国际主流技术创新方法的比较分析及其启示.doc

国际主流技术创新方法的比较分析及其启示周贤永/陈光【专题名称】创新政策与管理【专 题 号】C31【复印期号】2011年04期【原文出处】科学学与科学技术管理(津)2010年12期第7885页【英文标题】A Comparative Analysis of the International Mainstream Technological Innovation Methods and Its Enlightenment【作者简介】周贤永陈光，西南交通大学公共管理学院，成都610031    周贤永（1982 ），男，湖南涟源人，西南交通大学公共管理学院博士研究生，研究方向：TRIZ理论与应用、公共工程组织与管理；陈光，西南交通大学公共管理学院（成都610031）【内容提要】为提高TRIZ技术创新方法使用效率，从产生背景、理论基础、分析框架、解题工具、操作流程等方面对经典TRIZ，OTSM，USIT等国际主流技术创新方法进行了分析与比较。比较分析结果表明，提高技术创新方法的形式化与结构化程度，开发统一的面向对象的分析框架和综合性方案生成工具等是进一步开展技术创新方法研究与推广应用的关键。In order to enhance the ability of the innovation methods such as TRIZ, OTSM and USIT are compared with Classical TRIZ from the viewpoints of backgrounds, theoretical foundations, analytical frameworks, problem solving instruments and overall procedure of problem solving, respectively. It is indicated by the comparative analysis that, the critical issues of promoting further the research and application of technological innovation method is improving its level of formalization and structuring, and developing a unified object- oriented analytical framework and some synergic solutions generation instruments.【关 键 词】技术创新方法/TRIZ/强势思维一般理论/统一结构化创新思维technological innovation methods/TRIZ/OTSM/USITEE8UU8497603    0引言    在当今国际竞争日趋激烈，人口、资源、生态环境约束日益严峻的条件下，技术创新在人类社会发展过程中的作用比以往任何时刻都更加重要。技术创新实践需要应用科学的创新方法才能得以高效开展。为切实加强创新方法工作，从源头上推进创新型国家建设，2008年4月，科技部等四部委联合发布了关于加强创新方法工作的若干意见。意见中明确指出，“推进技术创新方法的引进与发展。针对建立以企业为主体的技术创新体系的重大需求，推进TRIZ等国际先进技术创新方法与中国本土需求融合”。自意见发布以来，全国各地特别是黑龙江、四川等创新方法试点省份，以及创新方法研究会和相关创新方法研究团队，围绕TRIZ研究及推广应用展开了大量工作，并取得了明显成效。然而，目前国内大部分的工作都集中在TRIZ这一创新方法上，对国际上除TRIZ外的其它相关先进创新方法关注甚少。    尽管TRIZ为人们提供了一种可操作性较强的创新方法，但熟练运用TRIZ理论绝非易事。其创始人Altshuller一开始就强调，TRIZ的应用主体是高水平的发明家12。相关专家也多次指出，真正掌握TRIZ方法需要很长时间。从运用效果看，一些TRIZ核心工具的适用率也不尽如人意35。对此，早在2002年，TRIZ Journal就发起了一场名为“如果TRIZ是一种如此有效的方法，为什么不是每个人都应用它”的大讨论6，对TRIZ应用进行反思；2010年5月，国际上又掀起了一股新的“TRIZ的四个关键问题”的讨论热潮7。来自欧、美、日等地的TRIZ专家纷纷从TRIZ的知识体系、应用方式等角度，对其存在的相关问题进行了剖析。虽然他们分析的视角和得出的结论各有差异，但是TRIZ本身存在一定的局限性是毋庸置疑的。    