1、内蒙古工业大学本科课程论文0 第 1 章 TRIZ 理论概述TRIZ 是俄文 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）TRIZ 是基于知识的、面向人的发明问题解决系统化方法学。1.1 TRIZ 的起源TRIZ 的研究始于 1946 年，创始人为前苏联海军工程师、发明家根里奇阿奇舒勒。在苏联里海海军专利事务局处理专利事务的数年中，阿奇舒勒发现仅仅从心理学角度并不能很好地揭示发明创造的客观规律，他逐渐认识到发明
2、的实质就是技术系统发生根本性变化，因此他将注意力转移到对高水平发明专利的分析研究上，其主要目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则，并将之归纳总结，形成能指导技术创新、管理创新的理论方法体系。阿奇舒勒从来自于世界各地的 20 多万项专利中挑选了 4 万份发明专利开始进行严格的分析、筛选与统计，并多个学科领域的科学原理、法则相结合。这一高难度、费时费力的艰苦工作奠定了TRIZ 的理论基础，也为日后将要开发的各种问题解决工具奠定了基础。自此，人们有了一种世界级的创新方法学TRIZ。TRIZ 与试错法、头脑风暴法以及其它的由前两种方法演变得到的各种创新技法有着本质上的区别
3、。TRIZ 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，获得理想化的最终结果，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。TRIZ 是创新方法学，有着成套的创新思维、方法和解题工具，不是一招一式的相对简单的创新技法。创新不再仅仅依赖试错了！这是人类创新史上的一个重大突破。运用 TRIZ 理论，可大大加快人们发明创造的进程而且能得到高质量的创新产品。TRIZ 告诉我们，任何领域的产品改进、技术的变革与创新，都像生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡的过程，是有规
4、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发展趋势。1.2 TRIZ 的发展首先，TRIZ 的发展方向：TRIZ 是在前苏联计划经济体制下形成的，企业间很难存在竞争，但是今天的企业不得不面临残酷激烈的竞争。传统 TRIZ 对于那些急于学习创新性方法的企业工程师来说，显得过于庞杂。另外，传统 TRIZ 还存在一些缺陷，如目前 TRIZ 知识库中还没有当前十分风行的信息技术和生物技术的成果。因此，为了适应现代产品设计的需要，TRIZ 不得不面临自身现代化的建设问题，这是当前国际上 TRIZ 研究的重点一。其次，TRIZ 自身的完善：TRIZ 有 4 个发展方向：（1
5、）技术起源和技术演化理论；（2）克服心理惯性的技术；（3）分析、明确描述和解决发明问题的技术；（4）指导建立技术功能和特定设计方法、技术和自然知识之间的关系。再次，TRIZ 与其它方法的集成：TRIZ 主要是解决设计中如何做的问题，对设计中做什么的问题未能给出合适的工具。大量的工程实例表明，TRIZ 的出发点是借助于经验发现设计中的冲突，冲突发现的过程也是通过对问题的定性描述来实现的。因此，如何将 TRIZ 与其他设计方法相结合，以弥补 TRIZ 的不足，已经成为设计领域的重要研究方向。1.3 关于 TRIZ 的几种发展模式1、III（ Ideation International Inc)模
6、式来自于前苏联 Kishnev 的 TRIZ 学校的专家们认为, TRIZ 的许多方法分支太多,也过于复杂,因此必须提供一些方法和过程作为分析这些问题方法的统一入口。内蒙古工业大学本科课程论文1 根据有害和有用影响的区分，手工绘出问题中各部分因果关系网络图，利用软件工具对图中每一个节点能够自动列出问题的看法或者解决方法意见。每一个看法为使用者推荐了合适的传统TRIZ 工具。III 模式还开发了“创新环境调查问卷”以及预期失效判定和演变指导。III 模式的主要不足是得出的看法通常是节点的 34 倍，对于复杂问题有时会显得非常冗长。2、2、IMC(Inventive Machine Corp)模式
