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Innovation Method

创新从最通俗的意义上讲就是创造性地发现问题和创造性地解决问题的过程,TRIZ理论的强大作用正在于它为人们创造性地发现问题和解决问题提供了系统的理论和方法工具。TRIZ的含义是发明问题解决理论,,其拼写是由“发明问题的解决理论”(Theory of Inventive Problem Solving)俄语含义的单词TRIZ是俄文теории решения изобретательских задач 的英文音译Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch的缩写,其英文全称是Theory of the Solution of Inventive Problems(发明问题解决理论)。在欧美国家也可缩写为TIPS。TRIZ理论是由前苏联发明家阿利赫舒列尔(G. S. Altshuller)在1946年创立的, Altshuller也被尊称为TRIZ之父。

所谓的检核表法:是根据需要研究的对象之特点列出有关问题,形成检核表(有无其他用途、能否借用、能否改变、能否扩大、能否缩小、能否代用、能否重新调整、能否颠倒、能否组合)。然后一个一个的来核对讨论。从而发掘出解决问题的大量设想。它引导人们根据检核项目的一条条思路来求解问题,以利求比较周密的思考。

所谓“和田12 法”,就是根据12 个动词(加、减、扩、缩、变、改、联、学、代、搬、反、定)提供的方向去设问,进而开发创造性思维的方法。和田12 法又称和田12 动词法、和田创新12 法、和田创新法则等。它是我国创造学研究者根据在上海和田路小学进行创造力开发工作的实践总结出来的创造技法,包括和田路小学师生在内的许多人集体劳动的成果。

TRIZ理论

当人们进行发明创造、解决技术难题时,是否有可遵循的科学方法和法则,从而能迅速地实现新的发明创造或解决技术难题呢?答案是肯定的!Altshuller发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样,都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡,是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律,就能能动地进行产品设计并能预测产品的未来趋势。

阿利赫舒列尔和他的TRIZ研究机构50多年来提出了TRIZ系列的多种工具,如冲突矩阵、76标准解答、ARIZ、AFD、物质–场分析、ISQ、 DE、8种演化类型、科学效应等,常用的有基于宏观的矛盾矩阵法(冲突矩阵法)和基于微观的物场变换法。事实上TRIZ针对输入输出的关系(效应)、冲突和技术进化都有比较完善的理论。

  矛盾(冲突)普遍存在于各种产品的设计之中。按传统设计中的折衷法,冲突并没有彻底解决,而是在冲突双方取得折衷方案,或称降低冲突的程度。TRIZ理论认为,产品创新的标志是解决或移走设计中的冲突,而产生新的有竞争力的解。设计人员在设计过程中不断的发现并解决冲突是推动产品进化的动力。

  技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果,也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个系统或子系统变坏。技术冲突常表现为一个系统中两个子系统之间的冲突。

  现实中的冲突是千差万别的,如果不加以归纳则无法建立稳定的解决途径。TRIZ理论归纳出39个通用工程参数描述冲突(目前最新的理论,已经将工程参数扩充到48个,并且提出了商用参数共31个)。实际应用中,首先要把组成冲突的双方内部性能用该39个工程参数中的至少2个来表示,然后在冲突矩阵中找出解决冲突的发明原理。

  TRIZ中的发明原理是由专门研究人员对不同领域的已有创新成果进行分析、总结,得到的具有普遍意义的经验,这些经验对指导各领域的创新都有重要参考价值。目前常用的发明原理有40条,实践证明这些原理对于指导设计人员的发明创造具有重要的作用。当找到确定的发明原理以后,就可以根据这些发明原理来考虑具体的解决方案。应当注意尽可能将找到的原理都用到问题的解决中去,不要拒绝采用任何推荐的原理。假如所有可能的原理都不满足要求,则应该对冲突重新定义并再次求解。

通过下面一个金鱼法的简单应用,让我们来了解一下TRIZ理论中创造性问题分析方法在现实问题解决中的应用。

  埃及神话故事中会飞的魔毯曾经引起我们无数遐想,那么现在我们不妨一步步分析一下这个会飞的魔毯。

  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。

TRIZ理论核心思想和基本特征

现代TRIZ理论的核心思想主要体现在三个方面。

  首先,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。

  其次,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。

  再就是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。

TRIZ解决问题的过程

发明问题解决理论的核心是技术进化原理。按这一原理,技术系统一直处于进化之中,解决冲突是其进化的推动力。进化速度随技术系统一般冲突的解决而降低,使其产生突变的唯一方法是解决阻碍其进化的深层次冲突。

  G.S. Altshuller依据世界上著名的发明,研究了消除冲突的方法,他提出了消除冲突的发明原理,建立了消除冲突的基于知识的逻辑方法,这些方法包括发明 原理(Inventive Principles)、发明问题解决算法(ARIZ,Algorithm for Inventive Problem Solving)及标准解(TRIZ Standard Techniques)。

  在利用TRIZ解决问题的过程中,设计者首先将待设计的产品表达成为TRIZ问题,然后利用TRIZ中的工具,如发明原理、标准解等,求出该TRIZ问题的普适解或称模拟解(Analogous solution);最后设计者在把该解转化为领域的解或特解。

物质—场分析标准解
  Altshuller对发明问题解决理论的贡献之一是提出了功能的物质—场(Substance-field)描述方法与模型。其原理为,所有的功能都可分解为两种物质及一种场,即一种功能由两种物质及一种场的三元件组成。产品是功能的一种实现,因此,可用物质—场分析产品的功能,这种分析方法是TRIZ的工具之一。

