TRIZ創新思維與創新工具的深度嵌套應用

程功 彭英 沈龍江 黃獻

摘 要：TRIZ創新方法是用來解決發明級別的理論，它被稱作“神奇的點金術”，曾被蘇聯列為軍事機密，它包含創新思維、創新工具、技術進化、創新算法等理論體系。本文主要研究TRIZ理論中創新思維與創新工具內在的聯系，探索二者的深度嵌套迭代，充分打開思路，提高創新效率，提升創新質量。

關鍵詞：TRIZ；創新思維；創新工具；嵌套；迭代

一、引言

2007年，王大珩、劉東生、葉篤正等三位老科學家致信時任國務院總理溫家寶，提出“自主創新，方法先行，創新方法是自主創新的根本之源”等觀點，得到了溫家寶高度重視并做出重要批示。2008年，科技部、國家發展改革委、教育部、中國科協聯合發布了《關于加強創新方法工作的若干意見》，開始在全國范圍推廣創新方法。其中TRIZ就是最為經典的創新方法之一，它是蘇聯偉大發明家Genrich S. Altshuler（根里奇·阿奇舒勒）及團隊從大量專利中總結提煉，用來解決發明級別問題的一套理論體系。TRIZ是俄文ТеорииРешения Изобрет-Ательских Задач翻譯為拉丁文Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch首字母的縮寫。

TRIZ包含創新思維、創新工具、S曲線與進化法則、ARIZ發明問題算法等，其中創新思維和創新工具是TRIZ非常重要的理論體系。然而在TRIZ教學、推廣過程中，大多只將二者分開講授，在實際創新活動中也存在創新思維與創新工具脫鉤的情況，導致創新思路不能完全打開，課題突破性不足、創新性嚴重缺乏。

美國創造心理學家格林提出創新能力由10個要素構成，即知識、自學能力、好奇心、觀察力、記憶力、客觀性、懷疑態度、專心致志、恒心、毅力等。

我國學者莊壽強提出了一個創新能力的表達公式：

創新能力=K×（創造性人格+創造性思維+創造原理）×知識量2

式中：K為一個常量，亦可視為個體的潛在創新能力；創造性人格可以理解為對于創新的一種精神；創造性思維可以類比TRIZ中的創新思維；創造原理可以類比TRIZ中的各種創新工具；知識量是創新的基礎。對于創新主體的人來說，這幾個部分不可分割，缺一不可。以下內容所涉及的“創新思維”“創新工具”均為TRIZ理論中的創新思維和創新工具，它們之間存在各種聯系，可彼此補短，嵌套迭代應用可發揮出更強大的創新效果。

二、創新思維簡析

創新思維有IFR、九屏幕、小人法、STC算子、金魚法等，本文僅做簡單解析。

（一）IFR

IFR是英文Ideal Final Result首字母的縮寫，中文含義為最終理想解，也有翻譯為最終的理想結果、理想的最終解等。IFR是TRIZ理論的核心思想，所有創新的過程和技術進化都圍繞著IFR，它是創新活動的導航儀。ARIZ59、ARIZ61、ARIZ71、ARIZ85C等版本對IFR的描述上有所不同，但是核心理念是一致的。

為了更好地理解IFR，可以先了解阿奇舒勒提出的理想機器的概念。創新的過程其實就是在尋找某一“機器”（這個機器也是一個新的技術系統），它可以實現所需的功能（或是解決某個問題）。沒有實體卻能完成所需功能的機器被稱作理想機器，這個理想機器實現了IFR。

例1：汽車的功能是把人（或貨物）從A地運送到B地，汽車的IFR是：人（或貨物）自我從A地移動到B地，這種IFR定義可以為：作用對象自我實現功能。

例2：要解決地面磨損汽車輪胎的問題，此時的IFR就是：磨損發生的區域自我解決磨損問題，這種IFR定義可以為：問題區域自我消除缺陷。這兩種IFR定義并沒有本質區別，所需的“機器”都實現了理想化：實體全無、功能俱在。

（二）九屏幕

九屏幕法也稱作九宮格法、九屏圖法等，它是一種將點擴充到面的系統性思維，它是由系統、子系統、超系統3個層級的系統軸和現在、過去、未來3個階段的時間軸組成九個屏幕的思維方法。九屏幕更準確的叫法應該是多屏幕。從系統軸來看，子系統也還有其子系統，超系統也還有其超系統；從時間軸來看，系統的過去還有其自己的過去，系統的未來也還有其自己的未來，這樣分析問題的屏幕數還可以擴充到25個、49個等。

