TRIZ基本知识
1 TRIZ概述
1.1 TRIZ的概念及来源
TRIZ只是一个特殊缩略语，既不是俄文，也不是英文。TRIZ是由原俄文字母的缩写（Теория Решения Изобретательских），按照“ISO/R9-1968E”的规定，把俄文转换成拉丁字母（Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch），取其首字母缩写即TRIZ。TRIZ的英文同义语为“Theory of Inventive Problem Solving”，缩写为“TIPS”。由此，不管是拉丁文的TRIZ，还是英文的TIPS，说的都是同一个意思——“发明问题解决理论”。 “发明问题解决理论”有两个基本含义，表面的意思强调解决实际问题，特别是发明问题；隐含的意思是由解决发明问题而最终实现（技术和管理）创新，因为解决问题就是要实现发明的实用化，这符合创新的基本定义。
此外，TRIZ专家Savransky博士给出了TRIZ的如下定义：TRIZ是基于知识的、面向设计者的创新问题解决系统化方法学。这是目前专业领域内给出的最系统、最简洁的定义，得到 了众多专家学者的肯定。该定义包括以下几点含义：
1．基于知识
TRIZ是创新问题解决启发式方法的知识。这些知识来自于对全世界范围内的专利的抽象，TRIZ仅采用为数不多的基于产品进化趋势的启发式方法。TRIZ大量采用自然科学及工程中的效应知识。TRIZ利用出现问题领域的知识。这些知识包括技术本身、相似或相反的技术或过程、环境、发展和进化等。
2．面向设计者而不是面向机器
TRIZ理论本身是基于将系统分为子系统、区分有用功能及有害功能的实践，这些分解取决于问题及环境，本身具有随机性。计算机软件仅能起支持作用，而不能完全代替设计者，需要为处理这些随机问题的设计者提供方法与工具。
3．系统化的方法
在TRIZ中，问题的分析采用了通用及详细的模型，该模型中问题的系统化知识非常重要。解决问题的过程系统化和结构化，可以方便应用已有的知识。
4．TRIZ是创新问题解决理论
为获得创新解，必须解决工程技术系统中的矛盾，TRIZ提供了结构化步骤。.未知的解可以被虚构的“理想解”所替代。“理想解”可以通过已知的系统进化趋势推断，并通过环境或系统本身的资源获得。
TRIZ的发明人根里奇•阿奇舒勒（G. S. Altshuller，1926－1998）是前苏联的一位天才发明家和创造创新学家，年仅14岁时，他就发明了从过氧化氢的水溶液中提取氧的技术，并用于海军潜艇的逃生装置。15岁时，阿奇舒勒申请到了第一项专利。1946年从苏联军事专科学院毕业后，由于其出的发明，被苏联海军专利局录用为专职审查员，这为他从事对专利发明的研究，继而转向对创造发明规律的研究创造了极好的条件。
阿奇舒勒在创立TRIZ理论时明确指出：一旦我们对大量的好的专利进行分析，提炼出问题的解决模式，我们就能够学习这些模式，从而创造性地解决问题。正是基于这一思想，在阿奇舒勒的带领下，动用前苏联的1500多名专家，经过50多年对数以百万计的专利文献加以搜集、研究、整理、归纳、提炼和重组，建立起一整套体系化的、实用的解决发明问题的理论方法体系，这就是TRIZ的来源（图1-1）。
图1-1 TRIZ的来源及其主要内容
1.2 TRIZ理论体系框架
TRIZ理论包含着许多系统、科学并富有可操作性的创造性思维方法和发明问题的分析方法。经过半个多世纪的发展，TRIZ理论已经成为一套成熟的解决技术系统问题的经典理论体系，见图1-2。
图1-2 TRIZ理论体系框架
图1-3 TRIZ理论体系
阿奇舒勒通过对250万份发明专利的研究发现，大约只有20%左右的专利才称得上是真正的创新，许多宣称为专利的技术，其实早已经在其他的产业中出现并被应用过。阿奇舒勒认为发明问题的原理一定是客观存在的，如果掌握这些原理，那么就可将其应用于各个行业中。为此，阿奇舒勒对大量专利进行研究、分析、总结，提炼出最重要、最具有通用性的40个发明原理（见表3-1）。
表1-1 TRIZ的40个发明原理
序号 | 名称 | 序号 | 名称 |
1 | 分割原理 | 21 | 减少有害作用的时间原理 |
2 | 抽取原理 | 22 | 变害为利原理 |
3 | 局部质量原理 | 23 | 反馈原理 |
4 | 增加不对称性原理 | 24 | 借助中介物原理 |
5 | 组合原理 | 25 | 自服务原理 |
6 | 多用性原理 | 26 | 复制原理 |
7 | 嵌套原理 | 27 | 廉价替代品原理 |
8 | 重量补偿原理 | 28 | 机械系统替代原理 |
9 | 预先反作用原理 | 29 | 气压和液压结构原理 |
