技术创新方法与RIZ理论专题培训.ppt

技术创新方法与TRIZ理论 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 3 第一部分 形势与任务 4 掌握基本的科学方法 树立正确的科学思想 崇尚崇高的科学精神 提高创新能力 胡锦涛在纪念中国科协50周年大会上指出 5 一 创新能力建设已成我国发展的当务之急 2007年三月 三位老科学家向温总理写信 温总理批示 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 我国创新方法存在的问题 刘燕华部长指出 科学思维培育不够科学方法研究与应用不够具有自主知识产权的科学仪器设备匮乏创新政策环境还不完善 8 科学诺贝尔奖获奖人次排行榜 9 10 犹太人成功之谜 自1901到2000年 华人获诺贝尔奖的只有8人 其中获诺贝尔科学奖的6人 但犹太人获诺贝尔奖的人数超过250人 是世界各民族平均数的28倍 是华人获奖人数的40倍 2004年十名诺贝尔奖获得者中有三名犹太人 各种数据表明 全世界最有钱的企业家中犹太人占近一半 福布斯美国富豪榜前40名中有18名是犹太人 美国名牌大学中1 5的教授是犹太人 犹太人几乎在所有的领域都取得了令人瞩目并改变世界的成就 11 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 12 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 13 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 14 第二部分 创造性人才 15 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应试教育将早慧的高智商儿童培养成低创造力的考试机器 并让众多的具有创造潜力的儿童成为低考分的失败者 严重影响中华民族的创造力 16 人脑的创造创新能力9 11 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 17 日本学者春山茂雄认为 左脑是自身脑 只储存个人毕生经验 而右脑是祖先脑 储存了人类500万年在进化中所积累的智慧 赋予人以直觉 创意等 右脑的信息量为左脑的十万 百万乃至千万倍以上 是人思维的 基础软件 当前的应试教育只是以考核左脑的能力为主 忽视了功能强大的右脑的能力 既不公平 更不科学 因此 注重开发儿童右脑潜力是促进中华民族创造力走向世界前列的关键 18 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 19 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 20 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 高水平发明问题的解决需要知识 而这些知识又超过了发明者所拥有的专业领域的界限 21 解决高水平课题要求人们具有技术 物理 化学和几何效应知识 但是一个人的知识却不到人类知识总量的几百万分之一 在解决课题时 人们需要善于正确 重构 知识和信息 以有效地为创造发明服务 22 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 23 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 24 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 25 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 26 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 27 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心理特性主要在14岁以前形成 28 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 29 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 30 创新思维的涵义 思维是反映事物本质属性和内 外有机联系 并能引导与促进创新的心理活动 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 创新思维的目标锁定在 能够成为什么 还能更好吗 如何开辟一条往前的路 31 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 32 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 阿奇舒勒认为 思维应遵循系统 受控于系统 只有如此 思维才是天才的 33 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独特的思维方法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 34 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 35 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 36 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 37 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 38 幻想打造出发明 39 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 法国心理学家Ribot认为 发明家最主要的源头是想象 40 联想思维将已掌握的知识与某种思维对象联系起来 从其相关性得到创造性启示进而获得创造性设想的思维形式 联想有多种形式 1 相似联想例如看到鸟想到飞机 看到下雨想到潮湿 2 对比联想例如在黑暗中想到光明 3 接近联想例如看到蝌蚪会联想到青蛙 因为它们在空间上接近 看到猫就会想到老虎 因为两者形态相似 4 关系联想部分与整体的关系例如文具和铅笔 因果关系例如冰和凉 雷电和暴雨等 41 类比思维 类比法是根据两个 或两类 对象之间在某些方面的相似或相同而推出它们在其他方面也能相似或相同的一种逻辑方法 在创新过程中 借助于类比法 启迪思路 提供线索 触类旁通 实现变未知为已知 正如康德在 宇宙发展史概论 所说 每当理智缺乏可靠论证的思路时 类比法往往能指引我们前进 42 类比思维与小矮人法 类比法主要有 直接类比 拟人类比 象征类比 综摄类比 仿生类比 幻想类比 对称类比和综合类比等 TRIZ的思维方法中的小矮人法是拟人类比法的发展 因为人不能接受切割 粉碎和在酸碱溶液中溶解 假定解决课题的是一群无所不能的智能小矮人 他们按照功能分组 进入所要改进的对象角色 力图实现功能要求的作用 不能完成角色任务的小矮人 就是课题攻关的关键难题 43 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 