与此同时，针对TRIZ的不足之处，许多研究人员从不同的角度进行了系统研究与修正，并分别开发出了新一代的技术创新方法。经过多年的发展与应用，这些方法与TRIZ本身逐步成为国际上颇具影响力的主流技术创新方法。其中的典型代表就是活跃于欧洲的OTSM（俄文词头：General Theory of Powerful Thinking，强势思维一般理论）和活跃于以色列、美国、日本等国的USIT、（Unified Structured Inventive Thinking，统一结构化创新思维）。    为理清TRIZ与其它主要先进创新方法之间的关系，本文试图从产生背景、理论基础、分析框架、主要工具、操作流程等方面，对TRIZ和以OTSM、USIT为代表的国际主流技术创新方法进行详细介绍与对比，以期为我国技术创新方法的进一步研究和推广应用提供新的参考思路。    1主流技术创新方法产生背景及其理论基础比较分析    从技术创新方法的成熟性和国际影响力角度看，由Altshuller提出和发展的经典TRIZ理论，与由Altshuller本人提出、主要由白俄罗斯TRIZ大师Khomenko发展的OTSM理论，以及由以色列特拉维夫大学Maimon和Horowitz提出，经美国福特公司Sickafus改造，最后由日本大阪大学Nakagawa教授进一步发展和推广的USIT理论，已经成为当今世界的主流技术创新方法。上述三种方法在一定程度上承袭了经典TRIZ理论的精髓，但其产生背景和理论基础却存在着显著差异，这就成为它们在运用过程中各具特色的根本原因。    1.1经典TRIZ产生背景及其理论基础    经典TRIZ产生于20世纪40年代的前苏联。当时，其创始人Altshuller考虑的主要问题是，发明创造是否存在客观规律性？如果存在一些客观规律，那么如何对其加以利用，以减少人们对于试误法和头脑风暴法等方案选择方法的依赖，并迅速得到创造性问题的高水平解决方案8。    为回答上述问题，Altshuller及其团队分析了成千上万份高水平发明专利（苏式摘要）和技术创新文献。他们发现，实现技术创新不仅需要人们打破根深蒂固的思维惯性，而且必须遵循客观存在的技术发展进化规律1。在此基础上，Altshuller提出了经典TRIZ关于技术创新的三个公理915。    （1）技术进化规律公理：技术系统的进化存在着客观规律，技术创新问题的优秀解决方案就是符合这些客观规律的方案。    （2）矛盾公理：技术系统是通过消除矛盾得以进化发展的。为获得突破性创意，需要寻找解决矛盾的方法，任何高水平解决方案都必须消除技术系统中存在的矛盾。    （3）特殊性公理：每个创造性问题都是在具体的情境中产生的，问题解决过程必须考虑具体技术系统的独特属性及其可以利用的资源，不存在万能的技术创新问题解决方案。    1.2OTSM产生背景及其理论基础    经典TRIZ主要适应于技术领域内较为简单的创造性问题。20世纪80年代，人们试图将其应用至非技术领域，因而急需进一步拓展经典TRIZ。为此，Altshuller提出了经典TRIZ下一阶段的进化目标，即：如何将无限数量的创造性问题统一成一种规范形式（A Canonical Form），并提供相应的解决方案9。Khomenko进一步指出，经典TRIZ的核心方法矛盾解决方法仅能处理一对矛盾，但实际生活中的技术创新问题往往包含多对互相交织、互相影响的矛盾，这些矛盾甚至会随着问题解决过程的进展而发生动态变化；同时，绝大多数技术创新问题不仅涉及技术领域，还会涉及社会、经济、生态环境等多个非技术领域。为有效解决这些问题，就必须发展一种解决复杂跨学科创新性问题的一般方法，即OTSM。    构造一种可以解决任何具体创造性问题的一般方法，无疑面临一对尖锐的物理矛盾：解决问题的相关规则必须是最一般化的，以便囊括更加广阔的应用范围；同时，解决问题的相关规则又必须是最特殊化的，以便提供令人满意的具体解决方案。为解决上述“一般化特殊化”的物理矛盾，可以应用经典TRIZ的“整体与部分分离原理”寻找OTSM的构建思路：OTSM的每个单一工具都是普适性的，但是这些工具作为一个系统却可对任何具体问题进行有效地深入分析，并提供满意的解决方案。基于这一原理，OTSM提出了一种将创造性问题解决方案进行统一的规范形式：“在某些特定的情形下，识别某些特定元素（Elements）的某些特定参数（Parameters），并将其调整至特殊的量值（Value），即可解决问题”；而其对应的创造性问题则是：“在问题解决过程当中，如何识别这些元素、参数、量值与特定情形。9”OTSM认为，对于复杂跨学科创新性问题，可以采取领域技术专家和创新方法专家合作的形式，利用图论和太极图描述问题之间的相互关联性，并将问题和矛盾的发展变化及其解决过程作为一个动态发展的“问题流”（Problem Flow）加以管理。    