发明问题解决理论

1主讲人：曾富洪发明问题解决理论2

发明问题

解决方案冲突分析39个工程参数冲突矩阵40条发明原理理论支持：技术系统进化的4个阶段、8种规律(模式)、20(300)条路线→成熟度预测简单清楚复杂模糊技术冲突物理冲突4种分离原理建议方案11种分离方法（知识库中的方案）物场分析功能分析ARIZ算法：复杂发明问题的程式化流程76个标准解共五级：13+23+6+17+17科学效应库（100余条）多屏法STC法金鱼法小人法标准问题非标问题标准问题一般问题30个Howto模型知识库（专利库.万余条）TRIZ创新思维最终理想解(IFR)资源分析辩证法＋系统论＋本体论＋基础知识＋专业知识＋交叉学科知识+领域经验3

阿奇舒勒提出了应用Howto模型结合科学效应知识库进行发明创造的方法，并给出了30个标准的Howto模型，以及这些模型的实现经常要用到的100个科学效应，来帮助我们解决工程中常见的问题。应用howto模型与知识库解题时也遵循TRIZ理论解题的基本流程，先将实际问题转化为howto模型，其基本形式为如何+动词+名词，如：“如何升高温度”，“如何改变尺寸”，”“如何控制力”等，然后利用科学效应知识库这种中间工具，获得解决问题模型，即知识库中的方案。如果可以将知识库中的方案应用到实际问题中，这个实际问题就迎刃而解了。Howto模型和科学效应知识库41测量温度11稳定物体位置21改变表面性质2降低温度12产生/控制力，形成高的压力22检查物体容量的状态和特征3提高温度13控制摩擦力23改变物体空间性质4稳定温度14解体物体24形成要求的结构，稳定物体结构5探测物体的位移和运动15积蓄机械能与热能25探测电场和磁场6控制物体的位移16传递能量26探测辐射7控制液体及气体的运动17建立移动的物体和固定的物体之间的交互作用27产生辐射8控制浮质的流动18测量物体的尺寸28控制电磁场9搅拌混合物，形成溶液19改变物体的尺寸29控制光10分解混合物20检查表面状态和性质30产生及加强化学变化标准的Howto模型5序号实现的功能 代码序号实现的功能代码序号实现的功能代码1测量温度F111稳定物体位置F1121改变表面性质F212降低温度F212产生/控制力，形成高的压力F1222检查物体容量的状态和特征F223提高温度F313控制摩擦力F1323改变物体空间性质F234稳定温度F414解体物体F1424形成要求的结构，稳定物体结构F245探测物体的位移和运动F515积蓄机械能与热能F1525探测电场和磁场F256控制物体的位移F616传递能量F1626探测辐射F267控制液体及气体的运动F717建立移动的物体和固定的物体之间的交互作用F1727产生辐射F278控制浮质的流动F818测量物体的尺寸F1828控制电磁场F289搅拌混合物，形成溶液F919改变物体的尺寸F1929控制光F2910分解混合物F1020检查表面状态和性质F2030产生及加强化学变化F30科学效应功能代码表6功能代码实现的功能TRIZ推荐的科学效应和现象科学效应和现象序号F1测量温度热膨胀E75热双金属片E76伯耳帖效应E67汤姆逊效应E80热电现象E71热电子发射E72热辐射E73电阻E33热敏性物质E74居里效应(居里点)E60巴里豪森效应E3霍普金森效应E55F2降低温度一级相变E94二级相变E36焦耳—汤姆逊效应E58伯耳帖效应E67汤姆逊效应E80热电现象E71热电子发射E72科学效应和现象清单7

