TRIZ技術進化理論在產業技術進步中的應用研究

吉林省科學技術信息研究所 吳學彥

TRIZ技術進化理論在產業技術進步中的應用研究

吉林省科學技術信息研究所 吳學彥

由于市場競爭的日益加劇，企業在新產品研發決策過程中，要預測當前產品的技術水平及新一代產品可能的進化方向，這種預測的過程稱為技術預測。技術預測的研究開始于半個世紀以前。在長期的研究過程中，理論界提出了技術預測的多種方法，這些方法可以分為兩類：規范化方法與探索性方法。其中TRIZ技術進化理論由于可對技術系統未來的結構狀態序列進行較為清晰的描述并具備較強的可操作性而獨樹一幟，并逐步發展成為一種重要的技術預測理論。TRIZ理論是由前蘇聯G.S.Altshuller等人自1946年開始，在世界各國250多萬份高水平專利的基礎上，總結出一套具有完整體系的發明問題解決理論。TRIZ理論認為產品技術成熟與否、技術發展未來走勢和進化路線是可以根據TRIZ理論提出的方法進行預測分析的。TRIZ技術進化理論就是專門研究技術系統進化預測的重要分支，也是TRIZ中最重要、最基本的概念之一。TRIZ技術進化理論同時提供了強有力的技術預測工具，這些工具包括技術進化定律及進化路線等。

一、TRIZ技術系統進化理論

TRIZ技術進化理論由A ltshuller G.等人于20世紀70年代提出，該理論認為，技術系統的進化總是遵循一定的客觀規律，而且在一個工程領域中總結出的進化定律與進化路線可在另一個工程領域實現。所謂技術系統是由物質組件組成，為滿足人們（社會）的需求而實現某種功能的系統。技術系統可以是產品或生產工藝，也可以是勞動組織系統、生產系統、控制系統等等。技術系統的進化，就是指實現技術系統功能的各項內容，從低級向高級變化的過程。任何領域在技術系統向新的技術系統進化過程中，必然遵循一定的規律，這些規律就是技術系統進化理論。

在早期階段，TRIZ技術進化理論一直被誤認為是TRIZ的一個附加工具被用于解決具體的技術問題，然而自1999年Domb E.提出策略性TRIZ（Tactical TRIZ）與戰略性TRIZ（Strategic TRIZ）的區分以來，TRIZ技術進化理論開始成為一個獨立的研究對象并被提升到R＆D決策戰略工具的高度，其研究熱潮自此逐步興起。近年來對TRIZ技術系統進化理論的關注日益增多，學者們先后發展出技術進化理論（ET，Evolution of Technique）、技術進化引導理論（GTE，Guided Technology Evolution）、定向進化理論（DE，Directed Evolution）、技術進化定律（The Laws of Evolution）等新興TRIZ技術進化理論，其中以ET、GTE、DE、技術進化定律為代表的新興TRIZ技術進化理論先后出現并迅速發展起來，它們在技術進化模式和路線、技術系統成熟度曲線（S曲線）以及技術進化規律的基本原理等方面進行了更新和拓展。一些TRIZ專家則對TRIZ技術進化理論的應用方法展開了詳細的研究與論述，利用TRIZ技術進化理論預測技術系統發展趨勢的應用研究更是與日俱增。

產品的發展過程是性能由低到高逐漸提高的過程，在產品發展的過程中具有一定的規律，這個規律就是技術進化定律。技術系統進化理論基本涵蓋了各種產品核心技術進化規律，每條規律又包含了不同數目的具體進化模式和路線。TRIZ的技術系統進化規律主要包含：提高理想度規律，系統完備性規律，能量傳導規律，提高系統動態性和可控性規律，子系統非一致性進化規律，向超系統升遷規律，向微觀系統升遷規律，系統協調性規律，技術系統的分割規律，系統向多功能、普遍化發展規律，改善物質的結構規律等。它可以根據技術系統進化規律預測其未來發展趨勢，幫助企業開發有競爭力的產品。如果掌握了這些規律（模式或路線），就能確認目前產品所處的發展狀態，發現產品存在的缺陷和問題，并主動預測未來技術發展趨勢，制定和規劃產品開發戰略，開發新一代產品。

1.進化模式與進化路線。技術進化模式和路線是TRIZ技術進化理論研究的一個熱點。技術系統的進化路線是指一個系統從結構進化的特點描述產品核心技術所處的狀態序列，每一種進化模式都包括多種進化路線。其實質是產品如何從一種核心技術移動到另一種核心技術，可以根據進化路線確定新一代產品的創新設想，產品沿進化路線進化的過程是新舊核心技術交替的過程。因此，TRIZ理論中進化理論是預測產品結構的進化理論。Ideation研究小組已確認了300多條進化路線及50多條市場進化路線，這些路線為設計人員、企業研發機構提供了技術進化預測工具。

