第一讲 TRIZ概述ppt课件

技术创新的利器TRIZ(萃智),赵锋西安建筑科技大学工业设计系E-mail:joyfull,1,内容提要,创新型国家建设中所面临的形势与任务世界范围内的TRIZ效应TRIZ理论与方法概述,2,创新型国家的基本内涵,创新型国家，是指把科技创新作为基本战略，大幅度提高科技创新能力，形成日益强大的竞争优势，从而在国际社会中保持强大竞争力的国家。它主要与依靠自身丰富自然资源增加国家财富，以及主要依附发达国家资本、市场和技术的国家相区别。,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！,3,按照现在权威的表述，创新型国家应至少具备以下4个基本特征：一是，创新投入高，国家的研发投入占GDP的比例在2以上；二是，科技进步贡献率在70以上；三是，自主创新能力强，国家的对外技术依存度指标在30以下；四是，创新产出高。,创新型国家的基本内涵,自主创新，方法先行！,4,国家的危机,中国科协副主席邓楠：由于没有核心技术，国内企业不得不将每部国产手机售价的20%、计算机售价的30%、数控机床售价的20%到40%支付给国外专利持有者全国人大副委员长成思危：我国技术对外依赖度已超过50%；现在科技对我国经济发展的贡献率只有30%左右，一半以上的技术要靠引进，只有万分之三的国内企业真正具有自主的知识产权,5,目前世界上公认的创新型国家有20个左右，包括美国、日本、芬兰、韩国等，这些国家所拥有的发明专利数量占全世界总数的99。国家创新能力目前大多用创新综合指数来评价。创新综合指数指标体系一般包括投入指标和产出指标两大类，在这两类指标体系中，最为重要的有：（1）全社会研发投入占国内生产总值的比重；（2）研发人员数量；（3）对外技术依存度；（4）国际科学论文被引用数；（5）本国人专利年度授权量等。,创新型国家的基本内涵,6,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,7,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,8,我国与创新型国家技术对外依存度比较,、,9,世界经济论坛（WEF）2010年9月9日向全球公布了全球竞争力报告2010-2011。瑞士继续占居榜首，瑞典取代美国占据第二、新加坡继续保持第三，美国因金融危机落至第四。与去年相比,中国排名由29位上升为第27位，为金砖四国唯一进入前30的国家。,2010-2011全球竞争力前30个国家排名,10,WEF2010-2011全球竞争力前30个国家或经济体排名表,Resource：TheGlobalCompetitivenessReport20102011，WorldEconomicForum，Geneva,11,WEF2009-2010全球竞争力前30个国家或经济体排名表,12,2010-2011年度创新型国家或经济体WEF排名,创新型国家或经济体每百万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,Resource：TheGlobalCompetitivenessReport20102011，WorldEconomicForum，Geneva,13,创新型国家或经济体每百万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,14,2010-2011国家创新能力WEF排名开展正规科学研究,研发新产品和新工艺的能力(Capacityforinnovation),排名国名(地区)得分变化排名国名(地区)得分变化,15,世界范围内的TRIZ效应,在TRIZ的诞生地前苏联，20世纪80年代，有500多所以TRIZ作为核心内容的“发明学校”，其任务是：训练学生具备解决各种发明性课题的能力。一些重要的科研机构和工程单位中，一度要求“每7个工程技术人员中有一个TRIZ工程师”。,16,世界范围内的TRIZ效应,在美国，很多企业，特别是大企业（如波音、通用、克莱斯勒、摩托罗拉等公司）将TRIZ全面应用在产品研发中，并取得了可观的经济效益。,17,世界范围内的TRIZ效应,在韩国，三星公司是全世界利用TRIZ取得成功的最为典型的企业之一。1997年，三星公司负债170亿美元，濒临破产。