  依据该模型,Altshuller等提出了76种标准解,并分为如下5类:

  (1)不改变或仅少量改变已有系统:13种标准解;
  (2)改变已有系统:23种标准解;
  (3)系统传递:6种标准解;
  (4)检查与测量:17种标准解;
  (5)简化与改善策略:17种标准解。

  由已有系统的特定问题,将标准解变为特定解即为新概念。

TRIZ理论主要内容

现代TRIZ理论体系主要包括以下几个方面的内容:

  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;而对于复杂问题的分析,则包含了科学的问题分析建模方法——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,在大量专利分析的基础上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. 技术矛盾解决原理

  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个创新原理,针对具体的技术矛盾,可以基于这些创新原理、结合工程实际寻求具体的解决方案。

  4. 创新问题标准解法

  针对具体问题的物-场模型的不同特征,分别对应有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,直至问题的解决。

  6. 基于物理、化学、几何学等工程学原理而构建的知识库

  基于物理、化学、几何学等领域的数百万项发明专利的分析结果而构建的知识库可以为技术创新提供丰富的方案来源。

TRIZ理论的创新设计问题解决工具

阿利赫舒列尔和他的TRIZ研究机构50多年来提出了TRIZ系列的多种工具,如冲突矩阵、76标准解答、ARIZ、AFD、物质–场分析、ISQ、 DE、8种演化类型、科学效应、40个创新原理,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,常用的有基于宏观的矛盾矩阵法(冲突矩阵法)和基于微观的物场变换法。事实上TRIZ针对输入输出的关系(效应)、冲突和技术进化都有比较完善的理论。这些工具为创新理论软件化提供了基础,从而为TRIZ的实际应用提供了条件。

40种基本措施

Alshuler等提出的40条发明创造原理是TRIZ理论的核心,其内容如下表所示:

序号 名称 序号 名称 序号 名称 序号 名称
1 分割 11 预补偿 21 跃过 31 多孔材料
2 分离 12 等势性 22 变有害为有益 32 改变颜色
3 局部性质 13 相反 23 反馈 33 同质性
4 不对称 14 曲面化 24 中介物 34 抛弃与修复
5 联合 15 动态 25 自我服务 35 参数变化
6 多功能 16 未达到或超过的作用 26 复制 36 状态变化
7 套装 17 维数变化 27 低成本、不耐用的物体
代替昂贵、耐用的物体 37 热膨胀
8 质量补偿 18 机械振动 28 机械系统的替代 38 强氧化
9 预加反作用 19 周期性作用 29 气动与液压结构 39 惰性介质
10 预先作用 20 连续有效作用 30 柔性壳体或薄膜 40 复合材料

1.分割原则

a.将物体分成独立的部分。
b.使物体成为可拆卸的。
c.增加物体的分割程度。
  例:货船分成同型的几个部分,必要时,可将船加长些或变短些.

2.拆出原则

  从物体中拆出”干扰’部分(“干扰”特性)或者相反,分出唯一需要的部分或需要的特性。

  与上述把物体分成几个相同部分的技法相反,这里是要把物体分成几个不同的部分.

  例,一般小游艇的照明和其他用电是艇上发动机带动发电机供给的.为了停泊时能继续供电,要安装一个由内燃机传动的辅助发电机.发动机必然造成噪音和振动。建议将发动,机和发电机分置于距游艇不远的两个容器里,用电缆连接.

3.局部性质原则

a.从物体或外部介质(外部作用)的一致结构过渡到不一致结构。
b.物体的不同部分应当具有不同的功能
c.物体的每一部分均应具备最适于它工作的条件。
  例:为了防治矿山坑道里的粉尘,向工具(钻机和料车的工作机构)呈锥体状喷洒小水珠。水珠愈小,除尘效果愈好.但小水珠容易形成雾,这使工作困难.解决办法:环绕小水珠锥体外层再造成一层大水珠。

4.不对称原则

a.物体的对称形式转为不对称形式。
b.如果物体不是对称的,则加强它的不对称程度,
  例:防撞汽车轮胎具有一个高强度的侧缘,以抵抗人行道路缘石的碰撞。

5.联合原则

a.把相同的物体或完成类似操作的物体联合起来,
b.把时间上相同或类似的操作联合起来.
  例:双联显微镜组;由一个人操作,另一个人观察和记录。

6.多功能原则

  一个物体执行多种不同功能,因而不需要其他物体。

  例:提包的提手可同时作为拉力器(苏联发明证书187964)。

7.‘玛特廖什卡’原则

a.一个物体位于另一物体之内,而后者又位于第三个物体之内,等等。
b.一个物体通过另一个物体的空腔。
  例:”弹性振动超声精选机是由两个互相夹紧的半波片构成。其特征是,为了减小精选机的长度和增大它的稳定性,两个半波片制成相互套在一起的空锥体(苏联发 明证书~186781)。在苏联发明证书0462315中,也采用该解决方案来缩小变压器压电元件输出部分的外形尺寸。在苏联发明证书~304027中, 金属拉制设备的”玩偶”是由拉摸组成.

