發(fā)明問(wèn)題解決理論

1主講人：曾富洪發(fā)明問(wèn)題解決理論2

發(fā)明問(wèn)題

解決方案沖突分析39個(gè)工程參數(shù)沖突矩陣40條發(fā)明原理理論支持：技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的4個(gè)階段、8種規(guī)律(模式)、20(300)條路線→成熟度預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單清楚復(fù)雜模糊技術(shù)沖突物理沖突4種分離原理建議方案11種分離方法（知識(shí)庫(kù)中的方案）物場(chǎng)分析功能分析ARIZ算法：復(fù)雜發(fā)明問(wèn)題的程式化流程76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解共五級(jí)：13+23+6+17+17科學(xué)效應(yīng)庫(kù)（100余條）多屏法STC法金魚(yú)法小人法標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題非標(biāo)問(wèn)題標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題一般問(wèn)題30個(gè)Howto模型知識(shí)庫(kù)（專利庫(kù).萬(wàn)余條）TRIZ創(chuàng)新思維最終理想解(IFR)資源分析辯證法＋系統(tǒng)論＋本體論＋基礎(chǔ)知識(shí)＋專業(yè)知識(shí)＋交叉學(xué)科知識(shí)+領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)3

阿奇舒勒提出了應(yīng)用Howto模型結(jié)合科學(xué)效應(yīng)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的方法，并給出了30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Howto模型，以及這些模型的實(shí)現(xiàn)經(jīng)常要用到的100個(gè)科學(xué)效應(yīng)，來(lái)幫助我們解決工程中常見(jiàn)的問(wèn)題。應(yīng)用howto模型與知識(shí)庫(kù)解題時(shí)也遵循TRIZ理論解題的基本流程，先將實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為howto模型，其基本形式為如何+動(dòng)詞+名詞，如：“如何升高溫度”，“如何改變尺寸”，”“如何控制力”等，然后利用科學(xué)效應(yīng)知識(shí)庫(kù)這種中間工具，獲得解決問(wèn)題模型，即知識(shí)庫(kù)中的方案。如果可以將知識(shí)庫(kù)中的方案應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中，這個(gè)實(shí)際問(wèn)題就迎刃而解了。Howto模型和科學(xué)效應(yīng)知識(shí)庫(kù)41測(cè)量溫度11穩(wěn)定物體位置21改變表面性質(zhì)2降低溫度12產(chǎn)生/控制力，形成高的壓力22檢查物體容量的狀態(tài)和特征3提高溫度13控制摩擦力23改變物體空間性質(zhì)4穩(wěn)定溫度14解體物體24形成要求的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定物體結(jié)構(gòu)5探測(cè)物體的位移和運(yùn)動(dòng)15積蓄機(jī)械能與熱能25探測(cè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)6控制物體的位移16傳遞能量26探測(cè)輻射7控制液體及氣體的運(yùn)動(dòng)17建立移動(dòng)的物體和固定的物體之間的交互作用27產(chǎn)生輻射8控制浮質(zhì)的流動(dòng)18測(cè)量物體的尺寸28控制電磁場(chǎng)9攪拌混合物，形成溶液19改變物體的尺寸29控制光10分解混合物20檢查表面狀態(tài)和性質(zhì)30產(chǎn)生及加強(qiáng)化學(xué)變化標(biāo)準(zhǔn)的Howto模型5序號(hào)實(shí)現(xiàn)的功能 代碼序號(hào)實(shí)現(xiàn)的功能代碼序號(hào)實(shí)現(xiàn)的功能代碼1測(cè)量溫度F111穩(wěn)定物體位置F1121改變表面性質(zhì)F212降低溫度F212產(chǎn)生/控制力，形成高的壓力F1222檢查物體容量的狀態(tài)和特征F223提高溫度F313控制摩擦力F1323改變物體空間性質(zhì)F234穩(wěn)定溫度F414解體物體F1424形成要求的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定物體結(jié)構(gòu)F245探測(cè)物體的位移和運(yùn)動(dòng)F515積蓄機(jī)械能與熱能F1525探測(cè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)F256控制物體的位移F616傳遞能量F1626探測(cè)輻射F267控制液體及氣體的運(yùn)動(dòng)F717建立移動(dòng)的物體和固定的物體之間的交互作用F1727產(chǎn)生輻射F278控制浮質(zhì)的流動(dòng)F818測(cè)量物體的尺寸F1828控制電磁場(chǎng)F289攪拌混合物，形成溶液F919改變物體的尺寸F1929控制光F2910分解混合物F1020檢查表面狀態(tài)和性質(zhì)F2030產(chǎn)生及加強(qiáng)化學(xué)變化F30科學(xué)效應(yīng)功能代碼表6功能代碼實(shí)現(xiàn)的功能TRIZ推薦的科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象序號(hào)F1測(cè)量溫度熱膨脹E75熱雙金屬片E76伯耳帖效應(yīng)E67湯姆遜效應(yīng)E80熱電現(xiàn)象E71熱電子發(fā)射E72熱輻射E73電阻E33熱敏性物質(zhì)E74居里效應(yīng)(居里點(diǎn))E60巴里豪森效應(yīng)E3霍普金森效應(yīng)E55F2降低溫度一級(jí)相變E94二級(jí)相變E36焦耳—湯姆遜效應(yīng)E58伯耳帖效應(yīng)E67湯姆遜效應(yīng)E80熱電現(xiàn)象E71熱電子發(fā)射E72科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象清單7

