技术创新方法.ppt

1 技术创新方法创造性人才的培养 张武城 2 第一部分形势与任务第二部分创造性人才第三部分创新的理论和工具第四部分科技部关于创新方法工作的总体思路 3 第一部分 形势与任务 4 要坚持走中国特色自主创新道路 把增强自主创新能力贯彻到现代化建设的各个方面 胡锦涛在中共十七大指出 5 温家宝总理指示 自主创新方法先行 6 孙子兵法 总结集成了打仗的谋略 技巧和套路 是集军事方法之大成的杰出成果 科学重大发现与科技进步也蕴涵着丰富的谋略 技巧与套路 即 创新方法 科学思维 科学方法 科学工具 科技部刘燕华部长指出 7 刘燕华部长指出我国创新方法存在的问题 8 一 科学思维培育不够 创新思维与创新精神培养缺位目前应试式的教育体系 灌输式的教学方法抑制了学生的创新思维和创新精神科研活动创新思维不足 自主创新研究成果少尊重科学 崇尚科学的氛围不够科学精神与科学氛围仍然不足 不按照科学规律办事的问题仍普遍存在 9 二 科学方法研究与应用不够 科技界关于科学方法的意识薄弱科研活动中 忽视研究方法的规范性 创新性 国内学术期刊很少发表关于研究方法和哲学思考类的理论性论文 对科学方法的研究不够仅限于对国际科学方法的跟踪 了解 缺乏对前沿方法的前瞻性研究 科学方法的研究与应用严重脱节 写科学方法的书只给自己看 企业技术创新能力不足 缺乏科学创新方法企业的技术创新能力薄弱 2005年 国内发明专利申请占专利申请总量的24 4 发达国家在85 8 以上 10 三 具有自主知识产权的科学仪器设备匮乏 自主研发投入少 核心技术匮乏 十五 期间 国家主体科技计划用于 科学仪器设备研制与开发 项目的经费只有0 85亿元 仅占三大科技计划经费的千分之二和科学仪器购置经费的百分之一 科学仪器水平与发达国家存在明显差距 主要依靠进口 科学研究 空芯化 现象严重每年科学仪器固定资产投资中60 用于进口设备 其中精密仪器 生命科学仪器 大型科学仪器等高技术含量的产品更是90 以上 11 四 创新政策环境还不完善 以2004年为例 我国研发经费仅相当于美国的8 全国从事研究开发人员年平均经费分别只有韩国的14 和日本的8 在发达国家 公共财政支持科技发展的经费中有40 用于支持科学方法和科学仪器 而在我国 国家主体科技计划对这方面研究项目的支持几乎为零 12 五 评价方法有待改进 科研院所对科研人员研究能力的评价标准不全面 过分地重视SCI而忽视一些基础性或方法上的重要问题以诺贝尔奖为例 诺贝尔奖的得1 3是通过科学发现 理论推导得奖 有1 3是通过方法上的创新 方法思路上的创新得奖 还有1 3通过科学仪器 科学手段 科学工具上的创新 而在我们的科技布局上 更多瞄准了第一个1 3 把后两个1 3相对忽略了 13 中国的国际竞争力 我国GDP排名世界第四名 国际经济竞争力排名第15位 科技创新能力较差 影响到我国中长期的成长竞争力 国际社会留给中国企业的时间不多了 14 中国与印度全球竞争力排名比较 15 创新型国家的概念 创新型国家 是指每100万人口获得美国专利与商标局的发明专利授权在15个以上的国家或经济体 16 其它非创新型国家的排名及每100万人口获得美国专利与商标局的发明专利授权数量 17 我国与创新型国家技术对外依存度比较 18 2005年8月8日美国商业周刊 知识经济时代创新经济时代 创造性思维创新方法创新工具 CAI 创意的想象力创新力 创造力 主宰世界经济潮流 时代特征 应对办法 19 一场全新的竞赛已经展开 降低成本 缩短交货期 改进产品质量 创新 交货期 成本和质量方程已经不再有效 提高创意的想象力是企业迎接市场挑战的唯一选择 让用户完全满意 强化制造前端概念设计和制造后端的综合服务 创新理论创新方法创新思维创新工具 创新文化创新精神 20 创意的概念与来源 创意 就是人们常说的 点子 主意 或 奇思妙想 它是人类大脑创造性思维的产物 是人类智慧的结晶 创意的来源 60 80 是市场需求 推动 40 20 是科技进步 拉动 运用TRIZ理论的多种工具是产生创意的重要手段 21 制造前端研发 咨询 生产制造 制造后端售后服务 效益 微笑曲线 21世纪创新经济 20世纪90年代知识经济 20世纪60 70年代工业经济 资源消耗 环境污染 资源消耗环境污染 22 触摸式发声地球仪利润的分配 美国开发公司获利48美元 香港公司 广东外贸公司 广东某制造商成本12美元 40美元 20美元 15美元 市场定价88美元 获利5美元 获利3美元 获利20美元 23 制造前端研发 咨询 生产制造 制造后端售后服务 效益 微笑曲线 21世纪创新经济 资源消耗 环境污染 资源消耗环境污染 向价值链的高端和低污染 少投入的方向发展 24 第二部分 创造性人才 25 我们能创新吗 创新是人人都有的一种能力人的创新能力在12 14岁达到顶峰 因受应试教育的摧残 后天被逐渐埋没创新是可以激发和提升的一种能力创新活动具有其方法 手段和规律性产品设计本身即为创新 26 创造性人才和创造力 创造性人才 具有高度创造力的人才创造力 创意 创造性 产生新创意 想法 Idea 或构想创造新产品 作品 的能力具有发现问题 分析问题 和创造性解决问题的能力 27 人脑的创造创新能力 大脑是人的智慧之府 是人的创造创新之源 人脑类似由100 