TRIZ理論與農業科技創新

段永紅，戴健華，彭新德，羅赫榮

（1.湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南省農業科學院，湖南 長沙 410125；3.湖南省農業信息與工程研究所，湖南 長沙 410125）

黨的十七大報告明確提出“提高自主創新能力，建設創新型國家”，2012年中央一號文件更加透徹地提出：加強農業科技創新，推動傳統農業向現代農業轉變。因此，創新成為當前促進現代農業發展的關鍵詞，只有不斷創新才能在重大關鍵技術研發上占領制高點、取得新突破，創新能力也成為了個人和農業科研團隊的核心競爭力。

工欲善其事，必先利其器。笛卡爾曾說過：“人類歷史上最有價值的知識是方法的知識”[1]。溫家寶總理在2007年提出：“自主創新，方法先行”。先進的創新方法是科技進步的基礎和保證，是提升國家創新能力的重要手段?？茖W家們的研究和歷史實踐告訴我們：創新能力是可以培養的，創新也是有規律可尋的。誕生于前蘇聯的“發明問題解決理論”（TRIZ）是被實踐證明了的當前最為有效的創新理論和方法之一。文章擬通過對TRIZ理論的內涵剖析和應用狀況的分析，探討TRIZ理論應用于農業科技創新的意義和途徑。

1 TRIZ理論的內涵

1.1 TRIZ理論的定義

TRIZ是俄文的英文音譯“Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch”首字母的縮寫，譯成中文即為“發明問題解決理論”（在歐洲一些國家和美國也可縮寫為TIPS）。TRIZ理論是前蘇聯海軍專利員G.S.Altshuller及其團隊自1946年開始，在分析研究世界各國250萬件專利的基礎上提出來的。TRIZ理論歷經60多年的曲折發展，已演變為一個解決工程技術創新問題的成熟理論體系，成為孕育和催生新技術的“母技術”[2]，被譽為解決發明創造問題的“金鑰匙”。

國際著名TRIZ專家Savransky博士將TRIZ定義如下：TRIZ是基于知識、面向人的發明問題解決系統化方法學[3]。該理論深入和系統地提示了人類創新活動的規律和原理，為更好地創新提供了堅實的理論和方法基礎。

1.2 TRIZ理論的核心思想

TRIZ理論的核心思想主要體現在3個方面：（1）無論是一個簡單的產品還是復雜的技術系統，其核心技術的發展都是遵循著客觀規律發展演變的，即具有客觀的進化規律和模式；（2）各種技術難題、沖突和矛盾的解決是推動技術進化過程的動力；（3）技術系統發展的理想狀態是用盡量少的資源實現盡量多的功能[2，4]?！癟RIZ理論的實質在于，它從根本上改變了產生新技術思想的工藝”[2]。

1.3 TRIZ九大經典理論體系[1，4]

TRIZ通過研究人類發明創新方法的規律，提出了分析、解決問題的方法、原理和工具，形成了一個龐大的邏輯體系，具體包括兩個基本理論（技術系統進化論、最終理想解理論）、4種解決發明問題的工具（40個發明原理與技術矛盾矩陣、物理矛盾與分離原理、物-場模型、科學效應知識庫）、兩個解決發明問題的基本方法（發明問題的標準解法、發明問題解決算法）[5]。

1.3.1 TRIZ技術系統的八大進化法則 用于解決技術難題和預測技術系統的強大工具，促使人們知道技術系統是如何進化的，為技術創新指明方向。

1.3.2 最終理想解（IFR） 技術創新追求（實際是逼近）的高級目標，促使人們明確理想解所在的方向和位置，避免由于折中法缺乏目標而帶來弊端的情況。

1.3.3 40個發明原理 從250萬份高水平專利技術中總結出的共性發明原則，用于指導TRIZ使用者找出創新的解決方案，為“發明問題解決理論”奠定了堅實的基礎。

1.3.4 39個工程技術參數和技術矛盾矩陣 通過對矛盾的分析，在矛盾矩陣中直接、快速地查找出有用的解法（由40個發明原理組成），它解決的是工程技術矛盾。

1.3.5 物理矛盾及分離原理 包括促使人們發現物理矛盾的11種分離方法和4大分離原理，解決技術系統的工程技術參數出現相反需求時的技術難題。

1.3.6 物-場模型分析 一種重要的問題描述和分析工具，用以建立與已存在的系統或新技術系統問題相聯系的功能模型，進而找出技術難題的突破方向和技術創新解。通過物-場分析法描述的問題一般稱為標準問題，可以采用76個標準解法進行求解。

