创造性解决问题的“TRIZ逆向”方法.pdf
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1、应用型高等教育研究2024年3月第9卷第1期Application-Oriented Higher Education ResearchMar.2024 Vol.9 No.1创造性解决问题的“TRIZ逆向”方法Swen Ginther(德累斯顿应用科学大学,德国德累斯顿0 10 6 9)摘要:TRIZ(俄语缩写)或TIPS(Theory of Inventive Problem Solving)是在理论界和实践中公认的一种创造性解决问题的方法。它通过系统化的方式解决(技术)冲突,从而推动产品或工艺的创新。德累斯顿应用科学大学的研究表明,该方法也可以反向使用,称之为“TRIZReverse,即T
2、RIZ逆向方法。详细阐释这两种方法,对于人才培养具有重要意义。关键词:TRIZ逆向;创造性地解决问题;逆向创造;技术转化中图分类号:G712On the Inventive Problem Solving Approach“TRIZ Reverse文献标识码:A文章编号:2 0 9 6-2 0 45(2 0 2 4)0 1-0 0 44-0 7Swen Ginther(Dresden University of Applied Sciences,Dresden 01069,Germany)Abstract:TRIZ or TIPS is a recognized method for inve
3、ntive problem solving in theory and prac-tice.It involves the systematic resolution of(technical)contradictions in order to generate prod-uct or process innovations.The reversal of the method,called TRIZ Reverse,is also possible,asresearch at the Dresden University of Applied Sciences shows.Both var
4、iants are discussed inthis article.Key words:TRIZ reverse;inventive problem solving;reverse inventing;technology transfer开放式创新是商业组织通常使用的一种方法,目的是探索在其外部是否存在可以解决内在问题的方案,或者审查其现有的解决方案是否可以用于自己的组织之外。在此,进行成功搜寻和匹配的一个关键是使用相关平台,例如由萨克森州创新和转化网络平台Saxony-512等共同开发的LoftOS匹配系统,就B2B(Matchmaking)而言,目的是将问题的拥有者”(如公司经理)和“
5、问题的解决者”(如大学的学者们)聚集在一起。影响这两方高效互动的主要障碍往往在于他们各自习惯的语言和交流方式。例如,科研人员通常把符合学术要求的专业术语用于描述(技术)解决方案,但商业界人士却不一定熟悉这些术语,他们往往会使用口语化的表述方式,这就会造成双方共同寻找相关解决方案时遇到困难。摆脱这种困作者简介:SwenGunther(197 7 一),男,德累斯顿应用科学大学经济学院过程与创新管理教授,博士,研究方向:知识转化;E-mail:swen.guentherhtw-dresden.de。境的一个可能的办法是,在较高的(抽象)层面上把实践性语言和学术性语言结合起来。这正是TRIZ的理念,