8.反重量原则

a.将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消其重量。
b.将物体与介质(最好是气动力和液动力)相互作用以抵消其重量。
  例:”调节转子风力机转数的制动式离心调节器安在转子垂直轴上。其特征是:为了在风力增大时把转子转速控制在小的转数范围内,调节器离心片做成叶片状,以保证气动制动” (苏联发明证书167784)。

  有趣的是,在发明公式申明显地反映了发明所克服的矛盾.在给定的风力和给定的离心片质量的条件下,获得了一定的转数√为了减少转数(当风力增大时),必须 增大离心片质量;但离心片在旋转,很难靠近它。于是矛盾这样消除,使离心片具有形成气功制动的形状,即把离心片制成具有负迎角的翼状。

  总的设想显面易见:如果需要改变转动物体的质量,而其质量又不能按照一定的要求改变,那么应使该物体成为翼状的,改变翼片运动方向的倾斜角度,便可获得需要方向的附加力。

9.预先反作用原则

  如果按课题条件必须完成某种作用,则应提前完成反作用。

  例:杯形车刀车削方法是:在车削过程中车刀绕自己的几何轴转动。其特征是为了防止产生振动,应预先向杯形车刀施加负荷力,此力应与切削过程中产生的力大小相近,方向相反” (苏联发明证书~536866)

10.预先作用原则

a.预先完成要求的作用(整个的或部分的)
b.预先将物体安放妥当,使它们能在现场和最方便地点立即完成所需要的作用。

11”予先放枕头”原则

  以事先准备好的应急手段补偿物体的底可靠性。

  例:”用等离子束加工无机材料如光纤。其特征是:为提高机械强度,预先往无机材料上涂敷碱金属或碱土金属的溶液或熔融体” (苏联发明证书522150)。还有人事先涂敷可使小裂缝愈合的物质。按苏联发明证书456594的办法,树枝在锯掉之前套上一个紧箍环,树木感该处有” 病”,于是向那里输送营养物质和治疗物质。这样,在树枝被锯之前这些物质便积聚起来,锯后锯口会迅速愈合。

12.等势原则

  改变工作条件,使物体土升或下降.

  例:有一种装置不必使沉重的压模升降;这种装置是在压床上安装了带有输送轨道的附件(苏联发明证书264679).

13、”相反”原则

a、不实现课题条件规定的作用而实现相反的作用.
b、使物体或外部介质的活动部分成为不动的,而使不动的成为可动的.
c.将物体颠倒.
  例:在研究课题9(关于消除灰尘的过滤器)时,我们介绍了苏联发明证书156133,过滤器用两块磁铁制成,在磁铁之间是铁磁粉末。7年之后又有了苏联发 明证书319325.它的过滤器是相反的:对液体或气体进行机械清洗的电磁过滤器,它包括有磁场源和颗粒状磁性材料制的过滤元件,其特征是,为降低单位耗 电量和提高生产率,过滤元件放在磁场源的周围,以形成外部闭式磁路。

14.球形原则

a.从直线部分过渡到曲线部分,从平面过渡到球面,从正六面体或平行六面体过渡到球形结构,
b.利用棍子、球体、螺旋。
c.从直线运动过浑到旋转运动,利用离心力。
  例:把管子焊入管栅的装置具有滚动球形电极。

15.动态原则.

a、物体(或外部介质)的特性的变化应当在每一工作阶段都是最佳的。
b.将物体分成彼此相对移动的几个部分。
c.使不动的物体成为动的.
  例:”用带状电焊条进行自动电弧焊的方法,其特征是,为了能大范围地调节焊池的形状和尺寸,把电焊条沿着母线弯曲,使其在焊接过程中成曲线形状” (苏联发明证书258490)。

16.局部作用或过量作用原则

  如果难于取得百分之百所要求的功效,则应当取得略小或略大的功效。此时可能把课题大大简化。

17.向另一维度过渡的原则

a.如果物体作线性运动(或分布)有困难,则使物体在二维度(即平面)上移动。相应地,在一个平面上的运动(或分布)可以过渡到三维空间。
b.利用多层结构替代单层结构。
c.将物体倾斜或侧置.
d.利用指定面的反面.
e.利用投向相邻面或反面的光流。
  技法17a可以同技法7和15b联合,形成一个代表技术系统总发展趋势的链:从点到线,然后到面,到体,最后到许多个物体的共存.

  例: “越冬圆木在圆形停泊场水中存放,其特征是,为了增大停泊场的单位容积,和减小受冻木材的体积,将圆木扎成捆,其横截面的宽和高超过圆木的长度,然后立着放”(苏联发明证书~2236318)。

18.机械振动原则

a、使物体振动。
b、如果巳在振动,则提高它的振动频率(达到超声波频率)
c.利用共振频率。
d.用压电振动器替代机械振动器。
e.利用超声波振动同电磁场配合.
  例:”无锯末断开木材的方法,其特征是,为减少工具进入木材的力,使用脉冲频率与被断开木材的固有振动频率相近的工具”(苏联发明证书~307986).

19.周期作用原则

a.从连续作用过渡到周期作用(脉冲).
b.如果作用已经是周期的,则改变周期性。
c.利用脉冲的间歇完成其他作用。
  例:用热循环自动控制薄零件的触点焊接方法是基于测量温差电动势的原理。其特征是,为提高控制的准确度,用高频率脉冲焊接时,在焊接电流脉冲的间隔测量温差电动势(苏联发明证书9336120)。

20.连续有益作用原则

a.连续工作(物体的所有部分均应一直满负荷工作)。
b.消除空转和间歇运转。
  例:加工两个相交的圆柱形的孔如加工轴承分离环的槽的方法,其特征是,为提高加工效率,使用在工具的正反行程均可切削的钻头(扩孔器)’(苏联发明证书M262582)。

