、教育系统。 重点工作：大力推进科学思维、科学方法、科学工具的发展。 工欲善其事必先利其器,2019/10/27,3,全国技术创新方法研究推广应用高潮,2007年11月5日，科技部以国科发财（2007）655号文正式批复江苏省作为技术创新方法试点省。 全国江苏、四川和黑龙江省为技术创新方法试点省。 黑龙江省出版“TRI入门导读”和“TRI应用与实践”。,2019/10/27,4,一. 关 于 设 计,1.1 设计的定义 针对某个特定任务，人对头脑库中的知识进行分析判断和重组，得到解决任务的方案。如果该方案不同于社会上已有的形式，就是创新、创造或发明。 创新：Innovation 创造：Creation 发明：Invention,2019/10/27,5,1.2 人类对创新设计活动的认识,由于人类对创新设计活动的规律知之甚少，所以视创新设计为带有艺术成分的工程活动，是知识和灵感的奇妙结合，是少数人的特长。 当代科技界认为，一切创新工程活动都是人类运用从思想到理论到方法并辅以工具的积极思维过程，导致最终成果。创新有规律可循，应努力探索。,2019/10/27,6,1.3 创新中的科学思想和思维,辩证法三法则：矛盾对立与统一，量变到质变，否定之否定螺旋上升。 现代科学思维三方法：系统论，信息论，控制论。 逻辑三法：比较分类法，分析综合法， 归纳演绎法。,2019/10/27,7,二. 当前世界著名的设计理论,普适性设计方法 Comprehensive Design Methedology,德国Pahl(TH Berlin)和Beitz(TH Muenchen), 1980年。 公理设计 Axiomatic Design ,简称AD,美国 Suh(MIT), 1990年。 质量功能分布 Quality Function Deployment,简称QFD，日本 Akao，1966年。 发明问题解决理论 Theory of Inventive Problem Solving，简称TRIZ，前苏联Altschuller，1956年。 国科发财（2008)197号文提出，综合增效 （Synergy），即各种先进方法的综合并国产化是国人努力方向。,2019/10/27,8,2.1 普适性设计方法学,德国VDI 准则2221 “技术系统和产品开发与设计方法”（1993年)，准则2222 “设计方法-方案解决原理开发和应用”（1997年)。技术系统由四部分组成。把设计分成需求分析，方案设计， 整体设计和详细设计四大步骤。方案设计部分的核心问题是建立技术系统的功能结构图。把功能分解为子功能，利用形态学矩阵，每一个子功能可在目录中找到若干可行解，综合成功能结构图。但分解与综合要基于经验。每个大步骤中有构思和表述，分析评价和择优选择两个小步骤。 VDI 准则2225为“设计方法-技术经济设计指南和实例”（1998年）包含4个组成部分。用量化的方式指导设计出性价比高的产品。 由VDI（德国工程师协会）组织活动在全国推广。,2019/10/27,9,2.2 公理设计,MIT（麻省理工） Suh为首提出公理设计理论，是研究、教学与工程实践三结合的产物。 设计系统由用户域，功能域，物理域和过程域四个域组成，前后域是映射过程。 在功能域FR中，各个功能参数FRs必须相互独立。在映射到物理域时，物理域中的设计参数DPs应与FRs一一对应成对角矩阵或三角矩阵。三角矩阵可转化为对角矩阵。此为第一公理独立公理。 在满足第一公理后，具有最小信息量的设计为最优方案，有最好的稳健性。此为第二公理最小信息公理。,10,2019/10/27,10,三.TRIZ的诞生和发展,前苏联人Altschuller1926年出生,从小就有发明思想，14岁时申请过专利。