6、即使用标准化术语在抽象层面上系统地重构实际问题。传统的TRIZ方法于2 0 0 0 年代在西半球开始普及。很多企业和研究机构都使用TRIZ方法寻找创造性的问题解决方案,并且已有大量的案例研究,如TRIZfest3。反向运用TRIZ的方法,称为TRIZReverse(T R I Z 逆向),即不是从问题到解决方案,而是从解决方案到问题的一个过程。与传统的TRIZ方法相比,TRIZ逆向方法相对较新,案例研究的数量也不多。然而,基于专利分析领域的快速发展,尤其是对高校和(非大学)研究机构来说,TRIZ逆向方法的潜力较大。第1期1传统的TRIZ方法1.1宗旨和内涵TRIZ(T h e o r i j
7、a R e s h e n i j a Iz o b r e t a t j e l s k i c h Z a-dacz),这个缩写来自俄语,德语的意思是“创造性解决问题的理论”(Theorie des erfinderischen Prob-lemlosens)。在英语国家普遍采用缩写TIPS,全称是 Theory of Inventive Problem Solving。近年来,许多相关理论和实践方面的书籍详细介绍了TRIZ的宗旨和内涵。4-5 此外,VDI Wissensforum等一些组织还举办为期数天的TRIZ研讨班,以便让参与者详细了解其方法和运用,并在实践中加以尝试。欧洲TRI
8、Z协会(ETRIA)和国际TRIZ协会(MATRIZ official 7)每年组织一次相关议题的国际会议。TRIZ的理论基础主要由前苏联的专利工程师Genrich S.Altschuller奠定。在对数千项专利进行分析的基础上,Altschuller于198 4年得出结论8 认为,成功的发明都基于非常相似或相同的思维策略。因此,他提出了一个假设,即每个想法和每项发明产生之前都经历了一个系统的过程,而这个过程可以用普遍的基本规则来解释。通过了解和应用这些规则,就可以有针对性地控制发明过程,从而有意识地创造出“真正的创新”。在高校和许多企业,例如3M、宝洁和波音等公司,都可以找到很多该理论的应用
9、实例。19-10)TRIZ将创造与系统学相结合,聚焦矛盾,有助于将技术和学术任务转化为创新解决方案。在目标因子1消费者剩余成本-收益效率投入-产出损失TPS理想度TRIZ价值股东价值图1企业管理方法中的重要目标131.2过程模型法,TRIZ避免在寻找解决方案的过程中做出妥协。不同于传统的创造方法,TRIZ的特点是直接另一方面,TRIZ的特点是以技术和科学为基础,寻找解决方案。为了找到问题的解决方案,需要该方法的理念和实施方法与学术工作的过程非常明确原始问题中的矛盾及原因所在,然后有条理相似(见图2)。利用TRIZ将实际问题转化为抽象地加以解决。不像其他依赖直觉的问题解决方问题,并在抽象层面上加
10、以解决。SwenGinther:创造性解决问题的“TRIZ逆向”方法方法最低成本最低投入最小损失最小危害最低成本451946年至1996 年期间,为了研究这些方面之间的联系,对2 50 多万项专利进行了分析。研究有三个核心问题,最后都得到了肯定的回答。首先,寻找创新解决方案都经历一个普遍有效的系统性过程。其次,技术系统和过程的演变在所有知识领域都遵循类似的模式。最后,人们认识到,根本性的创新来自于直接问题领域之外的科学发现。这些结果让Altschuller等人得出了一个结论:创新绝非偶然。找到创新解决方案的基本前提是矛盾的存在,而矛盾通常是从日常问题中衍生出来。换句话说,TRIZ总是要“发现、
11、明确和克服”技术和物理矛盾,从而以最佳方式利用现有的系统资源。采用这种方法,可以不受时间、地点和人员的限制,有意识地进行创新。唯一的先决条件是存在需要解决的实际问题。詹姆斯-戴森(James Dyson)等发明家早已将这种方法内化于心。Altschuller等人在对专利的研究中发现,在所有发明中,只有约1%具有高度创新性,因此被认为是真正的创新。相比之下,大约四分之三的所谓创新是“简单的问题解决方案”,通常可以通过直觉性解决方法实现。12 因此,TRIZ的核心目标值是“理想度”(见图1)。其计算公式为在一个系统中“有用 效应(收益)之和除以“有害”效应(成本)之和的商。这样做的目的是通过最大限
