TRIZ理论的创新设计问题解决工具

阿利赫舒列尔和他的TRIZ研究机构50多年来提出了TRIZ系列的多种工具，如冲突矩阵、76标准解答、ARIZ、AFD、物质--场分析、ISQ、 DE、8种演化类型、科学效应、40个创新原理，39个工程技术特性，物理学、化学、几何学等工程学原理知识库等，常用的有基于宏观的矛盾矩阵法（冲突矩阵法）和基于微观的物场变换法。事实上TRIZ针对输入输出的关系（效应）、冲突和技术进化都有比较完善的理论。这些工具为创新理论软件化提供了基础，从而为TRIZ的实际应用提供了条件。

1、产品进化理论

TRIZ中的产品进化理论将产品进化过程分为4个阶段：婴儿期、成长期、成熟期、退出期。处于前两个阶段的产品，企业应加大投入，尽快使其进入成熟期，以便企业获得最大效益；处于成熟期的产品，企业应对其替代技术进行研究，使产品取得新的替代技术，以应对未来的市场竞争；处于退出期的产品，企业利润急剧下降，应尽快淘汰。这些可以为企业产品规划提供具体的、科学的支持。

产品进化理论还研究产品进化模式、进化定律与进化路线。应用模式、定律与路线，设计者可较快地确定创新设计的原始构思，使设计取得突破。

2、冲突解决原理

原理是获得冲突解所应遵循的一般规律。TRIZ主要研究技术冲突和物理冲突。技术冲突是指传统设计中所说的折衷，即由于系统本身某一部分的影响，所需要的状态不能达到。物理冲突指一个物体有相反的求。TRIZ引导设计者挑选能解决特定冲突的原理，其前提是要按标准工程参数确定冲突。有39条标准冲突和40条原理可供应用。

3、物质—场分析标准解

Altshuller对发明问题解决理论的贡献之一是提出了功能的物质—场（Substance-field）描述方法与模型。其原理为，所有的功能都可分解为两种物质及一种场，即一种功能由两种物质及一种场的三元件组成。产品是功能的一种实现，因此，可用物质—场分析产品的功能，这种分析方法是TRIZ的工具之一。

依据该模型，Altshuller等提出了76种标准解，并分为如下5类：
1.不改变或仅少量改变已有系统：13种标准解；
2.改变已有系统：23种标准解；
3.系统传递：6种标准解；
4.检查与测量：17种标准解；
5.简化与改善策略：17种标准解。
由已有系统的特定问题，将标准解变为特定解即为新概念。

4、效应

效应指应用本领域特别是其他领域的有关定律解决设计中的问题。如采用数学、化学、生物、电子等领域中的原理解决机械设计中的创新问题。

5、ARIZ ：发明问题解决算法

TRIZ认为，一个问题解决的困难程度取决于对该问题的描述或程序化方法，描述的越清楚，问题的解就越容易找到。TRIZ中，发明问题求解的过程是对问题不断描述、不断程序化的过程。经过这一过程，初始问题最根本的冲突被清楚的暴露出来，能否求解已很清楚，如果已有的知识能用于该问题则有解，如果已有的知识不能解决该问题则无解，需等待自然科学或技术的进一步发展。该过程是靠ARIZ算法实现的。

ARIZ（Algorithm for Inventive-Problem Solving ）称为发明问题解决算法，是TRIZ的一种主要工具，是发明问题解决的完整算法，该算法采用一套逻辑过程逐步将初始问题程序化。该算法特别强调冲突与理想解的程序化，一方面技术系统向着理想解的方向进化，另一方面如果一个技术问题存在冲突需要克服，该问题就变成了一个创新问题。

ARIZ中，冲突的消除有强大的效应知识库的支持。效应知识库包含物理的、化学的、几何的等效应。作为一种规则，经过分析与效应的应用后问题仍无解，则认为初始问题定义有误，需对问题进行更一般化的定义。