当年，三星公司不惜重金引进前苏联TRIZ专家并对技术人员进行了大规模的TRIZ培训，建立了专职的“TRIZ部队”。,18,世界范围内的TRIZ效应,19,世界范围内的TRIZ效应,国内知名企业的典型应用,船舶系统工程部等,702,710，712，713，715等研究所,中航601等研究所,203等研究所,20,世界范围内的TRIZ效应,几个典型案例福特汽车公司福特汽车公司：运用TRIZ，得到了28个对“汽车的推力轴承在大负荷时会出现偏移”这一技术难题的解决方案。其中最吸引人的方案是：利用低膨胀系数的材料制造轴承。,21,世界范围内的TRIZ效应,几个典型案例波音公司2001年，波音邀请25名前苏联TRIZ专家对波音450名工程师进行了2周的培训和讨论，获得了重要的技术创新启示，解决了大量的技术难题。其直接结果：战胜空客，赢得15亿美元的空中加油机订单。,22,世界范围内的TRIZ效应,三星公司以TRIZ为核心，在水原市建立“价值创新计划”中心。并将TRIZ应用于技术问题解决、产品进化预测、专利对抗和构建企业文化等四个方面。,几个典型案例韩国三星,23,世界范围内的TRIZ效应,几个典型案例中兴通讯公司2005年，中兴通讯公司对来自于研发一线的25名技术骨干(每人一个技术问题)进行了为期5周的TRIZ理论与方法学培训。结果在21个技术项目中取得了突破性进展，8个项目申请了专利。,24,世界范围内的TRIZ效应,世界范围内的一组统计数据：专利数量增加80%-100%，并提高专利质量。将产品开发效率提高60%-70%；缩短产品上市时间50%；,25,世界范围内的TRIZ效应,目前，TRIZ不仅在工程技术领域发挥着巨大作用，成为企业创新的利器，而且已经在自然科学、社会科学、管理科学、生物科学等多领域得到了应用。,26,世界范围内的TRIZ效应,TRIZ的荣誉超级发明术20世纪最伟大的发明前苏联对世界影响最大的三大发明之一,27,TRIZ理论简介,何为TRIZTRIZ的理论体系（谋+略+技巧+套路）TRIZ解决问题的方法和流程TRIZ解决问题的范围技术矛盾与创新原理物场模型与标准解法简介TRIZ的预测工具S曲线和技术系统进化法则,28,TRIZ理论简介,2.1何为TRIZ,TRIZ的名称由来：TRIZ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,29,TRIZ理论简介,2.1何为TRIZ,上世纪40年代，前苏联科学家阿奇舒勒带领他的团队开始了一项伟大的研究，希望找到发明创造的方法。在研究了250万份发明专利后，得出一个惊人的结论：人们解决技术问题的方法很多是重复的。阿奇舒勒一共总结出40种最常用的方法，并起名为40个创新原理。,根里奇阿奇舒勒G.S.Altshuller（19261998）,30,应用瞬间压力差原理产生的典型发明时间表：1945迅速去除青椒籽和蒂的发明1950迅速剥除松子、葵花籽和花生的壳的发明1972使钻石沿内部原有的微裂纹分割的发明1979船用发动机冷却水过滤器的快速清洁系统。应用该原理产生的发明已多达200多种,31,TRIZ理论简介,2.1何为TRIZ,通过对大量专利的分析，阿奇舒勒得出了以下三条发现：1.类似的问题与解在不同的工业及科学领域交替出现。创新的规律性2.技术系统进化的模式在不同的工程及科学领域交替出现。他山之石，可以攻玉3.创新所依据的科学原理往往属于其他领域。拓宽思路、打破思维定势以上三条即为TRIZ的核心思想,32,TRIZ理论简介,2.1何为TRIZ,33,TRIZ理论简介,2.2TRIZ的理论体系,谋,略,技巧,方法,34,40个发明原理39个通用工程参数和矛盾矩阵物理矛盾的分离原理物场模型分析,TRIZ理论简介,2.2TRIZ的理论体系,谋,略,技巧,方法,TRIZ的创造性思维：系统思维多屏幕法、智能小人法、金鱼法、尺度-时间-成本算子,技术系统进化法则最终理想解（IFR）,发明问题的（76个）标准解法发明问题标准算法物理效应和现象知识库,TRIZ的9大经典理论,35,TRIZ理论简介,2.3TRIZ解决问题的方法和流程,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,36,TRIZ理论简介,2.3TRIZ解决问题的方法和流程,技术矛盾解题流程：,37,TRIZ理论简介,2.4TRIZ解决问题的范围,(1)TRIZ通常不解决技术领域以外的问题；(2)TRIZ不解决技术领域中的5级发明问题，最适于解决2-4级的发明问题；(3)TRIZ不解决原始(从无到有)发明问题；(4)TRIZ不解决与技术规律无关的思维问题（只讲心理活动而与技术规律无关的问题（头脑风暴）。