12、度地降低成本或最大限度地增加效益来提高理想度。可根据理想度变化的强度来确定发明或找到的解决方案的创新程度。因子2最大收益最大产出最大收益最大利润参考Dupuit(1848)Leontief(1953)0hno(1978)Altshuller(1984)Rappaport(1986)46应用型高等教育研究法,它使上述技术参数和创新原理直接建立起联系抽象间题TRIZ短阵第9卷抽象的解决方案(见图3)。尝试&1图2 传统的TRIZ:从问题到解决方案(过程模型)科学研究往往使用数学统计方法来(抽象地)寻找解决方案,而传统的TRIZ方法首要关注的是矛盾矩阵,即Altschuller等人就专利发明所做研究
13、得出的结果。据此,所有成功的发明(专利)都基于非常相似或相同的思维策略。因此,Altschuller提出了这样一个假设:每项发明在产生之前都经历了一个可以用普遍规则解释的系统过程。通过了解和应用这些规则,就可以有针对性地控制发明过程,创造性地解决问题。为此采用ARIZ五步流程:(1)第一步:任务选择=寻找目标和定义问题;(2)第二步:细化任务=制定目标和问题转化;(3)第三步:分析阶段=抽象的系统/模型分析;(4)第四步:执行阶段=寻找解决方案/缩小范围;(5)第五步:合成阶段=理想结果和解决方案的实现。在分析阶段,须使用(普遍有效的)参数来描述与问题相关的所有可能的技术要求。39个技术参数就
14、足以在抽象层面上重构现实中出现的问题。有针对性地挑选出两个相互冲突的参数并对造成问题的相关具体要求进行抽象化。实证研究表明,两个技术参数之间所有可以想到的冲突(最多148 2 个)都可以借助仅40 个(普遍有效的)创新原理得到解决。这些创新原理同时代表了在抽象层面上对实际问题的创造性解决方案。TRIZ提供了一套全面的方法来实施这40 条创新原理。这些方法包括以问题为导向的创造性技术(如预期错误检测)、以矛盾为导向的分析方法(如功能分析)以及以知识为基础的数据库模型(如效果数据库)。把这一系列的方法和途径可分为以下四类:“系统”“知识”“类比”和“愿景”。4-5 它们的共同点是通过克服“心理思维
15、障碍”来寻求创新的解决方案。其中最为著名的方法就是矛盾矩阵错读实际问题5实际的解快方案有谐改进的馨型1堆时物降的重量降止物件的量量运动物伴的长整4醇止物件的长图5热止物体的面和7解止物件的伴乳ninrse图3Genrich S.Altschuller的矛盾矩阵(摘录)1.3应用实例这里通过一个简单的应用实例来说明Altschul-ler矛盾矩阵的功能。14很多人都熟悉这样一个日常问题:在热牛奶时,锅里的牛奶很快就会沸腾溢出来。这是一个带来诸多不便的问题:浪费材料(牛奶)、味道变得不好、要做清洁工作。那么,如何防止牛奶在加热的过程中溢出呢?为了系统地分析这个日常问题,可以如下采用ARIZ的5步流
16、程。值得注意的是,有许多软件解决方案可用在ARIZ的实际应用中,如Ideation、T r i s o lv e r 等,它们都向客户提供有针对性的指导。(1)第一步:寻找目标和定义问题,明确要实现的目标或要解决的问题。并通过与当前情况的比较得出改进需求。在该案例中,当前的情况是“牛奶加热后总是溢出来”,理想的最终结果是“牛奶加热后不会溢出来。(2)第二步:制定目标和问题转化。要找到抽象的模型表述,例如“从A处到达B处”。在“热牛奶”的案例研究中,现实的问题是,牛奶在锅中加热时经常会溢出来并粘锅,除非有人不断搅拌。这个问题可以用以下两个技术参数来进行抽象地描述:用勺子搅拌可以增加“物体的稳定性
17、”(参数13),即使牛奶不会不受控制地上升和溢出。与此同时,“自动化程度”(参数38)会降低,因为必须有人一直站在灶前搅拌锅中的牛奶。(3)第三步:抽象的系统模型分析。问题解决过程中的分析阶段,目的是在抽象层面上找到解决158,a.3410.1.2.3520.348155,214.152.41E430.22.714.18227425.4353111435,8.19.14aL1313142.17.3,335,30,11.25,171535.8创新原理2.141.417.41T29240.7525.14.213.729.创新第1期问题的理想方案。在“热牛奶”的案例研究中,把两个找出的相互冲突的技术
