智能制造術(shù)語

【中文條目】TRIZ發(fā)明方法論

【英文條目】TRIZ Inventive Methodology

【詞條正解】前蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒總結(jié)了技術(shù)系統(tǒng)（即產(chǎn)品）發(fā)展進(jìn)化的方向、路徑與規(guī)律，提出了符合客觀規(guī)律、模型化的解決疑難復(fù)雜問題的發(fā)明方法論。簡單地說，TRIZ是解決疑難復(fù)雜問題并由此而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的理論。

創(chuàng)新有沒有規(guī)律？發(fā)明是否有方法論？面向未來的先進(jìn)制造，是否可以預(yù)測？

要回答這樣的問題，需要回歸人類認(rèn)識地球、發(fā)明工具的規(guī)律。幸運(yùn)的是，人類的思維活動，給我們觀察和發(fā)現(xiàn)未來的時(shí)候，留下來一個(gè)神奇的天眼——這意味著，未來在當(dāng)下的時(shí)空中，還是留下了“前置性”的蛛絲馬跡。

1、TRIZ內(nèi)容及發(fā)展

前蘇聯(lián)海軍工程師、發(fā)明家根里奇·阿奇舒勒從1946年起開始了尋找高效發(fā)明方法的嘗試。在歷經(jīng)十幾年分析歸納了4萬～5萬份高水平的發(fā)明專利之后，他和他的學(xué)生們總結(jié)出了技術(shù)系統(tǒng)（即產(chǎn)品）發(fā)展進(jìn)化的方向、路徑與規(guī)律，提出了符合客觀規(guī)律、模型化的解決疑難復(fù)雜問題的發(fā)明方法論——TRIZ（解決發(fā)明問題的理論）。

“解決發(fā)明問題的理論”俄文首字母縮寫為“TРИЗ”，轉(zhuǎn)換成拉丁字母，就有了專用詞匯“TRIZ”。

在1988以前的TRIZ稱為經(jīng)典TRIZ，主要由阿奇舒勒本人帶領(lǐng)其學(xué)生們創(chuàng)立完成。經(jīng)典TRIZ解決發(fā)明問題的工具有：以40個(gè)發(fā)明措施為核心的矛盾矩陣表，以四種分離方法為核心的分離原理，以76個(gè)物場標(biāo)準(zhǔn)解為核心的標(biāo)準(zhǔn)解系統(tǒng)，以大約上百個(gè)科學(xué)效應(yīng)為核心的實(shí)現(xiàn)30種功能的效應(yīng)知識庫查詢系統(tǒng)，以解決非標(biāo)準(zhǔn)發(fā)明問題為核心的發(fā)明問題解決算法ARIZ，以8個(gè)進(jìn)化法則為核心發(fā)展出來進(jìn)化分析工具等。

可以說，阿奇舒勒以自己的一己之力，歸納了世界發(fā)明創(chuàng)新的規(guī)律。

而在1988以后，局面變得多姿多彩起來，阿奇舒勒的學(xué)生們各自開始百花齊放，創(chuàng)立完成發(fā)展出來的TRIZ，可以稱為現(xiàn)代TRIZ?，F(xiàn)代TRIZ在內(nèi)容上有了很多發(fā)展，如40個(gè)發(fā)明措施被拓展為77個(gè)發(fā)明措施，其中8個(gè)進(jìn)化法則被拓展為37個(gè)進(jìn)化路徑，有的咨詢公司甚至宣稱可以有細(xì)化的400多條進(jìn)化路徑，新增了諸如流進(jìn)化等多個(gè)進(jìn)化趨勢等。

現(xiàn)代TRIZ還加入了新的分析工具，如屬性分析、因果屬性分析、功能屬性分析、進(jìn)化潛能分析等，補(bǔ)充了經(jīng)典TRIZ分析工具較弱的問題。有些流派如USIT，則對TRIZ做了大刀闊斧的改進(jìn)，統(tǒng)一了問題框架，增加了很多創(chuàng)新提示等。

不過USIT與TRIZ相比已經(jīng)面目全非，主流TRIZ界并不認(rèn)為它屬于TRIZ。

自2012年起，中國著名的TRIZ研究者趙敏、張武城、王冠殊等專家，秉持“以功能為導(dǎo)向、以屬性為核心”的指導(dǎo)思想，創(chuàng)立了U-TRIZ（即“統(tǒng)一TRIZ”）理論體系。他們匯集經(jīng)典TRIZ、現(xiàn)代TRIZ和USIT等理論體系，提出了由對屬性操作而定義功能的基本思想，提煉了物場分析、因果分析、功能分析、屬性分析的模型共同點(diǎn)，發(fā)展出了統(tǒng)一的SAFC模型，把解決發(fā)明問題的模型類型和求解工具進(jìn)行了較多的簡化和改進(jìn)，通過對物質(zhì)屬性或?qū)傩詤?shù)進(jìn)行“變、增、減、測、穩(wěn)”的五種操作，快捷地消除各種矛盾，優(yōu)化和創(chuàng)新產(chǎn)品功能。

2、TRIZ解決問題的工具體系

在TRIZ解題的工具體系上，基本上分為問題分析、問題解決、方案驗(yàn)證與評價(jià)等幾個(gè)階段以及相應(yīng)所使用的工具。

在經(jīng)典TRIZ的解題工具體系中分析工具較簡單，體系相對分散。如圖1所示。

圖1 經(jīng)典TRIZ的解題工具體系

現(xiàn)代TRIZ的解題工具體系上有較多的發(fā)展與創(chuàng)新，尤其是補(bǔ)充了若干分析問題工具，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)代TRIZ的解題工具體系

