創(chuàng)新思維與TRIZ創(chuàng)新方法

1、創(chuàng)新思維與TRIZ創(chuàng)新方法浙江大學城市學院 周 蘇 教授QQ: 81505050 zhousu明原理發(fā)明原理的由來40個發(fā)明原理物理矛盾與技術矛盾發(fā)明原理通過對海量的高級別發(fā)明專利進行分析、研究和總結，阿奇舒勒發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象：發(fā)明家們用來求解發(fā)明問題的方法是有限的，就那么幾十種。于是，他將這些方法中比較常用的總結為40種，這40種常用的解決發(fā)明問題的方法就被稱為40個發(fā)明原理 (inventive principle，IP) 。當我們在工程實踐中遇到問題的時候，最簡單的方法就是把這40個發(fā)明原理挨個試一遍。發(fā)明原理的由來在對海量發(fā)明專利進行分析的過程中，阿奇舒勒最先得

2、到的“解決問題的規(guī)律”就是發(fā)明原理。從1946年開始，阿奇舒勒閱讀了10多萬份發(fā)明專利文獻，從中挑選出了4萬份發(fā)明級別為二級、三級和四級的發(fā)明專利。通過對這4萬份發(fā)明專利進行深入的統(tǒng)計和分析，他發(fā)現(xiàn)：雖然不同的專利解決的是不同領域內的問題，但是它們所使用的方法 (技巧) 卻是相同的，即一種方法可以解決來自于不同工程技術領域的類似問題。發(fā)明原理的由來通過歸納和總結，從1946年到1971 年，他從這4萬份專利中提取出了40種最常用的解決問題的方法，這就是所謂的40個發(fā)明原理。后來，蘇聯(lián)的TRIZ研究者經(jīng)過進一步的研究，又陸續(xù)總結出10個發(fā)明原理。1973年，這10個發(fā)明原理以補充原理的形式被發(fā)布

3、出來，但是，這10個補充的發(fā)明原理并沒有被放入到矛盾矩陣中。40個發(fā)明原理分割原理 抽取原理局部質量原理 增加不對稱原理組合（合并）原理 嵌套原理多功能性（多用性、廣泛性）原理重置補償原理 預先反作用原理預先作用原理 預補償（事先防范）原理等勢原理 反向作用原理曲率增加（曲面化）原理 動態(tài)特性原理未達到或過度的作用原理 機械振動原理空間維數(shù)變化（一維變多維）原理周期性作用原理 有益（效）作用的連續(xù)性原理40個發(fā)明原理減少有害作用的時間（快速通過）原理變害為利原理 反饋原理借助中介物原理 自服務原理復制原理 廉價替代品原理機械系統(tǒng)替代原理 氣動與液壓結構原理柔性殼體或薄膜原理 多孔材料原理顏色改

4、變（改變顏色、擬態(tài)）原理同質性（均質性）原理 拋棄和再生原理物理或化學參數(shù)改變原理 相變原理熱膨脹原理 強氧化劑（使用強氧化劑、加速氧化）原理惰性環(huán)境原理 復合材料原理IP1：分割原理1. 原理描述分割原理是指這樣一種過程：以虛擬的方式或真實的方式將一個系統(tǒng)分成多個部分，以便分解 (分開、分隔、抽取) 或合并 (結合、集成、聯(lián)合) 一種有益的或有害的系統(tǒng)屬性。在多數(shù)情況下，會對分隔后得到的多個部分進行重組 (或集成) ，以便實現(xiàn)某些新的功能，并 (或) 消除有害作用。隨著分割程度的提高，技術系統(tǒng)逐步向微觀級別發(fā)展。IP1：分割原理2. 指導原則(1) 將一個對象分成多個相互獨立的部分。例如：將

