一種用表達式描述TRIZ理論的方法

黃振永 薛竣文

摘 要：TRIZ理論常直譯為“發(fā)明問題的解決理論”，曾是前蘇聯(lián)的國家機密，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，被譽為創(chuàng)新的“點金術(shù)”。現(xiàn)有的TRIZ理論中的九屏幕法、STC算子法、物場分析模型采用的是圖示法，而圖示法具有顯著的缺點：繪圖復(fù)雜、占用面積大。該文提出了一種用表達式描述TRIZ理論的方法，消除了圖示法的缺點。該文把這種新方法應(yīng)用于九屏幕法、STC算子法、物場分析模型，并通過案例詮釋了其使用方法，有創(chuàng)新性和應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論? 表達式描述法? 九屏幕法? STC算子? 物場分析模型

中圖分類號：TS43? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2021）11（a）-0000-00

The Method of Describing Triz Theory by Expression

HUANG Zhenyong? XUE Junwen

（School of Information Technology， Beijing Institute of Technology， Zhuhai，Zhuhai， Guangdong Province， 519088 China）

Abstract： TRIZ theory is often translated as "The Solution Theory Of Invention Problems". It was once a state-level secret of the former Soviet Union. Now it is widely used in all walks of life. It is known as the "Golden Touch" of innovation.The nine screens method， STC operator method and material-field analysis model in the existing TRIZ theory adopt the graphical method， which has significant disadvantages： complex drawing and large occupied area.This paper presents a method to describe TRIZ theory by expression， which eliminates the shortcomings of graphical method. This paper applies this new method to nine screens method， STC operator method and material field analysis model， and their use methods are explained through cases.This expression description method has innovation and application value.

Key Words： TRIZ theory; Expression description method; Nine screens method; STC operator; Material field analysis model

TRIZ是拉丁文“Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch”的詞頭縮寫，其英文全稱是“Theory of the Solution of Inventive Sroblems”，常直譯是“發(fā)明問題的解決理論”，也常意譯為“萃智”或者“萃思”，取其“萃取智慧”或“萃取思考”之義[1-2]。它是由前蘇聯(lián)發(fā)明家、教育家G.S.Altshuller（根里奇·阿奇舒勒）在1946年創(chuàng)立的理論[3]。它曾是前蘇聯(lián)的國家機密，在軍事、工業(yè)、航空航天、管理等領(lǐng)域均發(fā)揮了巨大作用，被譽為創(chuàng)新的“點金術(shù)”[4-5]。經(jīng)過70多年發(fā)展，TRIZ理論已經(jīng)發(fā)展成為一套解決新產(chǎn)品開發(fā)實際問題的成熟的理論和方法體系[6-7]。因為TRIZ理論具有好系統(tǒng)性、操作性和實用性，所以它在全球的創(chuàng)新和創(chuàng)造學(xué)研究領(lǐng)域占據(jù)著獨特的地位。實踐證明，TRIZ理論可以幫助人們突破思維障礙，打破思維定勢，加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進程，并能得到高質(zhì)量的、有競爭優(yōu)勢的創(chuàng)新產(chǎn)品[3-4，6]。由于目前TRIZ理論中的九屏幕法、STC算子法、物場分析模型采用的是圖示描述法，具有顯著的缺點：繪圖復(fù)雜、占用面積大。該文提出了一種用表達式描述TRIZ理論的方法，消除了圖示法的缺點，具有結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點和較高的推廣價值。

1 九屏幕法

現(xiàn)有的九屏幕法是一個“框+箭頭”的圖示法結(jié)構(gòu)[7]，缺點是：繪圖時操作復(fù)雜且占用面積大。革新后的九屏幕法是二維表格（3行×3列）。借鑒解析幾何學(xué)的數(shù)對知識，交叉單元格的表示方法：S（x，y），其中S是“Scree”的首字母，x表示時間維，x=-1表示過去，x=0表示現(xiàn)在，x=1表示未來;y表示層級維，y=-1表示子系統(tǒng)，y=0表示當(dāng)前系統(tǒng)，y=1表示超系統(tǒng)。

如果令S（0，0）={當(dāng)前系統(tǒng)}，S（-1，0）={當(dāng)前系統(tǒng)的過去}，S（1，0）={當(dāng)前系統(tǒng)的未來}，S（0，1）={當(dāng)前超系統(tǒng)}，S（0，-1）={當(dāng)前子系統(tǒng)}，S（-1，1）={超系統(tǒng)的過去}，S（1，1）={超系統(tǒng)的未來}，S（-1，-1）={子系統(tǒng)的過去}，S（1，-1）={子系統(tǒng)的未來}，則革新后的（省略箭頭并合并框為表格的形式）九屏幕法的表達方式如表1所示。如果進一步地令S0=S（0，0）、S1=S（-1，0）、S2=S（1，0）、S3=S（0，1）、S4=S（0，-1）、S5=S（-1，1）、S6=S（1，1）、S7=S（-1，-1）、S8=S（1，-1），S的右下角數(shù)字是按習(xí)慣性填表順序編碼的，則簡化后的九屏幕法的表達方式如表2所示。