1.3USIT产生背景及其理论基础    经典TRIZ理论认为，实现技术创新的必要条件就是解决技术系统中的矛盾。然而，20世纪90年代初，Maimon等指16，这一判断标准存在两个严重缺陷：首先，那些通过引入一个新概念或增添一个全新子系统解决矛盾的方案，是否是创新性解决方案呢？例如，为出行方便，必须使用汽车，但汽车会对环境造成严重的污染，那么“采用电动汽车代替现有汽车”这一概念消除技术矛盾的解决方案，是不是创新性方案呢？其次，如果某个方案可以在数量上同时改善技术矛盾中两个互相冲突的工程参数，但技术系统并未发生实际变化，那么这样的方案是否属于创新性解决方案呢？    通过大量试验和实证分析，Maimon等发现16，上述两种情况都不是真正的技术创新。在此基础上，他们给出了创新性方案的充分条件：（1）质变（Qualitatire Change）条件：即解决方案必须保证使技术矛盾中互相冲突的参数之间的关系发生逆转，或者不再存在相互依存关系，见图1。从而彻底消除二者之间的冲突，而不仅是同时改善两个参数量值；（2）封闭世界（Closed- World）条件：即解决方案依托技术系统中现有的子系统资源，或者临近系统资源以及存在于外部环境中的免费超系统资源实现，而不是简单地引入新概念或增添新系统。同时满足上述两个条件的解决方案，便是真正的创新性方案。        图1USIT质变图    基于这一研究，Horowitz等人开发了一种名为“结构化创新性思维（SIT）”的技术创新方法。该方法认为，技术系统的功能本质上就是改变某些对象（object）的属性（attribute），而技术创新就是在“封闭世界”，见图2，通过“质变”的方法消除技术系统中存在的有害功能或者说“有害效应”。20世纪90年代初，SIT、方法迅速传至美国，并被Sickafus加以改造和运用，逐步发展成为USIT；20世纪90年代末，USIT传至日本，Nakagawa进一步将经典TRIZ的相关方法与工具整合至其中，最终形成较为完善的USIT方法。        图2“封闭世界”17    可见，经典TRIZ在宏观层面为技术创新方法奠定了哲学理论基础；OTSM则试图将所有创新性问题及其解决方案统一成为一种规范的形式，并解决经典TRIZ鞭长莫及的各种复杂跨学科创新性问题；USIT的特色则是从微观的角度细化并拓展经典TRIZ矛盾解决机制，为技术创新提供切入点和具体的分析实施手段。    2主流技术创新方法分析框架和主要工具    依据其各自的理论基础，这些技术创新方法分别开发了相应的问题分析框架和主要处理工具。    2.1经典TRIZ分析框架与工具    在数十年发展过程中，经典TRIZ总结了技术系统进化模式及其相应进化路线1819，并先后开发了三种问题分析框架，即：技术矛盾、物理矛盾以及物场分析法。与此分析框架相对应，经典TRIZ分别提供了与之匹配的矛盾矩阵和发明原理、分离原理、76个标准解法和科学效应知识库三种主要解题工具。在问题解决过程中，一旦选定某种分析框架，便可直接利用与之匹配的解题工具找到技术创新思路。此外，经典TRIZ还提供了一种从系统层次和发展过程两个维度突破思维惯性的方法，即系统算子分析法。    2.2OTSM分析框架与工具    （1）ENV分析框架。为构建创新问题及其解决方案的规范形式，OTSM借鉴人工智能理论开发出了面向对象的“元素名称量值”（Element- Name- Value, ENV）分析框架。该理论认为，解决问题的前提是对其进行系统而规范的描述。任何问题的描述都必须聚焦于问题产生根源，明确界定主要元素、元素的评价性参数及其相应量值，以及导致问题产生的元素及其相应参数与量值，见图3与图4。        图3OTSM“元素名称量值”分析框架10        图4OTSM行动参数与评价参数关系14    在ENV分析框架中，OTSM构建了两类参数：一类称为评价参数（Evaluation Parameters），类似于经典TRIZ技术矛盾工程参数，主要用于描述问题情形；另一类称为行动参数（Action Parameters）或控制参数（Control Parameters），类似于经典TRIZ物理矛盾中涉及的参数，它具有两个量值a和a，当其取定某个量值时，将对两个评价参数分别产生正向和负向影响，是解决技术创新问题的关键参数。区分评价参数和行动参数，不仅可将经典TRIZ的技术矛盾和物理矛盾联结成一个整体，而且可以表示更多的复杂矛盾类型。因此，运用ENV分析框架能够直观而系统地描述任何初始问题情形，并迅速发现问题关键。    （2）半效解（Partial Solutions）。