7、IMC 公司是由前苏联人工智能和 TRIZ 专家 Tsourilov 博士移民到美国后创建的。为了解决具有技术和物理矛盾的“困难” 工程问题，IMC 努力将解决矛盾的创新原则、分隔原则、效果库等知识库工具集成为软件 TechOptimizer。由于引入了相应的现代软件开发和人工智能技术，该软件具有容易使用与界面友好的特点。该软件分为 2 个集合，包括 5 个模块。集合 1：原则模块、预测模块、效果模块；集合 2：TechOptimizer 模块、特征转换模块。原则模块负责从知识库给出类似的例子消除矛盾，效果模块允许从专利数据库获取类似的物理、化学和地理成果，而预测模块则是参照其演化趋势数据库中
8、的 22 个演化趋势和 200 多个分模式对问题得出未来的解决方法。集合 2个模块则负责对问题进行分析，使问题清晰化。3、SIT/USIT 模式SIT（Systematic Inventive Thinking）模式原由移民到以色列的 TRIZ 专家 Filkosky 在 1980 年左右创立，目的是简化 TRIZ 以便使其被更多人接受。1995 年福特公司 Sickafus 博士将 SIT 模式进行结构化形成 USIT（Unified Strctured Inventive Thinking）模式，该模式能帮助公司工程师短时间内(3 天培训期)接受和掌握 TRIZ，为实际问题在概念产生阶段快
9、速地产生多种解决方法 )， USIT将 TRIZ 设计过程分为 3 个阶段：问题定义、问题分析和概念产生，它将解决方法概念的产生简化为只有 4 种技术（属性维度化、对象复数化、功能分布法和功能变换法） ，而不需要采用知识库或计算机软件。但 USIT 解决问题的好坏依赖于问题解决人员知识的广度和深度。4、RLI（Renaissanoe Leedership Instiute）模式该模式是由 RLI 公司的分支机构 Leonadnda Vinci 研究院的一些专家开发的。RLI 模式对 TRIZ的贡献主要体现在：（1）针对 TRIZ 的复杂性，开发了 8 个解决问题的算法；（2）针对物质场分析工具
10、存在的缺陷，提出运用三元代替物质场的三元分析法（Triad Analysis）,并其结合到所开发的 8 个发明算法中。内蒙古工业大学本科课程论文2 第 2 章 工程问题描述 2.1 工程问题概述园林不单纯是一种艺术形象，还是一种物质环境，园林艺术是对环境加以艺术处理的理论与技巧，它是与功能相结合的艺术，是有生命的艺术，是与科学相结合的艺术，是融汇多种艺术于一体的综合艺术。 在中国文化土壤上孕育出来的园林艺术，同中国的文学、绘画有密切的关系。园林意境这个概念的思想渊源可以追溯到东晋到唐宋年间。当时的文艺思潮是崇尚自然，出现了山水诗、山水画和山水游记。园林创作也发生了转折，从以建筑为主体转向以艺术
11、为主体。在园林内部马路旁灌木的修剪需要很多的资源，包括人力、物力、时间、经济等等。如果设计一台自动修剪的机器会给园林维护带来很大的便利。园林中灌木一般可分为观花、观果、观枝干等三类。应根据不同的观赏目的采用不同的修剪方法。以观花为主的灌木，北京地区常见的有迎春、连翘、黄刺玫、紫荆、丁香等，它们的花芽都是在头一年枝条上形成的，因此修剪宜在五六月开花过后进行。夏季修剪以疏枝整形为主，剪去交叉枝、徒长枝、密生枝、病虫枝及枯枝，以利通风透光，使养分集中;对花后残留枝梢可截短，促其生长，以利来年多开花。对于夏季开花的灌木，如玫瑰、木槿、枸杞、紫薇等，它们是在当年春季发出的新梢上开花，所以修剪在冬季落叶后
12、进行。剪除过密枝、枯枝以及病虫害枝等。疏枝时残桩不能留得过长，一般上切口从分枝点起，按 45倾斜角剪截，切口要平滑。弱枝重剪，强枝轻剪，每个枝条上可保留 46 个芽子，其余部分截去。既能观花又能观果的灌木，如冬青、金银木等，花后适当剪除一些过密枝和病虫枝，使之通风透光，以利结果。对于观枝干一些灌木，如红瑞木、棣棠等，因主要是观赏其鲜艳的幼嫩枝条，所以可于每年冬季进行重剪，地上部分仅留 15 厘米20 厘米，其余部分剪去，促使其来年萌发更多的新枝。2.2 已采取的措施苗木定植后，首先用修剪进行树冠整形，对于过长和过密的丛生枝进行短截和疏剪。对于即将用于重点部位进行细致观赏的一些灌木，如文冠果、火
