知识经济与创新(TRIZ理论).ppt

第十组 知识经济与创新 发明问题解决理论 21世纪是知识经济的时代 产品开发的快速响应性 RapidResponse 和设计的创新性 Creation 是市场竞争的焦点 企业必须适时 快速地创新产品 产品创新意味着需要更多的跨学科的知识结构 更复杂的技术支撑和更完善的创新理论 前言 1946年发明问题解决理论 TRIZ TheoryofInventiveProblemSolving 由前苏联学者G S Altshuller提出 如今TRIZ己发展成一套解决新产品开发问题的成熟的理论和方法体系 GenrichAltshuller TRIZ之父 GenrichAltshuller 根里奇 阿奇舒勒 于1926年10月生于苏联北部城市塔什干 Tashkent 今乌兹别克共和国首都 TRIZ认为 所有工程系统都是按照客观规律发展进化的 掌握这些规律 1能推动产品的创新设计速度 预测产品未来的发展趋势2有助于发现和解决工程系统中面临的矛盾3寻求解决矛盾的方法时 要涉及到多专业领域的知识 一 TRIZ理论 创新的科学 TRIZ理念 实践证明 一旦发现和掌握了发明创造的内在规律和原理 形成一种科学或者理论 那么实现创新就可以象求解数学题一样 变得有序可寻 富有可操作性和可预见性 创新质量和效率也会大大提高 二 TRIZ理论核心思想和基本特征 1无论是一个简单产品还是复杂的技术系统 其核心技术的发展都是遵循着客观的进化规律和模式 2各种技术难题 冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力 3技术系统发展的理想状态是用最少的资源实现最大数目的功能 对比传统的创新方法 TRIZ理论的特点和优势 运用TRIZ理论可大大加快发明创造的进程 提升产品创新水平 它可以帮助我们 1 对问题情境进行系统的分析 快速发现问题本质 准确定义创新性问题和矛盾 2 对创新性问题或者矛盾提供更合理的解决方案和更好的创意 3 打破思维定势 激发创新思维 从更广的视角看待问题 4 基于技术系统进化规律准确确定探索方向 预测未来发展趋势 开发新产品 5 打破知识领域界限 实现技术突破 三 TRIZ理论主要内容 1 创新思维方法与问题分析方法 TRIZ理论中提供了如何系统分析问题的科学方法 如多屏幕法 而对于复杂问题的分析 它包含了科学的问题分析建模方法 物场分析法 它可以帮助快速确认核心问题 发现根本矛盾所在 2 技术系统进化法则 针对技术系统进化演变规律 在大量专利分析的基础上TRIZ理论总结提炼出八个基本进化法则 利用这些进化法则 可以分析确认当前产品的技术状态 并预测未来发展趋势 开发富有竞争力的新产品 3 工程矛盾解决原理 不同的发明创造往往遵循共同的规律 TRIZ理论将这些共同的规律归纳成40个发明原理与11个分离原理 针对具体的矛盾 可以基于这些创新原理寻求具体解决方案 4 发明问题标准解法 针对具体问题物场模型的不同特征 分别对应有标准的模型处理方法 包括模型的修整 转换 物质与场的添加 等等 5 发明问题解决算法ARIZ 主要针对问题情境复杂 矛盾及其相关部件不明确的技术系统 它是一个对初始问题进行一系列变形及再定义等非计算性的逻辑过程 实现对问题的逐步深入分析 问题转化 直到问题解决 6 基于物理 化学 几何学等工程学原理而构建的知识库 基于物理 化学 几何学等领域的数百万项发明专利的分析结果而构建的知识库可以为技术创新提供丰富的方案来源 四 按照创新程序分出发明等级 提到发明创造 我们首先想到爱迪生发明的电报 电灯等 深入一点的有 发明专利 实用新型专利和外观设计专利等 现实生活中的发明与创造形式各样 无处不在 其质量 层次也各不相同 小到一个椅子的简单改进 大到一个学科理论的创建 即使那些专利本身 在创新程度上也各不相同 在具体实现这些发明的过程中 基于它们各自的创新程度不同 对发明者在知识领域 经验 创新能力等方面的要求也各不相同 比如要改进一个牙刷的手柄 只要了解产品设计 材料 加工技术就可以了 而要发明一个电动牙刷 则还需要掌握专业的电机 控制技术等 TRIZ理论定义的五个发明等级按照创新程度从低到高依次如下 第1级 最小型发明 指那种在产品的单独组件中进行少量的变更 但这些变更不会影响产品系统的整体结构的情况 该类发明并不需要任何相邻领域的专门技术或知识 特定专业领域的任何专家 依靠个人专业知识基本都能做到该类创新 例如以厚度隔离减少热损失 以大卡车改善运输成本效率等 据统计大约有32 的发明专利属于第一级发明 第2级 小型发明 此时产品系统中的某个组件发生部分变化 改变的参数约数十个 即以定性方式改善产品 创新过程中利用本行业知识 通过与同类系统的类比即可找到创新方案 如中空的斧头柄可以储藏钉子等 约45 的发明专利属于此等级 第3级 中型发明 产品系统中的几个组件可能出现全面变化 其中大概要有上百个变量加以改善 它需利用领域外的知识 但不需要借鉴其它学科的知识 此类的发明如原子笔 登山自行车 计算机鼠标等 约有19 的发明专利属于第三等级 第4级 大型发明 指创造新的事物 需要数千个甚至数万个变量加以改善的情境 