程功 彭英 沈龍江 黃獻

摘 要：TRIZ創(chuàng)新方法是用來解決發(fā)明級別的理論，它被稱作“神奇的點金術”，曾被蘇聯(lián)列為軍事機密，它包含創(chuàng)新思維、創(chuàng)新工具、技術進化、創(chuàng)新算法等理論體系。本文主要研究TRIZ理論中創(chuàng)新思維與創(chuàng)新工具內在的聯(lián)系，探索二者的深度嵌套迭代，充分打開思路，提高創(chuàng)新效率，提升創(chuàng)新質量。

關鍵詞：TRIZ；創(chuàng)新思維；創(chuàng)新工具；嵌套；迭代

一、引言

2007年，王大珩、劉東生、葉篤正等三位老科學家致信時任國務院總理溫家寶，提出“自主創(chuàng)新，方法先行，創(chuàng)新方法是自主創(chuàng)新的根本之源”等觀點，得到了溫家寶高度重視并做出重要批示。2008年，科技部、國家發(fā)展改革委、教育部、中國科協(xié)聯(lián)合發(fā)布了《關于加強創(chuàng)新方法工作的若干意見》，開始在全國范圍推廣創(chuàng)新方法。其中TRIZ就是最為經典的創(chuàng)新方法之一，它是蘇聯(lián)偉大發(fā)明家Genrich S. Altshuler（根里奇·阿奇舒勒）及團隊從大量專利中總結提煉，用來解決發(fā)明級別問題的一套理論體系。TRIZ是俄文ТеорииРешения Изобрет-Ательских Задач翻譯為拉丁文Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch首字母的縮寫。

TRIZ包含創(chuàng)新思維、創(chuàng)新工具、S曲線與進化法則、ARIZ發(fā)明問題算法等，其中創(chuàng)新思維和創(chuàng)新工具是TRIZ非常重要的理論體系。然而在TRIZ教學、推廣過程中，大多只將二者分開講授，在實際創(chuàng)新活動中也存在創(chuàng)新思維與創(chuàng)新工具脫鉤的情況，導致創(chuàng)新思路不能完全打開，課題突破性不足、創(chuàng)新性嚴重缺乏。

美國創(chuàng)造心理學家格林提出創(chuàng)新能力由10個要素構成，即知識、自學能力、好奇心、觀察力、記憶力、客觀性、懷疑態(tài)度、專心致志、恒心、毅力等。

我國學者莊壽強提出了一個創(chuàng)新能力的表達公式：

創(chuàng)新能力=K×（創(chuàng)造性人格+創(chuàng)造性思維+創(chuàng)造原理）×知識量2

式中：K為一個常量，亦可視為個體的潛在創(chuàng)新能力；創(chuàng)造性人格可以理解為對于創(chuàng)新的一種精神；創(chuàng)造性思維可以類比TRIZ中的創(chuàng)新思維；創(chuàng)造原理可以類比TRIZ中的各種創(chuàng)新工具；知識量是創(chuàng)新的基礎。對于創(chuàng)新主體的人來說，這幾個部分不可分割，缺一不可。以下內容所涉及的“創(chuàng)新思維”“創(chuàng)新工具”均為TRIZ理論中的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新工具，它們之間存在各種聯(lián)系，可彼此補短，嵌套迭代應用可發(fā)揮出更強大的創(chuàng)新效果。

二、創(chuàng)新思維簡析

創(chuàng)新思維有IFR、九屏幕、小人法、STC算子、金魚法等，本文僅做簡單解析。

（一）IFR

IFR是英文Ideal Final Result首字母的縮寫，中文含義為最終理想解，也有翻譯為最終的理想結果、理想的最終解等。IFR是TRIZ理論的核心思想，所有創(chuàng)新的過程和技術進化都圍繞著IFR，它是創(chuàng)新活動的導航儀。ARIZ59、ARIZ61、ARIZ71、ARIZ85C等版本對IFR的描述上有所不同，但是核心理念是一致的。

