中科大發(fā)明問題解決理論TRIZ法解讀講義

發(fā)明問題解決理論TRIZ法解讀講義

目錄

前言.........................................................................5

第1章TRIZ法基本思想和體系....................................................3

1.1TRIZ法理論的由來及其基本思想..........................................3

1.2TRIZ法的定義..........................................................4

1.3TRIZ法體系結(jié)構(gòu)........................................................5

1.3.1理論基礎(chǔ).........................................................5

1.3.2TRIZ法問題分析工具..............................................6

1.3.3基于知識的問題解決工具...........................................7

1.4TRIZ法問題解決流程....................................................8

1.5TRIZ法中的科學(xué)思想和思維..............................................9

第2章專利分級與系統(tǒng)進化S曲線...............................................13

2.1專利的等級劃分........................................................13

2.2技術(shù)系統(tǒng)進化S曲線....................................................16

2.2.1技術(shù)系統(tǒng)介紹.....................................................16

2.2.2系統(tǒng)進化S曲線..................................................17

2.2.3技術(shù)進化S曲線的運用............................................20

2.2.4系統(tǒng)進化多維S曲線..............................................21

2.2.5系統(tǒng)進化多維S曲線的運用........................................25

第3章技術(shù)系統(tǒng)進化及其模式分析...............................................28

3.1技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品進化簡介................................................28

3.2技術(shù)系統(tǒng)進化模式......................................................29

3.2.1模式一技術(shù)系統(tǒng)的生命周期.......................................29

3.2.2模式二增加理想化水平...........................................29

3.2.3模式三系統(tǒng)不均衡發(fā)展導(dǎo)致矛盾出現(xiàn)...............................36

3.2.4模式四增加動態(tài)性和可控性.......................................36

3.2.5模式五技術(shù)集成以增加系統(tǒng)功能...................................37

3.2.6模式六系統(tǒng)元件的匹配與不匹配...................................37

3.2.7模式七系統(tǒng)由宏觀向微觀進化.....................................38

3.2.8模式八提高自動化程度和智能化程度...............................38

3.3技術(shù)系統(tǒng)進化綜合運用..................................................38

第4章物理矛盾與技術(shù)矛盾解決原理............................................40

4.1矛盾的概念及分類......................................................40

4.2物理矛盾及其解決原理..................................................41

4.3技術(shù)矛盾及其解決原理..................................................46

4.4矛盾矩陣及其應(yīng)用......................................................55

4.4.1矛盾矩陣的構(gòu)造..................................................55

4.4.2矛盾矩陣的應(yīng)用..................................................56

4.4.3技術(shù)矛盾解決方法實際應(yīng)用舉例....................................57

4.5TRIZ法技術(shù)矛盾和物理矛盾解的基本思路................................83

4.640個發(fā)明創(chuàng)新原理的使用竅門............................................85

第5章物質(zhì)■場模型分析........................................................88

5.1物質(zhì)-場模型...........................................................88

5.2物質(zhì)-場模型分析模式...................................................89

5.3物質(zhì)-場模型的描述.....................................................89

5.4物質(zhì)-場模型工作流程...................................................91

5.5物質(zhì)?場模型組建的規(guī)則.................................................92

5.6物質(zhì)-場模型功能分析法的應(yīng)用..........................................96

5.7物質(zhì)-場模型理論運用實例...............................................97

第6章ARIZ算法簡介..........................................................104

6.1ARIZ算法背景介紹....................................................104

6.2ARIZ算法主導(dǎo)思想和觀點.............................................104

63ARIZ算法的流程......................................................106

6.4ARIZ算法的特色和不足...............................................108

6.4.1ARIZ算法的特色................................................108

6.4.2ARIZ算法的不足................................................109

6.5ARIZ算法的運用......................................................109

第7章TRIZ法的產(chǎn)生和發(fā)展...................................................112

7.1TRIZ法的誕生........................................................112

7.2TRIZ法的傳播........................................................114

7.3RTIZ法的應(yīng)用和發(fā)展..................................................116

7.4對TRIZ法的簡要評價.................................................118

附錄..........................................................................120

附錄ATRIZ矛盾矩陣....................................................120

附錄B解決問題的76個標(biāo)準(zhǔn)解............................................121

附錄C效應(yīng)知識庫.......................................................126

附錄D參考書目.........................................................136

2

第1章TRIZ法基本思想和體系

1.1TRIZ法理論的由來及其基本思想

“TRIZ”一詞是俄文“發(fā)明問題解決理論”的首字母縮寫，英文名稱為Theory

ofInventiveProblemSolvingo自從1946年以來,以G.S.Altschuller先生

為首的專家，經(jīng)過對250萬份專利文獻的研究發(fā)現(xiàn)，一切技術(shù)問題在解決過程中

都有一定的模式可循，可對大量好的專利進行分析并將其解決問題的模式抽取出

來，為人們進行學(xué)習(xí)并獲得創(chuàng)新發(fā)明的能力提供參考。經(jīng)多年搜集、分析、比較

和歸納，這一研究建立了一整套體系化的、實用的發(fā)明問題解決方法，這就是所

謂的TRIZ法理論。圖1.1所示為TRTZ法理論的來源。

每個技術(shù)系統(tǒng)如產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝等都是針對各自的技術(shù)功能的，可謂五花八