1.3.7 發明問題的標準解法 用于解決基于技術系統進化模式的標準問題。5大發明等級、18個子級及76個標準解法將標準技術問題的解決快速推進。標準解法是TRIZ高級理論的精華之一。

1.3.8 發明問題解決算法（ARIZ） 針對非標準技術問題的一套解決算法，包括9個步驟。ARIZ的思路是將非標準問題通過各種方法轉化為標準問題，然后應用76個標準解法來予以解決。

1.3.9 科學效應知識庫 物理、化學、幾何等領域的科學原理可以有效地幫助發明問題的解決，并為技術創新提供豐富的方案來源。從100個創造發明常用的科學效應里歸納出30個分類，可以快速地選擇和應用在技術難題的解決過程中。

2 TRIZ理論的推廣與應用現狀

2.1 TRIZ理論在國外的推廣和應用

TRIZ綜合了多個學科領域的原理及法則，是國際創新方法中比較系統且得到公眾認可的方法體系之一[6]，是前蘇聯在20世紀70年代中期專利躍居世界第二、冷戰時期保持與美國軍事力量平衡的重要法寶。蘇聯解體后，TRIZ理論在歐美、亞洲的發達國家和地區得到廣泛的傳播和應用，在工業設計領域產生了巨大的效益。為波音、福特、西門子、三星等眾多世界知名企業解決了大量技術難題，不僅產生了巨大的經濟效益，而且極大地提高了企業的自主創新能力。據統計，應用TRIZ理論方法可以增加80%～100%的專利數量，并提高專利質量，還可以提高60%～70%的新產品開發效率，縮短50%的新產品上市時間[6]。以韓國三星為例，1997年三星公司負債170億美元，瀕臨破產。當年，三星公司引進前蘇聯TRIZ專家并對技術人員進行大規模TRIZ培訓，建立了專職“TRIZ部隊”。2003年，三星應用TRIZ理論進行指導的67個研發項目中，產生了52項專利技術，全球品牌價值增加了31%，增幅列全球之首。2004年，三星的發明專利數達到1 604項，超過英特爾，進入世界前六大專利企業排名榜。2006年，三星電子市值突破1 000億美元，超過索尼的410億美元市值。

TRIZ理論的應用無孔不入，從生態農業到軍事排雷、從自行車到食品機械、從核反應堆到航天器、從工程領域到管理領域等無不顯示出它的生命力[7]。目前，美、德、英、法、瑞典、俄羅斯及日本等發達國家，無論是TRIZ理論研究、應用研究還是技術研究，都走在世界前列。有不少機構已開始研究TRIZ在管理創新、醫療、藝術甚至詩詞寫作等非工程領域中的應用，如德國Bremmen大學、Achen大學、Kassel大學等，相關的研究成果也層出不窮[5]。

2.2 TRIZ理論在我國的推廣及應用

我國20世紀末才開始接觸TRIZ理論，21世紀初，TRIZ開始被我國少數大學和企業引進并逐漸推廣。目前我國TRIZ理論的應用和推廣開始步入快行道。

一方面，政府開始引起重視。2008年國家四部委公布《關于加強創新方法工作的若干意見》，科技部相繼批準黑龍江、四川、江蘇及湖南等多個省份作為國家技術創新方法試點省。

另一方面，TRIZ理論已在諸多科研院所和企業成功實踐，并取得不斐成績。例如，2005年中興通訊公司對25名技術骨干進行TRIZ理論與方法培訓，結果在散熱、除塵、結構、工藝、EMC等21個技術項目上取得了突破性進展，6個項目已申請相關專利；美的電器利用TRIZ理論解決了微波爐加熱均勻性問題；天津大學機械工程學院學生運用TRIZ理論設計出“城市烏篷”方案，獲得2004年全國大學生第三屆“創新杯”設計大賽設計大獎，并有20余名學生在校期間申請了專利；2005～2006年，中船重工運用基于TRIZ的計算機軟件，為聲學釋放器、信號檢測、高溫超導等問題的解決提供了很好的思路[8]。