例3：無人駕駛汽車未來發展的分析，普通人能快速想到方向盤、油門、剎車等會“消失”或者有相應的變化。這種分析是憑直覺，單一又不全面。為了更加全面、科學分析預測無人駕駛汽車的未來，以汽車為當前系統，建立一個九屏幕。系統軸將汽車分解為動力、剎車、控制等子系統，超系統有駕駛員、乘客、道路、行人、調度等，時間軸結合S曲線和八大進化法則進行分析。汽車未來的發展不僅是受自身的需求變化，還要滿足子系統和超系統的變化，這樣分析問題將會變得更加全面、客觀，尋找解決問題的思路和資源也更加豐富。

（三）STC算子

STC算子從Size尺寸（注：S理解為尺度更為貼切）、Time時間、Cost成本3個維度6個方向去分析問題，以極限思考的方式打破思維定勢。例3中分析無人駕駛汽車的發展，可以將汽車作為分析對象，將S（汽車體積、速度、定位精準度等參數）、T（汽車行駛時間）、C（汽車各項成本）從無限小到無限大進行分析。S：汽車變得無限小，是現在體積的1/2、1/4，甚至于比人還小；汽車變得無限大，是現在體積的2倍、4倍，甚至于大到整個城市。C：汽車成本變得無限小，1000元、500元，甚至于0成本，使用汽車不僅不花錢，還可以掙錢；汽車成本變得無限大，100萬元、1000萬元，甚至于汽車變成世界上最昂貴的資源。

（四）小人法

小人法，也叫智慧小人法、聰明的小矮人法、微型小矮人法等，它將一組一組的小人來模擬某些組件或系統，這些小人都具備思想，它們能夠按照需求進行變動重組，這種思維方法可以打破創新者對于系統、組件固定不可拆分的思維定勢。

例4：自動泊車技術分析。某家公司在進行自動泊車技術的開發，其中使用雷達、超聲波、GPS定位等技術進行避障都會受到很多環境的影響，他們在討論如何在低成本下提高這些技術的定位精度，難度非常大。這時可以將一組一組的小人模擬汽車，不同的小人具備不同的功能，他們還可以按照要求進行重組。通過小人法可以轉換和發散思維，汽車可分離、可重組，自動泊車時，即使車沒有避障也不會發生安全事故，能達到從A點到B停車點的目的即可。

（五）金魚法

金魚法靈感源自普希金《漁夫與金魚》的童話故事。金魚法將要解決的問題分為現實1和幻想1兩部分，現實部分1是已經存在的部分，幻想部分1暫時不能解決，如果將該幻想部分1繼續進行分解為現實2和幻想2……，一直將問題分割為非常聚焦的幻想部分n，解決了該幻想部分n，那么整個需要解決的問題將迎刃而解。

三、創新工具簡析

創新工具有技術矛盾、物理矛盾、物場模型與How To模型等，本文僅做簡單解析。

（一）技術矛盾與40個發明原理

創新過程中，優化某一個參數會導致另一個或幾個參數的惡化，優化和惡化的參數之間形成了技術矛盾，在阿奇舒勒矛盾矩陣表中，可以尋找對應的發明原理解決各種技術矛盾對。

例5：桌子強度低的問題分析。如果增加桌子厚度，那么其強度得到優化，但是惡化了其搬運時的重量，通過查找矛盾矩陣表，對應的發明原理可以指導解決當前強度與運動物體重量之間的技術矛盾。

（二）物理矛盾與四大分離原理

創新過程中，針對問題A的解決，需要提升參數C （或朝某一方向改進），問題B的解決，又需要降低參數C（或朝另一相反方向發展），這樣參數C就有兩個不同方向的需求，形成了一對物理矛盾。針對例5，桌子的厚度既要增加（為了提升強度），又要降低（保證保運時的輕便）。物理矛盾可以通過四大分離原理解決。如時間分離：可以思考桌子搬運的時候薄，使用的時候厚，時間上不交叉；空間分離：桌子局部厚，局部薄，空間上不交叉。

