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神奇的創新理論——TRIZ

時間:2011-02-26 19:31:08 來源:

工程技術CAE有限元創新

  中航一集團沈陽飛機設計研究所的一項創新就是一個典型的例子。2002年,研究所領導讓一位剛剛畢業的大學生獨立設計改進一個儀表板,使之既不能擋飛行員的視線,又要有足夠大的空間安裝儀表。他苦思冥想,不知從何著手。通過北京億維訊集團公司提供的TRIZ培訓課程,他查詢了TRIZ理論的阿奇舒勒矛盾矩陣和巧妙應用TRIZ理論中解決物理矛盾的時間分離原理和基于條件的分離原理,比較好地解決了既要“體積增大”又要“體積減小”的尖銳矛盾,對儀表板進行了設計改進。
  2005-2006年,中船重工的研究所利用億維訊公司的Pro/Innovator軟件,為聲學釋放器、信號檢測、魚雷設計、高溫超導等問題的解決提供了很好的思路。
  天津大學機械工程學院在開設創新課程后,經過計算機輔助創新軟件和理論培訓的3名工業設計專業大學生,運用CBT/NOVA中提供的TRIZ理論創新原理和技術系統進化法則等工具,在2004年全國大學生第三屆“創新杯”設計大賽中,解決了實際設計過程中遇到的難題,設計出“城市烏篷”方案,以其造型新 穎、結構富有創新性一舉奪得設計大獎并獲得了專家的高度評價。通過40個學時的培訓,還有20余名大學生在校期間就申請了專利。
  北方工業大學通過運用CBT/NOVA中提供的TRIZ理論創新原理和技術系統進化法則等工具,借助Pro/Innovator軟件,在創新大賽中解決了網球拾球器的概念設計難題,并獲得了獎項。
  TRIZ理論的主要內容
  TRIZ理論主要由以下幾部分構成:
  1.創新思維方法與問題分析方法
  TRIZ理論中提供了如何系統分析問題的科學方法,如多屏幕法等。對于復雜問題的分析,它包含了科學的問題分析建模方法蜒物場分析法,它可以幫助快速確認核心問題,發現根本矛盾所在。
  2.技術系統進化法則
  針對技術系統進化演變規律,在大量專利分析基礎上,TRIZ理論總結提煉出八個基本進化法則。利用這些進化法則,可以分析確認當前產品的技術狀態,并預測未來發展趨勢,開發富有競爭力的新產品。
  3.工程矛盾解決原理
  不同的發明創造往往遵循共同的規律。TRIZ理論將這些共同的規律歸納成40個發明原理與11個分離原理,39個工程技術特性,物理學、化學、幾何學等工程學原理知識庫等等,針對具體的矛盾,可以基于這些創新原理尋求具體解決方案。
  4.發明問題標準解法
  針對具體問題物場模型的不同特征,分別對應標準的模型處理方法,包括模型的修整、轉換、物質與場的添加等等。
  5.發明問題解決算法ARIZ
  主要針對問題情境復雜、矛盾及其相關部件不明確的技術系統。它是一個對初始問題進行一系列變形及再定義等非計算性的邏輯過程,實現對問題的逐步深入分析,問題轉化,直到問題解決。
  下面,將選擇其中的幾個部分簡要介紹一下。
  TRIZ理論中的創新思維方法與問題分析方法
  對問題本質有深入準確的認識是創新性解決問題的前提。對于復雜的問題,只有屏除干擾因素,發現問題的根本所在,才可能更有效地解決問題。但人們在解決實際問題過程中,總是受到思維定勢等因素的束縛,需要一些科學的方法幫助我們全面系統地了解問題情境。
  著名的發明創造理論TRIZ理論包含了許多系統、科學而又富有可操作性的創造性思維方法和發明問題分析方法,如多屏幕法,資源-時間-成本(RTC)算子法,小人法,金魚法等等。多屏幕法能夠幫助我們從結構、時間以及因果關系等多維度對問題進行全面、系統分析,即該方法不僅研究問題的現狀,而且考慮與之相關的過去、未來和子系統、超系統等多方面狀態。資源-時間-成本(RTC)算子法則是通過夸張的手法改變物體在資源、時間和成本等方面的參數,幫助我們想象各種可能,大大擴展思維,突破思維定勢。金魚法能夠引導我們從理想境界出發,發現現實中存在的問題。另外TRIZ理論還包含了著名的物質-場分析法,它通過構建問題的物場模型,能夠清晰表達出產品的構成,其相互作用及作用的性質,幫助我們快速、準確發現和確定要解決的問題,為后面有效地解決問題奠定基礎。
  通過金魚法的一個應用例子,讓我們來了解一下TRIZ理論中創造性問題分析方法在解決現實問題中的應用。
  埃及神話中的魔法飛毯曾經引起我們無數遐想,那么我們不妨用TRIZ理論分析一下它。
  現實生活中雖然有毯子,但毯子都不會飛的,原因是由于地球引力。毯子具有重量,而毯子比空氣重。那么在什么條件下毯子可以飛翔? 我們可以施加向上的力,或者讓毯子的重量小于空氣的重量,或者希望來自地球的重力不存在。如果我們分析一下毯子及其周圍的環境,會發現這樣一些可以利用的資源,如空氣中的中微子流、空氣流、地球磁場、地球重力場、陽光等,而毯子本身也包括其纖維材料,形狀、質量等
。那么利用這些資源可以找到一些讓毯子飛起來的辦法,比如毯子的纖維與中微子相互作用可使毯子飛翔,在毯子上安裝提供反向作用力的發動機,毯子在沒有來自地球重力的宇宙空間,毯子由于下面的壓力增加而懸在空中(氣墊毯),利用磁懸浮原理,或者毯子比空氣輕。這些辦法有的比較現實,但有的仍然看似不可能。比如毯子即使很輕,但也比空氣重,對這一點我們還可以繼續分析。比如毯子之所以重是因為其材料比空氣重,解決的辦法就是采用比空氣輕的材料制作毯子,或者毯子象空中的塵埃微粒一樣大小等等。
  通過上面一個簡單分析過程,我們會發現,神話傳說中會飛的毯子逐漸走向現實,從中或許我們可以得到很多有趣甚至十分有用的創意。這個簡單的應用展示了金魚法的創造性問題分析原理:即它首先從幻想式構想中分離出現實部分,對于不現實部分,通過引入其它資源,一些想法由不現實變為現實,然后繼續對不現實部分進行分析,直到全部變為現實。因此,通過這種反復迭代的辦法,常常會給看似不可能的問題帶來一種現實的解決方案。(待續)