13、炬树等，应该根据造型的需要，将丛生枝剔除，保留侧枝匀称，主干光滑的主枝，通过修剪短截甚至牵拉把树形调整成圆整的小乔木状。在树苗定植后，还可以通过绳拉和木棍支撑等方法矫正下垂倾斜和平行的侧主枝和测枝，还应剪掉接近地面的枝条以及树膛内的直上枝交叉枝等。目前可用于园林修剪的工具有：大力粗枝剪、整篱剪、高空剪、剪枝剪、手锯等、喷灌设备、草坪草种及园林绿化、喷灌工程设计施工的专业销售和服务企业。 新绿美园林机械经过多年的不断改良和完善生产出市场需求的格绿得割草机。格绿得割草机主要以本田发动机和美国百力通动力发动机两种割草机系列。新绿美园林机械提供各种型号斯蒂尔油锯、胡斯华纳油锯、新大华高枝油锯 。并有各
14、种油锯原装配件及油锯维修。以下为斯蒂尔系列工具模型。斯蒂尔割灌机 FS200斯蒂尔油锯HS81T/HS86R斯蒂尔油锯 MS180内蒙古工业大学本科课程论文3 2.3 存在的问题像上面介绍的工具必须有人去实地操控，如设计一台可以自动修剪的工具就可以减少人力的投资，具体设计如下图：在图的左右两面装上轮胎，前端安装刀具，前、后、左、右面装上感应器就可以实现园林灌木的自动修剪。如果刀具是按照机器框架安装的话，便可把灌木修剪成立方体形状。当然，根据设计需要，改变刀具的整体形状就可以实现。例如：将刀具的整体构型如下设计：让机车原地打转便可将灌木修剪为园形。在此设计中主要存在的问题有：（1）修剪机在修剪过
15、程中上方形成的灌木废弃枝叶去和顺利的落到地面。（2）机车运行的速度应该是多少。（3）刀具的工作原理应该是如何。简单示意图内蒙古工业大学本科课程论文4 第三章 技术矛盾3.1 技术矛盾分析过程在此设计中主要存在的技术矛盾有：(1)如果在机车上部安装传送带用于灌木废料的顺利落地必然影响机车的运行速度和工作的稳定性。(2)如果机车运行速度过快，导致园林的修剪不够整齐，影响园林的整体设计理念，如果机 车运行速度过慢会导致成本过高并影响工程的进展。(3)刀具的工作原理是本设计中最难实现的，我们假如将其设计如下图：会有：刀具叶片过大，修剪玩的灌木很难保证其美观的效果。3.2 重新定位技术矛盾并求解我们将上
16、述的 4 个分析语段分别定义为以下技术矛盾，他们分别是：（1）1.运动物体的重量与机车的 9.速度，1.运动物体的重量与 27.可靠性 （2）9.速度与 27.可靠性 （3）12.形状 与 32.可制造性 将以上六对技术矛盾对应到矛盾矩阵中会得出以下几种方法：2 抽取原理、 28 机械系统替代原理、 13 反向作用原理、38 强氧化剂原理、3 局部质量原理、8 重量补偿原理、10 预先作用原理、40 复合材料原理21 减少有害作用的时间原理、35 物理或化学参数改变原理、11 事先防范原理、28 机械系统替代原理28 机械系统替代原理、13 反向作用原理、27 廉价替代品原理我们的解决办法：第
17、一个问题：选用 28 机械系统替代原理，把以前设想用传送带的方法改为如下设计：吹风机 工作原理：在吹风机的作用下，使修剪过程中的废屑吹落。内蒙古工业大学本科课程论文5 第二个问题：选用 35 物理或化学参数改变原理，我们用 Matlab 速度最优求解最后求的速度为：V=0.0064911 即速度设定为每分钟 64.9 米机车的稳定性事最好的。第三个问题：选用 28 机械系统替代原理，我们将刀具的形状设计为图 1、2 结构：图 1图 2工作原理：a,在传送带的带动下使每个刀具高速旋转。b,传送带由电机带动。c,刀具为链条式结构，可以随时改变其形状，适应任何工作环境。d,修剪产生的废屑直接由吹风机
18、送出，并顺利落地，使其不会影响机车工的稳定性。内蒙古工业大学本科课程论文6 第四章 物理矛盾4.1 关于 TRIZ 理论物理矛盾的介绍TRIZ 理论中的物理矛盾主要包括四大类1.几何类系统的几何形状会制约整个创新过程和创新事物的整体效果，例如上述的刀片的设计，TRIZ中的几何类物理矛盾有：长与短、园与非圆、对称与非对称、锋利与顿、平行与交叉、宽与窄、厚与薄、水平与垂直等。材料类系统的材料是设计成果的有力保证，他有应力、压强是否能够承受、作品是否稳定等关键问题，材料的选择要遵守最省材料、最省成本等原则，TRIZ 理论中的材料类物理矛盾主要有：多与少、密度的大与小、导热率的高与低、温度的高与低等。
