工程导论教案第4章工程创新

工程创新教案各位同学，大家从小就知道我国的四大发明，创新是中华民族最深沉的民族禀赋从传统的四大发明到高铁、共享单车、移动支付、网络购物的新四大发明那么，今天我们就来讨论工程中的创新问题本章包括引言、TRTZ的概念、TRTZ方法及应用案例、专利与知识产权保护、爱国与创新等部分引言创新是开发一种新事物的过程这一过程从发现潜在的需求开始，经历新事物的技术可行性研究阶段的检验，到新事物广泛应用为止因此，创新是运用知识或相关信息创造和引进某种有用的新事物的过程，是对一个组织或相关环境的新变化的接受创新是指新事物本身，具体来说就是指被相关使用部门认定的任何一种新的思想、新的实践或新的制造物

1.1创新的概念创新Innovation一词起源于拉丁语，它原意有三层含义，第一，更新；第二，创造新的东西；第三，改变创新从哲学上说是人的实践行为，是人类对于发现的再创造，是对于物质世界的矛盾再创造人类通过物质世界的再创造，制造新的矛盾关系，形成新的物质形态从社会学的角度来看，创新是指人们为了发展的需要，运用已知的信息，不断突破常规，发现或产生某种新颖、独特的有社会价值或个人价值的新事物、新思想的活动创新的本质是突破，即突破旧的思维定式、旧的常规戒律创新活动的核心是“新”，它或者是产品的结构、性能和外部特征的变革，或者是造型设计、内容的表现形式和手段的创造，或者是内容的丰富和完善经济学上，创新的概念起源于美籍经济学家约瑟夫•熊彼特Joseph AloisSchumpeter在1912年出版的《经济发展概论》熊彼特认为，创新就是把一种从来没有过的关于生产要素和生产条件的“新组合”引人生产体系，可以从5个方面进行组合1引入一种新产品或提供一种产品的新质量；2采用一种新的生产方式；3开辟一个新市场；4获得一种降低成本的新来源；5实行一种新的企业组织形式从工程的角度来看，创新就是从新思想、新概念开始，通过不断地解决所面临的各种问题，拓展思维模式，积累经验的过程其目的是设计出一个新的产品或将新技术、新工艺、新的管理方法等应用到实际工作中去，并产生良好的经济价值和社会价值迈尔斯Myers和马奎斯D.G.Marquis在《1976年:科学指示器》的报告中，将创新定义为“技术创新是将新的或改进的产品、过程或服务引入市场”3楼顶常有很多鸟为什么鸟愿意在这个大厦上聚集？4大厦上有一种鸟喜欢吃的蜘蛛为什么这个大厦的蜘蛛特别多？5楼里有一种蜘蛛喜欢吃的虫为什么这个大厦会滋生这种虫？问题的根源是因为大厦采用了整面的玻璃幕墙，阳光充足，温度适宜至此，解决方案就简单了拉上窗帘！从以上两个例子来看，5W分析法的目的是鼓励解决问题的人要努力避开主观或自负的假设和逻转陷阱，从结果着手，沿着因果关系链条，顺藤摸瓜，找出问题的根本原因功能分析20世纪40年代，美国通用电气公司的工程师Miles在寻求石棉板的替代材料的研究过程中，通过对石棉板的功能进行分析,发现其用途是铺设在给产品喷漆的车间地板上，以避免涂料玷污地板引起火灾Miles认为，只要能够找到某种价格更便宜同时具有良好防火性能的材料，就可以用其取代石棉板后来,Miles在市场上找到一种防火纸，这种防火纸同样可以起到防火作用，成本很低且货源稳定1947年，Miles提出了功能分析、功能定义、功能评价以及如何区分必要和不必要功能并消除后者的方法，最后形成了以最小成本提供必要功能，获得较大价值的科学方法一价值工程Valve Engineering,VEMi les首先明确地把“功能”作为价值工程研究的核心问题，他认为“顾客购买的不是产品本身，而是产品所具有的功能”因此，功能思想的提出极大地促进了产品创新过程功能分析是价值工程的核心内容，是对价值工程研究对象的功能进行抽象的描述,并分类、整理、系统化的过程，通过功能与成本K配关系定量计算对象价值大小，确定改进对象的过程功能分析应用在产品概念创新设计阶段，其主要目的是将抽象的系统或设计创意转化成具体的系统组件之间的相互作用关系，以便于设计者了解产品所需具备的功能与特性基于价值工程的功能分析分为三个步骤1功能定义功能定义要求简明扼要，通常采用一个动词加一个名词的组合表达方式如传递信息、连接物体等2功能分类功能按发挥作用的具体内容与其所处地位不同，一般可从以下4个方面分类，分别为基本功能与辅助功能、上位功能和下位功能、使用功能和品味功能以及必要功能与不必要功能3功能整理功能整理从系统分析的角度，寻找、辨别、弄清它们之间所存在的相互关系，并以系统图的形态表明这些关系之间所存在的内在联系因此，功能整理的过程就是建立功能系统图的过程功能分析系统技术Function AnalysisSystem Technique,FAST是分析功能相互关系的强有力的图形工具，能准确地虱示所有功能之间的特殊关系，检查所研究的各功能的有效性.帮助确定遗漏的功能，开拓价值工程团队成员的思维如果技术系统需要删减其某些组件.同时保留这些组件的有用功能，从而实现降低成本，提高系统理想度，称此类问题为技术系统的裁剪问题对技术系统实施裁剪的关键在于“确保被裁剪的组件有用功能得到重新分配”裁剪问题也属于一类发明问题针对技术系统实施裁剪，可以简化系统结构，提高理想度在企业实施专利战略的过程中，裁剪方法也是进行专利规避的重要手段*有用功能得以保留和加强，降低成本，产生新的设计方案裁剪的作用1精减组件数量，降低系统的组件成本；2优化功能结构，合理布局系统架构；3体现功能价值，提高系统实现功能效率；4消除过度、有害、重复功能.提高系统理想化程度图为摩托车系统的简易功能模型，为了将摩托车的成本降低，可以假定现有摩托车系统没有大的技术问题，只是期望通过裁剪来降低摩托车的成本如果裁剪发动机组件.成本可以降低非常大,但是系统缺少了动力系统，变成了“单车”，原有系统的性能大幅降低了，显然裁剪发动机不合适如果裁剪油箱的话,发动机需要的汽油储存在哪个剩下的组件中，即原来油箱“储存汽油”的功能转移到哪一个系统组件中去通过资源分析.需要分析剩余组件中，哪些组件可以提供足够的空间来储存汽油且安全性良好那么车架、座位等可以进行结构改变，即保留原来组件的功能，同时增加封闭空间可以储存汽油另外，也可以考虑裁剪一个摩托车轮，获得单轮摩托车的创意设计此时系统的主要问题是单轮的前后平衡，两种裁剪得到的创新设计如图所示无轮辐自行车类似，裁剪了辐条戴森电风扇有叶电风扇主要的问题是高速旋转的叶片可能对人造成伤害，为解决这个问题，目前有叶电风扇增加了前后栏栅罩盖，但手指或其他小物件还是有可能不小心伸进前后栏栅罩盖内被高速叶片伤害如果能将风扇的叶片裁剪，前后拦栅里盖也就可以裁剪了规则A如果栽剪了叶片，叶片“产生气流”的功能需要由剩下的组件或新增一个组件来完成规则C2009年10月12日，由英国人詹姆斯•戴森发明的第一台无叶风扇问世，如图