門。他們之間有沒有相互聯(lián)系，是何種聯(lián)系，是值得探索的問題。

TRIZ法理論基本思想為：大量發(fā)明創(chuàng)造所包含的基本問題和矛盾是相同的，

只是技術(shù)領(lǐng)域不同而已，將先前發(fā)明所涉及的有關(guān)知識進行提煉和重新組織，形

成一種系統(tǒng)化的理論知識，可以用來指導(dǎo)后來者的發(fā)明創(chuàng)造、創(chuàng)新和開發(fā)。TRTZ

法的基本思想打破了人們思考問題片面性和惰性的制約，避免了傳統(tǒng)創(chuàng)新過程的

試錯法帶來的盲目性和局限性，明確指出了解決問題的方法和途徑。

圖1.1TRIZ法理論的來源

TRIZ法理論的創(chuàng)始者G.S.Altschuller先生堅信，發(fā)明問題的基本原理是

客觀存在的，這些原理不僅能被確認(rèn)，而且還能被整理進而形成一種理論，掌握

該理論不僅能提高發(fā)明的成功率，縮短發(fā)明的周期，還可使發(fā)明問題具有可預(yù)見

性。解決發(fā)明創(chuàng)造問題的理論核心是技術(shù)系統(tǒng)進化理論，即技術(shù)系統(tǒng)如同生物系

統(tǒng)一樣，一直處于進化之中，解決技術(shù)矛盾和沖突是進化的推動力，進化速度隨

技術(shù)系統(tǒng)一般矛盾的解決而降低，使其產(chǎn)生突變的惟一方法是解決阻礙技術(shù)系統(tǒng)

3

進化的更深層次、關(guān)鍵和核心的矛盾和沖突。以數(shù)字化信息存儲技術(shù)為例，從穿

孑慳帶到磁帶，到發(fā)展為磁盤、光盤，到現(xiàn)在的U盤和移動硬盤，技術(shù)矛盾不斷

的得到解決，存儲技術(shù)突飛猛進，進化神速。

TRIZ法是專門研究創(chuàng)新和概念設(shè)計的理論，已建立了一系列的普適性工具，

以幫助設(shè)計者盡快獲得滿意的概念解。由于TRIZ法將產(chǎn)品創(chuàng)新的核心一一產(chǎn)生

新工作原理的過程具體化，并提出了一系列規(guī)則、算法與發(fā)明創(chuàng)造原理供研究人

員使用，使得其已經(jīng)成為一種較為完善的創(chuàng)新設(shè)計理論。TRIZ法理論不僅在前

蘇聯(lián)得到廣泛的應(yīng)用，目前在歐美日的很多企業(yè)，如波音、通用、克萊斯勒、摩

托羅拉等公司的新產(chǎn)品開發(fā)中也同樣得到了較好的應(yīng)用，取得了可觀的經(jīng)濟效

益。

1.2TRIZ法的定義

國際著名TRIZ法專家Savransky給TRIZ法進行了如下的定義：TRIZ法是

一種基于知識的，面向人的解決發(fā)明問題的系統(tǒng)化方法學(xué)。TRIZ法包含如下的

內(nèi)涵。

1.TRIZ法是一種基于知識的方法。這種知識包括：①解決發(fā)明問題啟發(fā)式

的知識，這些知識是從世界范圍250萬件專利中抽象出來的，在抽象過程中采用

為數(shù)不多的基于產(chǎn)品進化理論的客觀啟發(fā)式方法；②采用自然科學(xué)及工程技術(shù)中

的效應(yīng)知識；③技術(shù)問題領(lǐng)域的知識，包括技術(shù)本身以及與該技術(shù)相似或相反的

技術(shù)。

舉例來說，一碗水端平是中國人的一句俗語，說明端平時水面會在一個平面

上，不會厚此薄彼。這種說法其實是基于地球?qū)σ后w的引力效應(yīng)，是一種基于知

識的方法。同樣的原理用在埃及金字塔建設(shè)中：人們在建設(shè)塔基的時候，會在四

周挖溝灌水，利用水平面在同?平面上來確保塔基的水平。在現(xiàn)代生活中，我們

還是沿用著這樣的方法：裝修房間時，用一只U形管注入水，U形管兩頭的水平

面一致，利用這兩個水平面可以使不同地點的磁磚在同一高度?？缭角辏缭?/p>

不同領(lǐng)域，用同一個原理解決看似幾乎完全不相關(guān)的問題，這就是效應(yīng)知識庫的

“威力”。

2.TRIZ法是面向人的方法，而不是面向機器的。TRIZ法理論本身是基于將

系統(tǒng)分解為有益和有害功能的實踐，這些分解取決于人對問題和環(huán)境的認(rèn)識，其

本身就有隨機性。類似計算機這樣的機器在問題解決過程僅起一種支持作用，為

處理這些隨機問題的設(shè)計者們提供一定的工具和方法，而不能完全代替人的作

業(yè)，人的中心地位得到完全肯定。

3.TRIZ法是系統(tǒng)化的方法。運用TRIZ法解決問題的過程就是一個系統(tǒng)化

4

的，能方便應(yīng)用己有知識的過程。這些將在后面第4章圖4.17和圖4.18中進行

簡明的表述。

4.TRIZ法是發(fā)明問題解決理論。TRTZ法研究人類進行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)

難題過程中所遵循的科學(xué)原理和法則，并將這些原理和法則用于解決實際設(shè)計工

作中所遇到的問題。在本書的后面幾章中將會有許多來自實際的案例。

1.3TRIZ法體系結(jié)構(gòu)

任何問題的解決過程都包含兩個部分，即問題和存在問題的系統(tǒng)。成功的創(chuàng)

新經(jīng)驗表明，問題的分析和系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換對于解決問題都是非常重要的。因此，TRIZ

法方法論包含用于問題分析的工具、用于系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的基于知識的工具。圖1.2

為TRIZ法理論的基本體系結(jié)構(gòu)，可分為理論基礎(chǔ)、分析工具、基于知識的工具

和結(jié)論等四個組成部分。對于性急的讀者，可以跳過此圖，直接進入下面的內(nèi)容,

當(dāng)初步了解TRIZ后，本圖會幫助形成整個系統(tǒng)的概念。

問

技術(shù)

題

系統(tǒng)