19、能量类能量是系统是否能正常工作的保障，TRIZ 中的能量类物理矛盾主要有：时间的长与短、粘度的高与低、功率的大与小、摩擦系数的大与小、推力的大与小、阻力的大与小等。功能类在整个设计过程中，功能是我们唯一的目标，也是我设计的主线，如果我们不能完全实现设计最初的功能，那么设计也是失败的。在 TRIZ 中，主要的功能类物理矛盾有：喷射与堵塞、运动与静止、推与拉、冷与热、软与硬、强与弱、快与慢、成本高与低等。4.2 本次设计的物理矛盾与解决方案我们还从以下三个问题去分析：(1)如果在机车上部安装传送带用于灌木废料的顺利落地必然影响机车的运行速度和工作的稳定性。(2)如果机车运行速度过快，导致园林的修剪
20、不够整齐，影响园林的整体设计理念，如果机 车运行速度过慢会导致成本过高并影响工程的进展。(3)刀具的工作原理。在问题一中存在速度的快与慢，推力的大与小。我们用吹风机已经很好的解决了此问题。问题二提到的修剪整齐与否与机车的运行速度有关，这属于 TRIZ 中功能类物理矛盾在 Matlab 中计算求得求最佳速度为每分钟 64.9 米。问题三是刀具的工作原理，在物理矛盾分析中，把他认为是子系统的几何类物理矛盾，主要是长与短、园与非圆、对称与非对称、锋利与顿、平行与交叉、宽与窄、厚与薄、水平与垂直。经过合理的设计，我们的刀具可以根据工作的需求去改变形状，从而达到工作的需求。内蒙古工业大学本科课程论文7
21、第五章 系统分析5.1 TRIZ 中系统的概念TRIZ 理论中的系统，从狭义讲，是指技术系统；从广义讲，包括物质世界和非物质世界的一切系统，就是“具有系统特征的部件和联系的总和”1，也可以理解为就是矛盾或问题所发生的环境及环境内所有事物间联系的总和。而我们在学习 TRIZ 理论中主要研究的就是技术系统。 技术系统是“由多个子系统组成，并通过子系统间的相互作用实现一定的作用”2。系统的更高级系统，即由多个技术系统相互作用形成的系统，就是超系统。如果把超系统作为系统来研究的话，那么它所包含的系统就可以看作是子系统。子系统（包括子子系统）如果具备系统存在的必要条件（即具备执行装置、传动装置、动力装置
22、和控制装置，且各种装置之间具有物质、动力、信息及其基础上的功能联系） ，那么子系统本身也可以看作是系统。相对于超超系统来说，那么，超系统也可以看作是系统。可以用下图来表示子系统、系统、超系统、超超系统间的逻辑演化：与系统概念相关的另一个重要概念就是反系统。 “系统进化分析表明，辩证的发展过程不仅存在于子系统间矛盾的产生和解决中，而且还存在于竞争的或与该系统相矛盾的其他选择性系统中”1，这“竞争的或与该系统相矛盾的其他选择性系统”，就是我们所要研究系统的反系统。 反系统与我们传统文化中常说的反义词、生活中的对立面、物理学中的反作用等概念既有相同之处，反义词是指意义相对或相反的词，如“真”和“ 假
23、”、 “进”和“退”、 “光明”和“黑暗”等。文学中的反义词绝大多数是唯一的，但并不是每个词都有反义词，一些中性词就不存在相反意义的词，如一些名词“电话”、 “矿泉”等等。而且，存在相反意义的一对词，随着时间的变化，其含义也不会发生大的变化，如“好” 的反义词是“ 坏”，在历史发展过程中，这个相对的意义没有发生大的变化。对立面是指处于矛盾统一体中的相互依存、相互斗争的两个方面。任何事物都是对立的统一，所以对立面无论在任何时间、地点都是绝对存在的。随着时间的发展，对立面也许会产生变化，但在同一矛盾体中，对立面是唯一的。它多用于哲学和政治生活中。 反作用是指承受作用力的物体对于施力的物体的作用，反
24、作用力与作用力大小相等，在一条直线上。只要有施力物体存在，它就是绝对存在的，且不随时间的发展而发生变化。它多用于物理学等自然科学中。 因为系统的未来系统的必然存在，或者说对本系统主要功能有阻碍或危害的系统的绝对存在，所以系统的反系统也是绝对存在的。随着时间的发展，系统的未来系统也会发生变化，对本系统主要功能产生危害的系统也会发生变化，所以系统的反系统也会随着时间的改变而发生变化。 在解决具体技术矛盾的时候，由于反系统的多样性和动态性，可以根据解决具体技术矛盾的需求来确定系统的反系统，从而为解决技术矛盾提供更准确的依据和思路。内蒙古工业大学本科课程论文8 以上是对系统及其相关概念的一些理解。因为