21.跃过原则

  高速跃过某过程或其个别阶段(如有害的或危险的)。

  例:”产胶合板时用烘烤法加工木材,其特征是,为保持木材的本性,在生产胶合板的过程中直接用300~600•C 的燃气火焰短时作用于烘烤木材”苏联发明证书338371)。

22.变害为利原则

a.利用有害因素(特别是介质的有害作用)获得有益的效果。
b.通过有害因素与另外几个有害因素的组合来消除有害因素。
c.将有害因素加强到不再是有害的程度.
  例:”恢复冻结材料的颗粒状的方法,其特征是,为加速恢复材料的颗粒和降低劳动强度,使冻结的材料经受超低温作用” (苏联发明证书N~409938)

23、反向联系原则

a.进行反向联系。
b.如果已有反向联系,则改变它。
  例:”自动调节硫化物沸腾层焙烧温度规范的方法是随温度变化改变所加材料的流量,其特征是,为提高控制指定温度值的动态精度,随废气中碥含量的变化而改变材料的供给量”(苏联发明证书302382)。

24.”中介”原则

a.利用可以迁移或有传送作用的中间物体
b.把另一个(易分开的)物体暂时附加给某一物体。
  例:”校准在稠密介质由测量动态张力仪器的方法是在静态条件下装入介质样品及置入样品中的仪器。其特征是,为提高校准精度,应利用一个柔软的中介元件把样品及其中的仪器装入” (苏联发明证书354135).

25.自我服务原则

a、物体应当为自我服务,完成辅助和修理工作.
b.利用废料(能的和物质的).
  例,一般都是利用专门装置供给电焊枪中的电焊条.建议利用电焊电流工作的螺旋管供给电焊条。

26.复制原则

a.用简单而便宜的复制品代替难以得到的、复杂的、昂贵的、不方便的或易损坏的物体.
b.用光学拷贝(图像)代替物体或物体系统。此时要改变比例(放大或缩小复制品).
c.如果利用可见光的复制品,则转为红外线的或紫外线的复制。
  例:”大地测量学直观教具是一个平面艺术全景。其特征是:为进行地形图像全景测量摄影,教具按视距摄影数据制成,并声地形的有代表性的各点上配备缩微视距尺” (苏 联发明证书~86560)

27.用廉价的不持久性代替昂贵的持久性原则

  用一组廉价物体代替一个昂贵物体,放弃某些品质(如持久性).

  例:一次性的捕鼠器是一个带诱饵的塑料管;老鼠通过圆锥形孔进入捕鼠器,孔壁是可伸直的,老鼠只能进,不能出.

28.代替力学原理原则

a.用光学,声学、 ‘味学”等设计原理代替力学设计原理。
b.用电场.磁场和电磁场同物体相互作用。
c、由恒定场转向不定场,由时间固定的场转向时间变化的场,由无结构的场转向有一定结构的场。
d.利用铁磁颗粒组成的场.
  例:”在热塑材料上涂金属层的方法是将热塑材料同加热到超过它的熔点的金属粉末接触,其特征是,为提高涂层与基底的结合强度及密实性,在电磁场中进行此过程”(苏联发明证书445712).

29.利用气动和液:压结构的原则

  用气体结构和液体结构代替物体的固体的部分,如充气和充液的结构,气枕,静液的和液体反冲的结构.

  例:为使船的推进器轴同螺杆套连接,’在轴内作一槽,槽内放一弹性空容器(窄”气袋”).如果此容器充进压缩空气,则胀大并将螺杆套挤到推进器轴上(苏联 发明证书313741).一般在这种情况下利用金属连接元件,但同‘气袋’连接比较简易,因为不需要精磨相接平面。此外,这种连接可以消除冲击负荷。此项 发明伺后来发表的苏联发明证书~4456.11此较,颇为有趣。该项发明是:运输易碎制品(如排水管)的集装箱里面有一个充气囊,使制品在运输中相互靠紧 不致撞坏。技术领域虽然不同,但课题和解决方法是绝对相同的。在苏联发明证书249583中,起重机抓斗利用充气元件工作,在苏联发明证书409875 中,在锯木装置中利用气囊夹持易碎制品。这类发明极多.看来是停止授与此种建议的专利的时候了.但是,设计教材中规定一个简单原则:如果需要短时间使一种 物体与另一种物体紧紧靠住,则应用”气袋”法.当然,这并不意味着,技法29将不再是发明创造的技法了.

  “气袋”使一个制品紧靠另一个制品,这是典型的物场系统.在该物场系统中,”袋”起着机械场的作用。按照物场系统发展的一般规则,该场必然会过渡到铁磁场 系统.这种过渡确实发生了:在苏联发明证书~534351中提议在”气袋”中加入铁磁粉末,利用磁场使物体挤靠紧。

30.利用软壳和薄膜原则

a.利用软壳和薄膜代替一般的结构。
b.用软壳和薄膜使物体同外部介质隔离。
  例:”充气混凝土制品的成型方法是在模型里浇注原料,然后在模中静置成型。其特征是,为提高膨胀程度,在浇注模型里的原料上罩以不透气薄膜” (苏联发明证书339406)。

31.利用多孔材料原则

a.把物体作成多孔的或利用附加多孔元件(镶嵌,覆盖,等等).
b.如果物体是多孔的,事先用某种物质填充空孔。
  例, “电机蒸发冷却系统的特征是,为了消除给电机输送冷却剂的麻烦,活动部分和个别绪构元件由多孔材料制成,例如渗入了液体冷却剂的多孔粉末钢,在机器工作时冷却剂蒸发,因而保证了短时、有力和均匀的冷却”(苏联发明证书187135).