為了更好地理解IFR，可以先了解阿奇舒勒提出的理想機器的概念。創(chuàng)新的過程其實就是在尋找某一“機器”（這個機器也是一個新的技術系統(tǒng)），它可以實現(xiàn)所需的功能（或是解決某個問題）。沒有實體卻能完成所需功能的機器被稱作理想機器，這個理想機器實現(xiàn)了IFR。

例1：汽車的功能是把人（或貨物）從A地運送到B地，汽車的IFR是：人（或貨物）自我從A地移動到B地，這種IFR定義可以為：作用對象自我實現(xiàn)功能。

例2：要解決地面磨損汽車輪胎的問題，此時的IFR就是：磨損發(fā)生的區(qū)域自我解決磨損問題，這種IFR定義可以為：問題區(qū)域自我消除缺陷。這兩種IFR定義并沒有本質區(qū)別，所需的“機器”都實現(xiàn)了理想化：實體全無、功能俱在。

（二）九屏幕

九屏幕法也稱作九宮格法、九屏圖法等，它是一種將點擴充到面的系統(tǒng)性思維，它是由系統(tǒng)、子系統(tǒng)、超系統(tǒng)3個層級的系統(tǒng)軸和現(xiàn)在、過去、未來3個階段的時間軸組成九個屏幕的思維方法。九屏幕更準確的叫法應該是多屏幕。從系統(tǒng)軸來看，子系統(tǒng)也還有其子系統(tǒng)，超系統(tǒng)也還有其超系統(tǒng)；從時間軸來看，系統(tǒng)的過去還有其自己的過去，系統(tǒng)的未來也還有其自己的未來，這樣分析問題的屏幕數(shù)還可以擴充到25個、49個等。

例3：無人駕駛汽車未來發(fā)展的分析，普通人能快速想到方向盤、油門、剎車等會“消失”或者有相應的變化。這種分析是憑直覺，單一又不全面。為了更加全面、科學分析預測無人駕駛汽車的未來，以汽車為當前系統(tǒng)，建立一個九屏幕。系統(tǒng)軸將汽車分解為動力、剎車、控制等子系統(tǒng)，超系統(tǒng)有駕駛員、乘客、道路、行人、調度等，時間軸結合S曲線和八大進化法則進行分析。汽車未來的發(fā)展不僅是受自身的需求變化，還要滿足子系統(tǒng)和超系統(tǒng)的變化，這樣分析問題將會變得更加全面、客觀，尋找解決問題的思路和資源也更加豐富。

（三）STC算子

STC算子從Size尺寸（注：S理解為尺度更為貼切）、Time時間、Cost成本3個維度6個方向去分析問題，以極限思考的方式打破思維定勢。例3中分析無人駕駛汽車的發(fā)展，可以將汽車作為分析對象，將S（汽車體積、速度、定位精準度等參數(shù)）、T（汽車行駛時間）、C（汽車各項成本）從無限小到無限大進行分析。S：汽車變得無限小，是現(xiàn)在體積的1/2、1/4，甚至于比人還??；汽車變得無限大，是現(xiàn)在體積的2倍、4倍，甚至于大到整個城市。C：汽車成本變得無限小，1000元、500元，甚至于0成本，使用汽車不僅不花錢，還可以掙錢；汽車成本變得無限大，100萬元、1000萬元，甚至于汽車變成世界上最昂貴的資源。

（四）小人法

小人法，也叫智慧小人法、聰明的小矮人法、微型小矮人法等，它將一組一組的小人來模擬某些組件或系統(tǒng)，這些小人都具備思想，它們能夠按照需求進行變動重組，這種思維方法可以打破創(chuàng)新者對于系統(tǒng)、組件固定不可拆分的思維定勢。

例4：自動泊車技術分析。某家公司在進行自動泊車技術的開發(fā)，其中使用雷達、超聲波、GPS定位等技術進行避障都會受到很多環(huán)境的影響，他們在討論如何在低成本下提高這些技術的定位精度，難度非常大。這時可以將一組一組的小人模擬汽車，不同的小人具備不同的功能，他們還可以按照要求進行重組。通過小人法可以轉換和發(fā)散思維，汽車可分離、可重組，自動泊車時，即使車沒有避障也不會發(fā)生安全事故，能達到從A點到B停車點的目的即可。