5、輪船的內部空間分成多個彼此獨立的船艙。在學生宿舍樓中，將同一層分成多個功能相同的小房間。將一個物理硬盤劃分為多個相對獨立的邏輯硬盤。將一個大型項目分為多個小項目。內燃機的多個汽缸。將學生分成不同的年級，不同的班級。將水流噴為水霧；將物體變?yōu)榉勰?；將粉末變?yōu)闅怏w。IP1：分割原理(2) 將對象分成容易組裝 (或組合) 和拆卸的部。例如：組合家具。暖氣上的多個暖氣片。將巨型載重汽車分解成卡車及拖車。在計算機程序設計中，將一個功能復雜的函數(shù)分為多個功能單一的函數(shù)。將一根根鐵軌連接起來，形成鐵路。建筑上常用的預制件和活動房屋。在公司的組織結構上，可以使用模塊化的方法來實現(xiàn)公司的柔性化。IP1：分割原理

6、出版公司為了滿足不同教師對教材的不同要求，推出了模塊化教材，教師可以根據(jù)自己的需要從現(xiàn)有的章節(jié)、論文、案例中選取感興趣的部分來組成自己的教科書。(3) 增加對象的分割程度。例如：窗簾的演變：一整塊布做的窗簾左右兩塊布做的窗簾百葉窗。滾筒式傳送帶的演變 (見圖3.1) 。圖3.1 滾筒式傳送帶的演變IP2：抽取原理1. 原理描述抽取就是從整體中分離出有用的 (或有害的) 部分 (或屬性) 。抽取可以以虛擬方式或實體方式來進行。IP2：抽取原理2. 指導原則(1) 從對象中抽取產生負面影響的部分或屬性。例如：最初的空調是一體機，工作時，壓縮機會產生噪聲。隨著技術的發(fā)展，空調被分為室內機和室外機兩部

7、分。將壓縮機放在室外機中，減少噪聲對人的影響。在巡航時，戰(zhàn)斗機的兩個副油箱掛在飛機下方，飛行中會優(yōu)先使用副油箱中的燃油；在進入戰(zhàn)斗前，拋棄副油箱，以減輕飛機的重量，增加飛機的機動性能。從口腔 (整個系統(tǒng)) 中拔掉 (抽取) 一顆壞的牙齒 (有害部分) ，以改善整個口腔的健康狀況。IP2：抽取原理(2) 從對象中抽出有用的 (主要的、重要的、必要的) 部分或屬性。例如：用狗叫聲作為報警器的報警聲，而不用養(yǎng)一條真正的狗 (將狗叫聲從“狗”中抽取出來，作為有用的部分來單獨使用) 。將稻草人作為“人”的代表放在稻田中 (將人的外形從整個“人”中抽取出來) ?；瘜W試驗中的蒸餾、萃取和置換都是從混合物中抽

8、取出有用物質的過程。IP3：局部質量原理1. 原理描述在一個對象中，特殊的 (特定的) 部分應該具有相應的功能或條件，能夠最好地適應其所處的環(huán)境，或更好地滿足特定的要求。IP3：局部質量原理2. 指導原則(1) 將對象、環(huán)境或外部作用的均勻結構變?yōu)椴痪鶆虻?。例如：在胚胎形成的過程中，一個受精卵經(jīng)過不斷地細胞分裂后變?yōu)橛啥鄠€細胞組成的細胞團，此時每個細胞都是相同的。但是隨著細胞分化的開始，不同的細胞會逐漸形成不同的組織和器官，這些不同的組織和器官會實現(xiàn)不同的功能，并最終形成一個完整的動物個體，如圖3.2所示。圖3.2 從受精卵到胚胎的演化過程IP3：局部質量原理對金屬表面進行滲碳處理，可以增加材

9、料表面的硬度 (而金屬內部的特性并沒有改變) ，從而提高其耐磨性能。(2) 讓對象的不同部分具有不同的功能或特性。例如：帶橡皮的鉛筆 (橡皮的功能是擦除痕跡，鉛筆的功能是產生痕跡) 。圖釘一頭尖 (便于刺入物體內) ，一頭圓 (便于人手施加壓力) 。羊角錘 (一頭用來釘釘子，另一頭用來起釘子) 。瑞士軍刀 (包含多種工具，如螺絲起子、尖刀、剪子等，其功能各不相同) 。IP3：局部質量原理(3) 讓對象的不同部分處于完成各自功能的最佳狀態(tài)。例如：鍵盤上的各個健的位置和大小各不相同，使用頻率較高的鍵位于最方便操作的位置，最常使用的鍵在體積上往往比其他鍵大 (如空格鍵和回車鍵) 。在食盒中設置間隔，