应用ARIZ取得成功的关键在于没有理解问题的本质前，要不断地对问题进行细化，一直到确定了物理冲突。该过程及物理冲突的求解已有软件支持。

6、常规问题与发明问题

产品设计是要解决问题。如果产品的初始状态与理想状态之间存在距离，则称之为问题，设计过程是解决问题的过程，是使产品由初始状态通过单步或多步变换实现或接近理想状态的过程。如果实现变换的所有步骤都已知，则称为“常规问题”(Routine problem)，如果至少有一步未知，则称为“发明问题”(Inventive problem)。解决常规问题的设计是常规设计，解决发明问题的设计是创新设计。

7、TRIZ40种基本措施

Alshuler等提出的40条发明创造原理是TRIZ理论的核心，其内容如下表所示：

1．分割原则
a．将物体分成独立的部分。
b．使物体成为可拆卸的。
c．增加物体的分割程度。
例：货船分成同型的几个部分，必要时，可将船加长些或变短些．

2．拆出原则
从物体中拆出"干扰'部分("干扰"特性)或者相反，分出唯一需要的部分或需要的特性。 与上述把物体分成几个相同部分的技法相反，这里是要把物体分成几个不同的部分．

3．局部性质原则
a．从物体或外部介质(外部作用)的一致结构过渡到不一致结构。
b．物体的不同部分应当具有不同的功能
c．物体的每一部分均应具备最适于它工作的条件。

4．不对称原则
a．物体的对称形式转为不对称形式。
b．如果物体不是对称的，则加强它的不对称程度，
例：防撞汽车轮胎具有一个高强度的侧缘，以抵抗人行道路缘石的碰撞。

5．联合原则
a．把相同的物体或完成类似操作的物体联合起来，
b．把时间上相同或类似的操作联合起来．
例：双联显微镜组；由一个人操作，另一个人观察和记录。

6．多功能原则，一个物体执行多种不同功能，因而不需要其他物体。

7．‘玛特廖什卡'原则
a．一个物体位于另一物体之内，而后者又位于第三个物体之内，等等。
b．一个物体通过另一个物体的空腔。

8．反重量原则
a．将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消其重量。
b．将物体与介质(最好是气动力和液动力)相互作用以抵消其重量。

9．预先反作用原则，如果按课题条件必须完成某种作用，则应提前完成反作用。

10．预先作用原则
a．预先完成要求的作用(整个的或部分的)
b．预先将物体安放妥当，使它们能在现场和最方便地点立即完成所需要的作用。

11"予先放枕头"原则，以事先准备好的应急手段补偿物体的底可靠性。

12．等势原则，改变工作条件，使物体土升或下降．

13、"相反"原则
a、不实现课题条件规定的作用而实现相反的作用．
b、使物体或外部介质的活动部分成为不动的，而使不动的成为可动的．
c．将物体颠倒．

14．球形原则
a．从直线部分过渡到曲线部分，从平面过渡到球面，从正六面体或平行六面体过渡到球形结构，
b．利用棍子、球体、螺旋。
c．从直线运动过浑到旋转运动，利用离心力。

15．动态原则．
a.物体(或外部介质）的特性的变化应当在每一工作阶段都是最佳的。
b．将物体分成彼此相对移动的几个部分。
c．使不动的物体成为动的．

16．局部作用或过量作用原则,如果难于取得百分之百所要求的功效，则应当取得略小或略大的功效。此时可能把课题大大简化。

17.向另一维度过渡的原则
a．如果物体作线性运动（或分布）有困难，则使物体在二维度(即平面)上移动。相应地，在一个平面上的运动(或分布)可以过渡到三维空间。
b．利用多层结构替代单层结构。
c．将物体倾斜或侧置．
d．利用指定面的反面．
e．利用投向相邻面或反面的光流。
技法17a可以同技法7和15b联合，形成一个代表技术系统总发展趋势的链：从点到线，然后到面，到体，最后到许多个物体的共存．

18．机械振动原则
a、使物体振动。
b，如果已在振动，则提高它的振动频率(达到超声波频率)
c．利用共振频率。
d．用压电振动器替代机械振动器。
e．利用超声波振动同电磁场配合．