140亿台微型计算机所组成的庞大的电子计算机信息网络处理系统 一个正常人的大脑可储存1000万亿信息单位 相当于一般电子计算机储量的100万倍 如果全部用来储备知识 人脑的记忆容量相当于5亿本书籍的知识总量 人脑的功能非常强大 俄罗斯学者伊 尹尔菲莫夫研究指出 人的大脑可以同时学习40种语言 默记一套大英百科全书所容纳的全部内容 还可以有余力去完成十门大学课程的教研活动 28 培训与提升创造力关系示意图 经培训 创造力可提高70 300 顶峰向右上方转移 29 国科发财 2008 197文件指出 设立创新方法继续教育基地 为企业技术创新提供熟悉掌握创新方法的人才保障 30 创造性人才自我设计 创新技法和方法 创新技能 基础知识 专业知识 交叉学科知识 创新思维 表达能力 个性品质 体能 外语能力 哲学理论基础 创造力 31 知识水平和创造力 科学发现对已有知识具有依赖性 适当的知识可以促进科学发现 世界科学大师牛顿 如果说我看得远 那是由于我站在巨人们的肩上 知识水平越高 创新思维越加活跃 创造力就越强 知识和创造力之间呈正比关系 尚未被共知的信息与知识转化为创新成果 才能体现知识的力量 32 创新能力体现 自主创新能力是提升我国科技发展水平和国家核心竞争力的关键所在 创新体系 党的十六届五中全会明确提出 要建立以企业为主体 市场为导向 产学研相结合的技术创新体系 创新制度 体制机制 环境资源配置 集成 转化创新人才 发现 使用 培育 锻炼 凝聚 成就创新文化 创新激励 干 干成 干好事业的舞台和氛围 33 创造性人才自我设计 创新技法和方法 创新技能 基础知识 专业知识 交叉学科知识 创新思维 表达能力 个性品质 体能 外语能力 哲学理论基础 创造力 34 十三种主要创新技能 创新技能是创造者的智力技能 动作技能和情感能力的综合 它可以全面提高创新者的自觉创新能力 创造技能 信息能力 注意力 理解力 发现问题能力 开发选题能力 抓住机遇能力 操作能力 工程能力 智能技术运用能力 破译黑箱能力 系统分析和系统决策能力 观察力 记忆力 35 创新技能与创造力 创新技能包括观察能力 注意力 记忆力 理解力 发现问题能力 开发选题能力 抓住机遇能力 操作能力 工程能力 智能技术运用能力 破译黑箱能力 系统分析和系统决策能力及信息的获取和利用能力等 其中信息能力和操作能力尤其应予以关注 对于我国的大学生和科技人员 实际操作能力偏弱 应加强锻炼 创新技能与创新的关系 犹如摩天大楼与坚固地基的关系一样 创新者应努力学习和开发自己的创新技能 为创新奠定坚实的基础 36 创造性人才自我设计 创新技法和方法 创新技能 基础知识 专业知识 交叉学科知识 创新思维 表达能力 个性品质 体能 外语能力 哲学理论基础 创造力 37 创造性人才的个性品质 创造行为社会化 创造动机社会化 创造性人才个性品质 合作精神 独立精神 心理特性 学习精神 奉献精神 38 良好个性品质 1 追求卓越的奉献精神 立志奉献予事业 社会意志坚强勇往直前 百折不绕永不半途而废管好自己的情感 不断自我激励 胡锦涛总书记提出的 八荣八耻 是奉献精神的高度概括 39 良好个性品质 2 科学理性的独立精神 不盲从敢怀疑不迷信思维上的独立性将导致行为上的独立 40 良好个性品质 3 热情洋溢的合作精神 树立正确 积极 主动的沟通意识 宽容他人注意赞美保持微笑尊重他人以 诚 待人 41 良好个性品质 4 坚持不懈的学习精神 用勤奋的精神致力于学习 持续地提高创造者能力 42 良好个性品质 5 创造性人才的心理特性 希望打破 常规 的创造意识深究事物机理的强烈好奇心多视角认识问题和解决问题的灵活性不怕批评 不怕失败 敢于坚持 敢于冒险坚持到底的精神 43 创造性人才的能力结构 感情智力 EmotionalIntelligenceEI 人的一生20 由智商决定 80 由感情智力主宰 职位越高 EI的作用越显著 高达85 始终保持善待他人 严于律己 超越对手着眼于已知领域 更着眼于未知领域加大思维的 前进跨度 联想跨度 超越对手 44 智商与创造力关系图 高智商是高创造力的必要条件 但不是充分条件 高智商的人也可能是低创造力 人的一生的成就 20 由智商决定 80 由感情智力主宰 职位越高 EI的作用就愈加显著 几乎能达到85 45 创造力模型 创新技法和方法 创新技能 基础知识 专业知识 交叉学科知识 创新思维 表达能力 个性品质 体能 外语能力 哲学理论基础 创造力 46 创新思维的涵义 思维是运用已有的知识对信息进行分析综合 比较概括和决策的动态过程 是获取知识 分析问题和解决问题的根本途径 创新思维是指人们克服思维定势 创造具有新颖 独特事物的认识活动 创新思维是技术创新取得突破性 革命性进展的先决条件 是一切科学研究的起点 且始终贯穿于技术创新的全过程 是创新的灵魂 47 创新思维基本特性 突破性 新颖性 突发性 多向性 深刻性 独立性 敏捷性 风险性 非逻辑性 创新思维的基本特性 48 创新思维方法的分类 非逻辑思维 逻辑思维 想象思维 联想思维 直觉思维 灵感思维 发散思维 归纳思维 演绎思维 类比思维 有序思维 收敛思维 分析与综合思维 幻想思维 49 逻辑思维 逻辑思维亦称抽象思维 是人们在认识过程中运用已掌握的各种知识 原理 规律基础上形成的概念 并以此判断 推理 反映现实的一种思维形式 