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TRIZ发明方法论 - 看见未来 智能制造术语(编号

2019-08-12 10:53栏目:观点
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智能制造术语(编号693)

【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。

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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。

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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。

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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:

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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。

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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。

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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。