研究智能制造的方法论

【中文条目】TRIZ发明方法论

【英文条目】TRIZ Inventive Methodology

【词条正解】前苏联发明家阿奇舒勒总结了技术系统（即产品）发展进化的方向、路径与规律，提出了符合客观规律、模型化的解决疑难复杂问题的发明方法论。简单地说，TRIZ是解决疑难复杂问题并由此而实现创新的理论。

创新有没有规律？发明是否有方法论？面向未来的先进制造，是否可以预测？

要回答这样的问题，需要回归人类认识地球、发明工具的规律。幸运的是，人类的思维活动，给我们观察和发现未来的时候，留下来一个神奇的天眼——这意味着，未来在当下的时空中，还是留下了“前置性”的蛛丝马迹。

1、TRIZ内容及发展

前苏联海军工程师、发明家根里奇·阿奇舒勒从1946年起开始了寻找高效发明方法的尝试。在历经十几年分析归纳了4万～5万份高水平的发明专利之后，他和他的学生们总结出了技术系统（即产品）发展进化的方向、路径与规律，提出了符合客观规律、模型化的解决疑难复杂问题的发明方法论——TRIZ（解决发明问题的理论）。

“解决发明问题的理论”俄文首字母缩写为“TРИЗ”，转换成拉丁字母，就有了专用词汇“TRIZ”。

在1988以前的TRIZ称为经典TRIZ，主要由阿奇舒勒本人带领其学生们创立完成。经典TRIZ解决发明问题的工具有：以40个发明措施为核心的矛盾矩阵表，以四种分离方法为核心的分离原理，以76个物场标准解为核心的标准解系统，以大约上百个科学效应为核心的实现30种功能的效应知识库查询系统，以解决非标准发明问题为核心的发明问题解决算法ARIZ，以8个进化法则为核心发展出来进化分析工具等。

可以说，阿奇舒勒以自己的一己之力，归纳了世界发明创新的规律。

而在1988以后，局面变得多姿多彩起来，阿奇舒勒的学生们各自开始百花齐放，创立完成发展出来的TRIZ，可以称为现代TRIZ。现代TRIZ在内容上有了很多发展，如40个发明措施被拓展为77个发明措施，其中8个进化法则被拓展为37个进化路径，有的咨询公司甚至宣称可以有细化的400多条进化路径，新增了诸如流进化等多个进化趋势等。

现代TRIZ还加入了新的分析工具，如属性分析、因果属性分析、功能属性分析、进化潜能分析等，补充了经典TRIZ分析工具较弱的问题。有些流派如USIT，则对TRIZ做了大刀阔斧的改进，统一了问题框架，增加了很多创新提示等。

不过USIT与TRIZ相比已经面目全非，主流TRIZ界并不认为它属于TRIZ。

自2012年起，中国著名的TRIZ研究者赵敏、张武城、王冠殊等专家，秉持“以功能为导向、以属性为核心”的指导思想，创立了U-TRIZ（即“统一TRIZ”）理论体系。他们汇集经典TRIZ、现代TRIZ和USIT等理论体系，提出了由对属性操作而定义功能的基本思想，提炼了物场分析、因果分析、功能分析、属性分析的模型共同点，发展出了统一的SAFC模型，把解决发明问题的模型类型和求解工具进行了较多的简化和改进，通过对物质属性或属性参数进行“变、增、减、测、稳”的五种操作，快捷地消除各种矛盾，优化和创新产品功能。

