46期东纺快讯doc-上海纺织研发公共服务平台--首页.docx
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1、内部资料严禁外传2008年10月25日出版东纺科技快讯主办:上海市纺织科学研究院上海市合成纤维研究所上海纺织科技情报研究所东方纺织科技网(46)2008年(总第46期)本期关注: 任何一个行业的发展都离不开科技的进步与创新 ,而对于某些行业来说,任何一项技术改进必须经过反复验证。因此这些行业尤其需要成熟、稳健的技术改进辅助工具。建立于上个世纪40年代前苏联的TRIZ理论就是一项成熟和有效的创新理论,也就是当今世界上著名的发明问题解决理论。TRIZ的出现,给创新这一现代社会中最活跃的元素带来了革命。该理论曾被前苏联称为“国术”和“点金术”,被欧美专家称为超级发明术。由于TRIZ还是一种分析式的思
2、维方法,掌握之后,有助于人们在几乎所有事情中找到创新的方法。TRIZ提供的不仅仅是一种纯粹的创新理论,它还是一种思维模式,能够帮助我们形成一种系统的、易流程化的创新设计问题思考模式。本期东纺科技快讯通过广泛搜集TRIZ理论的相关资料,从该理论的实用性,理论的核心思想,主要方法,相关案例以及在国内的发展现状等方面,对TRIZ理论进行探讨和解读。 科技瞭望台:舱外航天服相当于一艘小飞船12打破技术垄断研发高强聚乙烯纤维13日本推出智能机械服助残疾人行走14行业风向标:中国纺织业的总体形势依然严峻15中国纺织打响经济转型攻坚战16国家财政部公告:纺品玩具出口退税率上调17最新统计: 2008年上半年
3、服装行业经济运行速度放慢18上半年化纤行业运行分析及下半年预测2228本期关注:创新利器:发明问题解决理论TRIZ引言创新能力是人的一种潜能,是人人都具有的一种能力,而且这种能力可以经过一定的学习和训练得到激发和提升。事实证明创新和其他活动一样,也具有自身一套内在的规律和方法。熟知和掌握这些创新规律与原理知识对于提升我们的创新水平和效率都具有重要的价值。上世纪40年代中期,前苏联发明家根里奇阿奇舒勒创建了一门理论发明问题解决理论TRIZ。以他为首的专家们通过对数百万件发明专利的研究分析得出结论,认为许多技术问题可以利用解决其他领域或相似问题的原理和方法轻而易举的得到解决,发明创造遵循共同的规律
4、。TRIZ的基本思想是“通过引入最少的外部资源消除创新过程中遇到的矛盾而使系统向理想状态发展”,基于这一思想,TRIZ发展了一种崭新的分析式思维方法,即“将问题作为一个系统加以考虑,对问题着手解决之前首先勾画出理想的解决目标,进而设法消除创新设计过程中的矛盾”。掌握该理论的人不仅能提高发明的成功率、缩短发明的周期,也可使发明问题具有可预见性。学习、研究、应用、推广TRIZ理论可以大大缩短发明创造的进程,提升产品的创新水平。经过半个多世纪的发展,尤其是进入21世纪,TRIZ理论已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟理论和方法体系。一、 TRIZ理论的发展历程1946年,阿奇舒勒开始了发明问题解
5、决理论的研究工作。当时阿奇舒勒在前苏联里海海军专利局工作,在处理世界各国著名的发明专利过程中,他总是考虑这样一个问题:当人们进行发明创造、解决技术难题时,是否有可遵循的科学方法和法则,从而能迅速地实现新的发明创造或解决技术难题呢?答案是肯定的!阿奇舒勒发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样,都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡的过程,是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律,就会能动地进行产品设计并能预测产品未来发展趋势。以后数十年中,阿奇舒勒穷其毕生的精力致力于TRIZ理论的研究和完善。在他的领导下,前苏联的数十家研究机构、大学、企业组成了TRIZ的研究团体,分析了世界近250万