它能使我们更深刻 准确和完整地反映客观面貌 世界上任何事物的发生都存在客观规律性 采用逻辑思维的方法逐步深入 就可取得发明创造 50 从统计数字看 20世纪以前的重大发明构思 多数是由天才发明家在逻辑思维的基础上发挥非逻辑思维的作用而获得 进入20世纪50年代后 利用逻辑思维和专业知识的发明逐步占了上风 到了20世纪90年代 TRIZ理论方法中的知识库和逻辑思维的运用主导了发明创造的大趋势 出现了一批专业咨询发明公司 51 直觉思维 直觉源于人们的 第一感觉和第六感觉 它属于非逻辑思维 直觉是人脑基于有限资料和事实 对新事物 新问题 新现象进行的一种直接的 迅速的 跃进的 敏锐的判断 其功能只是从宏观上把握事物 不需要进行系统的逐步分析 而能对问题的答案做出科学的猜测 设想 是一种跳跃式思维形式 爱因斯坦对科学认识曾说过 真正可贵的因素是直觉 他认为科学创造的过程应是经验 直觉 概念 逻辑思维 理论的过程 52 逻辑思维压缩论 逻辑思维压缩论 认为直觉虽然表现为瞬间的顿悟 实际上它也是运用逻辑思维的结果 因为 在直觉的背后 隐藏 着一系列逻辑推理链 而直觉思维只是在一瞬间就进行和完成了复杂的推理过程 因而让人感到头脑中似乎并没有经过逻辑思维 思维过程已在头脑中完全 自动化 在得出了直觉判断之后 还需实施逻辑推理过程 以检验其所得出的直觉判断的合理性 所以 直觉思维只不过是逻辑思维的 压缩 或称为 简化 浓缩 内化 等 53 灵感思维 心理学家对灵感思维的描述是 灵感思维的闪现来自于突然的顿悟 是人们在艰苦创造过程中发散思维和收敛思维多次迭加 逻辑思维和非逻辑思维反复作用 突然间把隐藏在人们潜意识中有关信息进入激发状态 灵感常常为发明带来思路 线索 设想和启示 但灵感的出现 具有随机性 瞬时性和模糊性 创造者要觉察灵感 把握灵感和利用灵感有一定的难度 灵感产生的条件 一是对解决问题有浓厚的兴趣和强烈欲望 二是对问题和相关资料进行了长时间的思考 甚至达到了思维的 饱和 状态 54 幻想思维 根据主体主观愿望进行的超前设想 幻想往往是科学发明的先导 18世纪著名科幻作家凡尔纳 人类的幻想在不久的将来一定会成为现实 阿里多夫先生用好几年时间把分散在成千上万本书中的幻想进行搜集和分类结果表明 离奇幻想的发展过程也有着可循的客观规律 可用它来催生新的发明创造 应在正确理念指导下 使幻想成为创造发明的理想 而不致成为脱离客观规律的空想 以奇异幻想开路 吸引人们去探索未知 并促使人们产生创造的欲望 一些科学中大的发现往往是如此在有些发达国家 为了发挥幻想在科技发明中的积极作用 为学生开设 幻想课 旨在从小培养人的创造才干由于幻想超前性 暂时脱离现实 在我国常常会被人贬低 幻想成为一种贬义词 55 幻想打造出发明 56 想象思维 想象是人们在原有感性认识的基础上 在头脑中对各种表象 组成形象的基本单元 进行改造 设想 重组出新形象的思维过程爱因斯坦 想象力比知识更重要 可贵 知识是有限的 而想象是无限的 正是有了想象 人们才能不断地创造世界上前所未有的新事物 57 创新技法和方法 创新技能 基础知识 专业知识 交叉学科知识 创新思维 表达能力 个性品质 体能 外语能力 哲学理论基础 创造力 创造力模型 58 哲学理论基础与创造力 哲学是高度抽象的知识结晶和最概括的方法论 是一切科学之上的科学 哲学在科学认识与实践活动中起支撑作用 哲学知识对创造方向和姿态起主要调控作用 59 哲学理论基础与创造力 哲学不仅渗透在每个科学工作者的头脑之中 而且也渗透在自然科学研究的全过程中 爱因斯坦指出 哲学可以被认为是全部科学研究之母 在科学研究工作中 哲学思维的指导作用是潜移默化的 哲学在不断地为科学研究提供理论思维的基本范畴和逻辑规则 60 第三部分 创新技法和TRIZ理论 61 创造力模型 创新技法和方法 创新技能 基础知识 专业知识 交叉学科知识 创新思维 表达能力 个性品质 体能 外语能力 哲学理论基础 创造力 62 人类历史上最有价值的知识是方法的知识 笛卡尔 科学发明需要创造方法 庞加来 63 认识一位天才的研究方法 对于科学的进步 甚至对于他本人的荣誉 并不比发现本身更少用处 科学研究的方法经常是极富兴趣的部分 拉普拉斯 法国天文学家和数学家 科学中难能可贵的创造性才华 由于方法拙劣可能被削弱 甚至被扼杀 而良好的方法则会增长 促进这种才华 贝尔纳 法国生理学家 64 传统创新技法的分类 逻辑思维 非逻辑思维 科学推理型 演绎法 归纳法 类比法 自然现象和科学原理探索法 等价变换法 KJ法 类推法 组合法 分解法 形态分析法 信息交合法 横向思考法 奥斯本检核表法 5W1H法 和田法 智力激励法 头脑风暴法 联想法 逆向构思法 形象思维法 灵感启示法 大胆设想法 特性列举法 缺点列举法 希望点列举法 技法原理 具体技法名称 主要思维形式 组合型 形象思维型 列举型 有序思维型 联想型 60 65 智力激励法 与传统会议截然不同的方式解决问题 准备阶段 自由畅谈 加工整理 明确问题 热身阶段 运用程序 四项原则 自由畅想推迟评判以量求质综合集成 66 当前智力激励法面临着挑战 美国伊莱恩 丹敦 主要原因是 缺乏程序化 缺少熟练的引导者 缺少熟练的参与者 罗列的规则成为形式 有关问题不能达成一致 缺乏创意激发源 不是与会者都有创意的压力 