U-TRIZ解題流程考慮了解決問題的多種功能發(fā)生情況，多個(gè)分析工具屬于并行選擇，只擇其一即可。因此整體上操作流程比較簡明有效，解題效率明顯提高。如圖3所示。

圖3 U-TRIZ的解題工具體系

3、TRIZ在產(chǎn)品研發(fā)中的應(yīng)用

下面通過一個(gè)例子來說明在產(chǎn)品研發(fā)中如何應(yīng)用U-TRIZ，思路與步驟參見圖3。

案例：飛機(jī)舷窗遮光板的改進(jìn)。

【問題陳述】在乘飛機(jī)的過程中，飛機(jī)舷窗的玻璃上有一個(gè)遮光板。其作用是遮擋外部光線。使用遮光板的方式是全部遮擋、部分遮擋或全部打開。乘客感覺遮光板不好操作，無法獲得理想的通光量，現(xiàn)在希望對遮光板進(jìn)行改進(jìn)。下面我們按照前面圖3給出的U-TRIZ流程來分析和解決這個(gè)問題。

【問題分析】遮光板屬性（資源）分析：

遮光板要能遮檔光線，尤其是在乘客休息時(shí)，避免眩光刺眼，舷窗要求關(guān)閉，遮擋率為100%（即透光率0%或某個(gè)較小的數(shù)值）。但是在起飛、降落和非休息時(shí)段，舷窗必須打開，遮擋率為0%（即透光率100%）。因此，聚焦在遮光板的功能上，是有屬性的矛盾的，即有用、有害功能共存。另外，遮光板的重量要比較輕，比較薄，它與嵌套它的舷窗之間有足夠的摩擦力（摩擦力>重力），使得它能隨時(shí)停滯在任何一個(gè)位置。

遮光板矛盾分析：飛機(jī)舷窗的玻璃既要透光，以便于采光和乘客觀景（托上遮光板）；但是舷窗又不能透光，以防止眩光和便于乘客休息（拉下遮光板）。

最小問題區(qū)域：遮光板與舷窗的相互作用空間。

IFR：隨意調(diào)光，通斷自如。

【問題解決】由上一步問題分析過程得知舷窗的透光量（或遮擋率）是一個(gè)典型的物理矛盾。因此需要采用分離原理來解決問題?？紤]到乘客希望能夠較為隨意地連續(xù)調(diào)節(jié)舷窗的透光量（或遮擋率），因此擬采用基于科學(xué)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)分離。由于遮光板（與舷窗相互作用）的功能是“改變·透光性”，因此我們以“改變·透光性”的方式來檢索效應(yīng)知識庫，查到“電致變色”是一個(gè)可以“改變·透光性”的科學(xué)效應(yīng)。

波音787飛機(jī)的舷窗玻璃采用了“電致變色”物理效應(yīng)的高科技液晶玻璃，在結(jié)構(gòu)上去掉了遮光板，乘客可以用一個(gè)旋鈕隨意連續(xù)調(diào)節(jié)舷窗玻璃的透光性，真正做到通斷自如。如圖4所示。

圖4 調(diào)光玻璃按照需要調(diào)節(jié)舷窗透光性

4、TRIZ是研究智能制造的方法論

除了用TRIZ解決在產(chǎn)品全生命周期中所遇到的技術(shù)與管理難題之外，作為一種研究問題的方法論，在研究諸如工業(yè)4.0的發(fā)展趨勢、CPS（賽博物理系統(tǒng)）的過程中，也起到了重要的啟示與引導(dǎo)作用。

CPS由TRIZ所定義的技術(shù)系統(tǒng)中的“控制裝置”子系統(tǒng)演變而來。任何一個(gè)產(chǎn)品，都可以看作是技術(shù)系統(tǒng)。而逐步提高技術(shù)系統(tǒng)的精確控制功能，是設(shè)備改進(jìn)的大方向?？刂蒲b置從最初的機(jī)械控制裝置開始進(jìn)化，按照TRIZ所描述的進(jìn)化路徑，走過了一條“機(jī)械控→機(jī)電控→數(shù)控→軟控→云控”的技術(shù)發(fā)展路徑。

圖5 CPS由技術(shù)系統(tǒng)的控制裝置演變而來

在嵌入式系統(tǒng)的支持下，人腦中的知識和算法嵌入了軟件，軟件嵌入了芯片，芯片嵌入了物理設(shè)備，由此而形成了CPS。

筆者認(rèn)為，之所以不斷出現(xiàn)各種工業(yè)革命新浪潮，是因?yàn)榧夹g(shù)革命導(dǎo)致新的生產(chǎn)工具出現(xiàn)，即技術(shù)系統(tǒng)發(fā)生了革命性的變化，新的工具快速擴(kuò)散到了其它領(lǐng)域，使生產(chǎn)力得到了快速發(fā)展，生產(chǎn)關(guān)系發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的改變。

由此可見，工業(yè)革命的孕育與發(fā)端，首先是從技術(shù)系統(tǒng)的變革開始的。而TRIZ正是這樣看見未來的神奇之眼，可以說，當(dāng)下的智能制造的發(fā)展路徑，也正在走在TRIZ所預(yù)測的道路上。