2.21b所示戴森风扇在普通有叶电风扇的基础上，裁剪了叶片和前后栏栅罩盖，将叶片“产生气流”的功能转移到戴森风扇的出风环来完成见图

2.21co戴森风扇的出风环如何产生气流则是裁剪了叶片和前后栏栅罩盖之后的裁剪问题詹姆斯•戴森借用了很多在飞机构造上应用到的空气动力学知识，利用涡轮增压原理，空气从基座进入，形状似机翼的环高速转动，由于离心作用，基座内的空气从环中一条裂缝中高速喷出环外，同时带动环内的空气流动，从而能将周围比喷出气流大最高16倍量的空气加压并带动喷出，而由于环内空气被甩出环外，形成负压，也使空气不断从基座吸入，进入环体内补充矛盾分析方法工程师在解决问题时，最为有效的解决方案就是解决技术难题中的矛盾有时也称作“冲突”矛盾是客观社会中普遍存在的现象，对矛盾冲突的认识以及如何解决矛盾（冲突）问题是TRIZ理论中非常重要的基础思想之一矛盾是指内在要素、作用或主张彼此不一致或相反的情境TRTZ理论认为发明问题的核心是解决矛盾，未克服矛盾的设计不是创新设计即TRIZ理论认为创新必须克服冲突，而产品进化的过程就是不断解决产品中所存在冲突的过程并且认为，当产品因前一个冲突的解决而获得进化后，产品的进化又将出现停滞不前的现象，直到另一个冲突被解决TRIZ理论将常见的矛盾分为三种管理矛盾、技术矛盾和物理矛盾,管理矛盾指为了避免某些现象或希望取得某些结果，需要做一些事情，但不知如何去做管理矛盾本身具有暂时性，无启发价值，不能表现出问题的解的可能方向因此，TRIZ主要考虑的是后两类矛盾，即技术矛盾和物理矛盾本章将对创新问题中的技术矛盾、物理矛盾以及如何定义矛盾、解决矛盾问题的流程和方法进行详细的论述当改善技术系统中某一特性或参数时，同时引起系统中另一特性或参数的恶化，这种矛盾就称为技术矛盾技术矛盾是我们常见的一类矛盾，在生活中普遍存在如在雨天撑伞走路时，我们喜欢比较大的伞，这样可以更好地挡雨但同时大伞一般较重.撑起来十分费力这个例子中，改善的参数是雨伞的面积，面积是我们希望提高的参数，恶化的参数是雨伞的重量，这是我们不希望看到的结果所以，面积和重量这两个参数就构成了技术矛盾又如，对于一个测量系统，我们希望这个测量系统的精度高以减小测量误差，可要使精度高则要花费更多的时间以及更复杂的流程来制造它这里，改善的参数是测量系统的精度，恶化的参数是制造该系统所需的时间及流程的复杂性从上面的例子中，我们可以看出技术矛盾描述的是两个参数的矛盾，是存在于技术系统内部的矛盾改善的一方在很多情况下就是指技术系统或产品的功能、目的或效果等，而恶化的一方对于一个具体的技术系统一般也是可以客观判断的阿奇舒勒分析了大量专利后发现工程中存在大量的工程参数，每个行业、每个领域都有各肖的工程参数为了方便、准确地描述出工程领域中的技术矛盾.阿奇舒勒通过对大量的专利文献进行分析，陆续总结出39个参数，把它们称为39个通用技术参数他分析，利用39个技术参数，就足以描述工程领域中出现的绝大多数技术矛盾可以说，通用技术参数是连接具体问题与TRIZ的桥梁,是开启问题之门的第一把“金钥匙”借助39个通用技术参数可以将一个具体的实际问题转化并表达为标准的TR1Z问题为了便于理解及应用，可以对上述的39个通用技术参数分类依据不同的方法町有不同的分类⑴根据39个通用技术参数的特点，可分为物理及几何参数、技术负向参数、技术正向参数三大类