急于求成 缺少跟进措施 头脑风暴 小组实际上在不停地重复 发明 已经有过的东西 却在这一过程中错过了潜在的诸多伟大的创意 因此 当遇到复杂的发明问题时 最好找发明公司 指TRIZ咨询公司 咨询 67 传统创新与TRIZ创新结果的比较 解决办法 思维定势 发明问题 1 2 3 4 5 6 7 8 传统创新应用发散思维 试错法 搜索发明问题解决办法 造成人力 物力的巨大浪费查尔斯 固特异用毕生的精力只解决了一个难题 68 爱迪生实验发明灯泡用了1600多种金属材料和6000多种非金属材料 碱性电池的发明经历了50000多次失败 这一方面反映了爱迪生的勤奋和努力 另一方面也说明传统思维方式 试错法的效率低下 69 基于TRIZ的创新 提供创新思维的效率 走出 试错法 的绝境 传统创新 发散 与TRIZ创新 收敛 的结果比较 ARIZ程序标准解法发明原理 矩阵表效应知识库 技术系统进化法则 问题 问题解决 70 实例 吸尘器分离固体粉尘的改进 查 TRIZ案例通用科学原理库 可获得16个解 声波吸附作用边界 表层 动量离心分离Coanda效应日冕放电带电过滤器 摩擦惯性磁场磁效应熔化Reuleaux三角超声波振动 71 TRIZ技法 发明问题解决理论 TRIZ的含义 TRIZ的含义是发明问题解决理论 是原俄文字母的缩写 并按ISO R9 1968E规定 转换成拉丁文的首字母缩写 TeoriyaResheniyaIzobretatelskikhZadatch 72 TRIZ理论创始者根里奇 阿奇舒勒 根里奇 阿奇舒勒G S Altshuller 1926 1998 是前苏联的一位天才发明家和创造创新学家 于1946年创立的TRIZ理论明确指出 一旦我们对大量的好的专利进行分析 提炼出问题的解决模式 我们就能够学习这些模式 从而创造性地解决问题 73 利用瞬间压力差可以打破坚果的外壳 如何使人造宝石沿内部原有的微裂纹分割 如何迅速清洁船用发动机的冷却水过滤器 如何打破核桃的外壳 通过本体论关系 由 爆米花 找到了解决方案 74 1950 1960 1970 1980 1990 2000 解决发明问题 TRIZ软件 CAI 1940 ARIZ TRIZ发展历程 资料来源 Orlloff2007 75 1950 1960 1970 1980 1990 2000 解决发明问题 TRIZ软件 CAI 1940 1995完成增强型ARIZ TRIZ发展历程 76 1950 1960 1970 1980 1990 2000 解决发明问题 TRIZ软件 CAI 1940 1995完成增强型ARIZ TRIZ发展历程 77 TRIZ理论来源 浓缩数百万发明专利正是基于这一思想 在Altshuller的带领下 动用前苏联的1500多名专家 经过50多年对数以百万计的专利文献加以搜集 研究 整理 归纳 提炼和重组 建立起一整套体系化的 实用的解决发明问题的理论方法体系 TRIZ 发明问题解决理论 2 500 000 500 000 发明专利库 迄今为止 TRIZ已分析了15 000 000专利 有代表性的实用专利 20 20万 250万 4万 50万 78 发明等级及其特征 79 技术系统矛盾的分类 技术矛盾 物理矛盾 技术系统矛盾的两大类 80 什么是技术矛盾 由表述系统性能的两个参数所构成的矛盾称之谓技术矛盾当用已知的方法去改善系统的一部分或一个参数时 该系统的其它部分或参数就要不可容忍地变坏的现象 常表现为一个系统中两个子系统之间的矛盾 1 在一个子系统中引入一种有用功能 导致另一个子系统产生一种有害功能或加强了已存在的一种有害功能 2 消除一种有害功能导致另一个子系统有用功能降低 3 有用功能的加强或有害功能的减少导致另一个子系统或系统变得复杂化 81 矛盾的解决办法 传统设计是在矛盾双方取得折中方案 矛盾并没有彻底克服和解决TRIZ理论的核心是建立了基于消除矛盾的逻辑方法 运用通用工程参数来表述矛盾 使设计人员在设计过程中不断地发现并解决矛盾 推动产品的不断进化 从一个状态进化到一个新的状态 向着理想化创新产品设计的方向推进 82 39个通用工程参数的分类 83 40个发明原理 用有限的40条原理来解决无限的发明问题 阿奇舒勒通过对250万份发明专利的研究发现 大约只有20 左右的专利才称得上是真正的创新 其它80 的专利往往早已在其它的产业中出现并被应用过 阿奇舒勒坚信发明问题的原理是客观存在的 设计者掌握这些原理 就可以大大提高发明的效率 缩短发明的周期 而且能使发明过程更具有可预见性 为此 阿奇舒勒对大量的专利进行研究 分析 总结 提炼出了TRIZ中最重要的 具有普遍用途的40个发明原理 当前 40个发明原理已经从传统的工程领域扩展到微电子 生物医学 管理 文化 教育等社会的各个领域问题 40个发明原理的广泛应用 导致不计其数新的专利发明的产生 84 40个发明原理 85 01 分割原理 将卡车分成牵引车头和拖车 组合家具 百叶窗 拉圾桶 活动房屋 将物体分割成相互独立的部分 使物体成为可组合的 易于拆卸和组装 的部分 提高物体的分割程度或分散程度 86 美国陆军M270多管火箭炮 发射中的M270 M270反装甲子母弹攻击 正在爆裂的M270子母弹 将物体分割成相互独立的部分 C 提高物体的分割程度或分散程度 87 矛盾矩阵表的组成 