TRIZ創新方法系列講座③錦囊妙計（上）
——技術矛盾與40個發明原理

顏惠庚 李 弘

（常州市技術創新方法研究會，江蘇 常州 213031）

顏惠庚、趙昊昱主編《TRIZ創新方法叢書 技術創新方法提高——TRIZ 流程與工具》，化學工業出版社，2012年出版

矛盾理論是整個TRIZ 理論的基石。TRIZ 創始人阿奇舒勒認為：“每個偉大發明的結果就是解決一個或多個矛盾”。因此，從某種意義上來講，技術創新的本質就是發現并解決技術系統中存在的矛盾。如此以來，就把技術創新從神秘莫測的頓悟或靈感轉換為一種有據可依的解決矛盾的過程，從而大大降低了發明創造的門坎。不僅如此，TRIZ 理論提供了從發現矛盾到解決矛盾的邏輯途徑及其相應的工具。

所有這一切都是建立在大量（250 萬份中選出的4 萬余份代表性）世界頂級專利的分析與研究基礎之上，其可靠性、實證性是毋庸置疑的。當技術創新（發明創造）變得像做數學題一樣簡單的時候，我們不得不感嘆阿奇舒勒的睿智！正是由于他的偉大發明使得人人都成為發明家的愿望成為一種可能。

以下將具體討論技術矛盾和物理矛盾的概念、39 個通用工程參數、40 個發明原理、矛盾矩陣表的使用。

1 技術矛盾和物理矛盾的概念

矛盾在人們的生活中無處不在、無時不在。例如：一方面希望轎車在公路上以較高的時速前進，以節約時間；但是另一方面路況、交通狀況以及安全問題往往限制了行駛的車速。再如，大家日常使用的手機，一方面希望手機的體積變小，方便攜帶；另一方面又希望手機的顯示屏比較大，便于操作和觀看。這些例子都是生活中的矛盾，其實在企業生產過程中同樣也存在各種各樣的矛盾。

通常企業生產中的矛盾可分為管理矛盾、技術矛盾和物理矛盾。管理矛盾一般都是子系統之間產生的相互影響，基本上都可以轉化為技術矛盾和物理矛盾進行解決。人們在運用TRIZ 理論解決問題的過程中，主要是解決系統中的技術矛盾和物理矛盾。

1.1 技術矛盾

技術矛盾就是技術系統中某個參數（或特性）的改善會引起另一個參數（或特性）的惡化。比如前面例子中的汽車的速度與安全性，就是一對技術矛盾。

再如，在橋梁的設計過程中，希望橋的承載能力越大越好，為了獲得更大的承載力，可以使用更多的建筑材料。然后，由此橋的自身重量也將可能超過橋的強度所允許的范圍，降低了橋的安全性。所以橋的承載能力（強度）和橋自身的重量構成了一對技術矛盾。而強度和重量就是該技術矛盾中的兩個參數。

技術矛盾通常是由技術系統中兩個不同參數之間的矛盾而產生的，但這兩個參數又相互依賴，相互制約，阿奇舒勒發現，只要技術矛盾的參數相同，解決該技術矛盾所用的發明原理也相同。為了方便使用、減少歧義，TRIZ 將各種矛盾的因素（即參數）進行了總結歸納、并規范定義成39 個通用工程參數，這39 個通用工程參數可以涵蓋幾乎所有的工程技術系統問題。

除此之外，阿奇舒勒通過對海量專利的研究，分析、比較、統計，歸納出通用工程參數的矛盾與發明原理之間建立的對應關系，整理成一個39×39 的矩陣表，便于使用者查詢，這就是后面將要介紹的矛盾矩陣，如此可見，發明可以不依賴靈感，解決創新發明問題就像查數學用表一樣簡單。

1.2 物理矛盾

技術系統中的同一個工程參數具有相反的需求，就構成了物理矛盾。

例如：對于手機的尺寸這一個參數，從便于攜帶的角度看，希望它體積要小；從提高視覺效果的角度看，又希望它大，就出現了一對物理矛盾。同樣，雨傘在使用時要大不用時又要小；釣魚桿在釣魚時要長，在不釣魚時又要短。這種技術系統中同一個參數在不同空間、時間、狀態或條件下產生的矛盾稱為物理矛盾。