（五）金魚法

金魚法靈感源自普希金《漁夫與金魚》的童話故事。金魚法將要解決的問題分為現(xiàn)實1和幻想1兩部分，現(xiàn)實部分1是已經存在的部分，幻想部分1暫時不能解決，如果將該幻想部分1繼續(xù)進行分解為現(xiàn)實2和幻想2……，一直將問題分割為非常聚焦的幻想部分n，解決了該幻想部分n，那么整個需要解決的問題將迎刃而解。

三、創(chuàng)新工具簡析

創(chuàng)新工具有技術矛盾、物理矛盾、物場模型與How To模型等，本文僅做簡單解析。

（一）技術矛盾與40個發(fā)明原理

創(chuàng)新過程中，優(yōu)化某一個參數(shù)會導致另一個或幾個參數(shù)的惡化，優(yōu)化和惡化的參數(shù)之間形成了技術矛盾，在阿奇舒勒矛盾矩陣表中，可以尋找對應的發(fā)明原理解決各種技術矛盾對。

例5：桌子強度低的問題分析。如果增加桌子厚度，那么其強度得到優(yōu)化，但是惡化了其搬運時的重量，通過查找矛盾矩陣表，對應的發(fā)明原理可以指導解決當前強度與運動物體重量之間的技術矛盾。

（二）物理矛盾與四大分離原理

創(chuàng)新過程中，針對問題A的解決，需要提升參數(shù)C （或朝某一方向改進），問題B的解決，又需要降低參數(shù)C（或朝另一相反方向發(fā)展），這樣參數(shù)C就有兩個不同方向的需求，形成了一對物理矛盾。針對例5，桌子的厚度既要增加（為了提升強度），又要降低（保證保運時的輕便）。物理矛盾可以通過四大分離原理解決。如時間分離：可以思考桌子搬運的時候薄，使用的時候厚，時間上不交叉；空間分離：桌子局部厚，局部薄，空間上不交叉。

技術矛盾、物理矛盾的問題均屬于參數(shù)屬性較為明顯的問題，二者也可以進行相互轉化。

（三）物場模型與76個標準解

創(chuàng)新過程中，參數(shù)屬性、矛盾對不明顯，而其結構屬性（作用關系）清晰的問題，可以建立物場模型，再結合對應的標準解進行問題的求解。針對例5桌子強度低的問題，從物場角度分析：有外界物體對桌子產生了壓迫的有害作用。標準解S1.2.1，引入S3對消除外界物體的有害作用；標準解S1.2.2，引入外界物體或者桌子的變形體消除S2的有害作用；標準解S1.2.4，并聯(lián)場消除S2的有害作用……

（四）How To模型與科學效應庫

創(chuàng)新過程中，功能需求較為明顯的問題，可以建立How To模型，再結合科學效應庫進行求解。針對例5，問題的解決可以是提高桌子的強度，對照效應庫的功能表，較為接近的需求功能是F11穩(wěn)定物體的位置，對應的效應為E22電場、13磁場、17磁性液體。啟發(fā)思路：桌面與地面形成相同磁場或電場，磁場可以提升桌子支撐物體的強度；磁性液體，可以通過磁場的控制，桌子可變換成任意形狀，并具備一定的強度。

四、創(chuàng)新思維與創(chuàng)新工具異同點

（一）相同點

（1）二者都有自身的分析和解題步驟；

（2）都可以單獨應用進行創(chuàng)新。

（二）不同點

（1）創(chuàng)新工具都對應的“庫”，而創(chuàng)新思維則沒有。技術矛盾的庫為39個工程參數(shù)與40個發(fā)明原理，物理矛盾的庫為四大分離原理，物場模型的庫為76個標準解，經典TRIZ中How To模型的庫為30個功能與100個科學效應。