分

進化

析

模式76個標(biāo)準(zhǔn)解建議方案

理論基礎(chǔ)分析工具基于知識的工具

1.2

1.3.1理論基礎(chǔ)

技術(shù)系統(tǒng)的進化模式是TRIZ法理論的基礎(chǔ)，該模式包含用于工程技術(shù)系統(tǒng)

進化的基本規(guī)律，理解這些模式可以幫助人們形成對問題發(fā)展軌跡的總體概念，

得到其發(fā)展前景的正確判斷，從而增強人們解決問題的能力。任何領(lǐng)域的技術(shù)產(chǎn)

品都與生物系統(tǒng)一樣，存在著產(chǎn)生、生長、成熟、衰老和滅亡的產(chǎn)品進化規(guī)律，

掌握了這些進化規(guī)律，人們就能能動地進行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計開發(fā)并能預(yù)測產(chǎn)品的

未來趨勢。就像伴隨著人類歷史發(fā)展的計算技術(shù)一樣，先是算盤的發(fā)明、推廣和

廣泛運用，達到珠算技術(shù)的成熟。但隨著計算機的出現(xiàn)，由于技術(shù)有了革命性進

展，算盤技術(shù)也就走向衰老和滅亡。

5

1.3.2TRIZ法問題分析工具

問題的分析是TRIZ法解決問題的一個重要階段，包括功能分析、可用資源

分析、理想解的確定、矛盾沖突區(qū)域的確定等。TRIZ法問題分析工具提供了對

問題的辨認(rèn)和形式化的方法。對問題的分析并不是要利用問題的每一條信息，而

是用一些特殊的方式，如矛盾沖突分析、“物質(zhì)一場”模型分析、需求功能分析

來表示和描述所需解決的問題。

1.矛盾沖突分析

TRIZ法理論認(rèn)為，發(fā)明問題的核心是解決矛盾沖突，未解決矛盾沖突的設(shè)

計不是創(chuàng)新的設(shè)計。產(chǎn)品進化過程就是不斷解決產(chǎn)品所存在的矛盾沖突過程。隨

著一個矛盾沖突的解決，產(chǎn)品將進入一個新的狀態(tài)。在設(shè)計過程中不斷的發(fā)現(xiàn)并

解決矛盾沖突，是推動產(chǎn)品向理想化方向進化的動力。

產(chǎn)品設(shè)計和進化中的矛盾沖突是不可避免的，如何描述矛盾沖突并解決這些

矛盾沖突，是問題解決的關(guān)鍵。TRIZ法理論歸納整理了39個通用工程參數(shù)，用

于對工程設(shè)計中技術(shù)矛盾沖突進行描述，并通過這39個工程參數(shù)構(gòu)造了矛盾沖

突矩陣，來引導(dǎo)設(shè)計者正確選用TRIZ法40條發(fā)明原理。在第四章中，列舉了

幾個發(fā)明家成功的發(fā)明以及對其發(fā)明用TRIZ法理論分析解決過程的案例。

2.“物質(zhì)-場”分析

TRIZ法理論認(rèn)為，產(chǎn)品的所有功能都可分解

為兩種物質(zhì)和一種場，即產(chǎn)品的每一種功能均由

兩種物質(zhì)及一種場組成。產(chǎn)品是功能的一種實現(xiàn)，S,----------------S2

因而可用物質(zhì)一場模型來分析產(chǎn)品的功能。圖13物質(zhì)一場模型

如圖1.3所示的“物質(zhì)一場”模型，S和&為物質(zhì)，F(xiàn)為場。物質(zhì)S可以是

被控粒子、材料、物體或過程，物質(zhì)S2是控制物質(zhì)Si的工具或物體，場F是用

于實現(xiàn)物質(zhì)工與物質(zhì)S2之間相互作用的能量，如機械能、液壓能和電磁能等。

物質(zhì)一場模型可解釋為：能量場F作用于工具物質(zhì)Sz,通過物質(zhì)S對物質(zhì)，進

行各種形態(tài)或功能的變換。以蒸汽機為例，熱能作用于物質(zhì)水，使水成為蒸汽，

蒸汽作用于活塞，活塞運動，形成了蒸汽機的機械運動。即此時熱能轉(zhuǎn)化為機

械能。

3.ARIZ算法

ARIZ為發(fā)明問題解決算法，是俄文首字母速寫。ARIZ是TRIZ法的一種主要

分析工具，是一種解決發(fā)明問題的算法，該算法采用一套邏輯過程逐步將初始問

題程式化，將矛盾沖突與理想解進行程式化處理，使技術(shù)系統(tǒng)向著理想解的方向

進化。對于初學(xué)者來說，這部分內(nèi)容可以稍后學(xué)習(xí)了解。

TRTZ法理論認(rèn)為解決一個問題的困難程度取決于對該問題的描述或程式化

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方法。問題描述得越清楚，問題的解就越容易找到。發(fā)明問題的求解過程就是對

問題的不斷描述、不斷程式化的過程。經(jīng)過這一過程，初始問題中最根本的矛盾

沖突就會被清楚地暴露出來，問題能否求解己經(jīng)變得很清楚。在ARTZ中，矛盾

沖突的消除可應(yīng)用己有的知識，也可通過效應(yīng)知識庫來支持。若己有知識不能用

于該問題，或經(jīng)過分析與效應(yīng)的應(yīng)用后待處理的問題仍無法求解，則認(rèn)為初始問

題的定義有誤，需要對問題進行更一般化的定義。當(dāng)然，也有可能該問題目前尚

無法解決，需要等待自然科學(xué)或技術(shù)的進一步發(fā)展。

4.需求功能分析

需求功能分析的目的是從完成功能的角度而不是從技術(shù)的角度來分析系統(tǒng)、

子系統(tǒng)或部件。功能分析過程包括系統(tǒng)功能裁剪的過程，即研究每一個系統(tǒng)功能

是否必需，如果必需，系統(tǒng)中的其它元件是否可完成其功能。系統(tǒng)設(shè)計時的重要

突破、成本或復(fù)雜程度的降低，往往是系統(tǒng)功能分析以及系統(tǒng)功能裁剪的結(jié)果。

1.3.3基于知識的問題解決工具

在TRIZ法中，基于知識的問題解決的三大工具為40條發(fā)明原理、76個標(biāo)

