TRIZ基础和技术系统.ppt

主讲人：曾富洪攀枝花学院攀枝花学院发明问题解决理论.“TRIZ”一词是俄文“发明问题解决理论”的首字母缩写，英文名称为Theory of Inventive Problem Solving。自从1946年以来，以G.S.Altschuller为首的专家，经过对250万份专利文献的研究发现，一切技术问题在解决过程中都有一定的模式可循，可对大量好的专利进行分析并将其解决问题的模式抽取出来，为人们进行学习并获得创新发明的能力提供参考。经多年搜集、分析、比较和归纳，这一研究建立了一整套体系化的、实用的发明问题解决方法，这就是所谓的TRIZ法理论。2TRIZ理论的由来及基本思想理论的由来及基本思想传统创新方法的特点：1）更多依赖于心理因素，具有很大的无序性、随机性和偶然性。2）运用于简单创新问题、不能揭示问题的矛盾。3）适用于可能解不多于10个到20个的简单创新问题。2.世界专利及技术信息解决问题过程的发现自然科学知识TRIZTRIZ法理论法理论概念：资源的发现描述发明级别划分技术进化模式理想化工具及模型技术系统中的矛盾39个通用工程参数40条发明创新原理物场分析模型76个标准解效应知识库ARIZ算法3TRIZ理论的由来及基本思想理论的由来及基本思想3.TRIZTRIZ的产生与发展的产生与发展革命性成果之一：不同行业中的问题，采用了相同的解决方法从专利中总结从专利中总结出最常用的原出最常用的原理和方法理和方法39个通用工程参数个通用工程参数40条发明原理条发明原理分离原理分离原理物质物质-场模型场模型76个标准解个标准解知识库知识库 效应库效应库ARIZ4.革命性成果之二：发现了技术系统的进化趋势系统/产品是按照一定规律在发展的TRIZTRIZ的产生与发展的产生与发展5.冷战时期，TRIZ的应用主要在前苏联。（1）80座城市的100所TRIZ学校，20世纪80年代超过500所。学生的成绩以完成各级发明水平的毕业论文作为考核标准。（2）前苏联在设计部门要求所配备的设计工程师和TRIZ工程师的比例为71。（3）凡担任经济、科技领导职务者必须先获得发明教育文凭。前苏联在20世纪70年代中期专利申请量和批准量跃居世界第二，在冷战时期保持了对美国的军事力量平衡。TRIZTRIZ的产生与发展的产生与发展6.苏联解体后，TRIZ在世界范围内广泛传播。波音、通用、克莱斯勒、摩托罗拉等公司的应用情况表明，TRIZ可提高发明的成功率，缩短发明周期。（1）福特汽车应用TRIZ解决汽车推力轴承在大负荷出现偏移的问题。（2）1999年，克莱斯勒应用TRIZ的经济效益为1.5亿美元。（3）波音应用TRIZ将波音767改装成空中加油机。（4）美国供应商协会向美国企业推荐TRIZ、QFD、田口法。TRIZTRIZ的产生与发展的产生与发展7.（1）发明级别的划分依据发明专利对科学的贡献程度、技术的应用范围及为社会带来的经济效益等把发明专利划分为五级：最小发明问题：在本领域内正常的设计小型发明问题小型发明问题：解决一个技术问题时，对现有系统某一个组件进行改进中型发明问题中型发明问题：对系统的若干个组件进行改进大型发明问题大型发明问题：采用全新的原理完成对现有系统基本功能的创新重大发明问题重大发明问题：用最新的科学原理，导致一种全新系统的发明、发现发明级别与发明级别与TRIZTRIZ的适用范围的适用范围8.（1 1）发明级别的划分）发明级别的划分发明的级别创新的程度占人类发明总数的比例（%）知识来源参考解的数量一明确的结果32个人的知识1-10二局部的改进45行业内的知识10-100三根本的改进18跨行业的知识100-1000四全新的概念4跨学科的知识1000-10000五重大的发现1最新产生的知识10000-100000发明级别与发明级别与TRIZTRIZ的适用范围的适用范围9.（2）划分发明级别的意义发明级别越高，完成该发明所需的知识和资源就越多随着社会的发展、人类的进步、科技水平的提高，已有发明的级别也会随着时间的变化不断降低对于某种核心技术，按照一定的方法论对该核心技术的所有专利按照年份、发明级别和数量可以绘制其“S-曲线”，对于产品研发和技术预测具有重要意义人们所面临的95%的问题，都可以利用已有的某学科内的知识体系来解决当遇到技术难题时，不仅要在本专业内寻找答案，也应当向专业外扩展发明级别与发明级别与TRIZTRIZ的适用范围的适用范围10.（3）TRIZ的适用范围 TRIZ是在总结二、三、四级发明专利基础上，归纳、总结出来的。