10、在不同的間隔內放置不同的食物，避免相互影響。將一個大房間用隔斷分成多個具有不同功能的小房間 (廚房、衛(wèi)生間、臥室、客廳、儲藏室等) 。IP4：增加不對稱性原理1. 原理描述增加不對稱性原理涉及從“各向同性”向“各向異性”的轉換，或是與之相反的過程。各向同性是指，無論在對象的哪個部位，沿哪個方向進行測量，都是對稱的。各向異性就是不對稱，是指在對象的不同部位或沿不同的方向進行測量，測量結果是不同的。通過將對稱的 (均勻的) 的形式 (形狀、形態(tài)、外形) 或結構變?yōu)椴灰?guī)則的(無規(guī)律的、不合常規(guī)的、不整齊的、不一致的、參差不齊的)，可以增加不對稱性。IP4：增加不對稱性原理2. 指導原則(1) 將對象

11、 (的形狀或組織形式) 由對稱的變?yōu)椴粚ΨQ的。例如：計算機的內存條、聲卡、顯卡、網(wǎng)卡的插槽都是采用不對稱結構，這種不對稱結構可以保證這些設備的正確插接。坦克裝甲的厚度，在不同部位是不同的。這種不對稱結構既可以保證重點部位的高抗打擊能力，又可以有效地減輕坦克的重量。IP4：增加不對稱性原理飛機機翼的上面和下面的弧線是不同的，這種不對稱結構能夠在氣流的作用下產生上升的力。從天平到桿秤的發(fā)展 (見圖3.4) 。圖3.4 天平和秤IP4：增加不對稱性原理(2) 如果對象已經(jīng)是不對稱的了，就增加其不對稱程度。例如：為提高焊接強度，將焊點由原來的橢圓形改為不規(guī)則形狀。杠桿原理。當支點在中間的時候，兩邊長度

12、相等，是對稱的；當支點兩邊的長度不相等的時候，會出現(xiàn)杠桿作用二進一步增加這種不對稱性，將會使杠桿作用更加明顯，可以用很小的力撬起很重的物體。鎖及鑰匙運用增加不對稱性原理，來保證鍵合結構的唯一性。IP5：組合 (合并) 原理1. 原理描述(1) 組合 (或合并) 既可以是空間上的，也可以是時間上的。其目的是將兩個或多個相鄰的對象(操作或部分)進行組合或合并。(2) 在多種功能、特性或部分之間建立聯(lián)系，以便產生一種新的、想要的或唯一的結果。通過對已有功能的組合，可以生成新的功能。IP5：組合 (合并) 原理2. 指導原則(1) 在空間上，將相似的 (相同的、相關的、同類的、接近的、時間上連續(xù)的)

13、的對象加以組合 (合并) 。例如：利用網(wǎng)絡將多臺計算機聯(lián)結起來。將多種機床的功能“集成”到一起，形成加工中心。最早的機槍是由多個自動步槍組合而成的。將多根不同顏色的油筆集成為一根多色油筆。IP5：組合 (合并) 原理將多個單一插座集成到一起，組成插線板。將電視機、錄像機、收音機和錄音機的功能集成到一起，形成家庭影院。將多種單一的健身器材組合起來，組成多功能健身器。IP5：組合 (合并) 原理(2) 在時間上，將相似的 (相關的、同類的、接近的、相同的、時間上連續(xù)的) 的操作或功能加以組合 (合并) (最好是實現(xiàn)并行工作，以提高工作效率) 。例如：將多種機床按照特定產品的工藝規(guī)劃排列起來，形成一

