基于TRIZ與逆向思維法的目標性創新模型研究

魏鵬 張薈如 范志遠

摘 要：豐富創新方法和提高創新效率是加快創新成為時代推動力所需工作的主要內容之一。為降低實際工程問題的解決難度，提高解決效率，彌補現有的問題解決方法在思路上對目標性和實用性的欠缺，開拓一種導向化的新理念，本文以逆向思維切入，倡導目標性創新思想，并結合現代國際TRIZ理論，創建基于TRIZ與逆向思維法的目標性創新模型，并通過線切割機床的貯絲筒創新設計實例驗證了該模型的合理性。

關鍵詞：TRIZ;逆向思維;目標性創新;模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.019

0 引言

創新理論及方法的發展日新月異，在技術創新方面，產生了漸進性創新（Incremental Innovation， II）等理念[1]，盡管存在有越來越多的創新方法，但大多數創新設計者在解決工程領域內遇到的實際問題時，仍缺少一定的目標性和方向性，導致出現針對性較差，創新周期較長等現象。對于剛參與創新的設計者，其常進行簡單模仿性質的“創新”，甚至難以尋求到問題解決的切入點。此外，部分設計者針對需解決的問題盲目“創新”，以手機產品為例，其以單純地增加產品所能實現的功能為導向，不考慮用戶對于產品功能的實際使用效果，造成產品的功能盈余，生產成本亦隨之增加，浪費資源。

由于設計者在創新過程中針對待解決的問題進行研究時，大都采用自身學術知識和工作經驗積累，缺少對問題分析與解決的導向化工具，在創新過程中多出現上述的各種問題[2]。故有必要拓展一種新的問題解決思路，創建有導向化作用的模型，有利于提高解決實際工程問題的效率，增強目標性。本文提出目標性創新理念的同時，采用意大利洛倫佐·菲奧里內斯基等學者對系統設計方法的拓展思路[3]，將所用方法的各類優點進行集合演變，以具有突破性的逆向思維法為切入點，結合現代國際TRIZ中工程系統進化趨勢理念以及問題解決的多樣工具，創建一種新的思考模型。

1 TRIZ與逆向思維法

1.1 TRIZ

TRIZ理論發源于1946年，俄文縮寫為“TRIZ”，英文為The Theory of Inventive Problem Solving，意譯為“發明問題解決理論”，其由前蘇聯工程師、科學家跟里奇·阿奇舒勒為首的研究者針對大量專利文獻進行研究、整理后的成果[4]。TRIZ理論揭示了發明創新的內在規律和原理，其目標是完全解決矛盾，獲得最終的理想解或問題解決方案。該理論中的功能分析、因果鏈分析、剪裁、功能導向搜索為順序的思路應用較為廣泛[5]，例如以功能分析為主導的小家電的設計研究過程，其作用突出[6]，但上述思路多采用順序思維，設計者對關鍵問題不能很好地把握。

現代國際TRIZ理論分析和解決關鍵問題思路[7]模型大致如圖1。

1.2 逆向思維法

逆向思維是打破常規思路，對事物的相反面進行考慮，從而尋找問題解決思路的一種思維方式[8]。其具有普遍性、批判性、新穎性三大特點，分為反轉型、轉換型、缺點逆用型三大類型[9]。雖有研究者對逆向思維方法從可拓學的角度建立了形式化模型[8]，但對于工程領域當中的實際問題的解決而言，沒有很高的效率，需要對某領域的學科知識有一定的儲備。

逆向思維模型在面對目標問題時，主要分析研究對象所涉及的相關事物，當采用反轉型逆向思維法，要從其相關事物的功能、結構、因果關系三個方面作反向思維來發現待解決的關鍵問題;當采用轉換型逆向思維法，要從研究對象的側面入手，即同其結構、功能等具有緊密聯系的側面事物的結構、功能進行分析，進而發現問題;當采用缺點逆用型逆向思維法，要從相關事物的優缺點分析入手，重點突出其缺點對問題的影響程度，故本文針對上述逆向思維法的現有分類建立一種較為直觀的，容易理解的模型如圖2。

2 目標性創新理念

基于引言中的分析與討論，本文提出一種具有針對性和導向性的目標性創新（Targeted Innovation， TI）理念。其指在產品進化過程中需要針對產品的某一特定需求進行滿足的創新過程。待創新產品的需求主要為實現某種目標功能，其技術進化過程多在衰退期之前。此理念強調在創新的過程中，首先要確定創新目標，發掘表面問題的關鍵源頭。如當某機械設備出現抖動、噪聲等故障時，不是單純的解決表面故障，而是確定創新和改良的目標是優化功能還是調整結構等，即確定關鍵問題，從而進行下一步工作。

3 基于TRIZ與逆向思維法的目標性創新模型

經上述分析，本文將逆向思維在思考問題時具有的突破性等優點模型化后，結合TRIZ理論的工程系統進化趨勢、問題解決工具等，應用在目標性創新理念當中，填補現有的技術創新中存在的不足，促進創新過程的導向化。其中在問題分析的過程中，采用五問分析法（5W）[10]。

本文模型具體應用步驟如圖3。

步驟1：總結待解決的問題，即確定創新目標，通過“五問法”尋求目標問題。

步驟2：對目標問題運用“五問法”找尋對應的研究對象。

步驟3：將研究對象做必要的市場調研后，進行工程系統進化趨勢分析，判斷其所處的趨勢層次，確定明確的方案取向。

步驟4：把確定的研究對象運用逆向思維模型（圖2）進行“五問法”分析，確定關鍵問題。

步驟5：將關鍵問題放入TRIZ理論的問題解決模型（圖1）。

步驟6：確定初步解決方案。

步驟7：將初步方案進行驗證，若方案不合理，需重復進行上述步驟，若合理則確定最終方案并實施。

4 工程實例

4.1 實例來源

盡管部分設計者解決難題時已具有導向化思路，但未形成較好的思路模型，下文將通過對往復式線切割機床貯絲筒創新設計[11]的實例，以模型的角度分析并加以驗證模型的合理性。