第二次大战期间在专利机构工作，从1946年起因一项成功的专利被安排在海军专利局工作。他分析数以万计的专利，1956年开始提出专利按技术水平可分为5级，1969年提出专利中解决的问题只涉及到39个技术参数之间的矛盾，可应用40个发明原理中的若干项来解决，等等。他于1948年写信给斯大林，但因其内容有唯心主义成分被视为异端，被判刑25年流放到西伯利亚。在那里，他有机会接触许多工程师和科学家，又加以深入的思考，渐渐形成了TRIZ的基本格局。,11,流放生涯结束后， Altschuller就定居在巴库。他办培训班培训他的学生，效果显著。哥巴乔夫时代，对Altschuller的禁令解除。但政府当局发现了这套理论的价值，视为国家财富，不得外传，也不报道。苏联解体后，Altschuller的弟子纷纷外出，把TRIZ法带到了德国、以色列和美国，TRIZ法成为世界风行的一种创新设计方法。 后人视Altschuller为“技术系统进化”发现者。,2019/10/27,12,四. 发明问题解决理论（TRIZ）的基本思想,世界上成千上万的创新设计如专利都遵循相类似的思维过程和采用有限的原理，通过对250万份专利的研究，TRIZ法已归纳得出。 对问题精细准确的分析有利于问题的解决。 矛盾对立和统一，系统化，分析和类比是技术创新有力工具。 系统中矛盾和冲突的解决是系统进化的表示。 任何技术系统都有类似生物进化的路线，简称S曲线。进化的法则有限和可知。 知识（效应库）是创新的基础。 通过系统的培训和学习，大部分人可在创新、创造和发明中有所建树。,13,4.1 矛盾分类,技术矛盾：在系统中引入某项措施使某项性能变好而另一项性能变坏。 物理矛盾：在系统中希望有某功能，又不希望有该功能。 管理矛盾,14,4.2矛盾解决流程,2019/10/27,15,TRIZ技术矛盾矩阵图一角,2019/10/27,16,事例1利用矛盾矩阵的事例,分析：取杏仁时必须去壳，现用锤砸或用机械方式压碎。制造性能好但产品的形状不好。查39个技术特性参数，得出32（制造性能）和12（形状）之间有技术矛盾。 TRIZ法求解：查3939 矛盾矩阵，得出可用的发明原理为1（分割），28（机械系统的替代），13（反向）和27（用低成本不耐用的物体替代贵而耐用的物体）。 分析改进的具体技术方案：分割意味要把壳完全分开，机械系统的替代意味要用另一种系统，反向意味应从里向外加力。在密闭容器内加入高压空气，突然降压，杏仁内的空气膨胀，立刻打开杏仁壳。为了得到高压，可用高压空气，也可加热容器使气压升高。 类似的技术问题：开鸡蛋壳，开蚕豆壳，开核桃。,图1,图2,2019/10/27,17,TRIZ技术矛盾分析,2019/10/27,18,矛盾解的得出,1. 分割与切割原理 13. 反向功能原理 27. 用低成本不耐用的物体替代贵而耐用的物体 28. 机械系统的替代,2019/10/27,19,事例2-矛盾矩阵应用事例，家用燃气灶改进,说明:有燃气灶发明人长期关注家用燃气灶具,经过几年艰辛努力,申请并获得发明专利。根据该专利生产的燃气灶具,具有加热效率明显提高和受外界影响较小如刮风时仍能正常燃烧的两大优点。 现采用TRIZ法分析,能否通过有序的创新思路得到相同或类似的结果。,20,技术系统矛盾解决原理,抽象提取技术系统的特性参数 构造矛盾对,当采取某项措施时,矛盾对中的一个参数变优,另一个参数变劣 在矩阵表中寻找该矛盾对的解决办法 回到具体技术系统，解决具体问题,2019/10/27,21,升降定位式燃气灶,2019/10/27,22,步骤一:分析问题,如图所示,家用燃气灶具和锅是一个小型技术系统, 在功能域层面：燃气燃烧产生热量,热量传导到锅和抵御外界干扰三项功能。在物理域层面,由被加热的锅,支锅的支架,燃烧火焰和燃烧器四部分组成。