準(zhǔn)解和效應(yīng)知識庫。TRIZ法的這些工具是在收集歸納人類創(chuàng)新經(jīng)驗和大量專利

的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的?；谥R的問題解決工具與問題分析工具不同。前者指

出了問題解決過程的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方式，而問題分析工具則用于改變問題的描述，即

把一個具體問題抽象為TRIZ法定義范圍內(nèi)的問題。

1.40條發(fā)明基本原理

TRIZ法提供的40條發(fā)明原理用于指導(dǎo)TRIZ法的使用者找出用于解決技術(shù)

矛盾沖突的解決方案，每一種解決方案都是一個建議，應(yīng)用該建議可以使系統(tǒng)產(chǎn)

生特定的變化以消除存在的技術(shù)矛盾沖突。40條發(fā)明原理被使用的頻度有大有

小，記住頻度大的幾條發(fā)明原理，可直接用于解決發(fā)明問題，是?種捷徑。附錄

A中列出了40個發(fā)明原理。

2.76個標(biāo)準(zhǔn)解

TRIZ法的76個標(biāo)準(zhǔn)解用于解決基于技術(shù)系統(tǒng)進化模式的標(biāo)準(zhǔn)問題，并建議

采用哪一種系統(tǒng)變換來消除所存在的問題。在TRIZ法76個標(biāo)準(zhǔn)解中可分為如

下5種類型：

(1)不改變或僅少量改變已有系統(tǒng)(13種)；

(2)改變已有系統(tǒng)(23種)；

(3)系統(tǒng)的傳遞(6種)；

(4)檢查與測量(17種);

(5)簡化與改進策略(17種)。

7

這種標(biāo)準(zhǔn)解的分類順序，也反映出技術(shù)系統(tǒng)的進化方向。若要使用這些標(biāo)準(zhǔn)

解工具，必須首先確定基于物質(zhì)一場模式的問題類別，然后選定某一系列標(biāo)準(zhǔn)解。

這樣，根據(jù)所描述已有系統(tǒng)的特定問題，可將標(biāo)準(zhǔn)解轉(zhuǎn)換為問題的特定解，亦即

形成了問題解決的新的概念方案。詳細(xì)內(nèi)容見附錄Bo

3.效應(yīng)知識庫

效應(yīng)知識庫是TRIZ法中最容易使用的一種工具，在效應(yīng)知識庫中集中了物

理、化學(xué)、地理和幾何學(xué)等方面的專利和技術(shù)成果。效應(yīng)知識庫既列出了各種效

應(yīng)，同時還列出了該效應(yīng)被采用的專利的專利號。發(fā)明人若需要實現(xiàn)某個特定功

能，該效應(yīng)知識庫可以提供多個可供選擇的方法。在對TRIZ法理論進行研究的

早期階段，Altshuller就已驗證，對于一個給定的難題，運用各種物理、化學(xué)

和幾何效應(yīng)可以使解決方案更為理想和更為簡化。這種效應(yīng)知識庫的使用，首先

須選定一項系統(tǒng)待要實現(xiàn)的功能，然后由效應(yīng)知識庫提供一些可供選擇的方案來

實現(xiàn)這種系統(tǒng)功能的轉(zhuǎn)換。在本書附錄C中，列有效應(yīng)的技術(shù)功能就是針對這種

目的的。

1.4TRIZ法問題解決流程

在解決一個工程問題時，可能使用到TRIZ法一個或多個工具。圖1.4為TRIZ

法理論問題解決的流程圖，該圖不僅描述了TRIZ法各工具之間的關(guān)系，也描述

了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計問題的解決方法。應(yīng)用TRIZ法解決發(fā)明問題時，首先是對給定

的問題進行分析，包括系統(tǒng)的功能分析、理想化目標(biāo)分析以及可用資源分析等。

若發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在技術(shù)矛盾沖突，則應(yīng)利用TRIZ法提供的技術(shù)矛盾矩陣表加以解

決；若所需解決的問題明確，但不知道如何著手進行，則可應(yīng)用效應(yīng)知識庫直接

來解決；也可對需要創(chuàng)新的技術(shù)系統(tǒng)進行進化過程的預(yù)測，并應(yīng)用“物質(zhì)-場”

理論和76個標(biāo)準(zhǔn)解找到進化途徑。一旦利用TRIZ法工具獲得問題解決方案，需

對候選方案進行評價，包括理想化評價和系統(tǒng)特性評價，檢驗候選是否滿足系統(tǒng)

目標(biāo)要求，是否符合進化模式。特別要強調(diào)，不要輕易放棄某個候選方案，因為

這個方案可能是最佳方案。若候選方案達到滿意要求，則進行后序的設(shè)計工作；

反之，需要對解決問題進行反復(fù)循環(huán)的分析。

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1.5TRIZ法中的科學(xué)思想和思維

TRIZ法問題解決過程是一個系統(tǒng)化的、能方便地應(yīng)用已有知識的過程，也是

不斷解決現(xiàn)有問題中各種矛盾和沖突的過程。TRIZ法中的科學(xué)思想和思維是一

種適用于創(chuàng)新的科學(xué)方法，其中包含有矛盾對立與統(tǒng)一的哲學(xué)思想，系統(tǒng)論的科

學(xué)思維，比較分類、分析和歸納的邏輯法則。

1.矛盾對立與統(tǒng)一

在TRIZ法中充分應(yīng)用了辯證的矛盾對立統(tǒng)一的哲學(xué)觀。有3方面的內(nèi)容。

首先，TRIZ法認(rèn)為，矛盾是普遍存在的。

在技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部由若干組成部分，我們稱之為組元。如汽車整體可以稱為一