如果遇到的是反系統(tǒng)則在S的右上角加上一撇，記作：S’（x，y），因此如表3所示。反系統(tǒng)的簡化表達方式如表4所示。

2? STC算子法

STC算子有3個：S（Size，尺寸）、T（Time，時間）和C（Cost，成本）[3]。STC算子法是將尺寸、時間、成本進行極限化分析的思維方法。現(xiàn)有的表達方式是三維坐標(biāo)法，缺點是：作圖時占用面積大。

革新后的表達方案如下：

算法1：P_1=lim┬（S→∞）?{方案}，表示：當(dāng)尺寸趨向無限大時的解決方案。

算法2：〖P_2=lim┬（S→0）〗?{方案}，表示：當(dāng)尺寸趨向零時的解決方案。

算法3：〖P_3=lim┬（T→∞）〗?{方案}，表示：當(dāng)時間趨向無限大時的解決方案。

算法4：〖P_4=lim┬（T→0）〗?{方案}，表示：當(dāng)時間趨向零時的解決方案。

算法5：〖P_5=lim┬（C→∞）〗?{方案}，表示：當(dāng)成本趨向無限大時的解決方案。

案例：以上課考勤為研究對象。

算法1：P_1=lim┬（S→∞）?{當(dāng)學(xué)生人數(shù)趨向于無限大的解決方案}。

算法2：〖P_2=lim┬（S→0）〗?{當(dāng)學(xué)生人數(shù)趨向于零的解決方案}。

算法3：〖P_3=lim┬（T→∞）〗?{當(dāng)考勤時間趨向于無限大的解決方案}。

算法4：〖P_4=lim┬（T→0）〗?{當(dāng)考勤時間趨向于零的解決方案}。

算法5：〖P_5=lim┬（C→∞）〗?{當(dāng)考勤成本趨向無限大的解決方案}。

算法6：〖P_6=lim┬（C→0）〗?{當(dāng)考勤成本趨向于零的解決方案}。

3 物場分析模型

3.1 五種物場分析模型的表達方法

現(xiàn)有的物場分析模型的表達方式是：三角形圖示法、啞鈴式圖示法，缺點是：作圖時復(fù)雜占用面積大。物場分析模型的三要素：S1：作用對象（也稱工件，受作用體，下文簡稱：受體），S2：作用工具（也稱施作用體，下文簡稱：施體），F(xiàn)：場。此外，S3：第三種物質(zhì)，F(xiàn)2：新場[1-2]。

革新后的方案如下：

用表達式法表達物場分析模型的一般模型：M=[S1，S2，F(xiàn)]，釋義：模型=[受體，施體，場]。

用洗衣機洗衣服的案例模型比較如表5所示。

一般模型：

M=[S1，S2，F(xiàn)]

案例模型：

M=[衣服，洗衣機，機械場]

點評：繪圖復(fù)雜且占用面積大 點評：簡潔且占用面積小

3.1.1 模型1：完整且作用充足模型

顧名思義，它是指3個元素齊備且作用充足的模型。該模型的一般形式：M=[S1，S2，F(xiàn)]，用“[ ]”表示在F的作用下，S2對S1提供有效且充足的作用，比如：洗衣機把衣服洗干凈了，模型為：M=[衣服，洗衣機，機械場]，又如：用水取出掉入樹洞的球，模型為：M=[球，水，浮力場]。

3.1.2 模型2：不完整模型

當(dāng)缺少3個元素的1或2個元素時，它就是不完整模型。該模型的一般形式：

缺一個元素時：M=[S1， ， ]、M=[ ， S2， ]、M=[ ， ， F];

缺兩個元素時：M=[S1， S2， ]、M=[S1， ，F(xiàn) ]、M=[ ， S2， F]。

比如：只有洗衣機的模型：M=[ ，洗衣機， ]，注意：元素分隔符號（，）不能因為元素的缺失而省略。同理，只有衣服的模型：M=[衣服， ， ];只有場的模型：M=[ ， ，機械場];如果有衣服和洗衣機但停電了（沒有機械場），則模型：M=[衣服，洗衣機， ]。