TRIZ通常不解决技术领域以外的问题TRIZ不解决技术领域中的五级发明问题TRIZ不同于专业科技书籍，不讲与创新思维无关的技术规律TRIZ不同于头脑风暴，不讲与技术规律无关的思维问题发明级别与发明级别与TRIZTRIZ的适用范围的适用范围11.1、TRIZ的基本观点（1）技术系统进化过程不是随机的，而是有客观规律可以遵循，这种规律在不同领域反复出现：（2）在解决发明问题的实践中，人们遇到的各种矛盾以及相应的解决方案总是重复出现；（3）用来彻底而不是折中解决技术矛盾的创新原理与方法，其数量并不多，一般科技人员都可以学习、掌握；（4）解决本领域技术问题的最有效的原理和方法，往往来自其他领域的科学知识。TRIZTRIZ的理论体系的理论体系12.13关于发明问题的关于发明问题的“多与不多多与不多”发明问题是无限多的，而发明问题是无限多的，而发明等级是不多的；发明等级是不多的；发明问题是无限多的，而发明问题是无限多的，而矛盾（冲突）的类型比较而言矛盾（冲突）的类型比较而言是不多的；是不多的；发明就是克服矛盾，而发明就是克服矛盾，而克服矛盾的原理也是不多的。克服矛盾的原理也是不多的。TRIZTRIZ的理论体系的理论体系13.2、TRIZ的核心思想现代TRIZ理论的核心思想主要体现在三个方面：1、无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式2、各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力3、技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能TRIZTRIZ的理论体系的理论体系14.发明问题解决算法发明问题解决算法ARIZ专利分析专利分析自然科学自然科学系系统统科科学学思思维维科科学学物质物质-场问题场问题标准解系统标准解系统知识使能问题知识使能问题知识效应库知识效应库技术矛盾技术矛盾创新原理创新原理物质物质-场分析场分析物理矛盾物理矛盾分离方法分离方法系统分析系统分析矛盾分析矛盾分析资源分析资源分析技术系统技术系统/技术过程技术过程矛盾矛盾资源资源理想化最终结果理想化最终结果技术系统进化法则技术系统进化法则辩证法辩证法+系统论系统论+认识论认识论创新创新思维思维培养培养TRIZTRIZ的理论体系的理论体系3、TRIZ理论体系体系模型15.TRIZ理论体系及创新方法简化模型可用：一种思想最终理想解一组法则技术系统进化法则四个工具物理冲突与分离方法技术冲突与发明原理 物场分析与标准解 How to模型与知识库一种算法发明问题解决理论（ARIZ）TRIZTRIZ的理论体系的理论体系3、TRIZ理论体系16.（1）最终理想解（IFR）TRIZTRIZ的理论体系的理论体系最终理想解最终理想解3、TRIZ理论体系17.（2）技术系统技术系统：由相互联系的元件所组成的、以实现某种功能或职能的事物的集合。子系统：更细化的、可以实现各种基本功能的组成部分，称为技术系统的子系统。超系统：技术系统之外的系统或系统的组成部分，往往是指技术系统所隶属的外部环境。TRIZTRIZ的理论体系的理论体系技术系统技术系统3、TRIZ理论体系18.（2）技术系统TRIZTRIZ的理论体系的理论体系技术系统技术系统19.(3)(3)技术系统进化的技术系统进化的S S曲线曲线TRIZTRIZ的理论体系的理论体系S S曲线曲线20.婴儿期婴儿期TRIZTRIZ的理论体系的理论体系S S曲线曲线21.成长期成长期TRIZTRIZ的理论体系的理论体系S S曲线曲线22.成熟期成熟期TRIZTRIZ的理论体系的理论体系S S曲线曲线23.衰退期衰退期TRIZTRIZ的理论体系的理论体系S S曲线曲线24.、当一个技术系统的进化完成4个阶段后，会出现一个新的技术系统来替代它，如此不断替代。TRIZTRIZ的理论体系的理论体系S S曲线曲线婴儿婴儿期期衰退期衰退期 成长期成长期25.新产品模式新产品模式 下一代产品下一代产品能工作能工作能正确工作能正确工作最大性能最大性能最大功效最大功效最佳可靠性最佳可靠性最低成本最低成本过时技术过时技术时间时间主主要要参参数数研发极限研发极限例：电子管计算机晶体管算计大规模集成电路计算机量子计算机TRIZTRIZ的理论体系的理论体系S S曲线曲线26.通过性能参数随时间变化的规律，可以准确地予测产品和技术所处的生命周期阶段。专利数量专利数量利润利润性能参数性能参数发明级别发明级别婴儿期婴儿期时间时间成长期成长期衰退期衰退期成熟期成熟期S-曲线对应的专利数量、发明级别和利润曲线曲线对应的专利数量、发明级别和利润曲线TRIZTRIZ的理论体系的理论体系S S曲线曲线27.S曲线的作用l评估系统现有技术的成熟度l预测新一代产品进化的方向l帮助企业决策者做出正确的研发与引进决策TRIZTRIZ的理论体系的理论体系S S曲线曲线28.