物理域的四大部分保证功能域的最优实现。 在现有燃气灶中，燃气的燃烧一般比较充分，不必做大的调整。但由于锅底的形状和大小不同，锅底接触火焰的程度不同，影响加热效率。并且家用燃气灶是一个开放的系统，外界环境气流会影响火焰的稳定性。外界环境气流会带走一部分燃烧热。应该在这三个方面提出创新措施。,23,2019/10/27,23,升降定位式燃气灶,2019/10/27,24,步骤二和三：构建矛盾对和求解,第一对矛盾： 现有结构锅底与燃烧器的距离随锅底的尺寸和形状不同而变，火焰不能以最优的方式把热量传给锅。查TRIZ，得到特征技术参数32（易制造）和22（能量损耗）之间构成矛盾对。 查矛盾矩阵，得到解决矛盾的发明原理是19（周期性作用原理）和35（改变参数）。两个发明原理结合一起思考，可以得到锅底与燃烧器之间应该解决尺寸周期性变化时保持稳定距离的问题。,25,2019/10/27,25,升降定位式燃气灶,2019/10/27,26,TRIZ法技术矛盾分析,2019/10/27,27,步骤二和三：构建矛盾对和求解,第二对矛盾： 燃气灶的火焰长，外界气流影响火焰的稳定，造成系统对环境有害因素的高度敏感和火焰静尺寸变化的矛盾，是技术参数30（物体外部有害因素作用的敏感性）和4（静止物体的长度）之间的矛盾。 查矛盾矩阵，对应解决矛盾的发明原理为1（分割）和18（振动）。分割的原理在这里理解为把火焰分为细小区域，振动在此不适合。,28,2019/10/27,28,升降定位式燃气灶,2019/10/27,29,TRIZ法技术矛盾分析,2019/10/27,30,步骤二和三：构建矛盾对和求解,第三对矛盾： 燃气灶是开放的技术系统，环境里空气会与系统内热气进行交换带走热量。从而构成35（适应性）和22（能量损失）的矛盾。 查矛盾矩阵，所示的解决矛盾的发明原理编号18,15,1,分别是振动，动态和分割。振动在此不适合，分割可以把燃气灶系统和外界环境分离开来，而且应该是动态可变的。,31,2019/10/27,31,升降定位式燃气灶,2019/10/27,32,TRIZ法技术矛盾分析,2019/10/27,33,步骤四:发明原理具体化,解决锅底与燃烧器距离变动的矛盾。采用发明原理19和35的组合，随锅底尺寸和形状的变动，锅底与火焰的距离基本不变。采用支架可移动或者火焰可移动的方法。本例的发明专利采用了燃烧器可随锅底升降的方法。 解决第二对矛盾，应把火焰分割成细小区域，增加稳定性。用陶瓷红外燃料器代替普通燃烧器喷头，设置几十个小孔为燃烧孔，燃烧充分稳定。 解决第三对矛盾，在支架上设置金属保温圈罩，随锅底变化可取用不同大小的保温圈罩。本例考虑操作方便，只采用了一件保温圈罩。,34,2019/10/27,34,升降定位式燃气灶,2019/10/27,35,效果分析,通过以上分析可知，长期努力得到的家用燃气灶的改进与短期采用TRIZ法得到的结果一致。而且还可以看出，TRIZ还提供了不同的改进方案，可以采用支架随锅底上下升降的方案；也可以采用保温圈罩设计成动态变形的方式。提供了进一步改进的思路。,2019/10/27,36,评价,升降式燃气灶具的设计符合公理设计的第一公理，即独立公理。功能要求和设计要素实现了一一对应。 A）保证燃烧稳定。应用蜂窝状红外燃烧器。该燃烧器由陶瓷块拼接而成，每块上有若干通孔，火焰分割成细小状态。 B）保证锅底到火焰器的距离。应用可升降式的燃烧器，用杠杆重锤组合动作，用定距U环控制。 C）减少环境干扰。应用一定型面的保温圈，分割燃烧系统和环境，达到提高锅底吸热量。 本设计是否达到公理设计的第二条公理，即最小信息公理，有待进一步探索，意味着还有进一步提高的可能性。 本创新原理图只完成了普适性设计方法中的第二