物理矛盾可以根據系統所存在的具體問題，選擇具體的描述方式進行表達。總結歸納物理學中常用參數，主要有三大類物理矛盾，即幾何類、材料及能量類、功能類。每大類中的物理矛盾的具體參數見表1。

表1 常見物理矛盾的具體參數

一句話總結：技術系統中，兩個不同參數之間產生的矛盾叫技術矛盾，同一個參數有不同的要求而產生的矛盾叫物理矛盾。

2 39 個通用工程參數

阿奇舒勒通過對大量專利的詳細研究，從工程領域中總結提煉出常用的表達系統性能的39 個通用工程參數。這些參數一般都是物理、幾何和技術性能的參數。在問題的定義和分析過程中，可選擇相應的工程參數來表達系統的性能，這么做的目的是為了將具體的實際問題轉換為TRIZ 通用問題（這就如同用二元一次方程來解題時，需要用x、y 來表示變量一樣）。

只有準確理解39 個通用工程參數的意義，才能準確表達系統中存在的問題（矛盾）。表2是阿奇舒勒總結出來的39 個通用工程參數的具體名稱。

表2 39 個通用工程參數

在實際問題分析的過程中，為清楚表述系統存在的問題，正確地選擇工程參數是一個難度較大的工作，選擇工程參數不但需要具有關于技術系統的全面專業知識，還要對TRIZ 的39 個通用工程參數有正確理解。