6、份高水平的发明专利,总结出各种技术发展进化遵循的规律模式,以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则,建立一个由解决技术问题,实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系,并综合多学科领域的原理和法则,建立起TRIZ理论体系。在前苏联,TRIZ方法一直被作为大学专业技术必修科目,且已广泛应用于工程领域中。苏联解体后,大批TRIZ研究者移居美国等西方国家,TRIZ流传于西方,受到极大重视,TRIZ的研究与实践得以迅速普及和发展。西北欧、美国、日本、台湾等地出现了以TRIZ为基础的研究、咨询机构和公司,一些大学将TRIZ列为工程设计方法学课程。经过半个多世纪的发展,如今TRIZ理论和方法已经
7、发展成为一套解决新产品开发实际问题的成熟理论和方法体系,它实用性强,并经过实践的检验,如今已在全世界广泛应用,创造出成千上万项重大发明,为众多知名企业取得了重大的经济效益和社会效益。随着计算机软件技术的发展和成熟,基于TRIZ构建的CAI(Computer Aided Innovation, 计算机辅助创新)技术应运而生。在国外,福特、波音、施乐和三星电子等公司早就在产品的不同阶段运用,CAI软件来解决问题。 2001年,波音公司邀请25名前苏联TRIZ专家,对波音450名工程师进行了两星期培训加讨论,取得了767空中加油机研发的关键技术突破,最终波音战胜空客公司,赢得了15亿美元空中加油机订
8、单。 2003年,“非典”肆虐时,新加坡的研究人员利用TRIZ的40条创新原理,提出了防止非典的一系列方法,许多措施为新加坡政府采用,收到了很好的效果。 2004年,UT斯达康通讯有限公司利用Pro/Innovator解决机顶盒天线连接问题和电磁兼容问题,缩短了新产品研发周期,节省大量研发经费。近几年,TRIZ理论引入中国,逐渐得到国内诸多科研结构、公司和专家的重视,在以TRIZ理论为核心的创新方法与技术研究应用方面,走在前列的是我国的亿维讯集团公司。该公司是一家从事计算机辅助创新技术及相关工具开发和技术咨询的高新技术企业,他们的创新技术研究水平目前已经处于世界前列。现在,他们提供的一套完整的
9、计算机辅助创新解决方案,正在国内诸多科研院所和大型企业研究机构发挥作用,为快速提升我们国家的创新技术水平提供技术上的支持。二、TRIZ简介1. TRIZ的核心思想:技术、矛盾、理想解 (1) 技术 技术系统所有运行某个功能的事物可称为技术系统。任何技术系统均包括一个或多个子系统,每个子系统执行自身功能,它又可分为更小的子系统。TRIZ中最简单的技术系统由两个元素以及两个元素间传递的能量组成。例如,技术系统“汽车”由“引擎”“换向装置”和“刹车”等子系统组成,而“刹车”又由“踏板”“液压油”等子系统组成。所有的子系统均在更高层系统中相互连接,任何子系统的改变将会影响到更高层系统,当解决技术问题时
10、,常常要考虑与其子系统和更高层系统之间的相互作用。 技术系统进化论技术系统进化论的主要观点是:科技产品的进化并不是随意的,也同样遵循着一定的客观规律和模式。所有技术的创造与升级都是向最强大的功能发展的。阿奇舒勒通过对大量的发明专利的分析,发现所有产品向最先进的功能进化时,都有一条“小路”引领着它前进。这条“小路”就是进化过程中的规律,用图例表示出来就是一条S形的“小路”,即所谓的S曲线。上面的图例就是S曲线,它描述了一个技术系统的完整的生命周期。其横轴表示时间,纵轴表示技术系统的性能参数。其发展过程经历了4个阶段,分别是诞生期、成长期、成熟期、衰退期。任何一种产品、工艺或技术都在随着时间向着更
11、高级的方向发展和进化,并且它们的进化过程都会经历相同的几个阶段。 技术系统理想状态包括3个方面内容:(1)系统的主要目的是提供一定功能。为了实现系统的某种功能不必引入新的装置和设备,而只需对实现该功能的方法和手段进行调整和优化。(2)任何系统都是向着更可靠、简单有效的方向发展。系统的理想状态一般是不存在的,但当系统越接近理想状态,结构就越简单、成本就越低、效率就越高。(3)理想化意味着系统或子系统中现有资源的最优利用。(2)矛盾在TRIZ中,工程中所出现的种种矛盾可以归结为3类:一类是物理矛盾,一类是技术矛盾,还有一类是管理矛盾。通俗来讲,物理矛盾就是指系统(系统指的是机器、设备、材料、仪器等