阿奇舒勒将39个通用工程参数和40条发明原理有机地联系起来 建立起对应关系 整理成39 39的矛盾矩阵表 详见 创造创新方略 附录 矛盾矩阵的第1行 列为39个通用工程参数的编码 第2行 列分别为39个通用工程参数的名称 但是 纵行表示要改善的参数 横行表示会恶化的参数 39 39个通用工程参数从行 列两个纬度构成矩阵的方格共1521个 在其中1263个方格中 均列有几个数字 这几个数字就是由TRIZ推出的解决对应工程矛盾的发明原理的编码 按照编码查 40条发明创造原理 表 即可得到该编码的实际含义 使用者根据系统中产生矛盾的2个通用工程参数 从矛盾矩阵表中直接查找出化解矛盾的发明原理 并使用这些原理来解决问题 88 矛盾矩阵表 133 89 一 对问题进行抽象 问题模型 主要技术矛盾 90 波音飞机 引擎整流罩的改造 矛盾 改型采用功率更大的引擎 需要有更多的空气进入引擎 使引擎整流罩的直径增大 但与地面的距离减小了 严重地影响了飞机的安全分析 运动物体的面积 希望改善的技术特性 和 运动物体的尺寸 恶化的技术特性 构成了一对技术矛盾 整流罩 整流罩 建议 创新原理14 曲面化原理创新原理15 动态化原理创新原理18 振动原理创新原理4 不对称原理解决方案 应用创新原理4 将整流罩改为不对称形状 91 美国新发现的9个通用工程参数 信息的数量运行效率噪音有害的副作用兼容性 可连通性安全性易受伤性美观测量难度 92 美国新发现的37个发明原理 对此目前尚有争议 41减少单个零件重量 尺寸60导入第二个场42零部件分成重 大 与轻 小 61使工具适应于人43运用支撑62为增加强度变换形状44运输可变形状的物体63转换物体的微观结构45改变运输与存储工况64隔绝 绝缘46利用对抗平衡65对抗一种不希望的作用47导入一种储藏能量因素66改变一个不希望的作用48局部 部分预先作用67去除或修改有害源49集中能量68修改或替代系统50场的取代69增强或替代系统51建立比较的标准70并行恢复52保留某些信息供以后利用71部分 局部弱化有害影响53集成进化为多系统72掩盖缺陷54专门化73实施探测55减少分散74降低污染56补偿或利用损失75创造一种适合于预期磨损的形状57减少能量转移的阶段76减少人为误差58推迟作用77避开危险的作用59场的变换 93 扩展后的48个通用工程参数 94 扩展前后两个矛盾矩阵表的比较 增加了9个通用工程参数 由39个变为48个 扩展后的矛盾矩阵表不再出现有空格 物理矛盾与技术矛盾的求解同时在矛盾矩阵表中显现 扩展后的矛盾矩阵表为人们提供了更多的问题解决方法注意 两个矛盾矩阵表上的显示技术特性的通用工程参数编码所持含义并没有完全统一 使用时应注意分别对照使用 95 实例 洗衣机的创新设计 问题的描述 设计项目 绿色 洗衣机用户需求 省水 省点 省洗涤剂理想化最终结果 利用一些高新技术 比如纳米 使衣服不沾污渍而实现 免洗 96 定义矛盾 减少物质的浪费是否能达到原来的效果 即 物质的浪费 与 功率 之间的矛盾 物质的浪费 功率 97 98 推荐的创新原理 99 合成的改进方案及其分析 合成改进方案 利用水电解与超声波振荡相结合的方式 取代原有电机拖动波轮或滚筒的系统合成改进方案的分析 该方案可以避免衣物缠绕 也可降低甚至免用洗涤剂 且洗衣水可以重复利用 达到环保与节能的功效 从大电流的电机驱动到电解与振荡装置的发展 符合技术系统的进化趋势 虽然离理想化最终方案还很远 但实现了省水 省电和省洗涤剂的要求 100 1950 1960 1970 1980 1990 2000 解决发明问题 TRIZ软件 CAI 1940 1995完成增强型ARIZ TRIZ发展历程 101 技术系统进化八大法则 1 技术系统的S曲线进化法则 2 提高理想化法则 3 子系统不均衡进化法则 4 动态性进化法则 5 向超系统进化法则 6 子系统协调性法则 7 向微观级和场的应用进化法则 8 向自动化方向进化法则 102 技术系统进化法则之一 S曲线进化法则 一个技术系统的进化一般经历4个阶段 典型的S曲线是描述一个技术系统的完整生命周期 当一个技术系统的进化完成4个阶段后 必然会出现一个新的技术系统来替代它 如此不断的替代 婴儿期 衰退期 成长期 成熟期 103 技术系统进化不同阶段的特征 t t t t 专利数量 利润 性能参数 发明级别 1 2 3 4 时间 阶段 通过性能参数随时间变化的规律 可以准确地予测产品和技术所处的生命周期阶段 104 技术系统进化法则之二 提高理想度法则 最理想的技术系统 它既不消耗任何资源 但却能够实现所有必要的功能 作为物理实体它并不存在 技术系统是沿着提高其理想度 向最理想系统的方向进化提高理想度法则是所有进化法则的基础 105 测量金属腐蚀度的理想方案 最终理想解利用已有资源去掉容器但能实现有用功能 盛酸溶液 腐蚀的有害作用自动消失 传统设计者铂金容器耗费资源耗费时间 106 技术系统进化法则之三 子系统不均衡进化法则 技术系统由多个实现各自不同功能的子系统组成 子系统不均衡进化法则包含着 任何技术系统中的每一个子系统都是沿着各自的S曲线进化的 组成技术系统所包含的各个子系统都是不同步 不均衡进化的 整个技术系统的进化速度取决于系统中发展最慢的即最不理想的子系统 木桶原理 利用这一法则的知识 