44 哲学理论基础与创造力 恩格斯在 自然辩证法 一书中对相互作用作了精湛的说明 当我们以当代自然科学的观点 从总体上观察运动着的物质时 相互作用是在我们面前最先发现的东西 我们观察到了一系列的运动形式 机械运动 热 光 电 磁 化学的化合与分解 聚合态的过渡 有机生命 所有它们 如果将有机生命暂时除外 都在相互转变 互为条件 在一处是原因 在另一处是作用 45 功能结构模型 B A C B A C B 46 作为创造性人才的心得 掌握部下的性格与能力并灵活利用 发挥 注意褒奖与批评的言词 反复教诲直至形成习惯 教育指导时不生硬教条 尽量做到游刃有余带着有幽默感 注重部下之间的人际关系 别人委托的事情 无论如何都要坚持到底 对任何事情都率先垂范 待人接物诚心诚意 体察部下的烦恼 不伪装自己 富有勇气 毫不畏惧 经常站在对方的立场考虑 不独断专行 注重相互协商 对部下要信任 有事情放手让大家干 让大家具备参与的热情 充分与上司协调 对任何事情都公平对待 客观评价 不断地学习 努力自我启发 坚忍不拔 进行到底 明确赋予工作的目标 有计划地推进活动使目标得以实现 反复进行计划 实施 检查 处置的循环 创新管理人才的心得 47 第三部分 创新技法和TRIZ理论 48 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 49 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 50 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 51 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 52 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 TRIZ理论方法就是一种将发明从 困难的 任务转变为 简单的 任务的方法 例如 通过大幅度减少探索范围来达到又好 又快 又省的发明目的 53 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 54 关于发明问题的 多与不多 发明问题是无限多的 而发明等级是不多的 发明问题是无限多的 而矛盾的类型比较而言是不多的 发明就是克服矛盾 而克服矛盾的原理也是不多的 55 TRIZ理论对矛盾的分类树 56 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 57 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类型 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 58 39个通用工程参数的分类 59 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 60 40个创新原理及使用率排序 61 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 共有4269个解 平均每个方格有2 8个解 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 62 标准解答与特定解答的转换 TRIZ统合通解 寻找通解 合并删除 发明原则 分离原则 76标准解等 寻找通解 发明原理 科学效应 76标准解答等 TRIZ标准解答 特定解答 以知识与经验建立可行的构想 63 经典的技术系统演化阶段及进化定律 技术系统的四个演化阶段1 综合阶段 2 改进阶段3 动态阶段4 自我发展阶段 技术系统进化定律 1 组成系统的完备性定律2 能量传导定律 3 交变运动和谐定律 4 增加理想化水平定律 5 子系统不均衡发展定律 6 向超系统进化定律 7 由宏观向微观进化定律 8 增强物质场的完整定律 64 场存在的类型 65 实例 利用抗凝血剂防止血液凝固 血液 心肺机 心肺机 血液 肝素 66 实例 超声波探伤 超声波探伤仪 超声波场 缺陷信息 67 解决发明问题程序 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 68 TRIZ发明问题求解工具间的联系 69 解决物理矛盾引导表 由我国TRIZ专家刘彦辰汇总 70 技术系统的物理矛盾 根据物理矛盾引导表推荐解决运动物体消耗的能量可采用35 14 28 03 02 10 24 13等发明原理 其中行之有效的有 35 改变参数 改变物理状态 28 机械系统替代 10 预先处理 71 永磁发电机工作原理 离子化的空气粒子 被离子化的空气粒子高速穿过永磁发电机磁场 使其在线圈上产生电流 同时电离的空气粒子被制动 这样就能在不减慢飞机运动 不导致飞机制动作用 的情况下 减慢发电机进口气流的速度 解决物理矛盾1 72 通过激光束形成电离空气流 物质的产生 消亡是分解 合成 离子化 再结合的结果运用物质分离原理 即物理 化学转换运用激光器使中性的空气分子转变为带负电的离子 电离空气进入第一个永磁发电机的实施减速和在发电机内产生电流 其中少部分电流可创新用于激光器供电 73 超高音速飞机发动机的工作原理 电离空气粒子 第二级永磁发电机 扩散电离混合气体 向永磁发电机线圈发送足够多的电流 形成强大的磁场第二级永磁发电机就成为了发动机 使从燃烧室飞出的电离气体的运动速度增加数倍 使用电离空气作为初始工作体 扩散的电离混合气体在第二永磁发电机磁场中补充加速到25M 达到第一宇宙速度 解决物理矛盾2 74 利用矛盾矩阵表推荐解决问题的发明原理 35 参数变化即物理化学状态变化28 机械系统替代38 加速氧化19 周期性动作 无效 12 等势原理 无效 15 动态化 无效 75 变害为益 运用飞行器头部摩擦热来预热煤油 发动机用的煤油需要预热 而飞机的头部由于空气的高速摩擦发热需要冷却双层结构飞行器头部 既冷却了飞行器的头部 解决了飞机前端过热的问题 保证飞行器安全飞行的同时 又为运用煤油预热创造了条件 76 开发CAI软件的先驱 在原苏联明斯克 DrValeryTsurikov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 直至1995年 公司获得了成功 与摩托罗拉签订了300万美元的合同 1996年 日本三菱公司花1800万美元 购买了该公司的程序方案 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 紧接着在美国 以色列 比利时 CREAX 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 河北工业大学檀润华教授也开发出具有自主知识产权的CAI软件 CREAX软件具有较强劲的发展势头 77 CAI总体框架 生成专利 知识管理 78 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 79 Pro Innovator解题流程 问题定义 问题求解 方案实施与管理 80 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 81 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 Innovato