①通用物理及几何参数1〜

12、

17、

18、21o通用技术负向参数

15、

16、

19、

20、22〜

26、

30、310

③通用技术正向参数

13、

14、27〜

29、32〜39负向参数（negative parameters）是指这些参数的数值变大时，使系统或子系统的性能变差如子系统为完成指定的功能时，所消耗的能量（No.19和No.20越大,则说明子系统设计得越不合理正向参数positive parameters是指这些参数的数值变大时，使系统或子系统的性能变好如子系统的可制造性No.32指标越高，则这个子系统的制造成本就越低2根据系统改进时工程参数的变化，可分为改善的参数和恶化的参数两大类

①改善的参数系统改进中将提升或加强的特性所对应的通用技术参数当这些参数提高时.系统的性能变好

②恶化的参数在某个技术参数得到改善的同时，将会导致其他一个或多个技术参数变差.这些变差的参数称为恶化的参数改善的参数和恶化的参数构成了技术系统内部的技术矛盾创新的过程也就是消除这些矛盾，让相互矛盾的通用技术参数不再相互制约.能同时得到改善.实现“双羸”，从而推动产品向提高理想度方向发展工程中存在大量的技术矛盾，将实际问题转化为技术矛盾后，接着就需要一种针对技术矛盾的解决方法从1946年开始，阿奇舒勒对世界各国的大量发明专利进行研究，对其进行深人的统计和分析后，他得出了一个重要的结论虽然不同的专利解决的是不同领域内的问题，但是它们所使用的方法技巧却是相同的即一种方法可以解决来自不同工程技术领域的类似问题通过对这拽方法的归纳和总结，阿奇舒勒最终找到了40种最常用的解决问题的方法，即40条发明原理通过实践，人们认识到发明原理是用于解决技术矛盾的行之有效的创造性方法当前，40个发明原理已经从传统的工程领域扩展到微电子、医学、管理、文化教育等各个领域,这些发明原理的广泛应用，产生了不计其数的发明专利在今天，创新方法巳经成为了全人类的共有的知识成果，强有力地推动着人类的发展与进步学习并掌握40条创新原理，对于解决科研、生产以及生活中的各类问题都有着重要的意义下面是对40条TRIZ发明原理的具体介绍以及一些应用实例，大部分的发明原理包括几种具体的应用方法

1.分割原理Segmentation1分割原理具体描述分割原理是指以虚拟的方式或实物的方式将一个系统分成若干部分，以便分解分开、分隔、抽取或合并结合、集成、联合一种有益的或有害的系统属性在多数情况下，可对各部分进行重组或合并，以执行某些新的功能，并或消除某一问题分割原理体现在3个方面1将一个物体分割成相互独立的几个部分；2使一个物体分成容易组装及拆卸的部分；3提高物体的可分性，以实现系统的改造2应用实例1废旧物资回收系统，如图

4.1所示为了解决垃圾可回收问题，以及不同材料如玻璃、纸、铁罐等的综合利用，人们把一个大的垃圾箱分为相互独立的儿个小的回收箱2卫星在探测提供地球陆地表面及周围海岸区域的遥感图像时，是对地球表面进行分割及重组，以便观察、分析大的空间3将卡车分割成相互独立的部分，如图

4.2所示4使物体成为可组合的组合家具，如图

4.3所示5一个挖掘机铲斗的唇缘是由钢板制成的只要它的一部分磨损或毁坏.就必须更换整个的唇缘这是••项即费力又费时的工作，而且挖掘机也不得不停止工作使用“分割原理”来解决这一问题，将唇缘分割成单独的可分离的几部分这样，可以快速地将毁坏或磨损的部分更换

2.抽取原理Taking Out1抽取原理具体描述抽取原理是指从整体中分离出有用的或有害的部分或属性由于每个物体都是一个矛盾体，都同时存在着正面和负面、必要和不必要的因素.我们可以通过抽取的方法使系统增加价值抽取原理体现在两个方面1从物体中抽取出可产生负面影响的部分或属性；2从物体中抽出必要的部分或属性2应用实例1将空调中产生噪声的空气压缩机置于室外；2飞机场候机大厅中都设有专用吸烟室；3维修和售后服务外包给其他公司

5.组合原理Merging1组合原理具体描述为了提高效率或改善性能，可以将相同的物体或相似的操作进行组合组合原理体现在两个方面1在空间上，将相同的物体或相关操作组合在一起；2在时间上，将相同或相关的操作进行合并2应用实例⑴将装饮料的盒子与装点心的盒子组合为一个盒子，即饮料点心杯如图