關于39 個通用工程參數的定義及解釋如下。

(1) 運動物體的重量（Weight of moving object）

移動中的物體因受到重力，作用在其支撐面上的力量。物體會因為外力的作用而改變其本身的位置。

(2) 靜止物體的重量（Weight of stationary object）

靜止的物體因受到重力，作用在支撐面上的力量。物體并不會因為外力的作用而改變其本身的位置。

(3) 運動物體的長度（Length of moving object）

在觀察到物體移動時，以一維的方式量測物體的長度、高度或寬度。位移可能因為內部或外部的力量而產生，可以是物體上兩個幾何點之間的直線長度或曲線長度。

(4) 靜止物體的長度（Length of stationary object）

在觀察到物體靜止時，以一維的方式量測物體的長度、高度或寬度，可以是物體上兩個幾何點之間的直線長度或曲線長度。

(5) 運動物體的面積（Area of moving object）

以二維的方式量測物體上的任何平面或曲面，該物體會因其內部或外部力量導致其在空間中移動。

(6) 靜止物體的面積（Area of stationary object）

以二維的方式量測物體上的任何平面或曲面，該物體不會因其內部或外部力量導致其在空間中移動。

(7) 運動物體的體積（Volume of moving object）

以三維的方式量測物體的任何現狀的體積，該物體會因其內部或外部力量導致其在空間中移動。

(8) 靜止物體的體積（Volume of stationary object）

以三維的方式量測物體的任何現狀的體積，該物體不會因其內部或外部力量導致其在空間中移動。

(9) 速率（Speed）

完成作用或過程與時間的比值（Rate）。

(10) 力（Force）

使物體或系統產生部分或完全的、暫時或永久物理變化的能力（Capacity）。兩個系統之間的相互作用或試圖改變物體運動狀態的任何作用。

(11) 張力、壓力、應力（Tension，Pressure or stress）

作用于物體或系統的單位面積上的力，如壓力、張力或應力。

(12) 形狀（Shape）

物體或系統的外觀或輪廓，并可因力量的作用而全部或部分與永久或暫時改變形狀。

(13) 物體穩定性（Stability of object）

整個物體或系統對于與其他相關的物體或系統之間互動所造成改變的抵抗性，磨損、化學分解及拆卸都會降低穩定性。

(14) 強度（Strength）

在限定的條件和限制下，物體或系統吸收力量、速度及應力等因素而不被破壞的能力。

(15) 運動物體的作用時間（Duration of action of moving object）

物體在空間中改變位置并且執行其本身功能的時間長度。

(16) 靜止物體的作用時間（Duration of action by stationary object）

物體在空間中靜止并且執行其本身功能的時間長度。

(17) 溫度（Temperature）

物體或系統所處的熱狀態，反映在宏觀上系統熱動力平衡的狀態特征，可能造成物體、系統和產品有潛在卻不需要的改變，包括其他熱參數，如影響改變溫度變化速度的熱容量。

(18) 明亮度（Brightness）

系統被照明或其內部的照明強度。明亮度包含光線質量、照明程度和光的特性。

(19) 運動物體消耗的能量（Energy spent by moving object）

物體或系統在空間中以本身的方法或外力改變位置時，所需要的能源，是物體做功的一種量度。

(20) 靜止物體消耗的能量（Energy spent by stationary object）

物體或系統在空間中以本身的方法或外力不改變位置時，所需要的能源，是物體做功的一種量度。

(21) 功率（Power）

執行工作時需要的功與時間的比值，即利用能量的速度。

(22) 能源的浪費（Waste of energy）

物體或系統施加無效力量的增加，特別是在沒有動作或產品已生產完成的情況下，即做無用功的能量。

(23) 物質的浪費（Waste of substance）

物體或系統的材料減少或消失，特別是在沒有動作或產品已生產完成的情況下。

(24) 信息的損失（Loss of information）

系統資料或輸入的減少和消失。部分或全部、永久或臨時的數據損失。

(25) 時間的浪費（Waste of time）

完成指定動作所需要增加的時間總和。改進時間的損失指減少一項活動所花費的時間。

(26) 物質數量（Amount of substance）

創造一物體或系統所需要的單一或個別組件數目，可以部分或全部、臨時或永久地被改變。

(27) 可靠性（Reliability）

物體或系統在某一周期的時間或循環內，能夠適當地執行所需要功能的能力。

(28) 量測準確度（Accuracy of measurement）

即測量精度，經由量測所得的量接近真實值的程度，減少誤差將提高測試精度。

(29) 制造準確度（Accuracy of manufacturing）

物體或系統與設計規格的符合程度。

(30) 物體外部有害因素作用的敏感性（Harmful factors acting on object）

物體對受外部或環境中的有害因素作用的敏感程度。

(31) 有害副作用（Harmful side effects）

內在作用于物體或系統上并造成效率降低。

(32) 制造性（Manufacturability）

生產一物體或系統的方便或容易性。

(33) 操作性（Convenience of use）

操作物體或系統的方便或容易性，即采用較少的操作者、較少的步驟以及使用盡可能簡單的工具來完成操作。

(34) 維護性（Reparability）

物體或系統在損壞后很容易回復到正常狀態的特性。

(35) 適應性（Adaptability）

物體或系統隨著外在條件（環境、功能等）的改變而重整或重新安排本身的能力，或應用于不同條件下的能力。

(36) 設備復雜性（Complexity of device）

用于組成對象或系統組件的數量和差異，包含組件之間的關系，說明了掌控對象或系統的困難度。

(37) 控制或測量的復雜性（Complexity of control）

系統復雜、成本高、需要較長時間建造及使用，測試精度高，監控或測試困難。

(38) 自動化程度（Level of automation）

物體或系統運作時不需與人類互動的能力。

(39) 生產率（Productivity）

單一操作完成的時間和完成全部操作所需時間之間的關系。

3 矛盾矩陣表及其使用方法

首先對TRIZ理論中關于技術矛盾的解題方法（邏輯）做一個簡單介紹。

面對一個生產實際中遇到的具體技術問題時，通常需要先將其轉化為一個標準的TRIZ 問題，然后再利用TRIZ 工具進行求解。這樣的解題邏輯可以形容為將創新問題轉化為“做數學題”的過程。除非你用40 個發明原理一個不漏地逐個進行思考。圖1表示的就是技術矛盾的解題路徑。

圖1 技術矛盾的解題路徑（TRIZ 橋）

解決技術矛盾問題，通常需要經過五個步驟：(1)確定技術系統名稱；(2) 問題描述；(3) 定義技術矛盾；(4) 查矛盾矩陣表，得到對應的1～4 個發明原理；(5)根據發明原理產生創意。

問題描述的目的就是要揭示兩個矛盾的技術參數。問題描述推薦的格式：我想改善參數A，但是我不能，因為這樣會導致參數B 的惡化。兩個相互矛盾的參數A、B 應該在39 個標準工程參數中選擇，以便查矛盾矩陣表。如何把各種各樣的參數轉化為有限的39 個工程參數，是解決技術矛盾的難點。在應用時，可能不會馬上找到合適的工程參數，而是可以從改善或惡化的某種特性會引起那個屬性發生變化？例如在電路板焊接過程中經常會遇到虛焊，導致電路板出現次品。解題的思路為：焊接時多一點焊錫就可以了，但是問題來了，焊錫過多了會引起短路。焊錫多了可能影響的屬性有焊錫的體積、焊錫的面積、焊錫與周邊電路之間的尺寸（長度），這樣就可以幾對技術矛盾：靜止物體的體積vs 靜止物體的長度；靜止物體的面積vs靜止物體從長度，這樣就可以查找矛盾矩陣表了。