灯泡内部气体有一定的压力，当这个压力比正常压力高或低时，有可能导致灯泡的爆裂。解题思路：应用howto模型将问题定义为：如何准确测量灯泡内部气体的压力。查询得到可以测量压力的科学效益和现象有机械振动、亚电效应、驻极体、电晕放电、韦森效益等多种，而其中只有电晕的出现依赖于气体成分和导体周围的气压。最终的解决方案为：用电晕放电效应测量灯泡内部气体的压力。例子：灯泡压力测量8ARIZ算法全称为AlgorithmforInventive-ProblemSolving,是TRIZ中最强有力的解决发明问题工具，其目标是解决物理矛盾，专门用于解决复杂、困难的发明问题。在经历了不断完善和发展的过程后，ARIZ算法以其易操作性、系统性、实用性以及易流程化等特性，成为TRIZ发明问题解决理论的重要支撑。对于那些问题情境复杂，矛盾不明显的非标准发明问题，它显得更加有效和可行，因此在全球创新科学研究与应用领域占据着首屈一指的地位。ARIZ算法本身过于复杂，不宜掌握，对使用者要求较高，其应用远不及TRIZ其他方法工具那样广泛。8ARIZ算法背景介绍91.矛盾理论2.克服对问题的思维定势（1）将初始问题转化为“缩小问题”(Mini-Problem)和“扩大问题”(Maxi-Problem)两种形式。（2）系统变化方法（3）强调应用系统内外和超系统的所有可用资源。3.集成应用TRIZ法中大多数工具4.充分利用TRIZ法效应库和实例库，并不断扩充实例库。9ARIZ算法主导思想和观点1010ARIZ算法的流程11步骤1：分析与表述问题步骤2：抽象提取技术矛盾步骤3：抽象提取物理矛盾步骤4：建立“物质-场”模型步骤5：ARIZ需求功能分析步骤6：扩大思维领域步骤7：原理解的具体化步骤8：评价判断原理是否为最优解步骤9：分析解的典型程度11ARIZ算法的流程121．ARIZ致力于克服思维约束。2．ARIZ包含对理想解的思考。3．ARIZ擅于利用资源。ARIZ算法强调矛盾的消除要最大限度地利用系统内外资源并借助物理学、化学、几何学等工程学原理，需要用到ARIZ算法思想中的系统变化的思想。需要充分考虑系统内部的子系统以及系统所处的超系统。还要利用七种类型资源：物质、能量/场效果、可用空间、可用时间、物体结构、系统功能和系统参数.12ARIZ算法的特色131．ARIZ算法的分析比较困难，需要使用者具有一定的知识和经验积累。其“最小问题”、“系统矛盾”、“问题模型”、“理想解”和“可用资源”等都不容易建立。并且不同的人有不同的观点，无法快速分辨不同观点的优劣。2．复杂问题往往包含多个矛盾，各个矛盾之间甚至也会互相影响，此消彼长，很难一下子掌握、得出主要矛盾。用ARIZ算法解决复杂矛盾具有一定的局限性。3．ARIZ算法比较适用于解决详细具体的技术问题，对概念性设计和技术发展趋势的预见性不足。13ARIZ算法的不足141.定义最小问题。不对系统做大的改变。2.发掘系统矛盾。ARIZ算法成功与否的关键就在于正确的分析表达矛盾。3.建立问题模型。可以类似对比运用物-场模型的知识。4.领域和资源分析。即综合考虑各方面资源，分析矛盾的解决中对资源的有效应用。5.参照技术系统进化的八个模式确定理想解。6.分析存在的物理矛盾。7.物理矛盾的解决对策。8.总结评价问题解决情况和系统改善状况。14ARIZ算法的运用（八个步骤）152008年初的一场大雪和严寒令国人永铭心际,电线上堆积的冰棱和大雪压断了电线,甚至压倒了电杆和电线铁塔。能否设计技术方案,解决这个问题,避免类似悲剧的重现。首先分析技术矛盾，此问题没有明显的技术矛盾。再次提取物理矛盾：在气温零度以下的下雪天，电线上必然会堆雪，雪会生成冰棱。但人们又希望电线上没有雪。电线上存在雪和不应该存在雪构成了物理矛盾。解决矛盾的原理：物理矛盾可采用四个分离原理解决。但苦思冥想后没有得出实际有效的解法。结论：通过技术矛盾和物理矛盾解决办法难以奏效。15例：电线覆冰的去除161.提取物场模型：S2：雪和冰棱。F:在导线中有电流，交变电流会在导线周围产生电磁场。结论：缺少元件，无法建立物场模型。2。解决方案：首先应该补充物S1，使得S1、S2和F构成基本的物场模型。如果场F作用于物S1，物S1使得S2融化而离开电线即可解决矛盾。参考附录C提供的效应指南6.6电磁效应（2）涡流效应：“冰箱中冰霜的解冻”，得知交变电磁场可在磁性物体中产生磁涡流而因磁阻转化为热量，机械行业中的高频淬火就是此原理。又查到磁性材料有居里点一说，即材料温度在居里温度以下有磁性，高于居里温度为顺磁。Ｓ１Ｓ２Ｆ16例：电线覆冰的去除173.得到解决问题的方案为：高压线中都存在高压交变电流。在电线上加一个磁性材料做成的套，一般情况下温度高，磁性材料为顺磁性，导线有电时套中无电磁涡流。但当温度低于居里点时，磁性材料表现为磁性，导线通电时套中产生磁涡流进而产生热，堆积在套表面的雪融化、脱离，矛盾得以解决。进一步查当前磁性材料，发现纯钛酸钡的居里点在60~80℃，太高。希望能有居里点在0~5℃的磁性材料。4.结论：有待寻找低居里点的磁性材料。本解决方案采用了类似机械行业高频淬火的办法，解决了导线上雪的解冻问题，跨行业，属于三级发明问题。同时考虑能否应用到其他行业。17例：电线覆冰的去除181.问题：在谷粒中常会掺杂一些害虫和虫卵，如果加热谷物到一定温度如65℃左右，虫和卵都会死亡，而谷物不致于加热变熟。但加热方法会消耗大量的电能，局部的高温还是会使部分谷物变熟。2.解决方法：在谷物中掺入居里点为65℃的含钛酸钡的导电砂，在交变磁场中，导电砂在温度小于65℃时产生电磁涡流，加热周围的谷物。而当温度达到65℃时，导电砂变为顺磁性，不再产生电磁涡流，可以使谷物温度不超过65℃。随后在65℃以下时，用恒定磁场吸走导电砂，谷物就得以清洁。S1（低居里点导电砂）S2（虫和卵）Ｆ(交变磁场)S3（谷物）18例：电线覆冰的去除（引申应用）19（1）九屏幕法根据系统论的观点，系统由多个子系统组成，并通过子系统间的相互作用实现一定功能。系统之外的高层次系统称为超系统，系统之内的低层次系统称为子系统。我们要研究的、问题正在当前发生的系统称为当前系统。以汽车为例，如果把汽车作为当前系统，则轮胎、发动机、方向盘等都是汽车的子系统，交通系统是汽车的一个超系统。九屏幕法是一种考虑问题的方法，是指在分析和解决问题的时候，不仅要考虑当前系统，还要考虑其超系统和子系统；不仅要考虑当前系统的过去和将来，还要考虑超系统的过去和将来。TRIZ创新思维方法20TRIZ创新思维方法（1）九屏幕法21九屏幕法的作用：帮助我们多角度看待问题，突破原有的思维局限多个方面和层次寻找可利用的资源，更好地解决问题九屏幕法的步骤：第一步，先从技术系统本身出发，寻找可以利用的资源第二步，考虑技术系统中的子系统和系统所在的超系统的资源第三步，考虑系统的过去和未来，分析可以利用的资源第四步，考虑子系统和超系统的过去和未来TRIZ创新思维方法（1）九屏幕法22太空钢笔据说，早期美国航天员在太空中用钢笔写不出字来，这是因为太空中缺乏重力的缘故。于是，美国航空航天局决定划拨100万美元专款进行攻关。研究是在极其秘密的状态下进行的，经过半年多夜以继日的集中攻关，最后研制出了一款专用的、十分精密的太空钢笔。在庆祝大会上，美国宇航局的一位官员突生疑问：我们如此费力，那么苏联航天员在太空中使用什么笔写字的？TRIZ创新思维方法（1）九屏幕法23当前系统普通钢笔系统的未来太空钢笔当前系统的过去蘸水笔或铅笔超系统空间站(失重)超系统的未来空间城市(失重)超系统宇宙飞船(失重)子系统无压墨水笔芯子系统的未来稳压出水笔芯子系统的过去鹅毛管或铅芯TRIZ创新思维方法（1）九屏幕法24YoursitehereLOGOTRIZ创新思维方法（2）理想化25YoursitehereLOGOTRIZ创新思维方法（2）理想化26第一步：设计的最终目的是什么？第二步：理想解是什么？第三步：达到理想解的障碍是什么？第四步：出现这种障碍的结果是什么？第五步：不出现这种障碍的条件是什么？创造这些条件存在的可用资源是什么？TRIZ创新思维方法（2）理想化27LOGO