由于TRIZ理論引入我國至今不過10年，目前正處在宣傳和推廣應用階段，因此存在著巨大的發展空間。

3 思考與建議

3.1 引入TRIZ理論對加快農業科技創新具有重要的促進作用

自新中國成立以來，農業科技為成功解決13億人口的吃飯問題做出了重大貢獻。國家統計局數據顯示，2011年全國增加糧食產量2 127萬t，糧食實現連續八年增產，農業科技對增產的貢獻率達85.8%。但農業生產能力仍不穩固，農產品供求關系仍偏緊，農業科技進步貢獻率僅52%[9]，與以信息技術、生物技術為代表的新的農業科技革命飛速發展的世界農業相比還存在一定的差距。我國已經處于必須更加依靠科技進步促進現代農業發展的歷史新階段。

科技創新要取得突破，必須樹立正確的創新理念、應用科學的理論方法。TRIZ與其他創新方法相比具有鮮明的特點和優勢，它的最大的優點在于將矛盾與沖突點轉化為利益點，并歸納問題解決的有效方法和系統進化的原則，以快速解決問題[6]。而且它是基于技術的發展演化規律來研究整個設計與開發過程，有效地解決了個人經驗積累、靈感爆發或反復試驗等傳統的創新方法效率低下、結果不確定等問題。TRIZ理論不僅適用于專利授權的所有領域，而且對于其它社會領域的創造性活動也具有積極的啟發作用和借鑒意義。因此，將TRIZ理論應用于農業科技創新，對突破傳統農業科技的思維和方法、促進現代農業的發展具有重要的意義。

3.2 TRIZ應用于農業科技創新要講究方法，注重農業特色

農業與工業相比較具有顯著的區別：土地是農業中不可替代的基本生產資料，勞動對象主要是有生命的動植物，它們受自然條件影響大，有明顯的區域性和季節性。因此，將在解決工程技術創新問題基礎上產生的TRIZ理論引入農業科技創新，是一項具有挑戰性的研究，必須講究方法，注重農業獨有的特色，從以下幾個方面開展工作：

（1）從接近工程技術領域的農業科技領域切入，逐步全面推進。農業生產對象的多樣性和生產條件的復雜性，決定了農業科學范圍的廣泛和門類的繁多，其中有側重基礎理論的，也有側重應用技術的。根據TRIZ來源于對大量專利的分析研究的特點，首先從容易形成專利的領域獲得突破，比如農業生態、農產品加工與貯藏、農業機械等，讓TRIZ理論的應用由點及面，逐步在農業科技領域全面推廣。

目前，TRIZ理論在農業生態學方面已有較好的應用案例。比如在農業上廣泛使用的蔬菜塑料大棚，利用了TRIZ理論技術進化原理中的“添加改進物質”，在冷空氣與植物之間添加了保溫膜這一改進物質，改善了系統中兩個物體之間的相互作用[10]；在農村廣泛推廣的沼氣池，使用了40個發明原理中變害為益的原理。由于肥料必須發酵才能使用，但在發酵過程中會產生難聞的氣體而污染環境、影響生活，因此，將肥料置于密閉艙中加入厭氧細菌分解肥料中的有機物，這樣產生的可燃氣體可以用來做燃料和照明，一舉多得。

此外，TRIZ理論也很好地嵌入了當今世界上廣泛研究和應用的種質資源保存技術中。比如，目前貯藏種子體的最佳途徑——低溫種質庫，它利用的是發明原理中的參數變化原理和局部質量原理，將處理后的種子體放入密封的容器內，再將容器存放于低溫干燥的環境中，從而實現種質資源的長期安全貯藏；超低溫保存技術利用的是發明原理中的惰性環境原理，在液氮-196℃的超低溫下使保存的活細胞的物質代謝和生長活動幾乎完全停止；超干燥貯藏技術則利用了提高理想度法則和發明原理中的分離原理，它是針對低溫保存種質能耗大的不足而提出的，該技術將加快種子老化的種子含水量通過超干燥處理降到更低，再進行密封常溫保存，已成為節能型種子保存新技術。