10 | 预先作用原理 | 30 | 柔性壳体或薄膜原理 |
11 | 事先防范原理 | 31 | 多孔材料原理 |
12 | 等势原理 | 32 | 颜改变原理 |
13 | 反向作用原理 | 33 | 均质性原理 |
14 | 曲面化原理 | 34 | 抛弃或再生原理 |
15 | 动态特性原理 | 35 | 物理或化学参数改变原理 |
16 | 未达到或过度的作用原理 | 36 | 相变原理 |
17 | 空间维数变化原理 | 37 | 热膨胀原理 |
18 | 机械振动原理 | 38 | 强氧化剂原理 |
19 | 周期性作用原理 | 39 | 惰性环境原理 |
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40个发明原理开启了一道发明问题、解决问题的天窗，将发明从魔术推向科学，使发明成为一种人人都可以从事的职业，使原来认为不可能解决的问题获得突破性的解决。目前，40个发明原理已经广泛应用于各个领域，如计算机、材料、医学、管理、教育等，产生了不计其数的发明专利。下面简要介绍TRIZ理论中对40个发明原理的经典解释。
2.1分割原理（segmentation）
分割原理主要体现在3个方面：
1．把一个物体分成相互独立的几个部分。
例如：① 在大项目中应用工作分解结构；② 用卡车加拖车的方式代替大卡车；③ 用个人计算机代替大型计算机；④ 用烽火传递信息（分割信息传递距离）。
2．把一个物体分成容易组装和拆卸的部分。
例如：① 组合式活动房屋；② 橡胶软管可利用快速拆卸接头连接成所需要的长度。
3．提高系统的可分性，以实现系统的改造。
例如：① 武器中的子母弹；② 用软的百叶窗帘代替整幅大窗帘。
【例1】为解决垃圾的分类问题，人们可把大垃圾箱分成几个较小的独立的垃圾箱，分别回收玻璃、纸、金属等垃圾，或是分为“可回收”和“不可回收”垃圾箱。“分类式垃圾箱设计”方便了人们处理垃圾（图3-5）。
【例2】挖掘机铲斗的唇缘是由钢板制成的。传统铲斗只要它的一部分磨损或毁坏，就必须更换整个铲斗，费力又费时。“可拆卸铲斗唇缘设计”将唇缘分割成独立的可分离的几部分，这样既方便快速将损坏或磨损的部分更换，同时又避免整个铲斗的更换，节约了成本（图3-6）。
图3-5 分类式垃圾箱设计 图3-6 可拆卸铲斗唇缘设计
2.2抽取原理（extraction）
抽取原理主要体现在2个方面：
1．从物体中抽出可产生负面影响的部分或属性。
例如：① 冰箱除味剂；② 医学透析。
2．仅从物体中抽出必要的部分和属性。
例如：① 手机中的SIM卡；② 成分献血，只采集血液中的血小板；③微波滤波器。
【例1】民航飞行史上，鸟撞击飞机造成的事故是不容忽视的。鸟击飞机多发生在起降或起降前后的低空飞行阶段。所以，作为飞机起降场所的机场，鸟害防治也就成为一项重要的飞行安全保障工作。人们就在鸟的声音中提取了它们被俘的惨叫声或求救声，用此来刺激惊吓在机场飞行的鸟儿。“智能语音驱鸟器设计”正是抽取出了鸟声中鸟儿害怕听到的声音，有效的防止了鸟击飞机的事件（图3-7）。
【例2】雷电所形成的电流、高温和电磁辐射以及伴随的冲击波等，都对建筑物具有很大的破坏力。避雷针利用金属导电的原理，将可能对人和建筑物造成损害的雷电引入大地。“避雷针设计”抽出了雷电的负面影响，消除了雷电对建筑物的损害（图3-8）。
【例3】大厅内，照明灯的下方十分明亮，而墙角处却显得比较阴暗。我们可以利用光纤，把灯光从大厅的中央，均匀地引到大厅的四面八方。这既改善了光线分布的均匀性，也大大地节约了能源。
图3-7 智能语音驱鸟器设计 图3-8 避雷针设计
2.3局部质量原理（partial quantity）
局部质量原理主要体现在3个方面：
1．将物体、环境或外部作用的均匀结构，变为不均匀的。
例如：①对材料表面进行热处理、涂层、自清洁等处理，以改善其表面质量；② 增加建筑物下部墙的厚度使其能承受更大的负载；③ 凸轮机构。
2．让物体的不同部分，各具不同的功能。
例如：①计算机键盘；② 带橡皮插的铅笔，带起钉器的榔头。
3．让物体的各部分，均处于完成各自动作的最佳状态。
例如：超声波设备的中间层采用热传导率较好的材料，外层采用耐磨的材料，打孔时可以降低设备的温度。
【例1】菜刀如果都用好钢来制造成本太高，用一般钢制造使用时又不够锋利。我们如果将刀的材料改为不均匀的，刀刃用好钢，其他部分用一般钢。那么菜刀的质量得到保证的同时，成本也降低了，两全其美。
【例2】如何将一把小刀的功能扩大，同时具备多种用途。“瑞士军刀设计”就成功地将圆珠
笔、牙签、剪刀、平口刀、开罐器、螺丝起子、镊子等多种工具集于一身。只要将每个部分从刀身的折叠处拉出来，就可以使用（图3-9）。