2、TRIZ解决问题的工具体系

在TRIZ解题的工具体系上，基本上分为问题分析、问题解决、方案验证与评价等几个阶段以及相应所使用的工具。

在经典TRIZ的解题工具体系中分析工具较简单，体系相对分散。如图1所示。

图1 经典TRIZ的解题工具体系

现代TRIZ的解题工具体系上有较多的发展与创新，尤其是补充了若干分析问题工具，如图2所示。

图2 现代TRIZ的解题工具体系

U-TRIZ解题流程考虑了解决问题的多种功能发生情况，多个分析工具属于并行选择，只择其一即可。因此整体上操作流程比较简明有效，解题效率明显提高。如图3所示。

图3 U-TRIZ的解题工具体系

3、TRIZ在产品研发中的应用

下面通过一个例子来说明在产品研发中如何应用U-TRIZ，思路与步骤参见图3。

案例：飞机舷窗遮光板的改进。

【问题陈述】在乘飞机的过程中，飞机舷窗的玻璃上有一个遮光板。其作用是遮挡外部光线。使用遮光板的方式是全部遮挡、部分遮挡或全部打开。乘客感觉遮光板不好操作，无法获得理想的通光量，现在希望对遮光板进行改进。下面我们按照前面图3给出的U-TRIZ流程来分析和解决这个问题。

【问题分析】遮光板属性（资源）分析：

遮光板要能遮档光线，尤其是在乘客休息时，避免眩光刺眼，舷窗要求关闭，遮挡率为100%（即透光率0%或某个较小的数值）。但是在起飞、降落和非休息时段，舷窗必须打开，遮挡率为0%（即透光率100%）。因此，聚焦在遮光板的功能上，是有属性的矛盾的，即有用、有害功能共存。另外，遮光板的重量要比较轻，比较薄，它与嵌套它的舷窗之间有足够的摩擦力（摩擦力>重力），使得它能随时停滞在任何一个位置。

遮光板矛盾分析：飞机舷窗的玻璃既要透光，以便于采光和乘客观景（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）。

最小问题区域：遮光板与舷窗的相互作用空间。

IFR：随意调光，通断自如。

【问题解决】由上一步问题分析过程得知舷窗的透光量（或遮挡率）是一个典型的物理矛盾。因此需要采用分离原理来解决问题。考虑到乘客希望能够较为随意地连续调节舷窗的透光量（或遮挡率），因此拟采用基于科学效应来实现分离。由于遮光板（与舷窗相互作用）的功能是“改变·透光性”，因此我们以“改变·透光性”的方式来检索效应知识库，查到“电致变色”是一个可以“改变·透光性”的科学效应。

波音787飞机的舷窗玻璃采用了“电致变色”物理效应的高科技液晶玻璃，在结构上去掉了遮光板，乘客可以用一个旋钮随意连续调节舷窗玻璃的透光性，真正做到通断自如。如图4所示。

图4 调光玻璃按照需要调节舷窗透光性

4、TRIZ是研究智能制造的方法论

除了用TRIZ解决在产品全生命周期中所遇到的技术与管理难题之外，作为一种研究问题的方法论，在研究诸如工业4.0的发展趋势、CPS（赛博物理系统）的过程中，也起到了重要的启示与引导作用。

CPS由TRIZ所定义的技术系统中的“控制装置”子系统演变而来。任何一个产品，都可以看作是技术系统。而逐步提高技术系统的精确控制功能，是设备改进的大方向。控制装置从最初的机械控制装置开始进化，按照TRIZ所描述的进化路径，走过了一条“机械控→机电控→数控→软控→云控”的技术发展路径。

图5 CPS由技术系统的控制装置演变而来

在嵌入式系统的支持下，人脑中的知识和算法嵌入了软件，软件嵌入了芯片，芯片嵌入了物理设备，由此而形成了CPS。

笔者认为，之所以不断出现各种工业革命新浪潮，是因为技术革命导致新的生产工具出现，即技术系统发生了革命性的变化，新的工具快速扩散到了其它领域，使生产力得到了快速发展，生产关系发生了不可逆转的改变。

由此可见，工业革命的孕育与发端，首先是从技术系统的变革开始的。而TRIZ正是这样看见未来的神奇之眼，可以说，当下的智能制造的发展路径，也正在走在TRIZ所预测的道路上。