（2）從科研立項著手，逐漸深入?？蒲辛㈨検侵缚茖W研究前針對具體研究課題的項目依據、研究方法、技術路線、預期完成目標等進行設置和論證的第一道程序，是研究開展的第一步和創造性思維的具體體現，它決定了研究課題的成敗。因此，將“技術進化法則”、“九屏幕法”、“科學效應知識庫”、“矛盾矩陣”等TRIZ理論及工具融入科研立項，可以確定面對什么樣的問題，研究如何化解沖突、解決問題，對思考、解決問題的思維過程加以創新，在克服慣性思維的同時有效規避思維盲區，實現對科學問題的全面認識。然后結合項目逐步推進，通過科研實踐深化研究人員對TRIZ理論的認識和理解。立項基本思路是：①選擇研究課題，明確目的性和可行性；②建立課題模式，表述矛盾、篩選方案；③分析課題模型，選擇最佳突破點、確定最終理想結果、指出關鍵點；④選擇消除矛盾的方法，選擇克服矛盾最有效的方法，并從物理答案過渡到技術答案；⑤評估所得的答案。

比如利用TRIZ基本理論之一的最終理想解（IFR）進行割草機改進研究。最終理想解的特點是：保持原系統的優點、消除原系統的不足、沒有使系統變得更復雜、沒有引入新的缺陷。該研究將割草機作為工具，草坪上的草作為目標，需要克服割草機在割草時發出噪聲、消耗燃料、產生空氣污染、甩出的草片有時會傷害推割草機的工人等缺陷。因此，割草機的理想化設計有：①部分理想化設計。手推無動力割草機克服了割草時消耗燃料、產生空氣污染的不足；半懸掛割草機解決了甩出的草片可能傷害操作人員的問題。②完全理想化設計。培育一種長到一定高度就停止生長的理想草種，實現無需維護的漂亮草坪，達到最終理想解。目前國際上至少有兩家制造割草機的公司正在選育這種稱為“聰明草種”的草[11]。

（3）以總結歸納已有成果為起點，最終實現TRIZ理論的延伸和拓展。阿奇舒勒曾說過，在發明創造活動中，“你可以等待100年獲得頓悟，也可以用這些原理（TRIZ理論）在15 min解決問題”[2]。創新理論與實踐表明，創造能力是人人都具備的一種潛能，可以通過學習、訓練得到激發和提升。學習創新方法的實質是思維習慣的改變，它對于提升人們的創造能力和效率具有重要的意義。

一方面，通過引入和整理TRIZ已取得的研究成果、借助行業外的技術理論來啟迪思維、熟悉并掌握創新原理和方法、提高系統思考的能力。科學效應知識庫中著名的“爆米花效應”，是TRIZ方法中根據狀態變化發明原理產生的概念之一，也是阿奇舒勒發現的革命性結果之一。全世界利用爆米花原理發明的專利多達200余項，不同行業中的問題采用了相同的解決方法。一個玉米粒利用瞬間壓力差爆成米花的過程，同樣被廣泛應用到農產品加工產業中，其中甜辣椒罐頭制造方法（利用壓力變化去籽和蒂）1968年獲得專利，向日葵種子的剝殼技術1986年獲得專利，另外爆米花原理還用于制造糖粉末、去除堅果外殼等。

另一方面，通過借鑒TRIZ理論總結歸納農業科技中具有典型意義的成果，形成具有農業科技特色的創新方法，實現TRIZ理論的延伸和拓展。例如，對以世界“雜交水稻之父”袁隆平為核心的雜交水稻的研究歷程和取得的成就，通過技術系統進化論、建立知識進化樹等TRIZ原理進行系統歸納整理、統計分析、總結提升，研究其創新的規律性，并進行方法論層次的抽象和歸納，將雜交水稻研究由單個的品種選育提煉為一套解決育種技術問題、指導農業科技高效創新的理論體系和方法，形成袁隆平式的高科技人員輩出的新局面，加速農業現代化發展進程。

目前，TRIZ理論被認為是可以激發人們創造性思維，引導和提升研究者的思維角度和方式，挖掘和開發創造潛能，最全面系統地論述發明創造和實現技術創新的新理論。TRIZ理論在我國經過近十年的研究和實踐，已呈現集成化、工程化、標準化的特點和趨勢[12]，但在農業科技中它還是一個新鮮事物，特別在育種領域幾乎是空白。要突破農業創新的“效率瓶頸”，必須遵循創新規律，在注重技術的同時，關注和研究先進的創新方法，重點突破、由點及面地在農業科技領域引入、推廣TRIZ理論，以突破思維慣性、激發創造性思維、從根本上增強農業創新實力。TRIZ理論在農業領域中的推廣應用，還可以拓展它的適用范圍，進一步發展和完善TRIZ理論，使之成為各類發明創造問題更為高效、實用的操作工具。

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