4.2 實例分析

運用本文模型對實際問題進行分析，其步驟如下：

步驟1：往復式線切割機床設計前存在貯絲筒換向時出現筒身扭曲等現象，通過“五問法”找尋目標問題?！盀槭裁促A絲筒換向時造成以上問題？因為貯絲筒系統存在扭轉沖擊。”故貯絲系統的扭轉沖擊問題即為目標問題。

步驟2：通過“五問法”找尋研究對象?！盀槭裁促A絲筒存在扭轉沖擊問題？因為貯絲筒系統存在某種弊端?！惫恃芯繉ο鬄橘A絲筒系統。

步驟3：調研詢問得知，其使用者多采用控制電機運轉或選用彈性聯軸器緩解問題。TRIZ理論的工程系統進化趨勢分析發現，該系統為成長期向成熟期過渡，并向系統協調性進化趨勢發展，進而向提高價值進化趨勢發展。

步驟4：將貯絲筒系統代入逆向思維模型分析，可利用反轉型逆向思維法，對其現有結構、功能、存在問題的因果關系作反向思考，產生問題的不一定是整個系統，而是系統內的結構。此系統結構組成有電機、電機主軸、聯軸器、貯絲筒及其他。通過“五問法”分析，“為什么系統存在扭轉沖擊？因為電機將扭矩傳遞給了電機主軸。為什么扭矩傳遞到了主軸就會引起扭轉沖擊？因為主軸又將扭矩傳遞給了聯軸器，進而傳遞給了貯絲筒。為什么將扭矩傳遞給貯絲筒就會引起各類問題？從動量角度分析關鍵是因為貯絲筒的現有結構設計傳遞的力較大，引起扭轉沖擊的問題”，則確定關鍵問題。

步驟5：將關鍵問題引入TRIZ理論的問題解決模型，進行技術矛盾分析，確定待改善的工程參數為“物體產生的有害因素”，細致分析惡化的工程參數為“時間損失”或“強度”，對應矛盾矩陣表查詢合適的發明原理為“15動態化”、“35物理或化學參數的變化”、“22變害為利”、“02抽取”。

步驟6：結合相關發明原理，確定初步解決方案為新設計的結構可使得貯絲筒及其軸系能與系統內其他部件的結構分離，在進行反向轉動時可自適應調節位置，吸收有害的能量沖擊。

步驟7：將初步設計方案進行試制檢驗，在DK7745機床上運行效果良好[11]。

往復式線切割機床貯絲筒創新設計的目標性創新模型流程如圖4。

通過對往復式線切割機床貯絲筒創新設計過程在本文探討的模型中分析，該模型的合理性得到了相對客觀地驗證。

5 結語

本文在目前創新理論及方法的基礎上，結合能夠打破常規思路的逆向思維法和TRIZ理論孕育出具有目標性的創新模型，能夠幫助設計者，尤其是剛進入創新領域的新手，在面對部分難題時，避免思維上的局限，快速找尋目標問題和研究對象，確定關鍵問題，進而運用TRIZ理論的問題解決方法，找到解決方案，提高實際工程問題的解決效率。通過對特種加工領域內的線切割機床的貯絲筒創新設計過程進行分析，檢驗了本文所探討模型的合理性。

參考文獻：

[1]劉寶銘，孫建廣，檀潤華.TRIZ理論在破壞性創新中的應用[J].科技管理研究，2010，30（21）：1-4.

[2]任工昌，山旭.TRIZ與情景分解法在破壞性創新中的應用[J].現代制造工程，2018（08）：16-19.

[3]Lorenzo Fiorineschi，Francesco Saverio Frillici，Federico Rotini，Marco Tomassini.Exploiting TRIZ Tools for enhancing systematic conceptual design activities[J].Journal of Engineering Design，2018，29（06）.

[4]唐琳琳，王偉臻.TRIZ理論研究及應用綜述[J].產業與科技論壇，2011，10（16）：108-109.

[5]孫永偉.TRIZ打開創新之門的金鑰匙[M].北京：科學出版社，2015：20-22，191-197.

[6]朱秀娟，李克天.TRIZ理論和功能分析在小家電設計中的應用研究[J].現代制造工程，2016（08）：95-100.

[7]趙敏，史曉凌，段海波.TRIZ 入門及實踐[M].北京：科學出版社，2009：290.

[8]李志明，楊春燕.逆向思維的形式化模型及其應用[J].數學的實踐與認識，2014，44（09）：44-54.

[9]劉寶順，姜躍超，張軍雯.探究逆向思維法在產品設計中的應用[J].設計，2016（17）：28-29.

[10]王琳.從豐田“五問法”看企業安全管理[J].吉林勞動保護，2016（04）：43.

[11]黃兆飛，謝三山，王凱，趙武英.基于TRIZ的往復式線切割機床貯絲筒創新設計[J].機床與液壓，2018，46（07）：97-101.

課題基金名稱：CBN/鐵基球形復合磁性磨粒制備機理及其難加工材料曲面光整性能研究;姓名：張桂香;編號：5167051462。

作者簡介：魏鵬（1998-），男，山東諸城人，本科在讀，主要研究方向：工程創新理論及方法、機械設計制造。

*為通訊作者