燈泡內(nèi)部氣體有一定的壓力，當(dāng)這個(gè)壓力比正常壓力高或低時(shí)，有可能導(dǎo)致燈泡的爆裂。解題思路：應(yīng)用howto模型將問(wèn)題定義為：如何準(zhǔn)確測(cè)量燈泡內(nèi)部氣體的壓力。查詢得到可以測(cè)量壓力的科學(xué)效益和現(xiàn)象有機(jī)械振動(dòng)、亞電效應(yīng)、駐極體、電暈放電、韋森效益等多種，而其中只有電暈的出現(xiàn)依賴于氣體成分和導(dǎo)體周圍的氣壓。最終的解決方案為：用電暈放電效應(yīng)測(cè)量燈泡內(nèi)部氣體的壓力。例子：燈泡壓力測(cè)量8ARIZ算法全稱為AlgorithmforInventive-ProblemSolving,是TRIZ中最強(qiáng)有力的解決發(fā)明問(wèn)題工具，其目標(biāo)是解決物理矛盾，專門(mén)用于解決復(fù)雜、困難的發(fā)明問(wèn)題。在經(jīng)歷了不斷完善和發(fā)展的過(guò)程后，ARIZ算法以其易操作性、系統(tǒng)性、實(shí)用性以及易流程化等特性，成為T(mén)RIZ發(fā)明問(wèn)題解決理論的重要支撐。對(duì)于那些問(wèn)題情境復(fù)雜，矛盾不明顯的非標(biāo)準(zhǔn)發(fā)明問(wèn)題，它顯得更加有效和可行，因此在全球創(chuàng)新科學(xué)研究與應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)著首屈一指的地位。ARIZ算法本身過(guò)于復(fù)雜，不宜掌握，對(duì)使用者要求較高，其應(yīng)用遠(yuǎn)不及TRIZ其他方法工具那樣廣泛。8ARIZ算法背景介紹91.矛盾理論2.克服對(duì)問(wèn)題的思維定勢(shì)（1）將初始問(wèn)題轉(zhuǎn)化為“縮小問(wèn)題”(Mini-Problem)和“擴(kuò)大問(wèn)題”(Maxi-Problem)兩種形式。（2）系統(tǒng)變化方法（3）強(qiáng)調(diào)應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)外和超系統(tǒng)的所有可用資源。3.集成應(yīng)用TRIZ法中大多數(shù)工具4.充分利用TRIZ法效應(yīng)庫(kù)和實(shí)例庫(kù)，并不斷擴(kuò)充實(shí)例庫(kù)。9ARIZ算法主導(dǎo)思想和觀點(diǎn)1010ARIZ算法的流程11步驟1：分析與表述問(wèn)題步驟2：抽象提取技術(shù)矛盾步驟3：抽象提取物理矛盾步驟4：建立“物質(zhì)-場(chǎng)”模型步驟5：ARIZ需求功能分析步驟6：擴(kuò)大思維領(lǐng)域步驟7：原理解的具體化步驟8：評(píng)價(jià)判斷原理是否為最優(yōu)解步驟9：分析解的典型程度11ARIZ算法的流程121．ARIZ致力于克服思維約束。2．ARIZ包含對(duì)理想解的思考。3．ARIZ擅于利用資源。ARIZ算法強(qiáng)調(diào)矛盾的消除要最大限度地利用系統(tǒng)內(nèi)外資源并借助物理學(xué)、化學(xué)、幾何學(xué)等工程學(xué)原理，需要用到ARIZ算法思想中的系統(tǒng)變化的思想。需要充分考慮系統(tǒng)內(nèi)部的子系統(tǒng)以及系統(tǒng)所處的超系統(tǒng)。還要利用七種類型資源：物質(zhì)、能量/場(chǎng)效果、可用空間、可用時(shí)間、物體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能和系統(tǒng)參數(shù).12ARIZ算法的特色131．ARIZ算法的分析比較困難，需要使用者具有一定的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)積累。其“最小問(wèn)題”、“系統(tǒng)矛盾”、“問(wèn)題模型”、“理想解”和“可用資源”等都不容易建立。并且不同的人有不同的觀點(diǎn)，無(wú)法快速分辨不同觀點(diǎn)的優(yōu)劣。2．復(fù)雜問(wèn)題往往包含多個(gè)矛盾，各個(gè)矛盾之間甚至也會(huì)互相影響，此消彼長(zhǎng)，很難一下子掌握、得出主要矛盾。