32.改变颜色原则

a.改变物体或外部介质的颜色.
b.改变物体或外部介质的透明度.
c,为了观察难以看到的物体或过程,利用染色添加剂.
d.如果已采用了这种添加剂,则采用荧光粉.
  例;美国专利3425412:透明绷带不必取掉便可观察伤情。

33.一致原则

  同指定物体相互作用的物体应当用同一(或性质相近的)材料制成.

  例:”获得固定铸模的方法是用铸造法按芯模标准件形成踌模的工作腔。其特征是,为了补偿在此铸模中成型的制品的收缩,芯模和铸模用与制品相向的材料制造”(苏联发明证书456679).

34.部分剔除和再生原则

a.已完成自己的使命或已无用的物体部分应当剔除(溶解.蒸发等)或在工作过程中直接变化.
b.消除的部分应当在工作过程中直接再生.
  例:”检查焊接过程的高压区的方法是向高温区加入光导探头。其特征是,为改善在电弧焊和电火花焊接过程中检查高温区的可能性,利用可熔化的探头.它以不低于自己熔化速度的速度被不断地送人检查的高温区”(苏联发明;证书N433397).

35.改变物体聚合态原则

  这里包括的不仅是简单的过渡,例如从固态过渡到液态,还有向”假态”(假液态)和中间状态的过渡,例如采用弹性固体.

  例:联邦德国专利1291210::降落跑道的减速地段建成”浴盆”形式,里面充满粘性液体,上面再铺上厚厚一层弹性物质。

36.相变原则

  利用相变时发生的现象,例如体积改变,放热或吸热,

  例:”密封横截面形状各异的管道和管口的塞头,其特征是,为了规格统一和简化结构,塞头制成杯状,里面装有底熔点合金。合金凝固时膨胀,从而保证了结合处的密封性” (苏联发明证书319806)。

37.利用热膨胀原则

a.利用材料的热膨胀(或热收缩).
b.利用一些热膨胀系数不同的材料。
  例:苏联发明证书~463423:温室盖用铰链连接的空心管制造,管中装有易膨胀液体。温度变化时,管子重心改变,目此管子自动升起和降落。这是课题30的答案。当然,还可以利用双金属薄板固定在温室盖上。

38.利用强氧化剂原则

a.用富氧空气代替普通空气.
b.用氧气替换富氧空气。
c.用电离辐射作用于空气或氧气。
d. 用臭氧化了的氧气.
e. 用臭氧替换臭氧化的(或电离的)氧气,
  例:”利用在氧化剂媒介中化学输气反应法制取铁箔。其特征是,为了增强氧化和增大镜箔的均一性,该过程在臭氧媒质中进行” (苏联发明证书261859)。

39.采用惰性介质原则

a、用惰性介质代替普通介质。
vb.在真空中进行某过程。
  该技法与上述技法正好相反。 例:”预防棉花在仓库中燃烧的方法,其特征是,为提高棉花贮存的可靠性,在向贮存地点运输的过程中用惰性气体处理棉花” (苏联发明证书270170)。

40.利用混合材料原则

  由同种材料转为混合材料.

  例:”在热处理时,为保证规定的冷却速度,采用介质做金属冷却剂,其特征是,冷却剂由气体在液体中的悬浮体构成 (苏联发明证书187060)

TRIZ理论的特点和优势

  相对于传统的创新方法,比如试错法,头脑风暴法等,TRIZ理论具有鲜明的特点和优势。它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理,着力于澄清和强调系统中 存在的矛盾,而不是逃避矛盾,其目标是完全解决矛盾,获得最终的理想解,而不是采取折衷或者妥协的做法,而且它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开 发过程,而不再是随机的行为。实践证明,运用TRIZ理论,可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。它能够帮助我们系统的分析问题情 境,快速发现问题本质或者矛盾,它能够准确确定问题探索方向,不会错过各种可能,而且它能够帮助我们突破思维障碍,打破思维定势,以新的视觉分析问题,进 行逻辑性和非逻辑性的系统思维,还能根据技术进化规律预测未来发展趋势,帮助我们开发富有竞争力的新产品。

奥斯本检核表法

一、检核表法概述

1.检核表
检核表即“检查一览表”或“检查明细表”。检核表的作用是为对照检查提供依据,还可以起到启发思路的作用。

2.检核表法
亚历克斯·奥斯本是美国创新技法和创新过程之父。 1941年出版《思考的方法》提出了世界第一个创新发明技法“智力激励法”。1941年出版世界上的第一部创新学专著《创造性想象》,提出了奥斯本检核表法,此书的销量4亿册超过《圣经》。
奥斯本检核表法是指以该技法的发明者奥斯本命名、引导主体在创造过程中对照9个方面的问题进行思考,以便启迪思路、开拓思维想象的空间、促进人们产生新设想、新方案的方法。

检核表法有利于提高发现创新的成功率:创新发明最大敌人是思维的惰性。大部分人思维总是自觉和不自觉沿着长期形成的思维模式来看待事物,对问题不敏感,即使看出了事物的缺陷和毛病,也懒于去进一步思索不爱动脑筋,不进行积极的思维,因而难以有所创新。因为检核表法的设计特点之一是多向思维,用多条提示引导你去发散思考。如奥斯本创造的检核表法中有九个问题,就好像有九个人从九个角度帮助你思考。你可以把九个思考点都试一试,也可以从中挑选一、两条集中精力深思。检核表法使人们突破了不愿提问或不善提问的心理障碍,在进行逐项检核时,强迫人们思维扩展,突破旧的思维框架,开拓了创新的思路,有利于提高了发现创新的成功率。