14、條流水線。將多種單一功能的農業(yè)機械按照一定的順序集成到一起，形成聯(lián)合收割機。約翰迪爾60系列收割機 IP5：組合 (合并) 原理冷熱水混合龍頭可同時放出冷水和熱水，根據(jù)需求調節(jié)為所需的溫度。割草機帶了一個袋子，旋轉刀刃割下草以后，草就被放入袋子中，形成了先收割后收集的過程。IP5：組合 (合并) 原理(3) 將具有不同 (或相反) 功能的對象合并 (或組合) 在一起，實現(xiàn)新的功能。例如：將刀子、螺絲刀、剪刀、鉗子等工具進行組合，形成瑞士軍刀。將榴彈發(fā)射器、光學瞄準器和步槍組合到一起。將多種功能集成到一個芯片中。帶有橡皮頭的鉛筆 (將橡皮和鉛筆這兩個具有相反功能的對象組合在一起) 。羊角錘 (一

15、頭能釘釘子，一頭能起釘子；將具有相反功能的對象組合在一起) 。IP6：多功能性 (多用性、廣泛性) 原理1. 原理描述多功能性或通用性就是將不同的功能或非相鄰的操作合并。使一個對象 (例如，對象X ) 具備多項功能 (例如，同時具備功能A、功能B、功能C) ，從而消除了這些功能 (例如，功能B) 在其他 (相關) 對象 (例如，對象Y具有功能A、對象Z具有功能B) 內存在的必要性 (進而裁減對象Y、Z中承擔該功能的子對象) ，結果就是對象X可以實現(xiàn)多個對象 (例如，對象Y、對象Z) 的功能，使對象具備多用性，可產生在其他情況下不存在的機會及協(xié)力優(yōu)勢。IP6：多功能性 (多用性、廣泛性) 原理2

16、. 指導原則使一個對象能夠執(zhí)行多種不同的功能，從而使其他只具有單一功能的對象成為多余的，進而可以將其他對象裁減掉。例如：瑞士軍刀可以提供多種功能。具備多種技能的操作人員 (復合型人才) 。家庭娛樂中心 (具有錄音機、CD機、電視機、錄像機等功能) 。IP6：多功能性 (多用性、廣泛性) 原理可調扳手是一種具有多用性的扳手 (一把扳手可適合多種螺母) 。食品安全法也具有多功能性。它不僅能夠督促國內企業(yè)提高其產品質量，而且可以用來設置貿易壁壘，將別國的食品拒之門外。IP7：嵌套原理 (套娃原理)1. 原理描述通過遞歸地將一個對象放入另一個對象的內部，或讓一個對象通過另一個對象的空腔而實現(xiàn)嵌套。嵌套

17、是指彼此吻合、彼此組合、內部配合的性質。IP7：嵌套原理 (套娃原理)2. 指導原則(1) 將一個對象嵌入另一個對象，然后將這兩個對象再嵌入第三個對象，依此類推。例如：俄羅斯套娃。由從大到小的多個碗組成的“套碗”。老式收音機或電視機上的拉桿天線?？缮炜s的單筒望遠鏡。吊車的吊臂。俄羅斯套娃俄羅斯套娃是俄羅斯特產木制玩具，一般由多個一樣圖案的空心木娃娃一個套一個組成，最多可達十多個，通常為圓柱形，底部平坦可以直立。最普通的圖案是一個穿著俄羅斯民族服裝的姑娘，叫“瑪特廖什卡”，這也成為這種娃娃的通稱 (男娃娃叫杰多烏什卡) 。后來也有用童話中的人物形象做的，近些年來， 戈爾巴喬夫的形象也被做成套娃娃

18、，后來發(fā)展到勃列日涅夫、赫魯曉夫、斯大林甚至列寧也成為套娃娃的形象。俄羅斯套娃已經(jīng)成為俄羅斯的特產和紀念品的形象，其他北歐國家甚至也有制作出售的，不過這個姑娘的服裝還是俄羅斯的民族服裝。IP7：嵌套原理 (套娃原理)(2) 使一個對象穿過或處于另一對象的空腔。例如：自動鉛筆的空腔中可以放多根備用的鉛筆芯。嵌套量規(guī)、量具。汽車安全帶收縮機構。飛機起落架 (飛機起飛后，起落架被收到飛機的機體內部) 。盒尺。IP11：預補償 (事先防范) 原理1. 原理描述通過預先準備好的應急措施 (例如，備用系統(tǒng)、矯正措施等) 來補償對象較低的可靠性。IP11：預補償 (事先防范) 原理2. 指導原則用預先準備好