個系統(tǒng)，它是由車架、發(fā)動機、傳動裝置、運動裝置幾大組元組成。每個組元又

可以由更小的組元組成，直至分解到最小的組元即零件。技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部的功能組

元之間的存在矛盾，由此產(chǎn)生了技術(shù)矛盾及其解法；系統(tǒng)內(nèi)部的物理組元之間有

矛盾，物理組元在實現(xiàn)功能組元的幾個功能時也會造成矛盾，由此有了物理矛盾

及其解法。

一個系統(tǒng)作為一個相對完整的部分，還會有相互關(guān)聯(lián)的相鄰系統(tǒng)，即又必定

處于另一個更大的系統(tǒng)（超系統(tǒng)）中。如汽車作為一個整體是一個系統(tǒng)，當(dāng)起在

道路上行駛的時候，道路是它的相鄰系統(tǒng)，它們是相互關(guān)聯(lián)的，它們共同處于交

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通的大系統(tǒng)中。系統(tǒng)與相鄰系統(tǒng)之間，系統(tǒng)與超系統(tǒng)之間也有矛盾。矛盾的普遍

性是辯證法的核心，也成為TRIZ法的核心。

其次，矛盾對立統(tǒng)一是辯證看待矛盾的科學(xué)觀點。

矛盾成對出現(xiàn)，兩者之間是對立的，有時呈現(xiàn)對抗性，有時呈現(xiàn)非對抗性即

調(diào)和，社會矛盾中這種特點尤為明顯。事物兩者之間既構(gòu)成矛盾，但又是統(tǒng)一的，

說明兩者之間相互依存，如果一方把另一方消滅了，也就意味著自身的滅亡。對

立是指相互排斥，相互斗爭。統(tǒng)一是指相互聯(lián)系，相互吸引。通過對立斗爭來維

持同一性，通過同一性來制約斗爭的力度和范圍。

最后，矛盾的解決是推動系統(tǒng)進化的唯一途徑。在TRIZ法中還進一步提出

關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)矛盾的解決，會使系統(tǒng)進入新的生命周期即新的S曲線，見

第2章圖2.2。以計算技術(shù)為例，十進制的采用導(dǎo)致出現(xiàn)了一大批計算工具如算

盤的出現(xiàn)，隨著應(yīng)用的推廣，算盤還發(fā)展了多種形式，如中式、日式。算盤的檔

數(shù)也隨著數(shù)字的變大而逐步增加，但隨著運算數(shù)字的增大，運算公式的復(fù)雜度增

加，算盤的使用遇到了實際的掣肘。二進制的產(chǎn)生，導(dǎo)致了計算機的誕生和發(fā)展，

計算技術(shù)上了新的臺階。計算技術(shù)中的矛盾的產(chǎn)生和解決使計算技術(shù)系統(tǒng)進化到

了一個新的更高的階段，即新的S生命曲線。矛盾的不斷產(chǎn)生和解決是技術(shù)系統(tǒng)

進化的唯一途徑。

生活中隨處可以看到矛盾產(chǎn)生和解決的例子。

車輛順利通過十字路口是交通中的一件大事。車輛通過或不通過十字路口構(gòu)

成一對物理矛盾，是調(diào)和性質(zhì)的矛盾，可以用分離原理來解決。

十字路口的交通問題困擾人類多年。19世紀(jì)初，英國約克城中已婚女子著

紅裝，未婚女子著綠裝，以方便他人識別。受此啟發(fā)，1868年12月10日在倫

敦議會大廈廣場上，豎起了掛有煤氣燈的長桿，一位警察在桿下拉動皮帶，煤氣

燈的玻璃燈罩轉(zhuǎn)動或紅或綠，交通井然有序，解決了矛盾。后因煤氣燈爆炸使一

名警察喪命，而遭禁止。1914年，務(wù)實的美國人在尤利夫蘭市采用電氣啟動的

紅綠燈，從而風(fēng)靡全世界。上述的物理矛盾是調(diào)和性質(zhì)的，用時間分離原理得到

解決。但仍有一些車輛駕駛員闖紅燈，屢有事故發(fā)生。能不能在調(diào)和的基礎(chǔ)上強

化矛盾？也就是說十字路口的兩個相互垂直的道路不能堵死，但時間分離的強度

要更大。隨著激光技術(shù)的成熟和普及，現(xiàn)在己經(jīng)有人提出，用激光來建成一堵虛

擬紅色光墻，同時進一步用激光在墻上打出虛擬行人的身影來代替紅燈，從而使

得時間分離與虛擬的空間分離結(jié)合起來，會起到對駕駛員更好的警告效果。激光

燈一關(guān)閉，光墻消失，汽車就可以通過。由于激光燈的高穩(wěn)定性和耐用性，有望

將來代替紅綠燈，用現(xiàn)代科技更好地解決這對非對抗性的矛盾。

2.系統(tǒng)論

系統(tǒng)論是一種重要的科學(xué)思維。輸入量進入系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)組元的加工成

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為輸出量。

系統(tǒng)具有如下特點：

（1）系統(tǒng)應(yīng)相對其環(huán)境獨立，與環(huán)境有一定的邊界，保持穩(wěn)定。（2）系統(tǒng)