19．周期作用原则
a．从连续作用过渡到周期作用(脉冲)．
b．如果作用已经是周期的，则改变周期性。
c．利用脉冲的间歇完成其他作用。

20．连续有益作用原则
a．连续工作(物体的所有部分均应一直满负荷工作)。
b．消除空转和间歇运转。
例：加工两个相交的圆柱形的孔如加工轴承分离环的槽的方法，其特征是，为提高加工效率，使用在工具的正反行程均可切削的钻头(扩孔器)'(苏联发明证书M262582)。

21．跃过原则,高速跃过某过程或其个别阶段(如有害的或危险的)。

22．变害为利原则
a．利用有害因素(特别是介质的有害作用)获得有益的效果。
b．通过有害因素与另外几个有害因素的组合来消除有害因素。
c．将有害因素加强到不再是有害的程度．

23、反向联系原则
a．进行反向联系。
b．如果已有反向联系，则改变它。

24．"中介"原则
a．利用可以迁移或有传送作用的中间物体
b．把另一个(易分开的)物体暂时附加给某一物体。

25．自我服务原则
a、物体应当为自我服务，完成辅助和修理工作．
b．利用废料(能的和物质的)．

26．复制原则
a．用简单而便宜的复制品代替难以得到的、复杂的、昂贵的、不方便的或易损坏的物体．
b．用光学拷贝(图像）代替物体或物体系统。此时要改变比例(放大或缩小复制品)．
c．如果利用可见光的复制品，则转为红外线的或紫外线的复制。

27．用廉价的不持久性代替昂贵的持久性原则,用一组廉价物体代替一个昂贵物体，放弃某些质量(如持久性)．

28．代替力学原理原则
a．用光学，声学、 ‘味学"等设计原理代替力学设计原理。
b．用电场．磁场和电磁场同物体相互作用。
c、由恒定场转向不定场，由时间固定的场转向时间变化的场，由无结构的场转向有一定结构的场。
d．利用铁磁颗粒组成的场．

29．利用气动和液：压结构的原则,用气体结构和液体结构代替物体的固体的部分，如充气和充液的结构，气枕，静液的和液体反冲的结构．

30．利用软壳和薄膜原则
a．利用软壳和薄膜代替一般的结构。
b．用软壳和薄膜使物体同外部介质隔离。?

31．利用多孔材料原则
a．把物体作成多孔的或利用附加多孔元件(镶嵌，覆盖，等等)．
b．如果物体是多孔的，事先用某种物质填充空孔。

32．改变颜色原则
a．改变物体或外部介质的颜色．
b．改变物体或外部介质的透明度．
c，为了观察难以看到的物体或过程，利用染色添加剂．
d．如果已采用了这种添加剂，则采用荧光粉．

33．一致原则,同指定物体相互作用的物体应当用同一(或性质相近的)材料制成．

34．部分剔除和再生原则
a．已完成自己的使命或已无用的物体部分应当剔除(溶解．蒸发等)或在工作过程中直接变化．
b．消除的部分应当在工作过程中直接再生．

35．改变物体聚合态原则,这里包括的不仅是简单的过渡，例如从固态过渡到液态，还有向"假态"(假液态)和中间状态的过渡，例如采用弹性固体．

36．相变原则,利用相变时发生的现象，例如体积改变，放热或吸热，

37．利用热膨胀原则
a．利用材料的热膨胀(或热收缩)．
b.利用一些热膨胀系数不同的材料。

38．利用强氧化剂原则
a．用富氧空气代替普通空气．
b．用氧气替换富氧空气。
c．用电离辐射作用于空气或氧气。
d. 用臭氧化了的氧气．
e. 用臭氧替换臭氧化的(或电离的)氧气，

39．采用惰性介质原则
a、用惰性介质代替普通介质。
b．在真空中进行某过程。?

40．利用混合材料原则,由同种材料转为混合材料。