4.5所示.2将两把伞组合为情人雨伞，如图

4.6所示；3将风扇与晾衣架组合为带风扇的晾衣架，如图

4.7所示

6.多用性原理Universality1多用性原理具体描述-多用性或通用性是指将不同的功能或非相邻的操作合并使一个对象具备一个功能，从而消除这些功能在其他对象内存在的必要性，使对象具有多用性，因而可以产生在其他情况下不存在的机会和协力优势多用性原理体现在两个方面:1使一个物体具备多项功能；2消除了该功能在其他物体内存在的必要性后，进而裁剪其他物体2应用实例1如将手表设计成为可听歌、看电视的手表；2可调扳手一把扳手可适合多种螺母具有多用性，如图

4.8所示;3在白天为沙发而在晚上可转换为床的沙发床

13.反向作用原理The OtherWay Round1反向作用原理具体描述此原理是TRIZ最重要的发明原理之一逆向思维若某事物以•种特殊的方式制造或执行，则尝试以一种相反的方式来制造或执行，以避免固有的问题反向作用原理体现在以下3个方面1用相反的动作来代替问题定义中所规定的动作；2把物体上下或内外颠倒过来；3让物体或环境，可动部分不动，不动部分可动2应用实例1为了拆卸配合紧密的两个零件，采用冷却内部零件的方法，而不采用加热外部零件的方法；2翻转型窗户，使在屋内擦外面的玻璃成为可能；3使工件旋转，使刀具固定；4人在地面跑步，地面不动人向前运动，而跑步机则是地面向后运动人保持不动；5利用黑笔和白板的组合代替传统的黑板和白粉笔的组合；6用平车运送货物时，既可以采用推的方式，又可以采用拉的方式，都可以实现相同的结果；7如图

4.9所示为游不完的泳池，即利用水循环使水动而人的位置不动，既节约了空间又达到了运动的效果

17.空间维数变化原理Another Dimension1空间维数变化原理具体描述通过将对象转换到不同维度.或将对象分层或改变对象的方向来改变对象的维度空间维数变化原理#现在以下4个方面1将物体变成二维如平面运动来克服-维直线运动或定位的困难，或过渡到三维空间运动以消除物体在二维平面运动或定位的问题；2将单层排列的物体变为多层排列；3将物体倾斜或侧向放置；4利用照射到邻近表面或物体背面的光线2应用实例1从顺序操作一维变为并行操作二维2摩天大楼可以提高土地利用率3向汽车上装卸油桶时，在地面与车厢之间利用木板形成斜坡，从而使装卸变得容易4阳光无法直接照射到位于山坳里的小镇上，居民们在附近的山顶上利用大镜子将太阳光反射到小镇里5在拥挤的城市搜索停车位往往很恼人新型机械式停车设备采用垂直停车模式，其大小和噪声可达到最小，因此可以很容易地安装在建筑上此外，该停车设备灵活方使，可以适应不同高度的车型，如图

4.10所示

25.自服务原理Self-service1自服务原理具体描述在执行主要功能或操作的同时，以协同或并行的方式执行相关功能或操作自服务原理体现在以下两个方面1物体通过执行辅助性的或维护性的工作，为自身服务；⑵利用废弃的资源、能量或物资2应用实例1自动售货机在无须人员的情况下可以提供售货服务；2自清洁玻璃；3用生活垃圾做肥料；4工业生态系统.复制原理Copying1复制原理具体描述通过使用较为便宜的复制品或模型来代替成本过高而不能使用的物体复制原理具体体现在以下3个方面1用经过简化的、廉价的复制品代替复杂的、昂贵的、易损的或不易获得的物体；2用光学复制品图像代替实物或实物系统，同时还可以按一定的比例放大或缩小图像；⑶如果已经‘使用了可见光的复制品，则可进一步扩展到红外线或紫外线等非可见光的复制品2应用实例1通过看一名教授的讲座录像可代替亲自参加他的讲座；2服装店里代替真人的塑料模特；3虚拟现实技术；4通过卫星照片来代替实际地理测量；变害为利原理Turn theHarm toOne*s Good1变害为利原理具体描述将有害的作用或情况变为有用的作用以利用有害因素变害为利原理体现在3个方面1利用有害因素特别是环境中的有害影响，得到有益的效果；2将两个有害的因素相结合，以此消除它们；3加大有害的幅度，直至有害性消失2应用实例1燃烧垃圾用来发电，不仅可以解决能源短缺问题.燃烧后的灰分还可以作为化肥或制成建筑材料，为人类带来有益的效果2使人致病的病毒也可以用来治疗疾病3潜水员使用氮氧混合气体以避免单独使用时造成的氮昏迷或氧中毒4以火攻火是森林消防员们常用的灭火方法之一，俗称“放逆火”即森林灭火时，可以在大火螯延方向的前方燃起另一场易于控制的火，将大火蔓延所需要的燃料烧光5利用激光手术刀烧灼皮肤和血管可以有效减少患者的失血因此，创新存在于人类社会的经济、政治和文化各个领域我国的国家创新体制将创新行为分为四大类知识创新、技术创新、制度创新和管理创新从工程技术领域的角度来看，可以简单地将创新活动分为两个大的类别产品创新和技术创新

1.