农场主有一大片农场，放养大量的兔子。兔子需要吃到新鲜的青草，农场主不希望兔子走得太远而照看不到。现在的难题是，农场主不愿意也不可能花费大量的资源割草运回来喂兔子。这难题如何解决？TRIZ创新思维方法（2）理想化281)问题的最终目的是什么?

兔子能够吃到新鲜的青草。2)理想解是什么?

兔子永远自己吃到青草。3)达到理想解的障碍是什么?

放兔子的笼子不能移动。4)出现这种障碍的结果是什么?

由于笼子不能移动，可被兔子吃的草地面积不变，短时间内青草就被吃光了。5)不出现这种障碍的条件是什么?

当兔子基本吃光笼子内的鲜草时，笼子移动到另一块有青草的地方。

创造这些条件存在的可用资源是什么?

笼子本身按上轮子，兔子自己可推动其运动到有青草的地方。即兔子本身就是可用资源。

TRIZ创新思维方法（2）理想化29TRIZ创新思维方法（3）小人法30TRIZ创新思维方法（3）小人法31TRIZ创新思维方法（3）小人法例：水计量计当水量到达计量值时，由于重力作用，左端下沉，排除计量水量问题：水计量计中的水没有办法完全排除，导致计量不准确32TRIZ创新思维方法（3）小人法33TRIZ创新思维方法（3）小人法34作用：更形象生动地描述技术系统中出现的问题通过用小人表示系统，打破原有对技术系统的思维定势，更容易解决问题，获得理想的解决方案TRIZ创新思维方法（3）小人法35将幻想的、不现实的问题求解构想，变为可行的解决方案金鱼法是一个反复迭代的分解过程利用金鱼法，有助于将幻想式的构想转变成切实可行的构想TRIZ创新思维方法（4）金鱼法36