二、奥斯本检核表法的实施过程
运用奥斯本检核表法进行创新活动的实施步骤是:
(1)根据创新对象明确需要解决的问题;
(2)根据需要解决的问题,参照表中列出的问题,运用丰富想象力,强制性地一个个核对讨论,写出新设想。
(3)对新设想进行筛选,将最有价值和创新性的设想筛选出来。

检核表法的实施过程就注意:
(1)要联系实际一条一条地进行核检,不要有遗漏。
(2)要多核检几遍,效果会更好,或许会更准确地选择出所需创新、发明的方面。
(3)在检核每项内容时,要尽可能的发挥自己的想象力和联想力,产生更多的创造性设想。进行检索思考时,可以将每大类问题作为一种单独的创新方法来运用。
(4)核检方式可根据需要,一人核检也可以,三至八人共同核检也可以。集体核检可以互相激励,产生头脑风暴,更有希望创新。

奥斯本的检核表法
检核项目
含 义

1能否他用

现有的事物有无其它的用途、保持不变能否扩大用途;稍加改变有无其他用途。

人们从事创造活动时,往往沿这样两条途径:一种是当某个目标确定后,沿着从目标到方法的途径,根据目标找出达到目标的方法;另一种则与此相反,首先发现一种事实,然后想象这一事实能起什么作用,即从方法入手将思维引向目标。后一种方法是人们最常用的,而且随着科学技术的发展,这种方法将越来越广泛地得到应用。
某个东西,“还能有其他什么用途?”、“还能用其他什么方法使用它?”……这能使我们的想象活跃起来。当我们拥有某种材料,为扩大它的用途,打开它的市场,就必须善于进行这种思考。德国有人想出了300种利用花生的实用方法,仅仅用于烹调,他就想出了100多种方法。橡胶有什么用处?有家公司提出了成千上万种设想,如用它制成:床毯、浴盆、人行道边饰、衣夹、鸟笼、门扶手、棺材、墓碑等等。炉渣有什么用处?废料有什么用处?边角料有什么用处?……当人们将自己的想象投入这条广阔的“高速公路”上就会以丰富的想象力产生出更多的好设想。

2能否借用

能否引入其它的创造性设想;能否模仿别的东西;能否从其他领域、产品、方案中引入新的元素、材料、造型、原理、工艺、思路

当伦琴发现“X光”时,并没有预见到这种射线的任何用途。因而当他发现这项发现具有广泛用途时,他感到吃惊。通过联想借鉴,现在人们不仅已用“X光”来治疗疾病,外科医生还用它来观察人体的内部情况。同样,电灯在开始时只用来照明,后来,改进了光线的波长,发明了紫外线灯、红外线加热灯、灭菌灯等等。科学技术的重大进步不仅表现在某些科学技术难题的突破上,也表现在科学技术成果的推广应用上。一种新产品、新工艺、新材料,必将随着它的越来越多的新应用而显示其生命力。

3能否改变

现有事物能否做些改变?如:颜色 声音、味道、式样、花色、音响、品种、意义、制造方法;改变后效果如何

如汽车,有时改变一下车身的颜色,就会增加汽车的美感,从而增加销售量。又如面包,给它裹上一层芳香的包装,就能提高嗅觉诱力。据说妇女用的游泳衣是婴儿衣服的模仿品,而滚柱轴承改成滚珠轴承就是改变形状的结果。

4能否扩大

现有事物可否扩大适用范围;能否增加使用功能;能否添加另部件;延长它的使用寿命,增加长度、厚度、强度、频率、速度、数量、价值

在自我发问的技巧中,研究“再多些”与“再少些”这类有关联的成分,能给想象提供大量的构思设想。使用加法和乘法,便可能使人们扩大探索的领域。
“为什么不用更大的包装呢?”——橡胶工厂大量使用的粘合剂通常装在一加仑的马口铁桶中出售,使用后便扔掉。有位工人建议粘合剂装在五十加仑的容器内,容器可反覆使用,节省了大量马口铁。
“能使之加固吗?”——织袜厂通过加固袜头和袜跟,使袜的销售量大增。
“能改变一下成分吗?”——牙膏中加入某种配料,成了具有某种附加功能的牙膏。

5能否缩小

现有事物能否体积变小、长度变短、重量变轻、厚度变薄以及拆分或省略某些部份(简单化)?能否浓缩化、省力化、方便化、短路化

前面一条沿着“藉助于扩大”、“藉助于增加”而通往新设想的渠道,这一条则是沿留“藉助于缩小”、“藉助于省略或分解”的途径来寻找新设想。袖珍式收音机、微型计算机、摺叠伞等就是缩小的产物。没有内胎的轮胎,尽可能删去细节的漫画,就是省略的结果。

6能否替代

现有事物能否用其他材料、元件、结构、力、设备力、方法、符号、声音等代替;

如在汽体中用液压传动来替代金属齿轮,又如用充氩的办法来代替电灯泡中的真空,使钨丝灯泡提高亮度。通过取代、替换的途径也可以为想象提供广阔的探索领域。

7能否调整

现有事物能否变换排列顺序、位置、时间、速度、计划、型号;內部元件可否交换

重新安排通常会带来很多的创造性设想。飞机诞生的初期,螺旋桨安排在头部,后来,将它装到了顶部,成了直升飞机,喷气式飞机则把它安放在尾部,说明通过重新安排可以产生种种创造性设想。商店柜台的重新安排,营业时间的合理调整,电视节目的顺序安排,机器设备的布局调整……都有可能导致更好的结果。