得到輸入量，經(jīng)過系統(tǒng)的處理，向外輸出輸出量。（3）系統(tǒng)內(nèi)部有功能組元和物

理組元，物理組元是功能組元的載體，組元間網(wǎng)絡(luò)狀的聯(lián)系和互動構(gòu)成復(fù)雜而有

序的系統(tǒng)，以達到最終有目的的改變輸入量的目標(biāo)。以機械系統(tǒng)為例，一個完整

的機械系統(tǒng)由驅(qū)動、傳動、執(zhí)行和控制四大物理組元組成，物理組元相互之間配

合來完成多項功能。再舉信息系統(tǒng)為例，信號的接收、處理、存儲和輸出是其四

大物理組元。多個物理組元參差不齊的發(fā)展促進了信息系統(tǒng)的進化。（4）系統(tǒng)與

環(huán)境之間有互動，環(huán)境會影響系統(tǒng)，系統(tǒng)則有自適應(yīng)性來維持系統(tǒng)自身的穩(wěn)定。

在上述一般共認(rèn)的系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上，TRIZ法特別補充指出系統(tǒng)可分成若

干子系統(tǒng)，系統(tǒng)也可為另一個超系統(tǒng)中的子系統(tǒng)。在進化法則中，TRIZ法提出

了系統(tǒng)中各子系統(tǒng)均衡發(fā)展的進化模式，與經(jīng)濟學(xué)中的木桶短板理論不謀而合。

進化模式中還講到系統(tǒng)可進入一個大的復(fù)雜的超系統(tǒng)中，以實現(xiàn)進化；又進一步

簡約超系統(tǒng)，實現(xiàn)進一步的進化。在解決技術(shù)矛盾和物理矛盾中，TRIZ法十分

強調(diào)系統(tǒng)的作用。由于TRIZ法較好地應(yīng)用系統(tǒng)論于技術(shù)系統(tǒng)中，它的一些類似

做法被后人延伸用到經(jīng)濟和管理等領(lǐng)域，在美國已經(jīng)初見端倪。

3.邏輯三法

（1）比較分類法。根據(jù)研究對象的相同和相異點，把對象分為不同種類的

邏輯思維方法。

在比較分類時必須遵循以下原則。1）研究對象之間應(yīng)有可比性；2）在同一

項目內(nèi)比較分類時只能采用同一標(biāo)準(zhǔn)，且使每個對象只在一個子項目中；3）采

用反映本質(zhì)的分類標(biāo)準(zhǔn)，避免反映現(xiàn)象的分類標(biāo)準(zhǔn)；4）子項目中所含對象之和

正好與上級項目所含對象相同；5）逐級下行，不得逆向，即成樹狀由根到枝再

到葉。

比較分類法的效果和用途，1）有利于對象的查找、利用和分析；2）有利于

科學(xué)合理的預(yù)見；3）有利于發(fā)現(xiàn)對象之間的本質(zhì)聯(lián)系和內(nèi)在規(guī)律。門捷立夫發(fā)

現(xiàn)元素周期表就是典型范例，在門捷立夫制定周期表的時期，表中許多元素是否

存在尚無定論，但門捷立夫堅持認(rèn)為這些尚缺的空格一定會被填上。后來科技的

進展也證明了這一點，許多新發(fā)現(xiàn)的元素填補進入了空格，形成了今天看到的元

素周期表。TRIZ法在對矛盾進行比較分類時，創(chuàng)造性地把矛盾分成技術(shù)矛盾和

物理矛盾，揭示了技術(shù)系統(tǒng)中矛盾的特性。

（2）歸納法。從個別研究對象中概括出一般原理的方法。事物的39種物性

參數(shù)和40項發(fā)明原理也是TRIZ創(chuàng)始人Altschuller比較20萬份專利歸納得到的

結(jié)果。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，后人不斷的提出增加物性參數(shù)和發(fā)明原理。

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穆勒五法是典型的經(jīng)典歸納法，表1.1為其主要內(nèi)容。

表1.1穆勒五法

名稱內(nèi)容結(jié)論

求同法A,B,Cfa;A,D,E-*aA-*a

差異法AB,C-a;B,Cf沒有aA-*a

共用法AJB,Cfa;A,D,E->a;G,Ff沒有a;M,Q一沒有aAfa

共變法Ai,B,C-*ai;A2,B,C-*92A-*a

剩余法A,B,C-*a,b,c;B-*b;C—cA-*a

表1.1中的大寫字母表示輸入，小寫字母表示輸出。以求同法為例，某人抽

煙、喝酒、吃雜糧得癌癥，另一人抽煙、喝可樂、吃精米得癌癥，第三人抽煙、

喝礦泉水得癌癥，如此等等，通過大量的樣本，運用求同法可以得出抽煙得癌癥

的結(jié)論。

歸納法的效果和用途為，1）通過歸納找到普遍規(guī)律；2）通過歸納提出科學(xué)

的假說和猜想；3）通過歸納指導(dǎo)科學(xué)實驗。TRIZ法把專利歸納為5個等級就是

范例。TRIZ法把技術(shù)系統(tǒng)歸納為用39個特征參數(shù)表述，用40個發(fā)明原理來求

解，是歸納法的杰作。乂由于采樣樣本極大（250萬專利），使得歸納的結(jié)果可

信、可靠。歸納法被用在大量的日常生活中，動畫片《海爾兄弟》主題曲中唱到

的“打雷要下雨，下雨要打傘?”就是一個人們從日常生活體驗中歸納得到的經(jīng)