技術矛盾、物理矛盾的問題均屬于參數屬性較為明顯的問題，二者也可以進行相互轉化。

（三）物場模型與76個標準解

創新過程中，參數屬性、矛盾對不明顯，而其結構屬性（作用關系）清晰的問題，可以建立物場模型，再結合對應的標準解進行問題的求解。針對例5桌子強度低的問題，從物場角度分析：有外界物體對桌子產生了壓迫的有害作用。標準解S1.2.1，引入S3對消除外界物體的有害作用；標準解S1.2.2，引入外界物體或者桌子的變形體消除S2的有害作用；標準解S1.2.4，并聯場消除S2的有害作用……

（四）How To模型與科學效應庫

創新過程中，功能需求較為明顯的問題，可以建立How To模型，再結合科學效應庫進行求解。針對例5，問題的解決可以是提高桌子的強度，對照效應庫的功能表，較為接近的需求功能是F11穩定物體的位置，對應的效應為E22電場、13磁場、17磁性液體。啟發思路：桌面與地面形成相同磁場或電場，磁場可以提升桌子支撐物體的強度；磁性液體，可以通過磁場的控制，桌子可變換成任意形狀，并具備一定的強度。

四、創新思維與創新工具異同點

（一）相同點

（1）二者都有自身的分析和解題步驟；

（2）都可以單獨應用進行創新。

（二）不同點

（1）創新工具都對應的“庫”，而創新思維則沒有。技術矛盾的庫為39個工程參數與40個發明原理，物理矛盾的庫為四大分離原理，物場模型的庫為76個標準解，經典TRIZ中How To模型的庫為30個功能與100個科學效應。

（2）創新工具解題步驟相對更加具體，解決問題一致性較強，但在某些場景下會存在一定的局限性，庫也需要不斷擴充和更新；創新思維的哲學性更強、適用性更廣，任何領域都可以應用，但其解題步驟相對較為發散，解決問題的一致性沒有創新工具好。

五、創新思維與創新工具的嵌套

創新思維和創新工具就像人的左腦和右腦開發一樣，在創新的過程中不可分割。創新工具更多地側重于邏輯性思考，而創新思維更多地側重于發散性思考，二者應該結合使用，嵌套迭代。

例6：桌子強度低的問題分析（例5續）。

這里我們加上一些限制條件，如某一特定的會議室，該會議室功能需求多樣，既要作為會議用，又要進行培訓，還可以舉辦一些其他活動。所以該會議室的桌椅搬運的頻次較高。當前情景的問題是：該會議室桌子的強度不足（見圖1）。

問題：桌子強度低

初步手段：增加桌子厚度

后果：桌子重量增加

這是典型的技術矛盾，可以先采用技術矛盾大框架流程進行求解。

技術矛盾：強度vs運動物體重量（也有專家提出當前問題優化的參數應該是穩定性、形狀等，這里不做詳細討論。）

查詢矛盾矩陣表，推薦的發明原理有：1#分割、8#重力補償、40#復合材料、15#動態特性。

到了這一步，很多創新工程師首先想到的是40#復合材料和15#動態特性，瞬間就能想到一些方案。復合材料：尋找一種強度高且重量低的復合材料；動態特性：給桌子安裝滾輪（見圖2）。

這種思考不能說其錯誤，但缺乏創新性。而分割、重力補償原理也沒能聯想到很好的方案。

這些都是技術矛盾在應用過程中常見的問題：發明原理得不到很好應用、創新方案單一、創新性不足等。創新思維的聯合應用可以彌補上述問題。

針對1#分割，這里先要自我設置幾個問題：（1）分割目的是什么？（2）分割誰？（3）分割方法是什么？（4）分割的程度？

（1）分割的目的肯定是要滿足強度與運動物體重量之間的矛盾。

（2）對于分割誰的問題，九屏幕無疑是個很好的思維引導。九屏幕法中將誰定義當前系統并沒有嚴格的要求，應該視具體情況而定，這里將桌子作為當前系統較為合理。從九屏幕的系統軸來看，這里可以將系統或子系統進行分割。這里還可以將某些超系統進行分割，但不是首選，從IFR和產品設計角度思考，超系統資源我們可以借用（或借用后改動），但不是改動的首選。