8能否颠倒

现有的事物能否从里外、上下、左右、前后、横竖、主次、正负、因果等相反的角度颠倒过来用。

这是一种反向思维的方法,它在创造活动中是一种颇为常见和有用的思维方法。第一次世界大战期间,有人就曾运用这种“颠倒”的设想建造舰船,建造速度也有了显著的加快。

9能否组合

能否进行原理组合、材料组合、部件组合、形状组合、功能组合、目的组合

例如把铅笔和橡皮组合在一起成为带橡皮的铅笔,把几种部件组合在一起变成组合机床,把几种金属组合在一起变成种种性能不同的合金,把几件材料组合在一起制成复合材料,把几个企业组合在一起构成横向联合……

手电筒的创新思路

序号
检核项目
引出的发明

1
能否他用
其他用途:信号灯、装饰灯;

2
能否借用
增加功能:加大反光罩,增加灯泡亮度;

3
能否改变
改一改:改灯罩、改小电珠和用彩色电珠等;

4
能否扩大
延长使用寿命:使用节电、降压开关;

5
能否缩小
缩小体积:1号电池→2号电池→5号电池→7号电池→8号电池→钮扣电池;

6
能否替代
代用:用发光两极管代小电珠;

7
能否调整
换型号:两节电池直排、横排、改变式样;

8
能否颠倒
反过来想:不用干电池的手电筒,用磁电机发电;

9
能否组合
与其他组合:带手电收音机、带手电的钟等。

“和田12 法”

所谓“和田12 法”,就是根据12 个动词(加、减、扩、缩、变、改、联、学、代、搬、反、定)提供的方向去设问,进而开发创造性思维的方法。

和田12 法又称和田12 动词法、和田创新12 法、和田创新法则等。它是我国创造学研究者根据在上海和田路小学进行创造力开发工作的实践总结出来的创造技法,包括和田路小学师生在内的许多人集体劳动的成果。

1.加一加
现有事物能否增加什么(比如加大、加高、加厚等)?能否把这一事物与别的事物叠加在一起?例如:橡皮和铅笔加在一起组合成带橡皮头的铅笔,收音机和录音机叠加就形成了收录机。

2.减一减
现有事物能否减去些什么(如尺寸、厚度、重量等)?能否省略或取消什么?根据这一思路,简化体汉字就是繁体汉字减一减的产物。

3.扩一扩
现有事物能否放大或扩展?幻灯、电影、投影电视等就是扩一扩的成果。

4.缩一缩
现有事物能不能缩小或压缩?袖珍词典、压缩饼干等就是缩一缩的成果。

5.变一变
现有事物能不能改变其固有属性(如形状、颜色、声音、味道或次序)?彩色电影、电视正是黑白电影、电视变一变的产物。食品、文具等方面的不少系列产品也是根据变一变的思路开发出来的。

6.改一改
现有事物是否存在不足之处需要改进?这里的改进是对原有事物的不足之处而言的,因此可以结合缺点列举考虑。和田路小学的一个学生曾根据这一思路发明了多用触电插头,并在国际青少年发明竞赛中获奖。

7.联一联
现有事物和其他事物之间是否存在联系,能否利用这联系进行发明创造?干湿球温度表就是根据空气温度和湿度之间的联系开发出来的新产品。

8.学一学
能否学习、模仿现有的事物而从事新的发明创造?传说鲁班从茅草的锯齿形叶片把手掌拉破得到启发,进而模仿草叶边缘的形态发明了新的工具——锯,这就是学一学的典型事例。

9.代一代
现有事物或其一部分能否用其他事物来替代?替代的结果必须保证不改变事物的原有功能。这一思路在材料工业领域有广泛的应用价值,许多合金、工业塑料、新型陶瓷材料等都是这一思路的成果。

10.搬一搬
现有事物能否搬到别的条件下去应用?或者能否把现有事物的原理、技术、方法等搬到别的场合去应用?用嘴吹气会发声的哨子,搬到水壶口上,就产生了能自动报告水烧开了的新产品;搬到鸽子身上便转换为鸽哨,不仅能指示鸽子的行踪而且能提供悠扬的乐声。

11.反一反
现有事物的原理、方法、结构、用途等能否颠倒过来?这是要求逆向思维的思路。吸尘器的发明就是成功的一例。起初是想发明一种利用气流吹尘的清洁工具,试用时发现导致尘土飞扬,效果很差,结果反其道而行之,发明了吸尘器。

12.定一定
对现有事物的数量或程度变化,是否能做一些规定?这是一种定量化的思路。定量化是人们对客观事物的认识逐渐精确化的标志,也为创造发明提供了有效的途径。典型成果:尺、秤、天平、温度计、噪声显示器等。

二、“和田12 法”应用案例

  1. 加一加:南京市华东工程学院附中的丛小郁利用“加一加”的技法发明了带水杯的调色盘。众所周知,上图画课时,既要带调色盘,又要带装水用的瓶子很不方便。如果将调色盘和水杯“加一加”,变成一样东西不就可以了吗?由此她提出了将可伸缩的旅行水杯和调色盘组合在一起的设想,并将调色盘的中间与水杯底部刻上螺纹,就这样,可涮笔的调色盘便产生了。

  2. 减一减:台湾少年于实明见爸爸装门扣时要拧六颗螺丝钉,觉得很麻顷。如何才能减少螺丝钉数目呢?他设想:将锁扣的两边条弯戊卷角朝下,只要在中间拧上一颗螺钉便可固定,门扣只要两颗螺钉便可固定了。