驗。

（3）分析法。分析法是把對象分解為簡單要素，把過程分割為片斷，把整

體分割為局部的思維過程。從而精細(xì)認(rèn)識對象的本質(zhì)。在TRIZ中，經(jīng)常用到1）

系統(tǒng)分析法；2）功能結(jié)構(gòu)分析法；3）組成組元分析法。

分析法得到的效果和用途：1）把認(rèn)識引向深入；2）發(fā)現(xiàn)各組元、各片斷之

間的聯(lián)系；3）是綜合的前提和基礎(chǔ)。人們要把具體的技術(shù)問題轉(zhuǎn)化為用TRIZ

術(shù)語表達的矛盾，在解決過程中了解功能組元和物理組元之間的聯(lián)系以建立矛

盾，再把得出的TRIZ解轉(zhuǎn)化為針對該技術(shù)系統(tǒng)的具體方法，都要使用分析法。

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第2章專利分級與系統(tǒng)進化S曲線

人類社會生活中，常常有這樣的情況出現(xiàn)：有的專利從申請批準(zhǔn)日起就被壓

入箱底無人問津；有的專利僅幾千、幾萬元人民幣就被完全轉(zhuǎn)讓；但有的專利卻

有著天價般的許可使用費，隨著由它作為核心技術(shù)的產(chǎn)品的不斷賣出，經(jīng)年累月

的、源源不斷的給它的主人帶來經(jīng)濟利益。同樣是技術(shù)專利，同樣的申請流程、

申請費用、許可證書，區(qū)別為什么會這么大呢？主要是兩方面的原因。一方面是

專利的社會認(rèn)可度不同，即專利形成的產(chǎn)品的大眾使用度有大有小，商業(yè)價值有

高有低。另一方面是專利的技術(shù)地位不同，有的專利形成產(chǎn)品的核心部分無可或

缺，有的則僅僅能夠起到錦上添花的作用。由此可見專利從其誕生的第一天起，

價值就是不同的，本章重點從技術(shù)的角度闡述專利的等級劃分“

2.1專利的等級劃分

每項專利對應(yīng)解決現(xiàn)有狀況存在的特定問題。不同問題的難易程度不同，專

利解決問題的方式不同，問題得到改善的情況不同，對社會進步發(fā)展的促進程度

也不同。愛迪生發(fā)明燈泡，解決了從電轉(zhuǎn)化成照明光能的難題，是能量轉(zhuǎn)換的跨

越，將人類社會帶入了一個全新的明亮的世界，對社會的進步和發(fā)展起到了極大

的促進作用。它的專利價值甚至無法用金錢估量。在他之后相繼出現(xiàn)很多關(guān)于燈

泡方面的發(fā)明和專利，有的是替換燈絲材料，有的是改變燈泡的形狀，有的是改

變燈泡內(nèi)部的氣體成分”這些發(fā)明由于其解決問題的難度下降，對社會的影響

降低，從而遠不及愛迪生發(fā)明燈泡的價值。只到后來人們改變發(fā)光原理，用化學(xué)

反應(yīng)發(fā)光、電子躍遷發(fā)光等，因為發(fā)光原理的變化，效率有了大幅度提高，光能、

光色有了多種變化，衍生運用增加，再次具有了很高的價值。由此可見，雖然都

是專利，他們是具有差異的。對專利的分類有很多種，最受推薦的是根據(jù)專利的

創(chuàng)新程度進行的等級劃分。由于創(chuàng)新程度的不同，導(dǎo)致帶來的社會效應(yīng)不同，從

而使得專利等級與產(chǎn)品生命周期具有一定的對應(yīng)關(guān)系。利用它們之間的對應(yīng)規(guī)

律，可以有計劃的進行投入和開發(fā)，從而更好的為人類社會發(fā)展服務(wù)，更多的創(chuàng)

造社會價值。

Altschuller通過分類比較和歸納，在對大量專利進行深入分析的基礎(chǔ)上發(fā)

現(xiàn)，雖然各個國家的發(fā)展步伐不一致，專利狀況各不相同，不同的專利內(nèi)部所蘊

含的科學(xué)知識、技術(shù)水平有很大的區(qū)別和差異。但都可以依據(jù)各個專利對科技的

貢獻程度、應(yīng)用范圍，將專利或發(fā)明創(chuàng)新劃分為以下5個等級。專利的等級劃分

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成為TR1Z法的重要內(nèi)容之一。

1.第一級別

創(chuàng)新程度最低的級別，解決通常的設(shè)計問題。是對現(xiàn)有知識的一個直接運用，

只是簡單的改進，僅僅用到一個人的基本知識就可以完成。它們占整個發(fā)明創(chuàng)新

的三分之一左右。若用試錯法（試錯法，即沒有具體方向的嘗試，實驗一種方法

后發(fā)現(xiàn)錯了再用第二種方法實驗，直到成功。是湊巧而找到的解決問題的方法。

如愛迪生發(fā)明燈泡時用的燈絲材料，是嘗試上千種能夠得到的材料后，偶然發(fā)現(xiàn)