1.1产品创新产品创新是指创造某种新产品或对某一新或老产品的功能进行再设计的过程，包括全新产品创新和改进产品创新过程全新产品创新是指产品用途及其原理相对于已有产品而言，在工作原理、性能等方面产生了显著变化或质的变化而改进产品创新则是指在技术原理没有重大变化的情况下，基于市场需要或产品本身的缺陷，对现有产品所作的功能上的扩展和技术上的改进过程全新产品创新的动力机制来源于新技术的出现,是新技术在应用上的具体体现，是新技术驱动产品创新活动的进行，或者是来自新发明、新材料、新工艺等技术性突破另外一种情形则是需求牵引导致采用相关新技术进行新产品的创新设计对于改进产品创新则是不需要引入新技术知识的改进，是由产品本身的进化及顾客需求来拉动的长期以来，相当多的中小企业都存在着产品创新上的困惑一一是选择成熟市场的产品，还是开发全新产品？开发全新产品意味着企业要投入巨大的研发和营销费用，进而让企也承受巨大的压力如果选择成熟的产品，企业不可避免地要陷入同质化竞争，面临价格战的威胁罗伯特•库伯在《新产品开发流程管理》中，给出了6种不同类型或是不同级别的新产品创新活动（见图

1.1）,为企业构建多元化的产品创新体系，针对不同的细分市场，以合理的投入产出比进行产品创新、改进或者升级提供了借鉴企业进行产品创新活动有两条主要的途径内部研发和外部获取内部研发包括自主创新、逆向研制、委托创新和联合创新；外部获取包括创新引进、企业并购和授权许可2008年4月，科学技术部等四部委联合印发了《关于加强创新方法工作的若干意见》的通知，特别提出“自主创新，方法先行”，创新方法是自主创新的根本之源可以说，企业进行产品创新、技术创新的主要途径是自主创新、联合创新、协同创新

1.

1.2技术创新技术创新是指改进或创造新的（现有的）产品、生产过程或服务方式的技术活动科学是技术之源，技术是产业之源，技术创新建立在科学原理的发现基础之上，而产品创新主要建立在技术创新基础之上技术创新是一个从产生新产品或新工艺的设想到市场应用的完整过程，它包括新设想的产生、研究、开发、商业化生产到扩散这样一系列活动，本质上是一个科技、经济一体化过程，是技术进步与应用创新共同作用催生的产物，它包括技术开发和技术应用这两大环节技术创新和产品创新有密切关系，又有所区别技术的创新可能带来但未必带来产品的创新，产品的创新可能需要但未必需要技术的创新产品创新侧重于商业和设计行为，具有成果的特征，因而具有更外在的表现；技术创新具有过程的特征，往往表现得更加内在产品创新可能包含技术创新的成分，还可能包含商业创新和设计创新的成分技术创新可能并不带来产品的改变，而仅仅带来成本的降低、效率的提高例如，改善生产工艺、优化作业过程从而减少资源消费、能源消耗、人工耗费或者提高作业速度另一方面，新技术的诞生，往往可以带来全新的产品，技术研发往往对应于产品或者着眼于产品创新；而新的产品构想，往往需要新的技术才能实现在工程技术活动过程中，会碰到非常多的工程技术问题对于问题的定义，很难有一个精确的表述，但是一般来说，问题具备三个基本要素和问题相关的描述与表达、构成问题的结论描述以及问题的正确解决方法因此，我们可以认为，问题可以表达为“事物期望或应该具有的状态与目前状态的差异”，解决问题的过程就是逐步缩小这种差异的过程工程技术活动中，如果某些问题的解决方法可以通过教科书、技术杂志、手册或从领域专家等方面来获得的话，这类问题可以称之为“通常问题”，即通过一定的技术活动过程，找到解决问题的答案遗憾的是，还有许多问题，其本身表现出“矛盾”的特性，问题本身含有相互冲突的需求，这类问题可以称之为“发明问题”创新活动过程即是在解决这类问题的过程中，如何去克服问题本身所包含的“矛盾〃工程技术问题的一般求解过程（见图L2）中，问题分析阶段主要完成对待设计的对象定义、确定各种约束、标准及可用资源等概念设计阶段要产生并确定多个原理解,并经评价选定一个或几个可行的原理解技术设计阶段则需要完成产品的总体结构设计,如有几个可行方案，还需最后评估选优以确定一个可行方案详细设计阶段则需要完成全部生产图纸及技术文件，这是工程技术人员最擅长的工作之一克服矛盾的过程主要体现在“概念设计”阶段，这也是工程技术人员感觉最难的阶段这个过程中，工程技术人员通过激发他们创造力、运用自身专业领域知识等来寻求可行的原理解相应地,各种常用的创新方法都有不同程度地应用，包括试错法等传统的直觉创新方法存在较大的局限性，尤其是在创新过程中，易受工程技术人员的思维惰性的影响由于受到自身专业知识的限制，工程技术人员往往过分关注自己所从事领域相关知识的获取与研究，很少在其他相关领域或自身不熟悉的领域去探寻类似问题是否已经得到满意的解决方案事实上，本领域的未解决问题可能已经在其他领域得到了很好的解决，工程技术人员如果能够充分利用已有的科学知识库、科学效应、专利等，就可以在很短时间内得到解决方案，避免解决问题的成本过高和求解过程很长的缺陷，得到的解决方案可能是最佳的另外，我们面临的问题可能是其他工程技术人员、其他企业或其他行业已经解决，同一类问题又一次被重复进行求解，从而导致创新过程拉长，浪费人力、物力和财力另外，很多问题经过漫长的求解过程，最终却找不到理想的解决方案，很可能是我们在解决错误的问题一般工程技术人员往往习惯于看到问题就希望找到答案，没有对问题进行深入的分析过程实践证明，好的问题解决方案往往在问题分析阶段中已经出现很多时候，我们会抱怨自己的创新能力不够创新能力不是天生的，通常是缜密而系统化思维的产物，任何工程技术人员均可获得和提升自身的创新能力通过学习创新方法，养成有序的思维工作方式，并不会扼杀灵感及创造力，反而会助长灵感及创造力的产生TRIZ发明问题解决理论苏联海军专利局专利审核员根里奇・阿奇舒勒（Genrich S.Altshuller）及一批研究人员经过多年努力，在分析研究世界上大量高水平专利的基础上，提出和创建了发明问题解决理论（TRIZ,拉丁文Teorija Rezhenija InzhenernyhZadach的首字母缩写）从1946年开始，经过1500人多年的努力工作，对20万份专利进行了分析，并从中选出有代表性的4万份真正有突破创新的专利进行了深入研究，总结出技术发展进化所遵循的趋势规律，解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则（见