,补充知识：在TRIZ理论中，阿奇舒勒将发明划分为5个等级,38,TRIZ理论简介,2.5技术冲突(矛盾)与创新原理,(1)39个通用工程参数与技术冲突(2)40个发明原理(3)阿奇舒勒矛盾矩阵表(4)运用创新原理解决技术矛盾实例,39,39个通用技术参数:用来描述技术系统中出现的绝大部分技术冲突的物理参数、数学参数和概括性参数,40,39个通用技术参数的属性分类,41,冲突:为了改善技术系统的某个参数，导致该技术系统的另一个参数恶化。两个参数之间的冲突:改善A参数，导致B参数发生恶化。,TRIZ理论简介,2.5技术冲突(矛盾)与创新原理,42,40个发明原理用有限的40条原理来解决无限的技术冲突问题,43,原理举例：分割原理（1）,分割物体为独立的零件分割物体成为组合式的物件增加物体分割的程度例：组合式家具、小包装的饼干、木制折尺、百叶窗。,44,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,45,分割原理举例：组合式挖掘爪,挖掘爪的磨损速度不一，更换成本增加。,组合式挖掘爪可以个别更换。,46,分割原理举例：浮法玻璃,47,原理举例：动态化原理（15）,将一个静止的物体变为运动的物体；将一个结构刚性的物体变为柔性物体；使系统具有自动调节的特性。例：带铰接的超常公交车（使得公交车的长度可以达到25米，乘客可以达到300人）；加了万向轮的椅子；活动扳手；人造卫星上的天线（形状记忆合金）；,48,原理举例：曲面化原理(14),以曲线取代线性零件，以曲面取代平面，以球体取代立方体使用滾筒、球、螺旋以旋转运动取代线性运动，利用离心力例：滑鼠用球状结构将平面动作转换成向量,49,曲面化原理的应用比萨盒的设计,如何使比萨盒既保温又可以保证比萨的口感,拱形底增加强度和隔热。不仅可以使比萨盒密封从而保温，而且由于蒸馏水聚集到盒底避免了影响口感。,50,阿奇舒勒矛盾矩阵表,51,阿奇舒勒矛盾矩阵表（局部放大）,52,案例1波音飞机发动机整流罩的改造,问题描述：为了采用功率更大的引擎，需要有更多的空气进入引擎，必须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技术冲突分析：“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)是该系统中发生冲突的两个参数。,53,案例1波音飞机发动机整流罩的改造,54,建议：原理14-曲面化原理原理15-动态化原理原理18-振动原理原理4-不对称原理最终解决方案：应用创新原理4，将整流罩改为不对称形状,案例1波音飞机发动机整流罩的改造,以曲线取代线性零件，以曲面取代平面，以球体取代立方体使用滾筒、球、螺旋以旋转运动取代线性运动，利用离心力,以非对称形式替代对称形式如果对象已经是非对称，增加其非对称得程度,55,案例2纺织工艺流程的改进,问题描述：纺织印涂工艺过程中，织物要经过印涂辊进行印涂。通过特殊的涂敷过程使布料表面产生涂层，因而不再用浸泡织物的方法来产生涂层。系统存在的技术矛盾有：在这个操作中，机器的速度提高了，但是涂层的重量减轻了。我们需要的是一种方法来使我们增加涂敷速度的同时提供足够的涂层重量。,56,案例2纺织工艺流程的改进,解决思路和关键步骤：在生产过程中，我们要求涂敷部件应能完成这样的操作：增加涂敷速度的同时使织物有足够厚的涂层。我们利用技术矛盾矩阵来尝试解决上面提出的问题：矩阵表中，使系统提高的技术特性是：速度；矩阵表中，使系统恶化的技术特性是（矛盾的特性）：可靠性。,57,案例2纺织工艺流程的改进,58,案例2纺织工艺流程的改进,11#创新原理：预先防范原理建议：改进过程中，通过事先使用某些对策，来增加物体的可靠性。解决方向：改变织物的物理特性或涂敷物的物理特性，增加相互间的吸附能力。,提出的解决方案：对织物进行化学处理：添加某种化学物质来改进织物的湿面特性，织物增加了对涂敷物的吸附能力，这样就能保证织物在涂敷速度增加的同时吸附上更多的涂敷物。