用ARIZ算法解決復(fù)雜矛盾具有一定的局限性。3．ARIZ算法比較適用于解決詳細(xì)具體的技術(shù)問(wèn)題，對(duì)概念性設(shè)計(jì)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)見(jiàn)性不足。13ARIZ算法的不足141.定義最小問(wèn)題。不對(duì)系統(tǒng)做大的改變。2.發(fā)掘系統(tǒng)矛盾。ARIZ算法成功與否的關(guān)鍵就在于正確的分析表達(dá)矛盾。3.建立問(wèn)題模型?？梢灶愃茖?duì)比運(yùn)用物-場(chǎng)模型的知識(shí)。4.領(lǐng)域和資源分析。即綜合考慮各方面資源，分析矛盾的解決中對(duì)資源的有效應(yīng)用。5.參照技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的八個(gè)模式確定理想解。6.分析存在的物理矛盾。7.物理矛盾的解決對(duì)策。8.總結(jié)評(píng)價(jià)問(wèn)題解決情況和系統(tǒng)改善狀況。14ARIZ算法的運(yùn)用（八個(gè)步驟）152008年初的一場(chǎng)大雪和嚴(yán)寒令國(guó)人永銘心際,電線上堆積的冰棱和大雪壓斷了電線,甚至壓倒了電桿和電線鐵塔。能否設(shè)計(jì)技術(shù)方案,解決這個(gè)問(wèn)題,避免類似悲劇的重現(xiàn)。首先分析技術(shù)矛盾，此問(wèn)題沒(méi)有明顯的技術(shù)矛盾。再次提取物理矛盾：在氣溫零度以下的下雪天，電線上必然會(huì)堆雪，雪會(huì)生成冰棱。但人們又希望電線上沒(méi)有雪。電線上存在雪和不應(yīng)該存在雪構(gòu)成了物理矛盾。解決矛盾的原理：物理矛盾可采用四個(gè)分離原理解決。但苦思冥想后沒(méi)有得出實(shí)際有效的解法。結(jié)論：通過(guò)技術(shù)矛盾和物理矛盾解決辦法難以奏效。15例：電線覆冰的去除161.提取物場(chǎng)模型：S2：雪和冰棱。F:在導(dǎo)線中有電流，交變電流會(huì)在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生電磁場(chǎng)。結(jié)論：缺少元件，無(wú)法建立物場(chǎng)模型。2。解決方案：首先應(yīng)該補(bǔ)充物S1，使得S1、S2和F構(gòu)成基本的物場(chǎng)模型。如果場(chǎng)F作用于物S1，物S1使得S2融化而離開(kāi)電線即可解決矛盾。參考附錄C提供的效應(yīng)指南6.6電磁效應(yīng)（2）渦流效應(yīng)：“冰箱中冰霜的解凍”，得知交變電磁場(chǎng)可在磁性物體中產(chǎn)生磁渦流而因磁阻轉(zhuǎn)化為熱量，機(jī)械行業(yè)中的高頻淬火就是此原理。又查到磁性材料有居里點(diǎn)一說(shuō)，即材料溫度在居里溫度以下有磁性，高于居里溫度為順磁。Ｓ１Ｓ２Ｆ16例：電線覆冰的去除173.得到解決問(wèn)題的方案為：高壓線中都存在高壓交變電流。在電線上加一個(gè)磁性材料做成的套，一般情況下溫度高，磁性材料為順磁性，導(dǎo)線有電時(shí)套中無(wú)電磁渦流。但當(dāng)溫度低于居里點(diǎn)時(shí)，磁性材料表現(xiàn)為磁性，導(dǎo)線通電時(shí)套中產(chǎn)生磁渦流進(jìn)而產(chǎn)生熱，堆積在套表面的雪融化、脫離，矛盾得以解決。進(jìn)一步查當(dāng)前磁性材料，發(fā)現(xiàn)純鈦酸鋇的居里點(diǎn)在60~80℃，太高。希望能有居里點(diǎn)在0~5℃的磁性材料。4.結(jié)論：有待尋找低居里點(diǎn)的磁性材料。本解決方案采用了類似機(jī)械行業(yè)高頻淬火的辦法，解決了導(dǎo)線上雪的解凍問(wèn)題，跨行業(yè)，屬于三級(jí)發(fā)明問(wèn)題。同時(shí)考慮能否應(yīng)用到其他行業(yè)。17例：電線覆冰的去除181.問(wèn)題：在谷粒中常會(huì)摻雜一些害蟲(chóng)和蟲(chóng)卵，如果加熱谷物到一定溫度如65℃左右，蟲(chóng)和卵都會(huì)死亡，而谷物不致于加熱變熟。但加熱方法會(huì)消耗大量的電能，局部的高溫還是會(huì)使部分谷物變熟。2.