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神奇的创新理论——TRIZ

时间:2011-02-26 19:31:08 来源:

工程技术CAE有限元创新

  中航一集团沈阳飞机设计研究所的一项创新就是一个典型的例子。2002年,研究所领导让一位刚刚毕业的大学生独立设计改进一个仪表板,使之既不能挡飞行员的视线,又要有足够大的空间安装仪表。他苦思冥想,不知从何着手。通过北京亿维讯集团公司提供的TRIZ培训课程,他查询了TRIZ理论的阿奇舒勒矛盾矩阵和巧妙应用TRIZ理论中解决物理矛盾的时间分离原理和基于条件的分离原理,比较好地解决了既要“体积增大”又要“体积减小”的尖锐矛盾,对仪表板进行了设计改进。
  2005-2006年,中船重工的研究所利用亿维讯公司的Pro/Innovator软件,为声学释放器、信号检测、鱼雷设计、高温超导等问题的解决提供了很好的思路。
  天津大学机械工程学院在开设创新课程后,经过计算机辅助创新软件和理论培训的3名工业设计专业大学生,运用CBT/NOVA中提供的TRIZ理论创新原理和技术系统进化法则等工具,在2004年全国大学生第三届“创新杯”设计大赛中,解决了实际设计过程中遇到的难题,设计出“城市乌篷”方案,以其造型新 颖、结构富有创新性一举夺得设计大奖并获得了专家的高度评价。通过40个学时的培训,还有20余名大学生在校期间就申请了专利。
  北方工业大学通过运用CBT/NOVA中提供的TRIZ理论创新原理和技术系统进化法则等工具,借助Pro/Innovator软件,在创新大赛中解决了网球拾球器的概念设计难题,并获得了奖项。
  TRIZ理论的主要内容
  TRIZ理论主要由以下几部分构成:
  1.创新思维方法与问题分析方法
  TRIZ理论中提供了如何系统分析问题的科学方法,如多屏幕法等。对于复杂问题的分析,它包含了科学的问题分析建模方法蜒物场分析法,它可以帮助快速确认核心问题,发现根本矛盾所在。
  2.技术系统进化法则
  针对技术系统进化演变规律,在大量专利分析基础上,TRIZ理论总结提炼出八个基本进化法则。利用这些进化法则,可以分析确认当前产品的技术状态,并预测未来发展趋势,开发富有竞争力的新产品。
  3.工程矛盾解决原理
  不同的发明创造往往遵循共同的规律。TRIZ理论将这些共同的规律归纳成40个发明原理与11个分离原理,39个工程技术特性,物理学、化学、几何学等工程学原理知识库等等,针对具体的矛盾,可以基于这些创新原理寻求具体解决方案。
  4.发明问题标准解法
  针对具体问题物场模型的不同特征,分别对应标准的模型处理方法,包括模型的修整、转换、物质与场的添加等等。
  5.发明问题解决算法ARIZ
  主要针对问题情境复杂、矛盾及其相关部件不明确的技术系统。它是一个对初始问题进行一系列变形及再定义等非计算性的逻辑过程,实现对问题的逐步深入分析,问题转化,直到问题解决。
  下面,将选择其中的几个部分简要介绍一下。
  TRIZ理论中的创新思维方法与问题分析方法
  对问题本质有深入准确的认识是创新性解决问题的前提。对于复杂的问题,只有屏除干扰因素,发现问题的根本所在,才可能更有效地解决问题。但人们在解决实际问题过程中,总是受到思维定势等因素的束缚,需要一些科学的方法帮助我们全面系统地了解问题情境。
  著名的发明创造理论TRIZ理论包含了许多系统、科学而又富有可操作性的创造性思维方法和发明问题分析方法,如多屏幕法,资源-时间-成本(RTC)算子法,小人法,金鱼法等等。多屏幕法能够帮助我们从结构、时间以及因果关系等多维度对问题进行全面、系统分析,即该方法不仅研究问题的现状,而且考虑与之相关的过去、未来和子系统、超系统等多方面状态。资源-时间-成本(RTC)算子法则是通过夸张的手法改变物体在资源、时间和成本等方面的参数,帮助我们想象各种可能,大大扩展思维,突破思维定势。金鱼法能够引导我们从理想境界出发,发现现实中存在的问题。另外TRIZ理论还包含了著名的物质-场分析法,它通过构建问题的物场模型,能够清晰表达出产品的构成,其相互作用及作用的性质,帮助我们快速、准确发现和确定要解决的问题,为后面有效地解决问题奠定基础。
  通过金鱼法的一个应用例子,让我们来了解一下TRIZ理论中创造性问题分析方法在解决现实问题中的应用。
  埃及神话中的魔法飞毯曾经引起我们无数遐想,那么我们不妨用TRIZ理论分析一下它。
  现实生活中虽然有毯子,但毯子都不会飞的,原因是由于地球引力。毯子具有重量,而毯子比空气重。那么在什么条件下毯子可以飞翔? 我们可以施加向上的力,或者让毯子的重量小于空气的重量,或者希望来自地球的重力不存在。如果我们分析一下毯子及其周围的环境,会发现这样一些可以利用的资源,如空气中的中微子流、空气流、地球磁场、地球重力场、阳光等,而毯子本身也包括其纤维材料,形状、质量等
。那么利用这些资源可以找到一些让毯子飞起来的办法,比如毯子的纤维与中微子相互作用可使毯子飞翔,在毯子上安装提供反向作用力的发动机,毯子在没有来自地球重力的宇宙空间,毯子由于下面的压力增加而悬在空中(气垫毯),利用磁悬浮原理,或者毯子比空气轻。这些办法有的比较现实,但有的仍然看似不可能。比如毯子即使很轻,但也比空气重,对这一点我们还可以继续分析。比如毯子之所以重是因为其材料比空气重,解决的办法就是采用比空气轻的材料制作毯子,或者毯子象空中的尘埃微粒一样大小等等。
  通过上面一个简单分析过程,我们会发现,神话传说中会飞的毯子逐渐走向现实,从中或许我们可以得到很多有趣甚至十分有用的创意。这个简单的应用展示了金鱼法的创造性问题分析原理:即它首先从幻想式构想中分离出现实部分,对于不现实部分,通过引入其它资源,一些想法由不现实变为现实,然后继续对不现实部分进行分析,直到全部变为现实。因此,通过这种反复迭代的办法,常常会给看似不可能的问题带来一种现实的解决方案。(待续)