它一般需引用新的科学知识而非利用科技信息 该类发明需要综合其它学科领域知识的启发方可找到解决方案 大约有4 的发明专利属于第四级发明 如内燃机 集成电路 个人电脑等 最高级 特大型发明 主要指那些科学发现 一般是先有新的发现 建立新的知识 然后才有广泛的运用 大约有0 3 的发明专利属于第五级发明 TRIZ理论针对以上五类发明 提供了相应的创新方法 对一 二等级的问题 可采用解决技术矛盾的创新原理和解决发明问题的标准解法 而对三 四等级的问题 就要用解决发明问题的标准解法和发明问题解决算法 如果对复杂的第五级的发明问题 则采用发明问题解决算法 帮助我们实现由复杂模糊的问题情境向明确的发明问题的转变 通过以上对发明的分类可以看出 发明和创新看起来很困难 但其实大部分发明都是那些较低层次的创新 只要我们充分发挥自己的创新潜能 掌握科学的创新原理和方法 那么每个人都可以拥有自己的发明创造 五 发明问题解决理论中的创新原理 实现创新往往被归结为发明家和专家的任务 因为它似乎无法像求解一个数学问题那样有规律可循 我们都熟悉数学问题求解方法 比如要求解一个一元二次方程的根 只要把它归结为一个标准的一元二次方程 套用一元二次方程的求根公式 就能快速得到方程的根 这是常用的数学方法 简单 快捷 准确 而对于一个具体的创新性问题或者技术矛盾 要找到它的解决办法 我们更多的是应用试错法等方法 凭借自己的经验和知识 尝试性地去解决 结果耗时费力 效果也不一定好 于是我们想 如果解决创新性问题能像求解数学题一样 那么大部分人只要经过学习和训练就能够实现创新 TRIZ理论解决创新性问题的思路就是将特殊的问题归结为一般性问题 然后应用普遍性的创新理论和算法寻求标准解法 在此基础上演绎形成初始问题的具体解法 这种从特殊到一般的方法 充分体现了科学的问题解决思想 富有可操作性 矛盾矩阵 实现创新就是解决前人没有解决的问题或者矛盾 而TRIZ理论包含了著名的矛盾矩阵 矛盾矩阵的行和列分别是在大量专利分析基础上总结出来的39个通用技术参数 用这39个通用技术参数中的两个分别表示矛盾体中的两个方面 也就是使系统性能改善的参数和导致系统性能恶化的参数 那么在矩阵中这两个技术参数所在行列的交叉点就对应着实践证明最为有效的创新原理 基于这些创新原理的启发我们就可以寻求具体解决的方案 六 TRIZ理论中的创造性问题分析方法 对问题本质有深入准确的认识是创新性解决问题的前提 对于复杂的问题 只有屏除干扰因素 发现问题的根本所在 才可能更有效地解决问题 但人们在解决实际问题的过程中 总是受到思维定势等因素的束缚 需要一些科学的方帮助我们全面系统的了解问题情境 著名的发明创造理论TRIZ理论包含了许多系统 科学而又富有可操作性的创造性思维方法和发明问题分析方法 如多屏幕法 资源 时间 成本 RTC 算子法 小人法 金鱼法 等等 多屏幕法能够帮助我们从结构 时间 以及因果关系等多维度对问题进行全面 系统的分析 即该方法不仅研究问题的现状 而且考虑与之相关的过去 未来和子系统 超系统等多方面的状态 资源 时间 成本 RTC 算子法则是通过夸张的手法改变物体在资源 时间和成本等方面的参数 帮助我们想象各种可能 大大扩展思维 突破思维定势 金鱼法能够引导我们从理想境界出发 发现现实中存在的问题 另外TRIZ理论还包含了著名的物质 场分析法 它通过构建问题的物场模型 能够清晰地表达出产品的构成 其相互作用及作用的性质 帮助我们快速 准确地发现和确定要解决的问题 为后面有效地解决问题奠定基础 TRIZ理论在现实问题中的应用 通过下面一个金鱼法的简单应用 让我们来了解一下TRIZ理论中创造性问题分析方法在现实问题中的应用 神话中魔毯曾引起我们无数遐想 现在分析一下会飞的魔毯 会飞翔的毯子 现实生活中毯子都不会飞 原因是地球引力 毯子比空气重 那么在什么条件下毯子可以飞翔 这些办法有的比较现实 但有的仍然看似不可能 比如毯子即使很轻 但也比空气重 对这一点我们还可以继续分析 比如毯子之所以重是因为其材料比空气重 解决的办法就是采用比空气轻的材料制作毯子 分析ING 我们可以施加向上的力 或者让毯子的重量小于空气的重量 或者希望来自地球的重力不存在 如果我们分析一下毯子及其周围的环境 会发现这样一些可以利用的资源 如空气中的中微子流 空气流 地球磁场 地球重力场 阳光等 而毯子本身也包括其纤维材料 形状 质量等 打破思维定势 那么利用这些资源可以找到一些让毯子飞起来的办法 比如毯子的纤维与中微子相互作用可使毯子飞翔 在毯子上安装提供反向作用力的发动机 毯子在没有来自地球重力的宇宙空间 毯子由于下面的压力增加而悬在空中 气垫毯 利用磁悬浮原理 或者毯子比空气轻 通过上述分析过程 我们会发现 传说中会飞的毯子逐渐走向现实 这个简单的应用展示了金鱼法的创造性问题分析原理 即首先从幻想式构想中分离出现实部分 对于不现实部分 通过引入其它资源 一些想法由不现实变为现实 然后继续对不现实部分进行分析 直到全部变为现实 可以看出 TRIZ理论中的这些创造性思维方法一方面能够有效地打破我们的思维定势 扩展我们的创新思维能力 同时又提供了科学的问题分析方法 保证