领域专家或创新方法专家提出的某些方案可以部分地解决问题，但是它们的实施要么会产生新的问题，要么无法完全解决原问题，这类解决方案被称为“半效解”。半效解的产生使问题处于动态的发展过程之中，OTSM称这一过程为“问题流”。    针对复杂问题中的“问题流”，OTSM建议将原问题及相关半效解同时纳入分析过程进行综合考虑，以便对其进行有效管理。为此，OTSM运用ENV分析框架与图论，开发了一种描述与分析问题流的特殊图形。在这种OTSM图形中，节点表示问题或半效解，而节点之间的连接则表示问题之间存在的各种逻辑联系。利用该图形，便可完整地表述复杂问题。    （3）问题流网络方法。OTSM的解题工具是“问题流网络方法”，这一方法包括新问题技术、典型方案技术、矛盾技术和问题流技术四种复杂问题处理工具。其中，新问题技术用于分析初始问题清单，以便从模糊的表述中得到一个清晰定义的问题；在此基础上，典型方案技术尝试运用TRIZ和OTSM的典型方案和相关工具解决问题或取得半效解；若无法获得满意解，则运用矛盾技术提炼基于ENV分析框架的矛盾，并借助ARIZ获取解决方案或至少获得半效解集合，加深对问题情形中具体子问题根原因的理解；问题流技术则用于处理问题解决过程中产生的子问题流，并综合形成基于半效解的最终概念方案。    上述四种OTSM工具虽然包含经典TRIZ的部分元素，但其使用过程始终与ENV分析框架表述的具体问题情形紧密结合在一起，因而其操作对象非常明确，无需抽象与还原。    2.3USIT分析框架与工具    （1）OAF分析框架。创新性方案充分条件要求尽可能在封闭世界内实现某种“质变”，以消除技术系统中的有害功能。由于功能通常是两个对象的属性发生交互作用，从而改变另一种属性（或者第三个对象的某种属性）的过程20，因而技术领域内任何问题产生的根本原因都与其涉及的对象、属性及其交互作用所产生的有害功能密切相关，解决技术创新问题必须重点分析这些关键对象、属性与功能。为此，USIT构建了一个称为OAF（Object- Attribute- Function，对象属性功能）框架的问题分析模型，见图5。利用OAF模型不但可以揭示有害功能发生过程及相关核心因素，而且可对问题产生的根本原因进行准确描述和深入分析，迅速找出问题的切入点。显然，与ENV框架类似，OAF框架也以一种规范的形式描述和刻画问题特征。        图5USIT问题分析框架21    （2）USIT方案生成方法。为有效解决OAF框架提炼出的关键问题，USIT根据创新性方案充分条件开发了五种方案生成方法，又称USIT算子22，即对象复数化法：对系统中的对象进行复数化，将对象的数目转变成除1之外的任何数字，如0，2，3等整数或12，13等分数；属性多维化法：可应用于对象的各种属性，以改变对象的“维度”，例如激活屏蔽对象的某些属性，变换属性的空间和时间维度；功能配置法：可应用于系统中所有功能，以便在系统的对象（包括新引入对象）之间配置和重新安排功能，以及引入新功能；方案组合法：从空间、时间、系统层次等角度，将所获得的多个方案进行组合从而得到新方案；方案通用化法：用一般的日常语言代替解决方案中特殊的技术术语。    这些方法与TRIZ的相关工具存在复杂的对应关系，见图6。显然，USIT算子不但可以完全涵盖经典TRIZ解题工具，而且大大精简了工具数量。此外，依托特有的OAF分析框架，USIT算子可以明确指向具体实施对象，并且提供了组合与集成解决方案的基础，因而更具可操作性。        图6TRIZ工具与USIT算子关系    2.4分析框架和主要工具的简单比较    根据上述分析可以发现，见表1，经典TRIZ存在技术矛盾、物理矛盾、物场分析等多个分析框架，这些框架分别采用不同的抽象方式从某个侧面对问题进行刻画，无法系统地描述问题全貌，相应的解题工具也存在一定的片面性。因此，在解决实际技术创新问题时，使用者需要对其一一尝试，方可深刻理解问题本质或者得到满意解。相反，OTSM和USIT却分别具有统一的ENV和OAF问题分析框架，从一开始便可构建描述问题本质的结构化逻辑模型，其分析过程始终与具体问题的特征保持密切联系，无须进行反复的抽象和具体化工作，因而较之经典TRIZ，其使用效率相对较高。        3主流技术创新方法操作流程比较分析    众所周知，经典TRIZ的操作流程是著名的四框模型，见图7。在该模型中，使用者首先需要将其面临的特殊问题抽象成为通用问题，然后根据TRIZ问题与方案之间的匹配关系，寻找通用解决方案，最后再将通用方案具体化为原问题的最终解决方案。        图7经典TRIZ解题流程    OTSM的操作流程同样分为四个部分。