（2）創(chuàng)新工具解題步驟相對更加具體，解決問題一致性較強，但在某些場景下會存在一定的局限性，庫也需要不斷擴充和更新；創(chuàng)新思維的哲學性更強、適用性更廣，任何領域都可以應用，但其解題步驟相對較為發(fā)散，解決問題的一致性沒有創(chuàng)新工具好。

五、創(chuàng)新思維與創(chuàng)新工具的嵌套

創(chuàng)新思維和創(chuàng)新工具就像人的左腦和右腦開發(fā)一樣，在創(chuàng)新的過程中不可分割。創(chuàng)新工具更多地側重于邏輯性思考，而創(chuàng)新思維更多地側重于發(fā)散性思考，二者應該結合使用，嵌套迭代。

例6：桌子強度低的問題分析（例5續(xù)）。

這里我們加上一些限制條件，如某一特定的會議室，該會議室功能需求多樣，既要作為會議用，又要進行培訓，還可以舉辦一些其他活動。所以該會議室的桌椅搬運的頻次較高。當前情景的問題是：該會議室桌子的強度不足（見圖1）。

問題：桌子強度低

初步手段：增加桌子厚度

后果：桌子重量增加

這是典型的技術矛盾，可以先采用技術矛盾大框架流程進行求解。

技術矛盾：強度vs運動物體重量（也有專家提出當前問題優(yōu)化的參數(shù)應該是穩(wěn)定性、形狀等，這里不做詳細討論。）

查詢矛盾矩陣表，推薦的發(fā)明原理有：1#分割、8#重力補償、40#復合材料、15#動態(tài)特性。

到了這一步，很多創(chuàng)新工程師首先想到的是40#復合材料和15#動態(tài)特性，瞬間就能想到一些方案。復合材料：尋找一種強度高且重量低的復合材料；動態(tài)特性：給桌子安裝滾輪（見圖2）。

這種思考不能說其錯誤，但缺乏創(chuàng)新性。而分割、重力補償原理也沒能聯(lián)想到很好的方案。

這些都是技術矛盾在應用過程中常見的問題：發(fā)明原理得不到很好應用、創(chuàng)新方案單一、創(chuàng)新性不足等。創(chuàng)新思維的聯(lián)合應用可以彌補上述問題。

針對1#分割，這里先要自我設置幾個問題：（1）分割目的是什么？（2）分割誰？（3）分割方法是什么？（4）分割的程度？

（1）分割的目的肯定是要滿足強度與運動物體重量之間的矛盾。

（2）對于分割誰的問題，九屏幕無疑是個很好的思維引導。九屏幕法中將誰定義當前系統(tǒng)并沒有嚴格的要求，應該視具體情況而定，這里將桌子作為當前系統(tǒng)較為合理。從九屏幕的系統(tǒng)軸來看，這里可以將系統(tǒng)或子系統(tǒng)進行分割。這里還可以將某些超系統(tǒng)進行分割，但不是首選，從IFR和產品設計角度思考，超系統(tǒng)資源我們可以借用（或借用后改動），但不是改動的首選。

有了九屏幕的輔助，我們就知道了分割的對象可以從桌面、桌腿、加強支撐等入手。

（3）分割方法可以是水平分割、垂直分割，甚至傾斜分割等。

如此，1個發(fā)明原理至少可以從6個方向進行分析，方案更加豐富：桌面水平分割、桌面垂直分割、桌腿水平分割、桌腿垂直分割、支撐水平分割、支撐垂直分割等，甚至桌面并不是真的進行分開，而是局部隔開，隔開的地方有加強筋（見圖3）。

（4）分割程度的思考，我們一般考慮分割就是一分為二、一分為三、一分為四等。至此，很少再繼續(xù)分析下去了，原因是我們日常見到的就是如此，這時STC算子可以幫助打破思維定勢。S可以定義為分割后單個桌面（或者桌腿、支撐）的厚度，如果沿著S往無窮小的方向進行分析，1/2厚度、 1/4厚度、 1/8厚度，甚至到0，0厚度的桌子就接近于桌子的IFR：實體全無、功能俱在，這樣的桌子可以是氣體或者場的形式存在（見圖4）。除此還可以進行STC其他參數(shù)的深度分析。