可以帮助创造者及时发现并改进最不理想的子系统 107 自行车的不均衡进化 108 技术系统进化法则之四 结构 动态性进化法则 沿着增加增加系统可移动性的方向发展沿着增加增加系统的柔性方向发展沿着增加增加系统可控性方向发展 109 不同产品技术的进化路径 刚性 单铰链 多铰链 柔性 气体 液体 场 110 切割技术的动态性进化 水切割 激光切割 线切割机床 111 技术系统进化法则之五 向超系统进化法则 技术系统首先向系统的合成方向发展技术系统的简化 子系统 双系统 多系统 单系统 超系统 技术系统进化法则之五 向超系统进化法则 此时 子系统功能得到加强的同时 也简化了原有的系统 单系统 112 逐步增加 逐步减少 单 双 多 单 技术系统总模式 单系统 双或多系统 相似的功能 不同的功能 逐步部分地减少系统 减少成新的单系统 具有相似的特性 具有混合的特性 具有不同的特性 具有相反的特性 113 飞机燃油系统向超系统跃迁 空中加油机实例 超系统空中加油机 系统受油机 输油管 子系统 超系统 114 技术系统进化法则之六 子系统协调性进化法则 组成技术系统的各个子系统 各个部件在保持协调的前提下 充分发挥各自的功能 表现在 结构上协调 比如 早期积木只能摞 搭 现代积木可自由组合 随意插合成不同的形状 性能参数的协调 比如 网球拍需要考虑两个性能参数的协调 一方面要将球拍整体重量降低 以提高其灵活性 同时要增加球拍头部重量 以保证产生更大的挥拍力量 工作节奏和频率上的协调 比如吸尘器 吸力太大 吸嘴会粘住地毯 115 a 积木 c 浇灌混凝土 b 网球拍 结构 性能 节奏和频率的协调性 116 技术系统进化法则之七 向微观级和场的应用进化法则 技术系统 元件 场的应用 微观 宏观 微观 最初的尺寸 原子 基本粒子尺寸 高效场和增加场效率的方向 117 播放机向微观的进化 118 新颖的发明 119 技术系统进化法则之八 向自动化方向进化法则 技术系统总是摒弃那些机械的 重复的 枯燥无味的手工操作 实现并提高技术系统功能的效益 解放人们去完成更具有创造性的工作 120 各类物体的进化路径 原子 粒子 分子 离子 复合分子 粉末 针状和纤维状物体 实心物体 沸石和胶质材料 带填充物的毛细管材料 毛细管 多孔材料 多孔的材料 中空的均质体 实心物体 结构的进化路径 材料的进化路径 中空结构的进化路径 121 1 马车的进化S曲线2 滑轨装置车进化S曲线3 发动机驱动车进化S曲线4 螺旋桨飞机进化S曲线5 喷气式飞机进化S曲线6 化学燃料火箭进化S曲线7 核燃料火箭和利用太阳能驱动的固体燃料火箭进化S曲线8 总体的S曲线 提高运输速度的各类技术系统的S曲线 122 实例 飞机机翼的 多 双 单 和 单 多 系统 操纵 索羽茨 紧急降落的多叶型机翼 为亚 超和极超音速飞机配置的多机翼型的动态转换器 机身带有机翼和驱动系统的 宇宙飞船 非自动升降 降低 复杂的飞机 单机翼 机翼非均质 细长 双系统 尾部机翼带细长非均质多系统 中断器 在机翼上 非机翼 反转的单系统部分非自动升降和降低 所有辅助系统都安装在双机翼的一侧 带稳定和减速用的反作用多机翼 早先为减速用的伸缩型机翼 为稳定升降用的各种多机翼的翼面 可改变特性的梯形和蜂窝型多机翼的升降翼面 在多机翼一侧安装同样形状的翼面 相反的部件 正向稳定器作为组成飞行火箭的一个系统 可调整特性不同大小翼面的双机翼 相同翼面的双机翼 S Langpey 1903 双平行机翼wilbur两兄弟 1903 双直立型机翼 G Caylay 1849 三翼机 W Sawekuhew 1916 4翼 E Fedorow5翼机 1895 EnglishengineerG Phillips 1883 40翼机 FelixdiFelix 1857 AlexanderMoszhajski 1884 OttoLilienthal 1891 单翼机 多机翼 单机翼 双机翼 多机翼 单机翼自动升降系统 多机翼部分自动升降系统 123 系统进化法则的作用 引导市场需求定性技术预测产生新技术实施专利布局 专利池 和标准战略适时选择企业战略 124 1950 1960 1970 1980 1990 2000 解决发明问题 TRIZ软件 CAI 1940 1995完成增强型ARIZ TRIZ发展历程 125 物 场标准模型 所有的功能都能分解成为三个基本元素 两个物质一个场 126 物场模型的基本概念 术语 物质 是指工程系统中包含的任意复杂级别的具体对象材料 基料 辅料 工具 流水线 设备 部件 组件 零件 特征 环境 物场模型所在的周围环境场 是指工程系统中物质之间的相互作用 基本物理场 重力场 电磁场 强作用场 弱作用场 其它的作用场 机械场 风场 热场 化学场 放射场 生物场 嗅觉场 声场 物场模型 是指工程系统中任意子系统以物质和场的形式 揭示系统的功能机制 描述系统中不同元素间发生不足的 有害的 过度的和不需要的相互作用 行为 的模型 127 物场模型的符合系统 128 如何迅速而准确地查找出压缩机氟利昂渗漏处 将掺有荧光粉的润滑油注入压缩机内 在暗室里用紫外光照射压缩机 通过渗漏出的润滑油中荧光粉发出的光 可以准确地确定氟利昂的渗漏部位 给出的条件是物S1 氟利昂 不能构成完整的物 场模型 引入第二个物S2 