25、 TRIZ 理论是一个动态的、随着时间发展而不断完善的理论，所以对于系统及其相关概念的理解也会随着时间发展而不断深入、完善。5.2 本设计中的系统子系统：传送带、轮胎、刀具、刀具架、灌木系统：刀具架、机车、传送带、机车、环境（与子系统一 一对应）超系统：机车、环境、机车、环境、自然（与系统一 一对应）本例中，刀具架受刀具的约束，刀具架又受机车的约束，整体合理的设计才能使我们设计的最初理念得以实现。内蒙古工业大学本科课程论文9 第六章 资源分析6.1 TRIZ 中关于资源的介绍TRIZ 理论中资源被定义为可以用来解决问题且不需太多花费就可以改进系统的任何东西。资源是TRIZ 理论的核心词汇之一，
26、其思想始终贯穿 TRIZ 理论中。合理利用资源的关键是对已存在的可用来懈决问题的系统资源直接使用或重新整合来执行功能，最终使设计产品接近理想状态。目前，对 TRIZ 理论的研究、运用受到越来越多国家的重视，并广泛运用于工业设计领域、工程技术领域，甚至商业领域等等。一些知名企业，如三星、通用、波音等都有成功利用 TRIZ 理论来解决设计问题的例子。同样，其他设计也和资源密不可分，每进行任何一步都必和资源产生联系，从为什么设计、为谁设计到怎样设计、如伺使产品更接近理想状态，都离不开对资源的选用。否则，会白白浪费一些有用的资源，从而导致设计效率和效果不尽人意。因此，在产品设计过程中，对系统资源进行必
27、要的详细分析和深刻理解，对设计人员是十分必要的。TRIZ 理论认为资源可分为 6 个大类：物质资源、场(能量) 资源、信息资源、空间资源、时间资源、功能资源。设计者一般都偏重有形设计，只考虑产品的有形资源。但严格来讲，完整的技术系统是人机系统，产品使用者也是技术系统中不可或缺的一部分，也是一种可用资源，是一种无形资源。根据技术系统的这个特性，把资源分为硬资源和软资源。明确的资源分类标准可帮助设计者对其进行筛选和利用，进一步提高设计的效率，达到理想设计效果，设计者应该掌握如何有针对性的对资源进行分类。6.2 产品设计资源的利用设计者必须明确设计不是个人行为，而应该属于环境乃至市场决策，最终是满足
28、使用者理想的需求。理想的产品设计可从以下 3 个方面来利用硬、软资源：明确设计产品功能。产品设计的目的和功能可以从物质资源、消费资源、功能资源 3 方面来考虑。不同的设计资源能达到不同的目的，例如在家居产品设计中：塑料纤维类的材质可以减轻产品的质量，钢铁类材料可以提高产品的稳固性，木质资源可以满足环保的性能等。要对整个消费资源时时进行分析和筛选，不断挖掘产品的潜在功能。最优设计方案必须考虑环境的需求、生产条件和成本的问题。生产条件包括原材料、生产线等生产要素，是让设计方案转化为现实的必备条件。让良好的构想满足现实的生产条件，使理想变为现实，就需要在具体设计之前进行系统地研究。优化成本是指在几乎
29、不影响设计生产效果的同时，通过可循环使用材料或调整生产工艺等将成本预算降到最低。 随着资源选择利用的进一步深入，把设计中的任何一个要素与家具资源进行结合，可进一步细化最优方案。设计资源可从文化资源、消费资源、心理资源、生理资源和个人习惯资源 5 种资源中来选取，并加以利用。文化资源主要考虑和利用宗教信仰资源、神话传说故事资源、风俗礼仪资源、习惯资源等等问题。消费资源考虑消费者的具体情况、消费结构、实力如何，以及有没有消费空缺的存在等。心理资源要考虑由于性别、年龄、职业以及教育背景的不同带来的差异而导致心理需求和认知感的差异问题。生理资源主要考虑人体功效学的问题。最后还要注意顾客有没有什么特殊的个人习惯要求需要满足。障碍解决。在选择利用资源时，往往出现最优资源得不到利用的情况，这就需要设计者从资源利用的角度考虑应对问题的策略。当最优资源无法利用时，能够迅速找到替代资源，让设计能够继续进行。最优方案设计中资源选取和利用的方法也适用于障碍的解决。根据 TRIZ 理论对资源的分类标准，可以实现对设计系统的资源汇总和分类，从有形和无形特点把设计系统中资源分成硬资源和软资源，建立硬资源、软资源库，为设计者获取资源提供参考。