解決方法：在谷物中摻入居里點(diǎn)為65℃的含鈦酸鋇的導(dǎo)電砂，在交變磁場(chǎng)中，導(dǎo)電砂在溫度小于65℃時(shí)產(chǎn)生電磁渦流，加熱周圍的谷物。而當(dāng)溫度達(dá)到65℃時(shí)，導(dǎo)電砂變?yōu)轫槾判?，不再產(chǎn)生電磁渦流，可以使谷物溫度不超過(guò)65℃。隨后在65℃以下時(shí)，用恒定磁場(chǎng)吸走導(dǎo)電砂，谷物就得以清潔。S1（低居里點(diǎn)導(dǎo)電砂）S2（蟲(chóng)和卵）Ｆ(交變磁場(chǎng))S3（谷物）18例：電線覆冰的去除（引申應(yīng)用）19（1）九屏幕法根據(jù)系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組成，并通過(guò)子系統(tǒng)間的相互作用實(shí)現(xiàn)一定功能。系統(tǒng)之外的高層次系統(tǒng)稱為超系統(tǒng)，系統(tǒng)之內(nèi)的低層次系統(tǒng)稱為子系統(tǒng)。我們要研究的、問(wèn)題正在當(dāng)前發(fā)生的系統(tǒng)稱為當(dāng)前系統(tǒng)。以汽車為例，如果把汽車作為當(dāng)前系統(tǒng)，則輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)、方向盤(pán)等都是汽車的子系統(tǒng)，交通系統(tǒng)是汽車的一個(gè)超系統(tǒng)。九屏幕法是一種考慮問(wèn)題的方法，是指在分析和解決問(wèn)題的時(shí)候，不僅要考慮當(dāng)前系統(tǒng)，還要考慮其超系統(tǒng)和子系統(tǒng)；不僅要考慮當(dāng)前系統(tǒng)的過(guò)去和將來(lái)，還要考慮超系統(tǒng)的過(guò)去和將來(lái)。TRIZ創(chuàng)新思維方法20TRIZ創(chuàng)新思維方法（1）九屏幕法21九屏幕法的作用：幫助我們多角度看待問(wèn)題，突破原有的思維局限多個(gè)方面和層次尋找可利用的資源，更好地解決問(wèn)題九屏幕法的步驟：第一步，先從技術(shù)系統(tǒng)本身出發(fā)，尋找可以利用的資源第二步，考慮技術(shù)系統(tǒng)中的子系統(tǒng)和系統(tǒng)所在的超系統(tǒng)的資源第三步，考慮系統(tǒng)的過(guò)去和未來(lái)，分析可以利用的資源第四步，考慮子系統(tǒng)和超系統(tǒng)的過(guò)去和未來(lái)TRIZ創(chuàng)新思維方法（1）九屏幕法22太空鋼筆據(jù)說(shuō)，早期美國(guó)航天員在太空中用鋼筆寫(xiě)不出字來(lái)，這是因?yàn)樘罩腥狈χ亓Φ木壒省Ｓ谑?，美?guó)航空航天局決定劃撥100萬(wàn)美元?？钸M(jìn)行攻關(guān)。研究是在極其秘密的狀態(tài)下進(jìn)行的，經(jīng)過(guò)半年多夜以繼日的集中攻關(guān)，最后研制出了一款專用的、十分精密的太空鋼筆。在慶祝大會(huì)上，美國(guó)宇航局的一位官員突生疑問(wèn)：我們?nèi)绱速M(fèi)力，那么蘇聯(lián)航天員在太空中使用什么筆寫(xiě)字的？TRIZ創(chuàng)新思維方法（1）九屏幕法23當(dāng)前系統(tǒng)普通鋼筆系統(tǒng)的未來(lái)太空鋼筆當(dāng)前系統(tǒng)的過(guò)去蘸水筆或鉛筆超系統(tǒng)空間站(失重)超系統(tǒng)的未來(lái)空間城市(失重)超系統(tǒng)宇宙飛船(失重)子系統(tǒng)無(wú)壓墨水筆芯子系統(tǒng)的未來(lái)穩(wěn)壓出水筆芯子系統(tǒng)的過(guò)去鵝毛管或鉛芯TRIZ創(chuàng)新思維方法（1）九屏幕法24YoursitehereLOGOTRIZ創(chuàng)新思維方法（2）理想化25YoursitehereLOGOTRIZ創(chuàng)新思維方法（2）理想化26第一步：設(shè)計(jì)的最終目的是什么？第二步：理想解是什么？第三步：達(dá)到理想解的障礙是什么？第四步：出現(xiàn)這種障礙的結(jié)果是什么？第五步：不出現(xiàn)這種障礙的條件是什么？創(chuàng)造這些條件存在的可用資源是什么？TRIZ創(chuàng)新思維方法（2）理想化27LOGO