1.4）因此，TRIZ强调解决实际问题，特别是发明问题,并由解决发明问题而最终实现创新TRIZ回答了发明问题解决的过程、支持工具等难题，已被公认为世界级的创新方法，是目前绝大部分国际大公司采用的创新方法，如三星、摩托罗拉、通用电气、中兴通信、华为电子等国际TRIZ协会（MATRIZ）的TRIZ理论研究开发委员会（TRIZ RDCouncil,TRDC）认为TRIZ是研究工程及其他人工系统的进化的应用学科、开发方法和工具，以实现指导（引导）工程系统依据它们的进化模式进行进化、保证它们最有效和最高效的发展、最有效和最快速的方式解决问题及其他障碍的目的同时，提高人类的能力以达到产生创新的想法/发明以及成为高效的思考者的目标TR1Z被公认为是“使人聪明”的理论，曾作为苏联国家机密和专有创新技术,在军事、工业、航空航天等领域发挥着巨大的作用苏联解体前,美国等西方国家惊诧于苏联在军事工业领域的创造能力和创新奇迹，曾围绕TRIZ理论展开了长久的情报谍战随着苏联解体，大批TRIZ大师和TRIZ研究者移居美欧西方国家，传播和发展TRIZ,受到了世界各国极大的重视，使得TRIZ的研究和实践得到了迅速普及和发展按照TRIZ发展的内容及时间，TRIZ划分为经典TRIZ和现代TRIZ经典TRIZ是指由阿奇舒勒A己开发以及他的弟子开发并经过他认可（从20世纪40年代中期到80年代中期）的相关TRIZ理论及工具现代TRIZ则是指从苏联的经济政治体制改革（从20世纪80年代中期至今）开始研究和发展的TRIZ理论方法和工具区分现代TRIZ和经典TRIZ的三个主要因素侧重于企业/商业应用，而不仅仅在于技术问题的解决；侧重于开发具有实际意义的创新产品和技术，而不仅仅是有创造性的想法；国际/全球的存在TRIZ的核心思想工程人员所面对的90%的问题，已于其他地方解决过，很多问题已有类似答案由此推论，如果能拥有早期解决方案的知识，那么创新发明将会更加容易，而不必源自试错法和其他直觉创新方法TRTZ作为创造性地解决发明问题的理论工具，其核心思想包括以下几个

（1）问题及其解在不同的工业部门及不同的科学领域重复出现通过对大量创新专利的分析研究，TR1Z总结出创新的规律性不同行业中的问题.采用了相同的解决方法例如，瞬间压力差原理（缓慢施压，快速释压）出现在不同的干果等硬壳类食品去壳取仁的加工设备中，出现了很多相关专利发明同样在带微裂纹的大钻石的切割中，希望在裂纹处分裂、分开，也采用了相同的原理；在船用发动机水管水垢去除工艺中，亦采用了瞬间压力差原理所不同的是，在不同的发明专利中，差别只是压力大小通过专利分析发现，

99.7%的发明都应用已知的原理，这些原理在不同的工业部门及不同的行业、领域内被反复使用TRIZ中的40个发明原理指导工程技术人员寻找相应的解决方案现代TRTZ的发展，已经将经典TRIZ的发明原理成功应用到各行各业、各学科领域，如面向管理创新、营销创新、电子电工、软件开发等应用发明原理，很多时候可以实现突破性创新，找出系统特定的创新解决方案