有了九屏幕的輔助，我們就知道了分割的對象可以從桌面、桌腿、加強支撐等入手。

（3）分割方法可以是水平分割、垂直分割，甚至傾斜分割等。

如此，1個發明原理至少可以從6個方向進行分析，方案更加豐富：桌面水平分割、桌面垂直分割、桌腿水平分割、桌腿垂直分割、支撐水平分割、支撐垂直分割等，甚至桌面并不是真的進行分開，而是局部隔開，隔開的地方有加強筋（見圖3）。

（4）分割程度的思考，我們一般考慮分割就是一分為二、一分為三、一分為四等。至此，很少再繼續分析下去了，原因是我們日常見到的就是如此，這時STC算子可以幫助打破思維定勢。S可以定義為分割后單個桌面（或者桌腿、支撐）的厚度，如果沿著S往無窮小的方向進行分析，1/2厚度、 1/4厚度、 1/8厚度，甚至到0，0厚度的桌子就接近于桌子的IFR：實體全無、功能俱在，這樣的桌子可以是氣體或者場的形式存在（見圖4）。除此還可以進行STC其他參數的深度分析。

針對動態特性原理的應用，結合九屏幕法、STC等進行思考也會更加簡單，通過它們的輔助，我們不僅能想到桌腿加滾輪的方法，還可以分析到讓桌面、支撐的動態化。桌面的動態化：桌面可以做成可變的圓形（見圖5），搬運時可以整體滾動（圓邊可以折疊），甚至可以將整個做成變形的球（見圖6），這個球還可以是鏤空的，起到高強度、低重量、易搬運、藝術性增強的效果。

當前的技術矛盾結合小人法分析會非常有意思。桌子并不是我們認為的固定、不可分割的，而是一組一組、一層一層的藍色小人手牽手組成，他們可以任意排布組合。

小人問題模型：這些手牽手的小人在受到外界紅色小人壓迫后，會產生變形，甚至斷裂破壞。

小人解決模型（見圖7）：

模型一：強壯且輕便的小人。強度和重量的矛盾得以解決。

模型二：層間具備推力的小人。力的傳遞，接觸外界的那層小人不會變形。

模型三：結構承受力強的小人。合理布局，讓小人的結構更加穩定。

模型四：受力均勻分布的小人。降低外界小人的壓迫力，可以將壓迫力進行分解，分解到內部小人的各個部位。

模型五：外界助力的小人。降低外界小人的壓迫力，將外部小人的力轉移，轉移到其他，比如超系統某些組件。

過渡到最終方案：高強度材料桌子、層間同極磁場桌子、微拱形桌子、帶有受力分配器的桌子、超系統組件充當桌腳的桌子、地面有磁場（或其他場）支撐的桌子……

當然，為了更接近IFR，這些方案還可以結合創新思維和創新工具進行進一步的嵌套迭代；在實際創新過程中，還會存在其他各種限制條件，應結合具體情況進行創新思維和創新工具的選擇、嵌套。

在實際情況中，IFR應該貫穿問題分析和解決的始終：桌子（或者問題發生的區域）自己就解決了強度低的問題，這中間會呈現出諸多矛盾或其他新的問題，通過創新思維和創新工具的不斷嵌套迭代進行最優方案的求解。

六、總結

創新思維可以嵌套于創新工具中，創新工具也可以嵌套到創新思維中，甚至創新思維、創新工具自身也可以進行嵌套。物場模型解題時，要想提高理想度，也必須要結合IFR、九屏幕等創新思維，標準解的第五級其實就是在分析理想的資源，應結合IFR和九屏幕等創新思維。IFR有六步分析法：step1最終目的、step2 IFR定義、step3實現IFR的障礙、step4障礙原因（結果）、step5突破障礙的條件、step6可利用的資源。其中step2至step5就是需要深度結合技術矛盾或者物理矛盾等創新工具，而step6又需要結合九屏幕法等進行資源分析。

有工具缺思維，解題死板教條；有思維缺工具，解題發散而不落地。創新工具的應用可以根據TRIZ解題流程的需要進行合理安排，還要符合自身的應用邏輯；創新思維應該在每個環節都需要具備，它可以提升我們創新的潛意識，增強創新的膽量和氣魄。創新工具與創新思維結合需要深入地學習和不斷地實踐，只有嵌套迭代才能相得益彰，才能真正發揮TRIZ應有的創新質量和效率。

參考文獻

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責編 / 馬銘陽