  3. 扩一扩:烈日下,母亲抱着孩子还要打伞,实在不方便,能不能特制一种母亲专用的长舌太阳帽,使得帽的长舌能够扩大到足够为母子二人遮阳使用呢?于是有人就发明了长舌太阳帽,很受母亲们的欢迎。

  1. 缩一缩:石家庄市第一中学的王学青同学发现地球仪携带不方便,便想到,如果地球仪不用时能把它压缩、变小,携带就方便了。他想若应用制作塑料球的办法制做地球仪就可以解决这个问题。用塑料薄膜制的地球仪,用的时候把气吹足,放在支架上,可以转动;不用的时候把气放掉,一下子就缩得很小携带很方便了。
  1. 变一变:河南省洛阳市第二中学的王岩同学看到圃口的漏斗灌水时常常弊住气泡,使得水流不畅。若将漏斗下端口由圆变方,那么往瓶里灌水时就能流得很畅快,也用不着总要提起漏斗了。
  1. 改一改:一般的水壶在倒水时,由于壶身倾斜,壶盖易掉,而使蒸气溢出烫伤手,成都市的中学生田波想了个办法克服水壶的这个缺点。他将一块铝片铆在水壶柄后端,但又不太紧,使铝片另一端可前后摆动。灌水时,壶身前倾,壶柄后端的铝片也随着向前摆,而顶住了壶盖,使它不能掀开。水灌完后,水壶平放,铝片随着后摆,壶盖又能方便地打开了。
  1. 联一联:澳大利亚曾发生过这样一件事,在收获季节里,有人发现一片甘蔗田里的甘蔗产量提高了50%。这是由于甘蔗栽种前一个月,有一些水泥洒落在这块田地里。科学家们分析后认为,是水泥中的硅酸钙改良了土壤的酸性,而导致甘蔗的增产。这种将结果与原因联系起来的分析方法经常能使我们发现一些新的现象与原理,从而引出发明。由于硅酸钙可以改良土壤的酸性,于是人们研制出了改良酸性土壤的“水泥肥料”。
  1. 学一学:江苏省的小学生臧荣华做了一个十分有趣的实验,让猫狗怕小鸡。这里十分巧妙地运用了学一学的方法。事情经过是这样。村子里许多人都养了猫和狗,这些猫和狗总是想偷吃小鸡。臧荣华的妈妈也买来了小鸡,但放在哪里都不放心。臧荣华想,要是能让猫狗自己自动不来就好了。一天,他上学时,看到一群飞舞的蜜蜂。他想,人比蜜蜂大多了,可是人怕蜜蜂,因为怕蜂蜇。那么我们能不能学一学蜜蜂的办法,让猫狗怕小鸡呢? 他做了别出心裁的试验,他右手抓起一只小鸡,让鸡头从手的虎口处伸出来,拇指与食指捏着一枚缝衣针,针尖在鸡的嘴尖处稍露出一点。然后,他抓来猫、狗,用藏在鸡嘴下的针尖去扎猫或狗的鼻子、嘴,每天扎十几次。连扎三、四天后,他发现猫狗见到小鸡就怕,他成功了。
  1. 代一代:山西省阳泉市小学生张大东发明的按扣开关正是用代一代的方法发明的。张大东发现家中有许多用电池作电源的电器没有开关。使用时很不方便。他想出一个“用按扣代替开关”的办法:他找来旧衣服和鞋上面无用的按扣,将两片分别焊上两根电线头。按上按扣,电源就接通了;掰开按扣,电源又切断了。
  1. 搬一搬:上海市大同中学的刘学凡同学在参加夏令营时,感到带饭盆不方便,他很想发明一种新式的便于携带的面盆。他看到家中能伸缩的旅行茶杯,又想到了充气可变大,放气可缩小的塑料用品。他想按照这些物品制造的原理,设计一个旅行杯式的饭盆,或是充气饭盆。可是,他又觉得这些设想还不够新颖。他陷入了冥思苦想之中。一天,他偶然看到一个铁皮匣子,是由十字状铁皮将四壁向上围成的。他想,我也可以将五块薄板封在双层塑料布中,用时将相邻两角用揿钮揿上,五块板就围成了一个斗状饭盆。这样,一个新颖的折叠式旅行饭盆创造出来了。
  1. 反一反:(1)田忌赛马的故事告诉我们,顺序颠倒,要素不变可以改变竞争的结局;(2)动物园是动物关在笼子里,我们看,野生动物园是我们在一个铁笼子车里,凶猛的动物看我们,当然也是我们看动物啦,反过来就更刺激,票价也就越贵;(3)逆向英语创始人钟道隆45岁学英文,别人宣扬速成,他讲究一点点听写,扎实简单才是最可行的。结果也在英语江湖中成就了独门独派。
  1. 定一定:例如药水瓶印上刻度,贴上标签,注明每天服用几次,什么时间服用,服几格;城市十字路口的交通信号灯红灯停、绿灯行;学校里规定上课时学生发言必须先举手,得到教师允许才能起立发言。这些都是一些规定,有了这些规定我们的行为才能准确而有序。我们应该运用定一定的方法发现一些有益的规定及执行“规定”。
    和田12 法实际上给出了发明创造的12 条思路。

Reference

[1]TRIZ理论
[2]奥斯本检核表法
[3]奥斯本检核表法
[4]激活思维“和田12法”

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