目前，TRIZ技術進化模式研究正處于快速發展階段，新的技術進化模式和進化路線不斷涌現。所有模式都會遵循8個進化法則，一是技術系統完備性法則，二是技術系統能量傳遞法則，三是技術系統動態性進化法則，四是技術系統提高理想度法則，五是技術系統子系統不均衡進化法則，六是技術系統向超系統進化法則，七是技術系統向微觀級進化法則，八是系統協調性進化法則。運用這些法則，我們能夠判斷當前研發的產品處于技術系統進化模式中的哪個位置，然后根據法則的提示能夠預測技術系統未來發展的方向。系統進化模式可以在過去的專利發明中發現，所有系統都是向理想化最終結果方向進化的，并且用來指導新產品開發，避免盲目嘗試和浪費時間。據統計，目前學術界約已發展20種典型進化模式。其中最為著名的技術進化模式有Fey V.和Rivin V.提出的GTE6種進化模式，Zlotin B.和Zusman A.提出的DE10種進化模式和Mann D.提出的Mann D.共11種進化模式。Mann D.對技術系統進化模式進行的研究尤為細致，他將技術進化趨勢區分為時間進化、物質和空間進化以及界面進化三大趨勢，并首次將增加物質分割、空間分割、界面分割及增加協調性與和諧性引入技術進化模式分析框架。與前兩種理論的模糊特征相比，Mann D的技術進化模式結構清晰，便于操作，因而受到學術界的關注。

2.技術成熟度曲線。通對大量專利的分析，G.S.A ltshuller發現在技術系統進化過程上，產品的進化都會經歷相同的幾個階段，形成S曲線，近年來S曲線的研究也取得了一些新進展。圖1所示，分段線性S曲線表示性能隨時間的變化規律，從而更加明確地把產品進化分為嬰兒期、成長期、成熟期和退出期4個階段。

確定組成產品的技術在S-曲線上的位置是產品進化理論的重要研究內容，并稱為技術成熟度預測。處于嬰兒期及成長期的產品應對其結構、參數等進行優化，使其盡快成熟，如促使其S曲線按一定方向變化，以為企業盡快帶來利潤。處于成熟期與退出期的產品，企業在賺取利潤的同時，應開發新的核心技術并替代已有的核心技術，以便推出新一代產品，使企業在未來市場競爭中取勝。TRIZ技術進化理論采用專利數量、專利等級、產品的獲利能力和性能4個指標隨時間變化而變化的規律，與S-曲線一起組成產品技術成熟度預測算子，用于產品技術成熟度越策。4個指標隨技術進化而變化的曲線現狀如圖2所示。

圖2（a）是時間–性能曲線圖，隨著時間的延續，產品性能不斷增加，進入退出期后，其性能很難再有提高。

圖2（b）是時間–專利數量曲線圖，表示數量隨時間的變化。在嬰兒期和成長期前期由于參與開發的企業和人員較少，所以專利數量較少。成熟期后競爭激勵，企業新專利不斷涌現，專利數量增加。進入退出期后，企業增加投入后匯報很少，因此專利數量減少。

圖2（c）時間–專利等級曲線，表示后續專利級別逐漸降低，在嬰兒期向成熟期過渡時，由于限制產品性能的關鍵問題的解決，會產生一些高級別的專利，推動了產品從嬰兒期過渡到成長期。

圖2（d）時間–專利獲利能力曲線圖，表示開始階段，企業僅僅是投入并沒有盈利。到成長期產品雖然還不是很完善，但是產品已出現利潤。之后利潤逐年增加，進入成熟期的某一時間達到最高值，之后開始降低。

通過對產品相關數據進行繪制曲線后，通過曲線的形狀，可以判斷出產品所處位置，從而對其技術成熟度進行預測。根據結果做出相應的決策：改進現有系統或者開發新一代系統，圖3為技術選擇的過程。一旦做出決策，就可以應用系統演變規律預測系統的發展方向，通過解決相關沖突實現系統的改進或者更新。

二、TRIZ技術進化理論的應用研究

TRIZ技術進化理論近年來在在一些產業中得到了利用。早期的學者們分別利用技術成熟度曲線分析總結了電冰箱技術、超音速焊具技術、自熱容器技術、醫療器械和化妝品產業技術、DVD技術、滾筒紡紗技術等的技術進化過程進行了研究。近年來，利用TRIZ技術進化理論分析某一產品或行業技術創新問題的研究也日益增多，主要集中于機械領域，其他技術領域的應用研究偏少，非技術領域的應用研究到目前為止并不多見。均以產業或技術本身為研究對象，采用單一的、標準化的技術進化模式或路線作為分析工具。應用研究的焦點集中于技術系統內在的推動作用，對外部需求的拉動作用關注較少，因而關于技術系統進化的需求拉動動力機制是目前TRIZ技術進化理論研究的薄弱環節。

三、前景展望

目前，TRIZ技術進化理論得到了廣泛的應用，這些研究為評判技術成熟度，預測技術系統發展趨勢提供了良好的理論工具。然而，目前關于TRIZ技術進化理論及其應用的研究還存在一些缺陷，這些缺陷需要在未來的研究工作中加以克服。

在理論研究層面，學術界提出了多種技術進化模式和進化路線，但是對這些技術進化模式之間的相互關系卻很少予以討論，因此，理清各種進化模式之間的相互關系，區分各模式的相對重要性是未來研究的一個重要方向。其次，雖然部分學者已發現獨立的需求進化規律，但是如何將這些規律與技術系統進化規律有機地結合起來還需進一步研究，技術進化需求拉動的具體動力機制亟待解決。