19、的應急措施來補償對象相對較低的可靠性。例如：預先涂抹防曬霜，以避免被曬傷。在Fl賽車場，為了防止賽車在快速轉彎的時候發(fā)生事故，會在賽道的拐彎處放置舊輪胎作為保護。跳傘運動員在跳傘時會帶一個備用傘，當主降落傘不能正常打開的時候，使用備用傘。裝備了新型防撞屏障的彎道 法國的保羅-里卡賽道是一條F1車隊經(jīng)常進行試車的賽道。最近賽道上安裝了一種新型的防撞擊屏障，以取代傳統(tǒng)的輪胎護墻，新的防撞擊系統(tǒng)由可以靈活組合的聚乙烯塊構成。這種聚乙烯塊的尺寸1.5m*1.2m*0.6m，用皮帶捆在一起后，中間再用柔軟的泡沫填充以吸收撞擊時的能量。 IP11：預補償 (事先防范) 原理為了防止駕駛員在發(fā)生意外事故的時

20、候受到傷害，轎車上配備了安全氣囊。建筑物中的防火通道是為了在火災發(fā)生時，供人們緊急疏散用的。建筑物中的應急照明系統(tǒng)是為了在停電的情況下提供緊急照明而設置的。客機上的備用氧氣系統(tǒng)是準備在飛機出現(xiàn)緊急狀況的時候，為乘客提供備用的氧氣。IP11：預補償 (事先防范) 原理汽車上的備用輪胎。為金屬籃球架圍上軟的防護層，以防比賽過程中運動員撞到籃球架上，造成傷害。IP12：等勢原理1. 原理描述(1) 通過始終在相同的高度 (級別) 上執(zhí)行某個過程或操作，來減輕工作的要求。(2) 等勢原理涉及三個既可以單獨使用，也可以合并使用的概念：l) 在一個系統(tǒng)或過程的所有點或方面建立均勻位勢，以便獲得某種系統(tǒng)增益

21、；2) 在系統(tǒng)內建立某種關聯(lián)，以維持位勢相等；3) 建立連續(xù)的、完全互相聯(lián)系的關聯(lián)和聯(lián)系。IP12：等勢原理2. 指導原則以某種方式改變作業(yè)條件 (工作狀態(tài)) ，而不必升高或降低對象。例如：電梯可以將乘客運送到高層建筑上，從而避免了人自己爬樓梯。位于水運航線上的水壩都建有船閘，船在通過水壩的時候，需要在船閘中調整其位勢，以便順利地從一個水平高度調整到另一個水平高度。將位于高處的重物平移到用冰建起的高臺上，當冰融化的時候，重物就會從高處緩緩地落下。IP14：曲率增加 (曲面化) 原理1. 原理描述(1) 通過將二維或三維空間中的直線變?yōu)榍€、直線運動變?yōu)閳A周運動，來增加曲率。(2) 用曲線屬性或

22、球面屬性代替線性屬性。IP14：曲率增加 (曲面化) 原理2. 指導原則(1) 用曲線 (或曲面) 代替直線 (或平面) ，用球體代替多面體。例如：兩表面間引入圓弧結構，以降低應力集中。例如，機械零件中的倒角、圓弧過渡結構。在建筑領域中，常用拱形結構來提高建筑物的強度，例如，拱門、石拱橋、穹頂。為了避免物體上的裂紋擴大，通常在裂紋的頂端引入應力釋放孔。IP14：曲率增加 (曲面化) 原理(2) 采用滾筒、輥、球、螺旋結構。例如：螺旋齒輪可以提供均勻的承載能力。圓珠筆和鋼筆的球形筆尖，使書寫流暢，下墨均勻。在家具底部安裝球形方向輪，便于移動。螺旋形的樓梯可以大幅提高空間的利用率。新加坡國立大學的