12、的统称)中的问题是由1个参数导致的。其中的矛盾是,系统一方面要求该参数正向发展,另一方面要求该参数负向发展;技术矛盾就是指系统中的问题是由2个参数导致的,2个参数相互促进、相互制约;管理矛盾是指子系统之间产生的相互影响。 物理矛盾当一个技术系统的工程参数具有相反的需求,就出现了物理矛盾。比如说,要求系统的某个参数既要出现又不存在,或既要高又要低,或既要大又要小,温度既要升高,也要降低;缝隙既要窄,也要宽等。物理矛盾一般来说有2种表现:一是系统中有害性能降低的同时导致该子系统中有用性能的降低二是系统中有用性能增强的同时导致该子系统中有害性能的增强针对物理矛盾的解决阿奇舒勒提出分离原理,分离方法共
13、有11种,归纳概括为四大分离原理,分别是空间分离、时间分离、居于条件的分离和系统级别分离等。 技术矛盾所谓的技术矛盾就是由系统中2个因素导致的,这2个参数相互促进、相互制约。TRIZ将导致技术矛盾的因素总结成通用参数。TRIZ的发明者阿奇舒勒通过对大量发明专利的研究,总结出工程领域内常用的表述系统性能的39个通用参数,通用参数一般是物理、几何和技术性能的参数。(3)理想解首先抛开各种客观限制条件,通过理想化来定义问题的最终理想解(ideal final result,IFR),以明确理想解所在的方向和位置,保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解。 四个特点:(1)保持了原系统的优点
14、;(2)消除了原系统的不足;(3)没有使系统变得更复杂;(4)没有引入新的缺陷等。理想化主要是在大脑之中设立理想的模型,通过思想实验的方法来研究客体运动的规律。首先要对经验事实进行抽象,形成一个理想客体,然后通过想象,在观念中模拟其实验过程,把过程简化和升华为一种理想化状态。理想化方法最为关键的部分是思想实验,或称理想实验。它是从一定的原理出发,在观念中按照实验的模型展开的实验结论。思想实验还需要科学实验等实践活动来检验。因此,借助于思想实验来进行理论创新以及对新理论加以认同就成为了一种有效手段。理想化方法的另一个关键部分是如何设立理想模型。理想模型建立的根本指导思想是最优化原则,即在经验的基
15、础上设计最优的模型结构,同时也要充分考虑到现实存在的各种变量的容忍程度,把理想化与现实性结合起来。理想中的优化模型往往具有超前性,这是创新的标志。但是,超前性只有在现实条件所容许的情况下,其模型的构造才具有可行性。理想模型的设计并不一定非要迁就现实的条件,有时候也需要改造现实,改变现实中存在的不合理之处。TRIZ理论的核心思想主要体现在3个方面。(1)具有客观的进化规律和模式;(2)不断解决各种技术难题和矛盾;(3)用最少的资源实现最大效益的功能。具体优势在于:对问题情境进行系统的分析,快速发现问题本质,准确定义创新性问题和矛盾;对创新性问题或者矛盾提供更合理的解决方案和更好的创意;打破思维定
16、势,激发创新思维,从更广的视角看待问题;基于技术系统进化规律准确确定探索方向,预测未来发展趋势,开发新产品;打破知识领域界限,实现技术突破。2.创新等级TRIZ理论将所面临的不同问题根据所要创新的级别加以分类,然后从TRIZ理论中找出适合的工具和模型来系统化地解决问题。根据创新程度的不同,将这些专利技术解决方法分为5个“创新等级”:第1级:技术系统的简单改进,所要求技术在系统相关的某行业范围内(32%);第2级:包括技术矛盾解决方法的发明,要求系统相关的不同行业知识(45%);第3级:包含物理矛盾解决方法的发明,要求系统相关行业以外的知识(18%);第4级:包含突破性解决方法的新技术,要求不同
17、科学领域知识(4 %); 第5级:新现象的发现(1%)。(括号中的为占总专利比重) 对于第1级阿奇舒勒认为不算是创新,而对于第5级,他认为“如果一个人在旧的系统还没有完全失去发展希望时,就选择一个完全新的技术系统,则成功之路和被社会接受的道路是艰难而又漫长的。因此发明几种在原来基础上的改进是更好的策略”。他建议将这两个等级排除在外,TRIZ工具对于其他3个等级创新作用更大。一般来说,等级2,3称为“革新(Innovative)”,等级4称为“创新(Inventive)”。三、TRIZ的主要方法 1. 试错法 试错法是设计人员根据已有的产品或以往的设计经验提出新产品的工作原理,通过持续的修改和完