農(nóng)場(chǎng)主有一大片農(nóng)場(chǎng)，放養(yǎng)大量的兔子。兔子需要吃到新鮮的青草，農(nóng)場(chǎng)主不希望兔子走得太遠(yuǎn)而照看不到?，F(xiàn)在的難題是，農(nóng)場(chǎng)主不愿意也不可能花費(fèi)大量的資源割草運(yùn)回來(lái)喂兔子。這難題如何解決？TRIZ創(chuàng)新思維方法（2）理想化281)問(wèn)題的最終目的是什么?

兔子能夠吃到新鮮的青草。2)理想解是什么?

兔子永遠(yuǎn)自己吃到青草。3)達(dá)到理想解的障礙是什么?

放兔子的籠子不能移動(dòng)。4)出現(xiàn)這種障礙的結(jié)果是什么?

由于籠子不能移動(dòng)，可被兔子吃的草地面積不變，短時(shí)間內(nèi)青草就被吃光了。5)不出現(xiàn)這種障礙的條件是什么?

當(dāng)兔子基本吃光籠子內(nèi)的鮮草時(shí)，籠子移動(dòng)到另一塊有青草的地方。

創(chuàng)造這些條件存在的可用資源是什么?

籠子本身按上輪子，兔子自己可推動(dòng)其運(yùn)動(dòng)到有青草的地方。即兔子本身就是可用資源。

TRIZ創(chuàng)新思維方法（2）理想化29TRIZ創(chuàng)新思維方法（3）小人法30TRIZ創(chuàng)新思維方法（3）小人法31TRIZ創(chuàng)新思維方法（3）小人法例：水計(jì)量計(jì)當(dāng)水量到達(dá)計(jì)量值時(shí)，由于重力作用，左端下沉，排除計(jì)量水量問(wèn)題：水計(jì)量計(jì)中的水沒(méi)有辦法完全排除，導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確32TRIZ創(chuàng)新思維方法（3）小人法33TRIZ創(chuàng)新思維方法（3）小人法34作用：更形象生動(dòng)地描述技術(shù)系統(tǒng)中出現(xiàn)的問(wèn)題通過(guò)用小人表示系統(tǒng)，打破原有對(duì)技術(shù)系統(tǒng)的思維定勢(shì)，更容易解決問(wèn)題，獲得理想的解決方案TRIZ創(chuàng)新思維方法（3）小人法35將幻想的、不現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題求解構(gòu)想，變?yōu)榭尚械慕鉀Q方案金魚(yú)法是一個(gè)反復(fù)迭代的分解過(guò)程利用金魚(yú)法，有助于將幻想式的構(gòu)想轉(zhuǎn)變成切實(shí)可行的構(gòu)想TRIZ創(chuàng)新思維方法（4）金魚(yú)法36