荧光粉 和一个场F 紫外辐射 完善了具有不完整功能的系统 S1 S2 F F 氟利昂 荧光粉 氟利昂 紫外辐射 紫外辐射 氟利昂 荧光粉 建立完善的物场模型 129 热场 居里点为00C的磁环 高压电线 冰雪 应用实例 利用热场化解高压电线冰雪 S1 S2 F1 S1 S2 F 热场F2 居里点为00C的磁环 重力 F1 重力 F2 130 风场 高压电线 冰雪 应用实例 利用风场消除高压电线冰雪 S1 S2 F1 S1 S2 F 由直升飞机形成的风场F2 重力 F1 重力 F2 131 应用实例 防止钢丸发送机弯管破损 压缩空气和钢珠 管壁S2 钢珠S1 132 应用实例 防止钢丸发送机弯管破损 压缩空气和钢珠 电磁铁F2 钢珠S1 管壁S2 给钢丸发送机弯管强烈磨损区添加保护层电磁铁F2 133 1950 1960 1970 1980 1990 2000 解决发明问题 TRIZ软件 CAI 1940 1995完成增强型ARIZ TRIZ发展历程 134 标准解系统的由来 阿奇舒勒 Altshuller 发现的规律 如果问题的物场模型是一样的 那么解决方案的物场模型也是一样的 和这个问题来自于哪个领域无关 通过大量的专利分析 发现了实现产品功能的模型类型并不多 只有五大类76个 如果将其归纳总结 形成标准解 就能高效地为创新服务 135 标准解系统的由来 S1 S2 F 技术问题物场模型 解决方案物场模型 发明 专利 发明家 136 发明问题76个标准解系统构成 137 发明问题76个标准解系统构成 138 应用物场模型分析标准解的流程 当前问题 判断问题类型 需要改进系统 建立物场模型 测量和检测问题 建立物场模型 第四级 判断模型类型 产生有害效应 模型不完整 作用不足 第一级 第二 三级 第五级 139 1950 1960 1970 1980 1990 2000 解决发明问题 TRIZ软件 CAI 1940 1995完成增强型ARIZ TRIZ发展历程 140 物理效应和现象知识库 效应知识库 效应知识库涵盖了多学科领域的原理 包括物理 化学 几何等 对自然科学及工程领域中事物间纷繁复杂的关系实现全面的描述 借助于这些通用的原理 把问题简化到最基本的要素 引导和帮助创造者利用它来解决某一特定技术领域的知识问题 详见 创造创新方略 表4 2 141 功能化模型与效应知识库 功能化模型是最容易定义的问题模型效应知识库中的方案最接近于最终的解决方案效应知识库是CAI软件的最大亮点 软件为创新者建立有多达四万余条创新功能方案 142 效应知识库 物理效应和现象知识库 应用 应用TRIZ理论所以能消除矛盾 有赖于强大的效应知识库的支持 科学效应和现象是部件 或系统 功能突变的创新源 隐藏在其背后的是科学原理 科学效应和现象知识库涵盖了多学科领域的原理 包括物理 化学 几何等 应用 本体论 并对自然科学及工程领域中事物之间纷繁复杂的关系实现全面的描述 借助于这些已有的关系和全新技术和相关知识 可以大大加快创新进程 143 效应知识库应用5步骤 发明问题提出 功能代码表 效应知识库 逐一筛选 形成解决方案 应用于发明问题 144 1950 1960 1970 1980 1990 2000 解决发明问题 TRIZ软件 CAI 1940 1995完成增强型ARIZ TRIZ发展历程 145 什么是物理矛盾及其解决方法 物理矛盾 一个参数的矛盾技术系统要求某参数的性质为正 的同时又要求该参数的性质为负 比如要求系统既要出现又要不出现 既要高又要低 既要大又要小等完全相反的需求 解决物理矛盾的方法 分离 空间分离 分离方法 时间分离 整体与局部分离 条件分离 146 分离原理应用实例 空间分离 测量海底时 将声纳探测器与船体空间分离 用以防止干扰 提高测试精度时间分离 将飞机机翼设计成可调的活动机翼 以适应在飞行中各个时间段的不同要求条件分离 将水射流条件分离 给予不同的射流速度和压力 即可获得 软 的或 硬 的不同用途的射流 用于洗澡按摩或用作加工手段或武器整体与局部分离 采用柔性生产线 以满足大众化和个性化市场需求的不同要求 147 十字路口的物理矛盾描述 要通过十字路口 车辆必须占据十字路口的某个位置 A 而要不和其它车辆相撞 一定不得占据十字路口的位置 非A 道路必须交叉 以使车辆驶向目的地 A 道路一定不得交叉 以避免车辆相撞 非A 148 应用实例 解决交通的物理矛盾 空间分离 时间分离 149 各分离方法相对应的发明原理列表 150 创新问题解决引导表 2003 151 创新问题解决引导表 续 152 1950 1960 1970 1980 1990 2000 解决发明问题 TRIZ软件 CAI 1940 1995完成增强型ARIZ TRIZ发展历程 153 发明问题解决程序 ARIZ ARIZ是应对解决发明问题中另一类非标准问题的工具 在应用ARIZ之前 需要先核查一下你的问题是否属于标准问题 如果是标准问题 直接查找76个标准解法进行问题的解决 就没有必要用ARIZ 一个创新问题解决的取决于对该问题的准确描述和趋向标准化程度 创新问题的求解过程就是对问题的不断描述和不断地趋向标准化 ARIZ以一套连续过程的程序 针对非标准问题采用步步紧逼的方法 巧妙地将一个状况模糊的原始发明问题转化为一个简单的问题模型 