以上所介紹的就是TRIZ 針對技術矛盾類問題所采用的解題路徑，目的是讓讀者們了解矛盾矩陣表所起的作用（矩陣表見顏惠庚、李耀中主編《技術創新方法入門——TRIZ 基礎》（化學工業出版社，2011）第200 頁，有需求者請與《化工職業技術教育》編輯部聯系）。下面將具體介紹矛盾矩陣表的使用方法。

3.1 矛盾矩陣表的結構與組成

在阿奇舒勒的矛盾矩陣中，歸納了39 個通用工程參數中任意兩個參數之間產生矛盾時，提示最有可能化解該矛盾所用的發明原理（注：這是通過對數萬份專利研究后得出的統計結果）。這39 個通用工程參數橫向、縱向順次排列，縱向代表希望改善的參數，橫向代表可能導致惡化的參數，在工程參數縱橫交叉的方格內的數字代表建議使用的40 個發明原理的序號。

矩陣共組成了1 521 個方格，其中有1 263 個方格內有數字。在沒有數字的方格中，“+”方格處于相同參數的交叉點，系統矛盾由同一個因素導致，這是物理矛盾，不在技術矛盾應用范圍之內。“-”方格表示沒有找到合適的發明原理來解決問題，當然只是表示研究的局限，并不代表不能夠應用發明原理。阿奇舒勒矛盾矩陣濃縮了對大量專利進行研究分析后取得的成果，將工程參數的矛盾與40 個發明原理有機地聯系了起來。

3.2 矛盾矩陣表的使用方法

阿奇舒勒矛盾矩陣表的使用方法如下。

第一步：根據具體問題，確定欲“改善的參數”和可能導致“惡化的參數”。

第二步：在“改善的參數”列中找到欲改善的參數（左邊或右邊第一列），在“惡化參數”行中找出可能導致惡化的參數（頂行）。

第三步：找到上述二個參數相交的方格，其中的數字就是TRIZ 建議解決此矛盾的發明原理的序號。

案例3-1：欲“改善的參數”為參數“(27) 可靠性”，欲“惡化的參數”為參數“(33)操作性”。查找矛盾矩陣表，相應方格中的數字為17、27、8、40。17：一維變多維；27：一次性用品；8：配重；40：復合材料。這表示TRIZ 建議采用以下發明原理來解決“提高可靠性”的問題。

矛盾矩陣所提供的原理往往并不能直接使問題得到解決，而是提供了最有可能解決問題的探索方向。解決問題時，還必須根據所提供的原理及所要解決問題的特定條件，提出解決問題的多個方案，然后根據具體條件選擇合適的實施方案。

3.3 技術矛盾解題案例

案例3-2：波音737 要進行加大航程的改型，就要采用功率更大的引擎，當然需要有更多的空氣進入引擎，這就要求增大引擎整流罩的直徑，但這樣整流罩與地面的距離將減小，嚴重地影響了飛機起飛和著陸的安全。

圖2 波音737

第一步：確定技術系統名稱為發動機整流罩。

第二步：問題描述為我想增加發動機整流罩的直徑，但我不能，因為這樣整流罩與地面之間的距離會減小，飛機起飛和著陸不安全。

第三步：定義技術矛盾“改善的參數”為參數“(5)運動物體的面積”，“惡化的參數”為參數 “(3) 運動物體的長度”。

第四步：查找矛盾矩陣表。

圖3 查找矛盾矩陣表

第五步：產生創意，如表3所示。

表3 發明原理與產生創意

最佳解決方案——4 號原理：增加不對稱性將飛機整流罩做成不對稱的扁平形狀，縱向的尺寸不變，橫向尺寸加大。這樣，飛機整流罩的面積雖然加大了，但整流罩與地面的距離仍保持不變，因而飛機的安全性不會受到影響。

圖4 改善后的整流罩