（4）技术系统进化法则（经典TRIZ）完备性法则能量传递法则动态性进化法则提高理想度法则子系统不均衡进化法则向超系统进化法则向微观系统进化法则协调性进化法则TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则3、TRIZ理论体系29.一个完整的技术系统必须包含四个部分：动力装置，传输装置，执行装置，控制装置完备性法则完备性法则TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则30.执行装置 对系统作用对象实施功能，常称为“工具”传输装置 把能量或场传递给执行装置动力装置 从能量源获取能量，转化为系统所需的能源控制装置 控制其他组件如何协调，以实现功能完备性法则完备性法则TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则31.完备性进化实例完备性进化实例完成完成“运输货物运输货物”这一功能的技术系统由以下四个部分组成：这一功能的技术系统由以下四个部分组成：TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则32.u技术系统实现功能的必要条件：能量必须能够从能量源流向技术系统的所有元件；u技术系统的进化应该沿着使能量流动路径缩短的方向发展，以减少能量损失；u如果某个元件接收不到能量，就不能发挥作用，这会影响到技术系统的整体功能实例：多米诺骨牌能量传递法则能量传递法则TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则33.减少能量损失的几个途径：l 缩短能量传递路径，减少传递过程中的能量损失；l 最好用一种能量（或场）贯穿于系统的整个工作过程，减少能量形式的转换导致的能量损失；l 如果系统组件可以更换，那么将不易控制的场更换为容易控制的场 机械场声场热场化学场电场磁场/电磁场能量传递法则能量传递法则TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则34.蒸汽机车能量利用率515%内燃机车能量利用率3050%电力机车能量利用率6585%能量传递法则能量传递法则案例案例：火车火车TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则35.协调性法则协调性法则u技术系统的进化，沿着整个系统的各个子系统互相更协调，与超系统更协调的方向发展u实例：积木玩具 风景区的建筑 TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则协调性法则的进化路线1）形状协调2）频率协调3）材料协调36.u形状协调形状协调 各子系统之间，以及子系统与超系统的形状要相互协调各子系统之间，以及子系统与超系统的形状要相互协调u实例实例协调性法则协调性法则TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则37.例例：人体工学设计：人体工学设计-与超系统形状协调与超系统形状协调符合人体工学的手杖符合人体工学的键盘、鼠标形状协调进化路线形状协调进化路线相同形状相同形状 自兼容形状自兼容形状 兼容形状兼容形状 特殊形状特殊形状协调性法则协调性法则TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则38.实例实例：球鼻形船首：球鼻形船首使船体与船鼻分别形成的波浪的波峰与波谷，它们相遇而相互抵消形状协调进化路线形状协调进化路线相同形状相同形状 自兼容形状自兼容形状 兼容形状兼容形状 特殊形状特殊形状协调性法则协调性法则TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则39.形状协调进化路线形状协调进化路线表面形状的进化表面形状的进化光滑表面肋状突起针点状粗糙表面可制热表面（带电阻丝）平滑表面平滑表面带有突起的表面带有突起的表面粗糙表面粗糙表面带有活性物质的表面带有活性物质的表面TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则40.形状协调进化路线形状协调进化路线内部结构的进化内部结构的进化实心的缓冲器中空的缓冲器蜂窝装结构毛细结构带有气囊的保险杠实心的物体实心的物体物体内部中空物体内部中空内部多孔结构内部多孔结构毛细结构毛细结构动态内部结构动态内部结构TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则41.