并构想其理想解ARIZ是一套较为复杂的应用工具 为了能很好地掌握 接受专门的培训是非常必要的 154 ARIZ 85解题步骤 2分析问题模型 3陈述IFR和物理矛盾 5运用效应知识库 4运用物 场资源 6转换或替代问题 7分析解决物理矛盾的方法 8运用解决方案 9分析解决问题的过程 1分析问题 把状态模糊问题准确描述为单一问题 创建空间 时间 物质和场等有效资源清单 确定最终理想解方向及其阻碍的物理矛盾 重新选择并定义另一对技术矛盾 求得最终理想解 获取资源的最大化应用 借以透彻分析增长创新潜能 在上述的每一个步骤中 均包含有数量不等的多个子步骤 在一个具体的问题解决过程中 并不强制要求按顺序走完所有的9个步骤 当完成步骤3后 一般可尝试用标准解法解决新问题 如果得到解决则可直接跳到步骤7 如果没有解决则进入步骤4 155 TRIZ发明问题求解工具间的联系 156 效应知识库 矛盾矩阵 76个发明问题标准解法 发明问题解决程序 ARIZ 理想化 技术系统进化法则 需求功能 资源分析及矛盾定义 物场模型 39个通用工程参数 分离原理 选择和描述问题 40个发明原理 发明问题 最终解决方案 157 各类资源特征的选择 资源特征 价值 免费 不贵的 昂贵的 特性 有害的 中性的 不能确定的 有效的 数量 不限量的 充足的 不充足的 供应情况 现成的 可转换的 开发的 158 1950 1960 1970 1980 1990 2000 解决发明问题 TRIZ软件 CAI 1940 1995完成增强型ARIZ TRIZ发展历程 159 开发CAI软件的先驱 在原苏联明斯克 DrValeryTsurikov经7年的研究于1980年末首先创建了命名为 发明机器 的软件 当时他所创建的 发明机器研究院 运行非常困难 苏联解体后移居美国 创办了 发明机器公司 获得微软优惠权 直至1995年 公司获得了成功 承包了摩托罗拉设计300万美元的项目 1997年以命名 最佳技术 的发明机器软件推广问世 使全世界充分地认识TRIZ和CAI软件的重要性 与其同时开发软件工作的有前苏联TRIZ专家Filkosky 于1980年开发了SIT SystematicInventiveThinking 软件 紧接着在美国 以色列 比利时等国家相继出现了一批CAI软件的公司 他们是世界发展和应用CAI软件的领头羊 亿维讯公司就是其中之一 160 CAI总体框架 生成专利 知识管理 161 问题分析模块 分析转化后的启发式问题列表 根本原因列表 现象 事件的因果分析 因果轴 初始问题描述 资源分析 流程 操作的时序分析 时间轴 产品 系统的层次分析 空间轴 162 Pro Innovator解题流程 问题定义 问题求解 方案实施与管理 163 现象 事件的因果分析 因果轴 初始问题描述 系统分析后发现的系统不足 启发式问题列表 Pro Innovator问题解决模块典型使用流程 164 系统分析模块 专利生成模块 创新方案的技术系统分析 专利申请信息填写 新颖性检索 解决问题和备选方案选择 申请专利类型选择 备选方案 专利申请文档草稿 权利要求自动生成 Pro Innovator专利生成模块典型使用流程 165 现有技术分析 系统分析问题定义 方案生成 仿真验证方案评价 知识管理 IP管理 方案实施 市场需求 用户需求 初始工况描述 专利检索分析竞争性分析检索预测分析 专利申请 改进后产品 企业知识 IP战略 专利生成专利规划 功能分析资源分享因果分析 知识库检索专利库检索矛盾定义与求解 评价模型评价专家仿真平台 知识库构建知识库检索 研发评审与质量控制 产品研发决策 产品改进方向 被选方案 Pro Innovator典型流程 已有产品改进 166 CAI对企业的创新价值 对企业决策层摆脱竞争IP束缚降低人才引进成本建立智力资产管理平台缩短产品上市时间 对企业研发激励团队精神缩短开发周期降低研发成本开发自主创新 对企业技术人员提升个人价值克服思维定势拓宽创新视野培养创新能力快速复制 创新专家 167 路径图法 六西格玛 高标准定位法 领先用户法 QFD 模糊前端FFE 公理化设计ADT 功能结构 阶段门 DFM DFMA 技术创新审计法 技术创新战略 研发设计和详细设计 技术创新计划 识别顾客需求 识别技术 创意生成 创意评估 生成产品概念 产品创新方案 原型制作与修改设计 生产制造 连续创新 商业化 技术创新评价 技术预见 技术预测 情景分析 TRIZ理论传统创新技法 TPS LP 制造前端 制造后端 生产制造 TRIZ和各种创新管理方法的融合 创新方法的多元性 交叉性和阶段性 168 图形数据分析 多变异分析 TRIZ 推断统计置信区间样本容量 假设检验 TRIZ T检验等方差检验卡方检验比例检验 相关分析 TRIZ 回归 过程建模与模拟 业务个案 项目期望矩阵 问题 目标陈述TRIZ 理想化 主要 次要指标 变革管理 VOC QFD SIPOC 过程图 方案选择 TRIZ 对策矩阵风险管理 方案实施防错技术目标管理 控制计划培训记录监控系统与结构 控制图 假设检验 TRIZ 过程能力评价 最佳实践共享转化 XY矩阵 过程FMEA 基本统计学 决策 非正态数据的图形数据分析时间序列图控制图排列图直方图散点图盒形图边缘图 测量系统分析 TRIZ 过程能力评价 假设检验 TRI