的。）則十次左右的嘗試即可以成功。這樣的發(fā)明對現(xiàn)實的狀態(tài)的改變最少，引

起的社會的影響也最小。一般人稍加學(xué)習(xí)和鍛煉就可以進行此級別的創(chuàng)新，比如

一般的新菜菜譜的創(chuàng)作就可以歸為這類。

2.第二級別

創(chuàng)新程度稍高的級別，對現(xiàn)有狀態(tài)做了少量的改進。它們占整個發(fā)明創(chuàng)造的

半壁江山。一個人的知識常常不足以將它創(chuàng)造出來，此時需要其他人的智慧的加

入。若用試錯法找到它的解，則需要上百次的試錯努力了。對應(yīng)TRIZ法，則是

需要找到一對技術(shù)矛盾，然后找到其對應(yīng)的解，根據(jù)解的提示進行改進。因為它

只需要一個方面的知識就可以解決，也并不是那么的遙不可及，不需要動用太多

的研發(fā)資源。現(xiàn)實生活中的一些非職務(wù)發(fā)明人的發(fā)明常常屬于這一范圍，如戶外

使用燃?xì)庠睢⒖烧郫B野外宿營帳篷等。本書第四章中舉出了一些中國非職務(wù)發(fā)明

人的案例。

3.第三級別

創(chuàng)新程度更高的級別，它是對現(xiàn)有狀況的根本性改變，占所有發(fā)明專利的2佻

左右的比例。用試錯法找到它的解己經(jīng)比較困難，需要上千次的嘗試，還不一定

能夠成功。此時需要的知識已經(jīng)不僅僅局限在一兩個原理和常識了，需要的是整

個行業(yè)內(nèi)的知識。在TRTZ法中它對應(yīng)要解決多對矛盾，在一個系統(tǒng)里或者多個

系統(tǒng)里解決，有時候還需要放到超級系統(tǒng)里去解決。它的成功創(chuàng)造己經(jīng)能夠為社

會帶來很大的發(fā)展動力，創(chuàng)造很好的社會效益和經(jīng)濟效益。如自行車的發(fā)明、蒸

汽機的發(fā)明等等。

4.第四級別

這一級別的創(chuàng)新程度己經(jīng)相當(dāng)?shù)母吡?，僅僅只有4%左右的發(fā)明專利屬于這一

級別。它需要跨行業(yè)和學(xué)科的知識作為支撐，需要有全新的概念和想法。它對社

會的改變是撼動時代的改變。再用試錯法希望發(fā)現(xiàn)它己經(jīng)是不太可能了，它需要

發(fā)明者有目標(biāo)的思考，有步驟的實驗，有足夠的設(shè)備條件以及很好的工作團隊。

半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)屬于此級別，它改變了人們一貫認(rèn)為物質(zhì)不是導(dǎo)體就是絕緣體的觀

念，讓人們發(fā)現(xiàn)了另一個巨大領(lǐng)域。由它衍生出來了無數(shù)的發(fā)明創(chuàng)造，成就了一

個龐大的電子產(chǎn)業(yè)帝國，而這個電子產(chǎn)業(yè)帝國在廣泛的、深刻的、持久的改變著

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人類社會。

5.第五級別

這個最高的級別，只占發(fā)明創(chuàng)造的1%不到，它需要綜合運用所有的知識，甚

至產(chǎn)生新的知識。它的威力也是巨大的。舉例來說，核聚變、核裂變的發(fā)現(xiàn)以及

核武器的發(fā)明就是屬于這個級別。計算機的發(fā)明也屬于這一級別，有目共睹的正

在深刻的改變著世界。

其實級別之間沒有完全絕對的分界線，根據(jù)發(fā)明創(chuàng)新所處的時代，以及它的

出現(xiàn)對后世的影響，還有人們不斷的重新認(rèn)識和重新使用，專利對社會的影響是

不斷改變的，它的級別也是變動的。不過總體而言它們有一個大的原則：級別越

高，對社會的改變越大，需要發(fā)明人的心智水平越高，動用的資源也相應(yīng)越多。

而追求自己的發(fā)明達到更高的級別，是每個發(fā)明人心中的信念。

Altschuller與他的同事己經(jīng)對此做了詳細(xì)的統(tǒng)計和研究，制成統(tǒng)計表如表

2.1所示。這里要說明，表中的比例以及試錯數(shù)量是前輩的研究人員在他們研究

的當(dāng)時統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)本身就可以看出，它僅僅是給人們一個數(shù)據(jù)數(shù)量級上

的概念。并且隨著時間的推移，人們掌握知識的增加，發(fā)明創(chuàng)新的設(shè)備的完善，

這些數(shù)據(jù)會有些變化，但趨勢不變。

表2.1發(fā)明創(chuàng)造的等級劃分

級別創(chuàng)新程度比例知識來源試錯法求解的試錯數(shù)量

1簡單的解32%個人知識10

2少量的改進45%個人+部門知識100

3根本性的改進18%行業(yè)內(nèi)的知識1000

4全新的概念4%跨行業(yè)跨學(xué)科的知識10000

5發(fā)現(xiàn)<1%所有已知的知識或新知識100000

由表2.1可見，發(fā)明創(chuàng)造的級別越高，所需要的知識就越多，這些知識所處

的領(lǐng)域范圍就越寬，搜索有用知識所需的時間就越長，采用傳統(tǒng)的試錯法尋求解

時，試錯的次數(shù)就越來越多。當(dāng)需要高級別的發(fā)明時，特別在現(xiàn)代社會，時間成

本和機會成本飛速上升的時候，用試錯法己經(jīng)不再可取。因此需要進行有目的的，

有指導(dǎo)性的創(chuàng)新。

此外還可發(fā)現(xiàn)，95%的發(fā)明創(chuàng)造是利用了行業(yè)內(nèi)的知識，只有少于5%的發(fā)明

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創(chuàng)造是利用了行業(yè)外的以及整個社會的知識。因而，如果企業(yè)遇到一般的技術(shù)矛

盾或問題，完全有能力在本行業(yè)內(nèi)尋找到答案。也就是說，只要找到正確的創(chuàng)新

方法，實現(xiàn)創(chuàng)新型企業(yè)，打造有競爭力的企業(yè)完全是可以實現(xiàn)的。學(xué)習(xí)和推廣創(chuàng)

新方法，是有利于企業(yè)的，是企業(yè)利益所需。

由表2.1還可以看出，第三、四、五級的專利才會涉及到技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技

術(shù)和核心技術(shù)，比例高達77%的第一、二級的發(fā)明創(chuàng)造處于低水平狀態(tài)，一般來

說使用價值不大。而這一部分發(fā)明創(chuàng)造中非職務(wù)發(fā)明人占了絕大多數(shù)的比例。他

們?yōu)榘l(fā)明創(chuàng)造貢獻了自己的熱情，投入了大量的人力、物力、財力，但由技術(shù)的

等級所限注定收效不高，這就是出現(xiàn)有些發(fā)明人“越搞發(fā)明越