18、善,然后做样件。如果样件不能满足要求,则返回到方案设计重新开始,直到证明样件设计满足要求,可转入小批量生产和批量生产的方法。即设计人员根据经验或已有的产品沿方向A寻找解,如果扑空,就调整方向,沿着方向B寻找,如果还找不到,再变换方向C,如此一直调整方向,直到第N个方向碰到一个满意的“解”为止。由于设计人员不知道满意的“解”所在的位置,在找到该“解”或较满意的“解”之前,往往要扑空多次、试错多次。试错的次数,取决于设计者的知识水平和经验。所谓创新是少数天才的工作,正是试错法的经验之谈。试错法的成果在19世纪是非常卓著的:电动机、发电机、电灯、变压器、山地掘进机、离心泵、内燃机、钻井设备、转化器、
19、炼钢平炉、钢筋混凝土、汽车、地铁、飞机、电报、电话、收音机、电影、照相等的发明都是由试错法带来的。虽然试错法效率很低,但是这种方法仍然没有失去它担当解决创造性难题的重任的能力。这是因为:其一,时代出现了科学和技术的联盟;其二,在技术创造中涌入了越来越多的发明家和研究人员;其三,对显而易见的(不需要深入研究的)自然效应和现象的研究及它们在技术中的直接应用继续进行着,因为当时的技术系统相对来说比较简单。2. 头脑风暴法头脑风暴法是目前在解决问题的过程中和产品概念设计中被广泛用到的一种方法。现在世界上大约有十几种头脑风暴的形式:个人的、双人的、多阶段的、分阶段的、想法研讨式的、受控会议式的等。所有这
20、些方式都不如单纯的头脑风暴有效,因为试图控制自然力作用过程的企图恰恰损害了头脑风暴中最有价值的架构为非理性想法的出现创造条件。使用头脑风暴法可分为2步走,首先是利用头脑风暴产生想法,然后对想法进行过滤。 假设甲、乙、丙3个人进行头脑风暴。 第1步:发散思维。由于3个人的知识结构不同,对同一个问题求解的出发点不同,每个人先在自己熟悉的领域及附近发表意见。丙沿方向A提出设想,乙在此基础上向方向B延伸,甲又沿方向C延伸,方向(A-B-C)形成了“思路”。然后进行第二次头脑风暴,甲、乙、丙分别使设想向D,E,F延伸,方向(D-E-F)形成了另一条“思路”。小组的讨论结果可形成多条思路。 第2步:集中思
21、维。对大量的思路进行筛选分析,确定可能的问题“解”。本步骤将耗费大量的时间和精力,而且存在取舍的选择难度,所以效率低下。许多问题的解决都因为这个步骤而延误时间。头脑风暴法因为操作受到一定条件的限制,效率又不高,因此人们便不断完善该法,如,默写式智力激励法、卡片式智力激励法、三菱式智力激励法等。有很多企业因为陷于头脑风暴法的汪洋大海而不能自拔,错失新产品推出的良机。 3ARIZ发明问题解决算法 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,是解决发明问题的完整算法。该算法特别强调冲突与理想解的程式化,一
22、方面技术系统向理想解的方向进化,另一方面如果一个技术问题存在冲突需要克服,该问题就变成一个创新问题。ARIZ的目标是为了解决问题的物理矛盾。该算法主要针对问题情境复杂、矛盾及其相关部件不明确的技术系统。一个创新问题描述得越清楚,问题的标准化程度越高,问题就越容易解决。ARIZ是把创新问题求解的过程是进行不断地描述,不断地标准化。在这一过程中,初始问题最根本的矛盾被清晰地显现出来。如果方案库里已有的数据能够用于该问题则有标准解;如果已有的数据不能解决该问题则无标准解,需等待科学技术的进一步发展。ARIZ首先就是将系统中存在的问题最小化,原则是在系统能够实现其必要功能的前提下,尽可能不改变或少改变
23、系统;其次是定义系统的技术矛盾,并为矛盾建立“问题模型”;然后分析该问题模型,定义问题所包含的时间和空间,利用物场分析法分析系统中所包含的资源;接下来,定义系统的最终理想解。应用ARIZ包括以下9个步骤:步骤1:分析问题-识别并对问题公式化;步骤2:分析问题模型-构造存在问题部分的物-场模式;步骤3:陈述IFR和物理矛盾-定义理想状态;步骤4:动用物场资源-列出技术系统的可用资源;步骤5:应用知识库-向效果数据库寻求类似的解决方法;步骤6:转化或替代问题-根据创新原则或分隔原则解决技术或物理矛盾;步骤7:从物-场模式出发-应用知识数据库(76个标准和效果库)工具产生多个解决方法;步骤8:利用解
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