频率协调频率协调频率协调进化路线频率协调进化路线单个物体单个物体连续运动连续运动脉冲脉冲周期性作用周期性作用增加频率增加频率共振共振TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则42.材料协调材料协调材料协调进化路线材料协调进化路线人工心脏捐赠心脏克隆心脏实例实例：人工心脏：人工心脏相同材料相同材料相似材料相似材料惰性材料惰性材料可变特性的材料可变特性的材料相反特性的材料相反特性的材料TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则43.提高理想度法则提高理想度法则=（有用功能）有用功能）（成本成本+有害功能）有害功能）理想度理想度发明与创新就是为了创造高度理想化系统获得最终理发明与创新就是为了创造高度理想化系统获得最终理发明与创新就是为了创造高度理想化系统获得最终理发明与创新就是为了创造高度理想化系统获得最终理想结果（想结果（想结果（想结果（I Idealdeal Final ResultsFinal Results IFRIFR）IFRIFR ：系统：系统：系统：系统只具有有用功能，而无成本或有害功能只具有有用功能，而无成本或有害功能只具有有用功能，而无成本或有害功能只具有有用功能，而无成本或有害功能提高理想度法则是指：提高理想度法则是指：技术系统是沿着提高其理想度，向最理想系统的方向进化。提高理想度法则代表着所有技术系统进化法则的最终方向：系统的质量、尺寸、能量消耗系统的质量、尺寸、能量消耗实现的功能数量实现的功能数量0 TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则44.提高理想度法则代表着所有技术系统进化法则的最终方向。最理想的技术系统应该是：就是“功能俱全，结构消失”。它反映一个实际技术系统对IFR的近似程度。提高理想度法则使所有其他进化法则的基础。是技术系统进化的最基本法则；而其他法则则揭示了提高技术系统理想度的具体方法。提高理想度法则提高理想度法则 提供理想度可以从以下4个方向予以考虑：1）增加系统的功能；2）传输尽可能多的功能到工作元件上；3）将一些系统功能移转到超系统或外部环境中；4）利用内部或外部已存在的可利用资源。TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则45.简化低价值组件的路线简化低价值组件的路线 离散安置仪表组合图线显示挡风玻璃显示实例实例：汽车仪表盘：汽车仪表盘完整的系统完整的系统去掉部分组件去掉部分组件部分简化的系统部分简化的系统完全简化的系统完全简化的系统提高理想度法则提高理想度法则TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则46.技术系统的进化应该沿着结构柔性、可移动性、可控性增加的方向发展，以适应环境状况或执行方式的变化 掌握动态进化法则，有助于提高技术系统的高度适应性 动态法则包括3个子法则 1）柔性进化 2）可移动性进化 3）可控性进化动态性进化法则动态性进化法则TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则47.结构柔性进化路线TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则48.技术系统向移动性增强的方向进化可移动性进化的路线不可动系统不可动系统部分可动系统部分可动系统高度可动系统高度可动系统整体可动系统整体可动系统TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则49.可控性进化路线直接控制直接控制间接控制间接控制反馈控制反馈控制自动控制自动控制TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则50.技术系统由多个实现各自功能的子系统（元件）组成，每个子系统及子系统间的进化都存在着不平衡。1）每个子系统都是沿着自己的S曲线进化的；2）不同的子系统将依据自己的时间进度进化；3）不同的子系统在不同的时间到达自己的极限，这将导致子系统间矛盾的出现；4）整个技术系统的进化速度取决于系统中发展最慢的即最不理想的子系统（木桶原理木桶原理）。5）需要考虑系统的持续改进来消除矛盾。子系统不均衡子系统不均衡进化法则进化法则TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则51.