3.1.3 模型3：完整但作用不充足模型

它是指3個元素齊備但作用不充足的模型，用“（ ）”表示在F的作用下，S2對S1提供有效但不足的作用。該模型的一般形式：M=（S1，S2，F(xiàn)）。比如：洗衣機沒有把衣服洗干凈，模型為：M=（衣服，洗衣機，機械場）;又如：人在冰面上行走因摩擦力小會摔倒，模型為：M=（鞋，冰，摩擦力）。

3.1.4 模型4：完整但作用過度模型

它是指3個元素齊備但作用過度的模型，用“{ }”表示在F的作用下，S2對S1提供有效但過度的作用。該模型的一般形式：M={S1，S2，F(xiàn)}。比如：手拿紙杯，因用力過度把被子捏變形了，模型為：M={紙杯，手，機械場};煎魚時因開大火溫度過高魚被煎糊了，模型為：M={魚，鍋，熱場}。

3.1.5 模型5：完整但作用有害模型

它是指3個元素齊備但作用有害的模型，用“< >”表示F的作用下，S2對S1提供有害的作用。該模型的一般形式：M=<S1，S2，F(xiàn)>。比如：手拿玻璃杯子，杯子上的裂紋把手劃傷了，模型為：M=<手，玻璃杯，機械場>，注意：因為是杯子把手劃傷了，所以此時的S1是手，S2是玻璃杯;在木板上釘釘子，取出釘子后，木板上留下一個釘洞，模型：M=<木板，釘子，機械場>。

3.2 物場分析模型的6種一般解法的表達方法

3.2.1 一般解法1（針對不完整模型有效）

該解法是指補齊物場模型中所缺失的元素，從而構(gòu)造完整有效的模型。案例如下：

問題：想把釘子釘入木板，卻發(fā)現(xiàn)缺少錘子。

解法：尋找錘子或可替代物，補齊缺失的元素。

模型：M=[釘子， ，機械場]=>M=[釘子，錘子，機械場]

釋義：把一個不完整模型轉(zhuǎn)變?yōu)橥暾Ｐ停渲小?>”表示模型轉(zhuǎn)變的意思。

歸納一般解法1的一般形式：

缺一個元素時：M=[S1， ， ]=>M=[S1，S2，F(xiàn)];M=[ ， S2， ]=>M=[S1，S2，F(xiàn)];M=[ ， ， F]=>M=[S1，S2，F(xiàn)];

缺兩個元素時：M=[S1， S2， ]=>M=[S1，S2，F(xiàn)];M=[S1， ，F(xiàn) ]=>M=[S1，S2，F(xiàn)];M=[ ， S2， F]=>M=[S1，S2，F(xiàn)];

注意：缺零個元素等價于完整模型，缺3個元素是無意義的，因此主要關(guān)注以上兩種情況。

3.2.2 一般解法2（針對完整但作用有害模型有效）

該解法是增加第三種物質(zhì)S3（也可能是由S1、S2演變而來的）來阻止或降低有害作用。案例如下：

問題：普通透明玻璃無法保護房間內(nèi)的隱私。

解法：可以在玻璃上貼一張紙使視覺模糊，或者表普通玻璃替換成磨砂玻璃。

模型：M=<隱私，普通玻璃，光場>=>M=[隱私，磨砂玻璃，光場]+[貼紙]

M=<隱私，普通玻璃，光場>=>M=[隱私，磨砂玻璃，光場]

釋義：如果是需要添加的元素，則寫在后面，如果是替換元素，則直接在原位置替換。

歸納一般解法2的一般形式：

M=<S1，S2，F(xiàn)>=>M=[S1，S2，F(xiàn)]+[S3]

釋義：引入第三種物質(zhì)S3（如引入催化劑可以加速化學(xué)反應(yīng)進程）。

M=<S1，S2，F(xiàn)>=>M=[S1，S2，F(xiàn)]+[S’1]

釋義：引入由S1演變的第三種物質(zhì)S’1（如把常溫焦炭鋪在傳送帶上，以防止熱焦炭損傷傳送帶，這里的S1是熱焦炭，S’1是降溫到常溫的焦炭）。

M=<S1，S2，F(xiàn)>=>M=[S1，S2，F(xiàn)]+[S’2]

釋義：引入由S2演變的第三種物質(zhì)S’2（如用糯米紙包裹糖塊，再用塑料紙包裝，這里的S2是塑料紙，S’2是糯米紙）。

3.2.3 一般解法3（針對完整但作用過度模型有效）

該解法是引入另外一個場F2來阻止或降低過度作用，必要時添加第三種物質(zhì)S3。案例如下：

問題：用手拿塑膠杯喝水時，常常因用力過大導(dǎo)致杯子變形。

解法：使用杯托。

模型：M={塑膠杯，手，機械場}=>M=[塑膠杯，手，機械場]+[杯托，機械場]