（2）技术进化模式在不同的工业部门及不同的科学领域重复出现技术系统/产品是按照一定规律在发展的，技术系统进化法则经统计规律证实，描述了技术系统从一种状态自然进化到另一种状态的进化发展过程，即S曲线进化法则不同的工业部门及不同的科学领域，技术系统向其他已被证明成功的技术方向进化发展技术系统进化规律适用于所有的技术系统，同时具有相应的层次结构，即一种法则可能是在层次结构更高级层次进化法则的子趋势在技术系统某一进化法则发展中，子趋势是其中一种特定方向任何技术系统，在其生命周期内，总是沿着提高系统理想度向最理想系统方向进化的，提高理想度法则代表着所有技术系统进化法则的最终方向，是推动技术系统进化的主要动力以动态化法则为例，技术系统总是沿着“刚体一可动链接一柔性体一粉末一液体一气体一场”的趋势发展演化，从而向着最理想系统进化⑶发明经常采用不同领域中存在的效应在TRIZ研究的早期阶段，阿奇舒勒就已经验证对于一个给定的技术问题，可以运用各种物理、化学、生物和几何效应使解决方案更理想和更简单地实现同时，他还发现高等级专利中经常采用的解决方案均应用了不同的科学效应阿奇舒勒通过专利分析发现，不同的发明专利所蕴含的科学知识、技术水平存在很大的差异性，如何区分这些专利的知识含量、技术水平、应用范围及对人类贡献，显得比较困难有鉴于此，有必要对不同的发明进行等级（级别）划分（见表L2）o表

1.2TRIZ对发明等级的划分级别发明等级标准解决方案的来源试验次比例/%数1明显的解使用某一组件实现设计任务，并未解狭窄的专业领域数次32决方案决系统的矛盾2改进稍加改进现有系统.通过移植相似系技术的某一分支数十次45统的方案解决了系统的矛盾3范式内的从根本上改变或消除至少一个主要系其他技术分支数百次19发明统组件来解决系统的矛盾，解决方案存在于某一个工程学科4范式外的运用跨学科的方法解决了系统矛盾.科学一鲜为人知的数千次4发明开发了新系统物理、化学现象等5科学发现超越了科学的界限数百万

0.3解决了系统矛盾.导致了一个开创性次的发明往往是根据最新发现的现象绝大多数发明是对原有系统的不同程度的改进；使系统得到完善发明不是高深莫测的，绝大多数发明都是利用同一个原理，在不同领域和行业的发明创新通过对发明等级的掌握，就会对发明水平、获得发明所需要的知识以及发明创造的难易程度有了一个量化概念，同时也对发明等级有了全新的认识1发明等级越高，完成发明所需时间、知识和资源也就越多；2发明级别会随社会发展、科技进步动态变化；3表

1.2表明95%的发明均在L3及以下，说明绝大部分人都可以通过利用已有的和跨专业知识来进行发明4L4/L5只占总发明数量的5%.却决定了人类社会科技进步的方向由于TR1Z的产生来源于专利，而专利是工程技术领域中发明创造的直接表述，因此TRTZ从一出现就应用于解决技术领域里的发明问题，而不是说TRTZ能够“什么问题都可以”TRIZ源于专利，应用TRTZ进行工程问题求解所获得的解决方案同时又可以申请相应专利，因此TRIZ和专利相辅相成、密切关联阿奇舒勒认为，发明等级L1非常简单，而发明等级L5属于发现Discover级别，是可遇不可求的因此，对于发明等级L2sL4类专利进行深入研究，正是TRIZ专利分析的根基，并最终从L2sL4专利中，总结出这些专利背后隐藏的规律由此，通过TRIZ获取的专利和发明等级也就确定其处于L2sL4的范围TRIZ最为广泛应用于解决工程技术问题工程技术问题求解一般包含6个步骤定义问题分析问题一产生可能的解一分析解一选择解一实施规划，这是一个逐级反馈的求解过程，各种创新技法应用主要集中在产生可能的解这一步骤中，图

1.2表示工程技术问题的一般求解过程对于通常性工程技术问题.通过建立数学模型、仿真模型等分析工具，参照教科书、技术杂志、手册或从领域专家获得问题的可能解而对于发明问题，即包含矛盾的系统难题，则需要在定义问题和分析问题阶段甄别问题的类别，即建立问题的模型；然后通过根源分析或因果链分析等分析工具，确定影响这类问题求解的关键问题是什么，即建立关键问题Key Problem模型对于每一类问题模型，TRIZ提供了相应的工具，通过工具的使用可以快捷地得到问题解决方案模型TRIZ创新举隅最终理想解理想解Ideal Result是指在给定条件下问题最好的解，理想解用理想度来表达，即理想度二系统有用功能集合/为实现有用功能的所有花费+有害功能集合任何技术系统在进化过程中沿着越可靠、越简单、越有效的方向进化，则其理想度越氤提高理想度的方向1增加系统的功能，即增加有用功能的数量；2传输尽可能多的功能到工作元件上，即提升有用功能等级；3将有害功能移转到超系统或外部环境中，减少有害功能或实现有害作用的自我消除；4利用内部或外部巳存在的可利用资源，降低成本最终理想解Ideal FinalResult,IFR是指系统在保持有用功能正常运作的同时，能够自行消除有害的、不足的、过度的作用最终理想解的应用流程1设计的最终目标是什么？2IFR是什么？3达到最终理想解的障碍是什么？4它为什么成为你的障碍？5什么资源可以帮助你？6在其他领域中或使用其他工具可以解决此问题吗？例