对涂敷物进行化学处理：添加某种化学物质，使涂敷物的粘性增加，更利于涂敷物在织物的表面吸附。,59,案例2纺织工艺流程的改进,35#创新原理：状态和参数变化原理建议：改变物体的各种状态参数，如改变物体的密度，弹性程度或温度等。解决方向：改变织物的组成或改变涂敷物的物理特性。,提出的解决方案：在织物的涂敷过程之前，可应用预热方法使织物在涂敷过程中吸收涂敷物。预热方法有利于织物的干燥，也有利于涂敷物的吸收。加热涂敷物之后，涂敷物的粘度会降低，从而优化了涂敷物的流体特性，更利于涂敷物从涂敷部件转移到织物上。,60,案例2纺织工艺流程的改进,28#创新原理：替换机械系统原理建议：用一个光学系统，声学系统或气味的系统来代替机械系统，即更换物质场。解决方向：改变或改善系统的作用场。,提出的解决方案：当压力一定时，如果使用一个更软一点更富有弹性的橡皮辊，橡皮辊和印辊之间的接触面积将增加。这将增加织物吸附涂敷物的滞留时间。印辊得到的机械压力来自捏合辊，捏合辊也可用一个充气辊来代替，充气辊是中空的辊，可通过中间充气或放气来增加辊的硬度。,61,案例2纺织工艺流程的改进,最终解决方案：通过理论上的分析,我们利用创新原理28，最终解决了问题，即：使用更软一点的辊，涂层重量大大增加了，涂敷速度就可以在一定范围内增加。根据研究结果，改变原来的硬度为90(邵氏硬度)的橡皮辊，取而代之的是硬度为60(邵氏硬度)软一点的橡皮辊。期望总涂层重量为大约2.50oz./yd2（盎司/平方码）。以前以30yds./min（码/分钟）速度运行涂层重量大约2.35oz./yd2（盎司/平方码）。改变辊的硬度后，取得了非常满意的效果，问题得到了有效的解决。,62,TRIZ理论简介,2.6物场模型与标准解法简介,技术系统的目的是执行”功能”。它的基本组成包括两个物质(S1,S2)和它们之间的作用力，称为场(F)。场是产生作用力的一种能量。技术系统的功能模型可以用一个完整的物场三角形来表示。物质是指工程系统中包含的任意复杂级别的体对象材料：基料、辅料工具：流水线、设备、部件（组件）零件环境、人：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、电场、磁场、热场其它的作用场：机械场、风场、化学场、放射场、生物场、声场、嗅觉场、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。,63,TRIZ理论简介,2.6物场模型与标准解法简介,例1：猎人与狗,分析：作用不足解法：引入新的物质,64,TRIZ理论简介,2.6物场模型与标准解法简介,分析：有害和有用作用同时存在建议：引入第二个场来消除有害作用,S1,S2,F1,例2：防止钢丸发送机弯管破损,65,例2：防止钢丸发送机弯管破损,TRIZ理论简介,2.6物场模型与标准解法简介,66,韩国浦项：TRIZ在钢铁生产中的应用,韩国浦项技术研究实验室J.E.Cho博士在2005年应用TRIZ理论来解决厚板生产中的氧化铁皮问题。下面简要介绍一下这个问题的TRIZ解决过程。,67,韩国浦项：TRIZ在钢铁生产中的应用,问题描述：由于宽厚板工艺要求，经常出现钢板在粗轧和精轧之间辊道上来回摆动的现象。由于钢板“上下表面”热量散失速度不同，使得钢板上下表面出现较大的温差，从而导致钢板在经过ACC（快速冷却系统）之后出现板形问题。经过调查分析，表面氧化铁皮厚度是产生钢板上下表面温差的主要原因，同时氧化铁皮厚度不均匀和辊道冷却水的使用有很大关系。,68,弯曲的钢板,问题描述:需求:钢板的上部和下部的温度差维持在20C以内目前:温度差50C,钢板厚度:4060mm,钢板上部和下部的温度差引起钢板弯曲.,69,韩国浦项：TRIZ在钢铁生产中的应用,问题分析：根据TRIZ理论，这个问题可以形成一个物场模型，即由钢板、辊道和冷却水组成的系统，三者分别通过力学模型、温度模型和化学模型建立相互之间的联系。该系统主要功能是水冷却辊道、辊道搬运钢板，有害功能是水会产生氧化铁皮、钢板保持氧化铁皮。主要功能和有害功能是相互矛盾的，即如果增强水的冷却效果，势必会增加钢板上下表面氧化铁皮厚度差，如果为了降低氧化铁皮厚度差要减少水量，就导致辊道冷却效果下降，从而产生辊道不转等设备