根据复杂问题的特点，OTSM提出了将问题初始情形逐步转化为最终解决方案的四个网络，即问题网络、矛盾网络、参数网络（特殊）和参数网络（通用）。由于通用参数网络主要用于为今后问题储存相关知识，因此其常用解题流程如图8所示23。首先收集问题和相关半效解得到完整的问题网络，然后用ENV分析框架提炼相关矛盾，构建矛盾网络，最后将矛盾网络中的行动参数提取出来，组成新的参数网络，并用收敛相关半效解的方式调整核心参数，从而解决问题网络中最重要、影响面最广的问题。较之经典TRIZ，OTSM解题流程中不存在明显的“抽象化”与“具体化”步骤，它的问题解决过程取决于对具体问题根源及问题之间动态关系的深刻理解，而不是依赖“类比”与“还原”操作从现有标准创新工具或案例中得出抽象的通用解。        图8OTSM问题解决流程    USIT的操作流程24，见图9，亦与经典TRIZ存在形式上的类似性，然而其实质差异更为显著：一方面，USII在对特殊问题进行抽象之前，必须经过一个独有的“良好定义的特殊问题”阶段，以便分析问题产生的合理根原因，从而明确界定问题中包含的有害效应和目标，并识别封闭世界的最小对象集；另一方面，USIT的通用问题仅仅是OAF框架意义上的通用化，其内容则是根据当前系统的具体特征，应用聪明小矮人的异化方法微粒方法确定理想系统，其通用问题与通用解之间根本不存在匹配关系。通用解和概念解的获取主要应用USIT算子对问题对象、问题属性和问题功能进行直接调整与组合。因此，USIT方法无需经典TRIZ应用过程中必不可少的“强制类比”（Enforced Analogy）和“顿悟”25，也不用借助计算机软件，甚至不必使用相关教科书，所有创造性解决方案都出自USIT解题流程和使用者大脑。        图9USIT问题解决流程    显然，较之经典TRIZ，OTSM、USIT的整个解题流程虽然略显复杂，但是它们分别依靠一种统一的面向对象的分析框架，深入分析问题本质及其产生根源，并最终找出解决难题的切入点，从而使创新性问题解决过程摆脱了对于抽象和类比的过度依赖。    4主流技术创新方法综合比较分析及其启示    在三种主流技术创新方法中，OTSM和USIT分别从不同的角度对经典TRIZ进行了完善与拓展。OTSM的问题流网络方法和ENV分析框架使得人们面临复杂跨学科创新性问题时不再无所适从，有助于准确识别包含于其中的错综复杂的各类矛盾，并迅速抓住问题关键；而USIT的创新性方案充分条件和OAF分析框架则为矛盾的彻底解决提供了客观标准和具体工具。值得注意的是，作为对经典TRIZ的进一步发展，OTSM与USIT存在诸多共同特征，可以作为进一步研究和推广技术创新方法的着眼点。    首先，它们都具有一个面向对象的统一分析框架。这一分析框架不但可以提高创新性问题解决过程的形式化和结构化程度，而且可以清晰地表述问题产生的根源和解决问题需要着重考虑的对象、属性、参数等因素。较之经典TRIZ散布在各分析框架中的工程参数、制品、工具、场等因素，这些OTSMUSIT因素的相对重要性及交互作用可在同一个框架中得以明确揭示，从而有助于迅速找到解决问题的突破口。    其次，它们的解题流程均与具体的问题情形紧密相关。应用OTSM与USIT无需进行高度的抽象与过度的类比，因此不会面临使经典TRIZ备受诟病的通用解领域化难题2629，它们对问题本质直观而深入的分析甚至使许多创新性问题在分析过程中就迎刃而解。    最后，它们都试图发展某种综合性方案生成工具。经典TRIZ的特殊性公理指出，创新性问题各具特色，其解决方案也必定千差万别，因而不存在万能解决方案。OTSM综合半效解和USIT组合新创意片断及其方案组合法，都是发展创新问题综合性解决方案的具体体现。    目前，国内以TRIZ为主的技术创新方法在推广应用过程中面临一些深层次问题。例如，很难从复杂的实际技术问题中提炼出一对矛盾或者适当的物场模型，获得通用创新解后将其具体化为领域解也远非易事。最近，国际上有关经典TRIZ“事后分析作用盛于事前指导功能”7的呼声，同样表明TRIZ理论有待于进一步完善。针对这些问题，前述比较分析可以给我们提供许多启示。其中特别重要的是，在统一创新方法分析框架、提升创新方法形式化和结构化程度、开发综合性方案生成工具等方面进一步开展工作，是提高技术创新方法使用效率的必由之路。    注释：     例如，笔者2009年赴日本考察创新方法时，日本TRIZ协会理事黑泽先生在与我们进行交流时强调指出，依照他们的经验，熟练运用TRIZ至少需要8年时间进行学习和实践。【参考文献】    1 Altshuller, G., Shapiro, R. 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