23、螺旋形樓梯 IP14：曲率增加 (曲面化) 原理(3) 利用離心力，用回轉運動代替直線運動。例如：雜技表演中的“XX飛車”。通過高速旋轉，甩干機利用離心力去除濕衣物中的水分。利用離心鑄造可以生產出壁厚非常均勻的產品。.用帶螺紋的木螺絲代替釘子。IP15：動態(tài)特性原理1. 原理描述使構成整體的各個組成部分處于動態(tài)，即各個部分是可調整的、活動的或可互換的，以便使其在工作過程中的每個動作或階段都處于最佳狀態(tài)。IP15：動態(tài)特性原理2. 指導原則(1) 調整對象或對象所處的環(huán)境，使對象在各動作、各階段的性能達到最佳狀態(tài)。例如：汽車上可調的方向盤、座椅、后靠背或后視鏡。機翼上的可動襟翼能夠按照需要調整其

24、姿態(tài)，使機翼可適應降落、起飛和飛行時的不同工況要求。形狀記憶合金。IP15：動態(tài)特性原理(2) 將對象分例為多個部分，使其各部分可以改變相對位里。例如：蝴蝶鍵盤。折疊椅。筆記本電腦。IP15：動態(tài)特性原理(3) 使不動的對象可動或可自動適應。例如：電子像框可以順序顯示多幅照片。電子廣告牌可以順序顯示多幅平面廣告。醫(yī)療檢查中所用的柔性結腸鏡。管道疏通機的柔性軟管。在計算機軟件中，根據(jù)用戶當前的狀態(tài)的不同，鼠標右鍵菜單的內容也不同。充氣床或水床可以根據(jù)人的不同臥姿自動調整其形狀。IP17：空間維數(shù)變化 (一維變多維) 原理1. 原理描述通過將對象轉換到不同維度，或通過將對象分層或改變對象的方向來改

25、變對象的維度。IP17：空間維數(shù)變化 (一維變多維) 原理2. 指導原則(1) 如果對象沿著直線 (一維) 運動 (或配置) 時存在某種間題，則可以使其沿平面 (二維) 運動 (或配置) ，來消除存在的間題；相同道理，如果對象沿著平面 (二維) 運動 (或配置)時存在某種間題，則可以使其過渡到三維空間來運動 (或配置) ，從而消除存在的間題。IP17：空間維數(shù)變化 (一維變多維) 原理例如：螺旋滑梯的滑道比直線型滑梯更長。臺球選手利用弧線球來繞開母球與目標球之間的其他球。將刀子的刀刃由直線型改為鋸齒型，可以提高切割效果。機械設計中的加強筋、工字鋼、工字梁。建筑中的彎頂結構、拱形結構。固定電話上

26、，連接聽筒與機身的螺旋形電話線。從順序操作 (一維) 變?yōu)椴⑿胁僮?(二維) 。波紋結構被廣泛地應用在各個行業(yè)中 (紙質包裝箱、建筑中的波紋板、集裝箱的類波紋箱體) 。IP17：空間維數(shù)變化 (一維變多維) 原理(2) 單層變?yōu)槎鄬?。例如：樓房代替平房。立體車庫。多碟CD機。在倉庫中，將貨物堆垛碼放。隨著制造工藝的發(fā)展，小型電子設備中的印刷電路板已經(jīng)從單層發(fā)展為多層。鋼琴上的黑色鍵比白色鍵高一些，便于演奏者定位。IP17：空間維數(shù)變化 (一維變多維) 原理(3) 將對象傾斜或側向放置。例如：自動卸載汽車。往汽車上裝卸汽油桶的時候，在地面與車廂之間利用木板形成斜坡，使裝卸變得容易。(4) 利用給定表面的反面。例如：雙面膠帶。雙面運動服。在集成電路板的兩面都安裝電子組件。IP17：空間維數(shù)變化 (一維變多維) 原理(5) 利用照射到鄰近表面或對象背面的光線。例如：陽光無法直接照射到位于山坳里的小鎮(zhèn)，居民們在附近的山頂上利用巨大的鏡子，將太陽光反射到小鎮(zhèn)里。技術矛盾與矛盾矩陣通過對大量發(fā)明專利的研究，阿奇舒勒發(fā)現(xiàn)，真正的“發(fā)明” (指發(fā)明級別為第二級、第三級和第四級的專利) 往往都需要解決隱藏在問題當中的矛盾。于是，阿奇