18、参数输入到矛盾矩阵中。有可能无法将科研成果有效转化到商业中。在矩阵相应的单元格显示的创新原理是“分割/分解”(原理1)和“机械振动”(原理18)(见图4)。根据经验和对数千项专利的分析,这两项原理已在其他应用中成功解决了参数(13)和(38)的技术矛盾。(4)第四步:操作阶段。对找到的解决方案进行评估和实施。找到解决方案的关键在于正确诠释创新原理并应用到案例中。这通常需要拥有专业技术和工程上的专业知识,以便使矩阵提出的一般原理在现实中可以得到实际应用。在“热牛奶”5所示。的案例中,首选的是创新原理18,因为通过移动锅或在锅中放置一个物体可以产生机械振动。(5)第五步:综合阶段。将确定具体问题的
19、最终解决方案。如果有多个可能的解决方案,则选择最理想的解决方案。在这个具体案例中,解决方案如下(已实现):热牛奶时,将一个直径约10 厘米、高约1厘米的非平面、非对称陶瓷圆盘置入锅中。当锅变热后,位于锅的圆盘下会形成一个气带。根据“蒸汽锅炉原理”,陶瓷圆盘产生振动,从而使受热的空气可以排出。这样就会使牛奶保持处于“运动”状态(而不是用勺子),进而防止或延缓牛奶沸腾溢出。矛盾矩阵有待改进的参数:(38)自动化程度抽象的解决方案实际的解决方案图4矛盾矩阵在“热牛奶 例子中的应用2TRIZ逆向方法2.1宗旨和内涵传统的TRIZ理论已有2 0 多年的历史,并通过应用研究不断得到进一步发展。所有相关方法
20、都遵循“从问题到解决方案”的抽象化原则,而逆向流程,即“从解决方案到问题”,尽管应用潜力巨大,但迄今为止的相关研究还相对较少。特别是对于高校和(非大学)研究机构来说,为现有的技术解决方案寻找新的应用领域,比如设计产品原型,是非常SwenGinther:创造性解决问题的“TRIZ逆向”方法不变参数:(13)物体的稳定性依据TRIZ的创新原理(1)分割/分解(18)机械振动(18.1)使物体震动(18.2)利用周有频率(18.1)用勺子在锅里搅拌牛奶(18.2)在锅中放入一个不平的闪盘47可取的。在研发过程中,如果只关注一种应用,很一般来说,高校并不缺乏创新思想和发明,相反,创新思想和发明比比皆是
21、。瓶颈往往出现在将研究成果转化为实际应用的过程中。例如,2 0 2 0 年在欧盟的专利商业利用率仅为36%。而同时却只有10%的专利被认为不足以实现商业化。15 由此看来,从现有技术(发明)中衍生出市场化的产品(创新)潜力是非常大的。为了利用这样的潜力,将技术解决方案转化到新的应用领域,有必要对TRIZ理论进行倒置思考(即TRIZ逆向方法),如图TRIZ发明创造图5TRIZ和TRIZ逆向方法在创新过程中的运用在文献中,“逆向发明”或“逆向工程”通常用于为现有(技术)解决方案或产品开拓新市场和目标群体时。16 传统的市场调研工具目标主要是对潜在客户进行直接询问和观察,而逆向发明法使用的是抽象的方
22、法,即把公司或产品及技术的优势转换为抽象的描述。在此可把专利文献中使用的分类系统作为参考或参照框架,例如国际专利分类(IPC),借此可对全球的专利在技术内涵上实现标准化描述。Mann于2 0 0 6 年提出了“基于原理的专利检索”(Prinzipien-basierte-Patentrecherche)方法。7 该方法介绍了如何把专利数据库中的检索词与Altschuller矛盾矩阵中的创新原理进行相互联系的步骤。其中最大的挑战在于参考文件中很多术语的语义。例如,现今的专利说明书中使用的术语往往出于法律原因与50 年前有所不同。为了克服这一难题,Mann等人为所有40 项创新原理编制了一份英文的
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