歸納一般解法3的一般形式：

M={S1，S2，F(xiàn)}=>M=[S1，S2，F(xiàn)]+[F2]

3.2.4 一般解法4（針對完整但作用不充足模型有效）

該解法是用另外一個場F2來替代原有的場F。案例如下：

問題：在導(dǎo)體兩端加一個熱場，因為自由電子做無規(guī)則熱運動，不能形成電流。

解法：把熱場替代為電場，使電子在電場作用下做定向運動，從而形成電流。

模型：M=（電子，導(dǎo)體，熱場）=>M=[電子，導(dǎo)體，電場]

歸納一般解法4的一般形式：

M=（S1，S2，F(xiàn)）=>M=[S1，S2，F(xiàn)2]

3.2.5 一般解法5（針對完整但作用不充足模型有效）

該解法是增加另外一個場F2來強化有用作用。案例如下：

問題：用洗衣機和室溫水洗衣服時，頑固污漬洗不干凈。

解法：將洗衣機的水加熱，引入高溫?zé)釄觥?/p>

模型：M=（衣服，洗衣機，機械場）=>M=[衣服，洗衣機，機械場]+[熱場]

歸納一般解法5的一般形式：

M=（S1，S2，F(xiàn)）=>M=[S1，S2，F(xiàn)]+[F2]

3.2.6 一般解法6（針對完整但作用不充足模型有效）

該解法是引入第三種物質(zhì)S3（也可以由S1或S2演變而來）并增加一個場F2來強化有用作用。案例如下：

問題：火柴桿在裝入盒子里時，頭尾擺放順序常常不一致。

解法：在火柴頭里加入少量的磁粉，并借助磁場使頭尾擺放順序一致化。

模型：M=（火柴，裝盒設(shè)備，機械場）=>M=[火柴，裝盒設(shè)備，機械場]+[磁粉，磁場]

歸納一般解法6的一般形式：

M=（S1，S2，F(xiàn)）=>M=[S1，S2，F(xiàn)]+[S3，F(xiàn)2]

4 結(jié)語

經(jīng)過70多年的發(fā)展，TRIZ理論在各行各業(yè)取得了廣泛應(yīng)用，是科技創(chuàng)新的利器，其理論體系日益完善。美中不足的是幾乎所有現(xiàn)有的文獻中的九屏幕法、STC算子法、物場分析模型采用的是圖示法，在制作教學(xué)課件時發(fā)現(xiàn)其存在顯著的缺點：繪圖復(fù)雜、占用面積大，給備課帶來了不便。該文提出了一種用表達式描述TRIZ理論的方法，并結(jié)合案例進行了解釋與應(yīng)用，該方法消除了圖示法的缺點，具有較高的推廣價值。

參考文獻

[1] 黃振永，裴雪丹，王利利，等.LED燈具的TRIZ物-場分析模型及其簡化表達法[J].科技資訊，2019，17（9）：1-4.

[2] 黃振永.一種TRIZ理論中物-場分析模型的簡化表達方法[J].今日財富，2019（2）：55-56.

[3] 王春陽.基于TRIZ改善紅外連續(xù)變焦鏡頭光軸一致性研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2021.

[4] 孫瑤，姚智泉，姚囧明.基于Triz理論下的大型古壁畫摹制法的創(chuàng)新設(shè)計[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2020，17（18）：254-256.

[5] 張瑜，楊嘉悅，易湘斌，等.TRIZ創(chuàng)新方法融入應(yīng)用型大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的研究與實踐[J].文化創(chuàng)新比較研究，2020，4（10）：135-136.

[6] 李金鳳，趙繼云，侯秀寧，等.采用TRIZ理論的豌豆割曬機械裝備設(shè)計與試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36（8）：11-20.

[7] 蘇珂，崔元.面向相似認(rèn)知用戶集群的TRIZ超系統(tǒng)資源需求獲取模型[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2021，27（7）：2065-2077.

基金項目：2021年國內(nèi)訪問學(xué)者項目（項目編號：FX20212052）;2021年珠海市哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃課題（項目編號：2021GJ189），2019年度廣東省高等教育教學(xué)改革項目（項目編號：697）;2019年度校級質(zhì)量工程及教改項目（項目編號：2019004JXGG和2019003JXTD）。

作者簡介：黃振永（1979—），男，碩士，講師，研究方向為光電技術(shù)和TRIZ理論。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2110-5042-8847