針對動態(tài)特性原理的應用，結合九屏幕法、STC等進行思考也會更加簡單，通過它們的輔助，我們不僅能想到桌腿加滾輪的方法，還可以分析到讓桌面、支撐的動態(tài)化。桌面的動態(tài)化：桌面可以做成可變的圓形（見圖5），搬運時可以整體滾動（圓邊可以折疊），甚至可以將整個做成變形的球（見圖6），這個球還可以是鏤空的，起到高強度、低重量、易搬運、藝術性增強的效果。

當前的技術矛盾結合小人法分析會非常有意思。桌子并不是我們認為的固定、不可分割的，而是一組一組、一層一層的藍色小人手牽手組成，他們可以任意排布組合。

小人問題模型：這些手牽手的小人在受到外界紅色小人壓迫后，會產生變形，甚至斷裂破壞。

小人解決模型（見圖7）：

模型一：強壯且輕便的小人。強度和重量的矛盾得以解決。

模型二：層間具備推力的小人。力的傳遞，接觸外界的那層小人不會變形。

模型三：結構承受力強的小人。合理布局，讓小人的結構更加穩(wěn)定。

模型四：受力均勻分布的小人。降低外界小人的壓迫力，可以將壓迫力進行分解，分解到內部小人的各個部位。

模型五：外界助力的小人。降低外界小人的壓迫力，將外部小人的力轉移，轉移到其他，比如超系統(tǒng)某些組件。

過渡到最終方案：高強度材料桌子、層間同極磁場桌子、微拱形桌子、帶有受力分配器的桌子、超系統(tǒng)組件充當桌腳的桌子、地面有磁場（或其他場）支撐的桌子……

當然，為了更接近IFR，這些方案還可以結合創(chuàng)新思維和創(chuàng)新工具進行進一步的嵌套迭代；在實際創(chuàng)新過程中，還會存在其他各種限制條件，應結合具體情況進行創(chuàng)新思維和創(chuàng)新工具的選擇、嵌套。

在實際情況中，IFR應該貫穿問題分析和解決的始終：桌子（或者問題發(fā)生的區(qū)域）自己就解決了強度低的問題，這中間會呈現(xiàn)出諸多矛盾或其他新的問題，通過創(chuàng)新思維和創(chuàng)新工具的不斷嵌套迭代進行最優(yōu)方案的求解。

六、總結

創(chuàng)新思維可以嵌套于創(chuàng)新工具中，創(chuàng)新工具也可以嵌套到創(chuàng)新思維中，甚至創(chuàng)新思維、創(chuàng)新工具自身也可以進行嵌套。物場模型解題時，要想提高理想度，也必須要結合IFR、九屏幕等創(chuàng)新思維，標準解的第五級其實就是在分析理想的資源，應結合IFR和九屏幕等創(chuàng)新思維。IFR有六步分析法：step1最終目的、step2 IFR定義、step3實現(xiàn)IFR的障礙、step4障礙原因（結果）、step5突破障礙的條件、step6可利用的資源。其中step2至step5就是需要深度結合技術矛盾或者物理矛盾等創(chuàng)新工具，而step6又需要結合九屏幕法等進行資源分析。

有工具缺思維，解題死板教條；有思維缺工具，解題發(fā)散而不落地。創(chuàng)新工具的應用可以根據(jù)TRIZ解題流程的需要進行合理安排，還要符合自身的應用邏輯；創(chuàng)新思維應該在每個環(huán)節(jié)都需要具備，它可以提升我們創(chuàng)新的潛意識，增強創(chuàng)新的膽量和氣魄。創(chuàng)新工具與創(chuàng)新思維結合需要深入地學習和不斷地實踐，只有嵌套迭代才能相得益彰，才能真正發(fā)揮TRIZ應有的創(chuàng)新質量和效率。

參考文獻

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責編 / 馬銘陽