发明问题解决算法
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TRIZ理论体系TRIZ理论包含着许多系统、科学而又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理论已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的九大经典理论体系.1.TRIZ的技术系统八大进化法则阿奇舒勒的技术系统进化论可以与自然科学中的达尔文生物进化论和斯宾塞的社会达尔文主义齐肩,被称为“三大进化论"。
TRIZ 的技术系统八大进化法则分别是提高理想度法则、完备性法则、能量传递法则、协调性法则、子系统的不均衡进化法则、向超系统进化法则、向微观级进化法则、动态性和可控性进化法则。
技术系统的这八大进化法则可以应用于产生市场需求,定性技术预测,产生新技术,专利布局和选择企业战略制定的时机等.它们可以用来解决难题,预测技术系统,产生并加强创造性问题的解决工具。
2。
最终理想解TRIZ理论在解决问题之初。
首先抛开各种客观限制条件.通过理想化来定义问题的最终理想解(Ideal Final Result,IFR),以明确理想解所在的方向和位里,保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解,从而避免了传统创新设计方法中缺乏目标的弊端,提升了创新设计的效率。
如果将创造性解决问题的方法比作通向胜利的桥梁,那么最终理想解就是这座桥梁的桥墩。
最终理想解有4个特点:①保持了原系统的优点;②消除了原系统的不足;③没有使系统变得更复杂;④没有引入新的缺陷。
3.40个发明原理阿奇舒勒对大量的专利进行了研究、分析和总结,提炼出了TRIZ 中最重要的、具有普遍用途的40个发明原理,分别是分割、抽取、局部质量、非对称、组合、多用性、嵌套、质量补偿、预先反作用、预先作用、预先防范、等势、反向作用、曲面化、动态化、部分超越、维数变化、机械振动、周期性作用、有效作用的连续性、快速、变害为利、反馈、中介物、自服务、复制、廉价替代品、机械系统的替代、气压与液压结构、柔性壳体或薄膜、多孔材料、改变颜色、同质性、抛弃与再生、物理/化学参数变化、相变、热膨胀、加速氧化、惰性环境、复合材料.4。
TRIZ术语TRIZ(萃智)的理论基础和基本思想是:产品或技术系统的进化有规律可循生产实践中遇到的工程矛盾往复出现彻底解决工程矛盾的创新原理容易掌握其他领域的科学原理可解决本领域技术问题TRIZ的核心是消除矛盾及技术系统进化的原理并建立了基于知识消除矛盾的逻辑化方法,用系统化的解题流程来解决特殊问题或矛盾。
下图为TRIZ的理论体系。
TRIZ(萃智)的基本概念STC算子:尺寸(S)-时间(T)-成本(C)算子,一种克服思维惯性的方法,它将物体的尺寸、完成功能的时间和成本因素进行一系列变化的思维试验。
S曲线:一个S形状的曲线,表达时间与主要功能参数的关系。
标准解:按照物场模型描述的问题的典型解决方案模型。
裁剪法:一种分析方法,通过裁剪系统的某个组件,然后把该功能重新分配到其他剩余的组件及超系统组件上,来改善技术系统。
参数:表明任何现象、设备或其工作过程中某一种重要性质的量。
如,汽轮机中蒸气的压力、温度等,是该汽轮机蒸汽的参数;电阻、电感和电容,就是电路的参数。
操作空间:矛盾需求必须得到满足的物理空间。
操作时间:矛盾需求必须得到满足的时间段。
产品:执行功能的目标组件。
场:两个物质之间的相互作用。
如:磁场、电场、热场等。
超系统:包含技术系统和与它有关的其它系统的更大的系统。
创新:即在已有的基础上,提出独特的、新颖的且富于成效的见解与思维创新原理:解决工程问题的一些常用的方法。
多屏幕法:一种克服思维惯性的方法,由技术系统、子系统、超系统以及这三个系统的过去和未来组成九个屏幕,也称为“九屏幕法”。
发明级别:不同的发明可能会对系统、社会、人类等产生不同的影响,按照影响的程度可以把发明分为不同的等级,即发明的级别。
发明问题解决理论:是发明问题解决理论的俄语首字母转换为拉丁字母的缩写。
发明问题解决算法:问题解决工具,把复杂的问题模型转换成标准问题模型,用TRIZ工具能够高效解决。
ARIZ是“发明问题解决算法”的俄语首字母的缩写。
(一)冲突解决理论1、技术冲突解决原理TRIZ提出描述技术冲突的39个通用工程参数:运动物体质量、静止物体质量、运动物体长度、静止物体长度等。
为了解决技术冲突,TRIZ理论提出了40 项发明原理,如分割、分离、局部质量、不对称等。
通过研究,Altshuller提出了冲突矩阵,该矩阵将描述技术冲突的39个工程参数与40条发明原理建立了对应关系,解决了设计过程中选择发明原理的难题。
2、物理冲突解决原理Terninko于1998年提出的物理冲突描述方法为:(1)为实现关键功能,子系统要具有一有用功能,但为了避免出现一有害功能,子系统又不能具有上述有用功能。
(2)关键子系统的特性必须是一大值以能取得有用功能,但又必须是一小值以避免出现有害功能。
(3)关键子系统必须出现以取得一有用功能,但又不能出现以避免出现有害功能。
TRIZ提出采用分离原理解决物理冲突的方法,包括空间分离和时间分离、基于条件的分离、整体与部分的分离。
英国Bath大学的Mann提出,解决物理冲突的分离原理与解决技术冲突的发明原理之间存在关系,一条分离原理可以与多条发明原理存在对应关系。
(二)物—场模型分析方法物—场分析是用符号表达技术系统变换的建模技术。
物—场模型分析方法产生于1947—1977年,每一次的改进都增加了新的可用的知识,现在已经有了76 种标准解。
这些标准解是最初解决问题方案的精华,因此,物—场分析为我们提供了一种方便快捷的方法,利用这种方法,可以在汲取基本知识的基础上产生不同想法。
TRIZ理论认为,技术系统构成要素S1、作用体S2、场F三者缺一就会造成系统不完整。
而当系统中某一物质的特定机能没有实现时,系统就会产生问题。
为了控制这一物质产生的问题,有必要引入另外的物质。
由此产生这些物质之间的相互作用并伴随能量(场)的产生、变换、吸收等,物—场模型也从一种形式变换为另一种形式。
因此各种技术系统及其变换都可用物质和场的相互作用形式表述。
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。
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理论已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的九大经典理论体系。
(一)TRIZ的技术系统八大进化法则。
阿奇舒勒的技术系统进化论可以与自然科学中的达尔文生物进化论和斯宾塞的社会达尔文主义齐肩,被称为“三大进化论”。
TRIZ的技术系统八大进化法则分别是:1、技术系统的S曲线进化法则;2、提高理想度法则;3、子系统的不均衡进化法则;4、动态性和可控性进化法则;5、增加集成度再进行简化法则;6、子系统协调性进化法则;7、向微观级和场的应用进化法则;8、减少人工进入的进化法则。