1.1割草机割草机的问题可描述为考虑割草机作为工具，草作为被割的目标，割草机在割草时发出噪声、消耗燃料、污染环境、甩出的草叶会伤害割草工人，假如设计者的任务是改良已有的割草机，设计者可能很快想到消除噪声、降低燃料消耗,但是如果运用最终理想解，那会如何呢？最终理想解IFR为草坪上的草不需要修剪，自己始终维持在一个高度因此，从IFR出发的解决方案是发明一种“聪明的”草种，当其生长到一定高度后就不再生长由初始状态如何降低割草机的马达噪声？向IFR如何才能不使用割草机？过渡的任意一个地方就构成了解决方案的空间，如图

1.9所示［课堂讨论］无线耳机的IFR无线耳机容易丢失，充电麻烦【PPT中的建议来自网络文字，本质上就是有线耳机】此处是开放性的问题，例如耳骨传音、太阳能电池，最理想的解可能是植入芯片,此处看大家的理解金鱼法金鱼法源自普希金的童话故事《渔夫和金鱼》，故事中描述了渔夫老伴的愿望通过金鱼变成现实映射到TRIZ创新思维法一一金鱼法中，则是指从幻想式解决构想中区分现实和幻想的部分，然后再从解决构想的幻想部分分出现实与幻想两部分通过这样不断地反复进行划分，直到确定问题的解决构想能够实现为止金鱼法思维流程为1将问题分成现实和幻想两部分；2问题1-幻想为什么不现实；3问题2—在什么条件下，幻想部分可变为现实；4列出子系统、系统、超系统的可利用资源；5从可利用资源出发，提出可能的构想方案；6构想中的不现实方案，再次回到第一步.重复例

1.4训练长距离游泳的小型游泳池问题情境要使训练有效，需要一个大型的游泳池，运动员可进行长距离游泳训练但同时，游泳池的占地面积和造价就会相应地增加用小型和造价低廉的游泳池怎样满足相同的要求？1将问题分成现实和幻想两部分现实部分小型、造价低廉的游泳池幻想部分在小型游泳池内实现单方向、长距离游泳训练步骤1的关键在于对现实和异想天开的部分一定要界定精确！否则会影响下面的分析2问题1:幻想为什么不现实？运动员在小型游泳池内很快游到对岸，需要改变方向3问题2:在什么条件下，幻想部分可变为现实？如果运动员体型极小、运动员游速极慢或者运动员游动时停留在同一位置，止步不前，则幻想部分可变为现实步骤3的关键在于思考要全面，不要随意抛弃你认为是异想天开的条件4列出子系统、系统、超系统的可利用资源超系统资源天花板、墙壁、空气、给排水系统、教练员、座椅、……系统资源游泳池的面积、体积、形状、子系统资源泳池底、泳池壁、水、上下的梯子、进水口、排水口、泳道线、5从可利用资源出发，提出可能的构想方案如果运动员体型极小，相对于泳道而言是现实的，让运动员体型变成小蚂蚁大小则是异想天开的联想田径场的跑道，物理周长只有几百米，但是却可以让运动员无限跑起来，因此，现实部分一一体型相对较小是相对泳道的，如果游泳池建造成环形.则可以实现在小型游泳池内实现单方向、长距离游泳训练⑹构想中的不现实方案，再次回到第一步，重复可能的方案1游泳池变为环形的可能的方案2:产生与运动员运动方向相反的风；可能的方案3:借助供水系统的水泵，产生反方向流动的水；可能的方案4:利用教练员给运动员施加反方向的力；可能的方案5:增大水的摩擦力，如游泳池中灌注黏性液体可能的方案6:将运动员进行固定5W分析法5W分析法又称五问法亦称5个为什么分析法、5Why分析法，最初由丰田公司提出并在丰田公司广泛采用，因此也被称为丰田五问法5W分析法是一种用不断问“为什么”来寻找现象发生的根本原因的方法，这种方法是对现象发生的可能原因进行分析，在事实的基础上寻找根本原因的分析方法它是一种更进一步的因果分析方法在遇到实际问题时，怎么找到问题发生的根本原因？在丰田汽车公司有一个著名的案例，这是大野耐一先生提到过的一个例子有一次，大野耐一发现一条生产线上的机器总是停转，虽然修过多次，但问题总不能解决于是，大野耐一与工人进行了一段对话一问“为什么机器停了？”答“因为超过了负荷,保险丝就断了”二问“为什么超负荷呢？”答“因为轴承的润滑不够”三问“为什么润滑不够？”答“因为润滑泵吸不上油来”四问“为什么吸不上油来？”答“因为油泵轴磨损、松动了”五问“为什么磨损了呢？”答“因为没有安装过滤器，混进了铁屑等杂质”经过连续5次不停地问“为什么”.找到了问题的真正原因和解决的方法，就是在油泵上安装过滤器如果没有这种迫根究底的精神来发掘问题，而只看到问题的表象，很可能就换根保险丝了事，真正的问题还是没有解决另一个例子，林肯纪念堂外墙是花岗岩制成的，后来脱落和破损严重，再继续下去就需要重建，这需要花纳税人一大笔钱，还需要市议会进行商讨决议，于是在投票之前请专家进行了分析针对外墙花岗岩经常脱落和破损的问题，专家经过分析提出了5个问题1脱落和破损的直接原因是经常清洗，而清洗液中含有酸性成分为什么需要用酸性清洗液？2花岗岩表面特别脏，因此使用去污性能强的酸性清洗液，究其原因主要是由于鸟粪造成的为什么这个大楼的鸟粪特别多？。