掌握了子系统的不均衡进化法则，可以帮助我们及时发现并改进系统中最不理想的子系统，从而提升整个系统的进化阶段。通常设计人员容易犯的错误是花费精力专注于系统中已经比较理想的重要子系统，而忽略了木桶效应中的短板，结果导致系统的发展缓慢。比如，飞机设计中，曾经出现过单方面专注于飞机发动机，而轻视了空气动力学的制约影响，导致飞机整体性能的提升比较缓慢。子系统的不均衡进化法则使用 注意：一条锁链，最脆弱的一环决定其强度；一只木桶，最短的一片决定其容量；一个人，素质最差的一面决定其发展潜力；TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则52.子系统不均衡进化法则案例子系统不均衡进化法则案例 18世纪中期，脚蹬直接安装在前轮轴上。为了提高速度，人们采用增加前轮直接的方法，导致前后轮尺寸相差太大，自行车在前进中国的稳定性很差，很容易摔倒，后来研究自行车的传动系统，在自行车上安装了链条和链轮，用后轮的转动来推动车子的前进，且前后轮大小相同，保持了自行车的平衡和稳定。TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则53.技术系统沿着减小其元件尺寸的方向进化即元件从最初的尺寸向原子，基本粒子的尺寸进化，同时能够更好地实现相同的功能。向微观级进化法则向微观级进化法则波长约波长约300-3米米波长约波长约1-0.1米米波长约波长约0.1米米-3纳米纳米案例：通讯产品的波长TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则54.案例：案例：量子计算机计算机向微观级进化计算机向微观级进化TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则55.技术系统的进化是沿着从单系统双系统多系统的方向发展。技术系统进化到极限时，实现某项功能的子系统会从系统中剥离，转移至超系统，作为超系统的一部分 在该子系统的功能得到增强改进的同时，也简化了原有的技术系统向超系统进化法则向超系统进化法则注：双系统包括：注：双系统包括：1）单功能双系统：同类双系统和轮换双系统，比如双叶片风扇和双头铅笔；2）多功能双系统：同类双系统和相反双系统，比如双色圆珠笔和带橡皮擦的铅笔；3）局部简化双系统：比如具有长、短双焦距的相机；4）完整简化的双系统：新的单系统。TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则56.向超系统进化法则案例向超系统进化法则案例瑞士军刀瑞士军刀照相手机照相手机两用锤子两用锤子立式加工中心立式加工中心TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则57.1.1.产生市场需求产生市场需求2.2.定性技术预测定性技术预测 3.3.产生新技术产生新技术4.4.专利布局专利布局5.5.选择企业战略制定的时机选择企业战略制定的时机技术系统进化法则的应用技术系统进化法则的应用 TRIZTRIZ的理论体系的理论体系进化法则进化法则58.小结小结技术系统进化法则（经典TRIZ）总结初级人工制造物初级人工制造物石头、棍棒、轮子等石头、棍棒、轮子等现有技术系统现有技术系统(TS0)完备性法则完备性法则能量传递法则能量传递法则协调性法则协调性法则系统不完善，出现问题系统不完善，出现问题参数问题参数问题技术矛盾技术矛盾 物理矛盾物理矛盾结构问题结构问题物质物质-场场非标准问题非标准问题ARIZ资源问题资源问题知识、效应库知识、效应库子系统不均衡子系统不均衡进化法则进化法则改进后的技术系统改进后的技术系统(TS1)系统不完善，出现问题系统不完善，出现问题参数问题参数问题技术矛盾技术矛盾 物理矛盾物理矛盾结构问题结构问题物质物质-场场非标准问题非标准问题ARIZ资源问题资源问题知识、效应库知识、效应库改进后的技术系统改进后的技术系统(TS2)技术系统的未来技术系统的未来(TS3)理想系统理想系统动态性法则动态性法则 提高理想度法则提高理想度法则向超系统进化法则向超系统进化法则 向微观系统计划法则向微观系统计划法则改进办法：改进办法：增补、裁剪增补、裁剪合并子系统合并子系统改进结果：改进结果：增加有用功能增加有用功能去除次要功能去除次要功能消除有害作用消除有害作用排除人的参与等排除人的参与等59.感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络，如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！