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从TRIZ理论中所介绍的40个基本原理、39个通用工程参数和由这些参数构成的技术矛盾中,我们也能看出这些发明原理、工程参数与技术矛盾,很少也很难涉及到微电子电路,生物科技、化工、医学等新领域的技术问题。
显然,仍固守于原来的39个通用工程参数和40个基本原理,是不能满足现代科技创新需要的。
另外,原来的39个通用工程参数和40个基本发明原理,是否都具有方法论层级的意义也存在质疑。
为此,笔者在TRIZ理论研读过程中产生的一些质疑与思考概括如下,供大家思考与讨论,以促进仍处于婴儿
期的TRIZ理论更趋成熟和更加完善!
一、对39个通用工程参数的分析
1、[TRIZ理论]是对「矛盾」概念认识的深化
TRIZ对技术「矛盾」的理解,是对「矛盾」认识的一次深化,它打破了人们对「矛盾」的简单而僵化的理解,
通常人们只认为上与下、左与右、长与短、高与低、远与近或男与女、老与幼和冷与热、软与硬、黑与白和好与坏、是与非、善与恶等等才构成「非此即彼」的「矛盾」的简单理解。
[TRIZ理论]则认为的技术矛盾反映的是一
种工程参数的改善造成另一种工程参数的恶化此类的「冲突」或「矛盾」。
例如,一方面我们想要提高飞行速度,而又造成了另一方面能耗的增加,速度与能耗在一个技术系统内就产生了「冲突」,存在了「矛盾」,而并非只表现在飞行速度的快或慢或能耗的大或小的「矛盾」关系上了。
2、「矛盾」产生于事物之间的特定关系之中
不同事物之间的「矛盾」,既是由不同事物之间的差异产生的,也产生于事物之间的特定的关系之中。
例如
,人与人之间之所以产生「矛盾」,是由于不同的人在物质或精神上存在不同需求的差异,才产生了各种各样的「矛盾」。
而如果不同的人对某一个目标的利益是同一的,那么在这个目标的关系上就不存在「矛盾」了。
工程参数正是反映了技术的这种需求的不同,也就是一种是「欲改善」工程参数的需求,引起了另一个工程参数的「恶化」,由此而构成了工程技术的多种多样的「矛盾」。
因此,一切工程技术的「矛盾」都是由工程参数的不同组配产生的。
3、39个工程参数试图全面地表达技术的「结构构成」和物质或系统的多种特性和特征
通过对39个工程参数的分析与归纳可知,39个通用工程参数,都是从技术「结构构成」的各个方面,试图全
面反映工程技术系统的各种特性和特征。
例如,运动或静止物体的质量和物体的尺寸、面积、体积与形状等特征;
构成物体或系统功能的正与反各个方面的,以及能量、物质、信息和系统的结构和运动的时间特性等等。
但是,39个通用工程参数是否全面覆盖了工程技术的所有特性或特征,仍有待探讨。
特别是随着现代技术的
发展,微电子技术、生物工程等新的工程技术的产生,原有的工程参数不能覆盖这些领域,必将会产生新的有代表性的工程参数。
TRIZ的工程参数,从原来的39个演变成47个,增加了信息数量、运行效率、噪音、有害的散发、兼容性\可连通性、易受伤性、美观和测量难度等,这本身就说明了它尚在不断完善之中,以适应新时代、新科技的内涵特征。
4、工程参数的完备性质疑
TRIZ的39个工程参数是决定技术问题类型的质量和数量的主要因素,可以设想如果工程参数只有5个,那么
产生的技术问题类型数量(「矛盾矩阵」数)不会超过25个,很显然这个数量是不能够全面反应复杂多变的工程技术问题的。
而如果工程参数数量增加至100个或更多个,那么就会产生10000个以上的技术「矛盾」类型。
然而,10000个以上的技术问题类型是否会有类同或重复呢?
这里面存在着严谨的科学完备性问题。
正如我们对三角形的分类一样,三角形可以是千变万化的,只有找到了能决定不同三角形类型的关键要素,如用边来划分的等边、不等边和等腰三角形的类型(或用角度划分),就能将千变万化的三角形都归纳包含其中,这才是全面又科学的归纳。
因此,工程参数不仅在其数量的多或少,更在其内涵覆盖的全面性,概括出少而全的工程参数是完备性的关键所在。
TRIZ的工程参数经历了几次修订,1970年与1985年版的工程参数,都是39个,但序号作了变更;
2013年在原39个工程参数基础上增加了8个,变成了47个工程参数了。
但是是否完备仍有待探讨。
5、39个工程参数的「结构构成」内容分析
决定或影响技术性能的「结构构成」要素包括有:
物质、能量、信息和时间、空间等。
改变工程技术的上述
构成要素,就会影响工程技术的性能,从而也能实现技术问题的解决。
通过对39个工程参数的「结构构成」分析,证实了这种判断。
然而,它们的分布是十分不均称的(见下表),相关于信息要素、时间要素的参数比重很少,而这些要素对现代技术的影响又十分重大。
例如,现代电子商务的发展正在利用了大数据和信息工程,节省了大量的物质、能量和时间的消耗,利用信息参数将是解决现代和未来产业的重要手段。
然而信息要素如何提练、概括成工程参数是个大学问。
39个工程参数的「结构构成」分类表
_________________________________________________________________________________
属系统功能类的有:
01生产率、02适应性\通用性、03自动化程度、04可靠性、05制造精度、06测量精度、
07装置的复杂性、08检测\测量复杂性、09可制造性、10可操作性、11易维修性、
13外部有害因素的敏感性、14物体产生的有害副作用、23运动物体的耐久性、
24静止物体的耐久性
属构成成分类的有:
15运动物体的尺寸、16静止物体的尺寸、17运动物体的面积、18静止物体的面积、
19运动物体的体积、20静止物体的体积、21形状、22速度、27物质的损失、28强度、
32运动物体的质量、33静止物体的质量、34温度、35物体的明亮度;
属能量类的有:
30力、31应力\压力、34温度、36功率、37运动物体的能量消耗、
38静止物体的能量消耗;
属结构类的有:
07装置的复杂性、26物质的数量、29结构的稳定性;
属时间类的有:
01生产率、23运动物体的耐久性、24静止物体的耐久性、25时间的损失;
属信息类的有:
12信息损失;
6、TRIZ语言的障碍
将技术问题抽象成由39个工程参数构成的「技术矛盾」或「物理矛盾」问题,是正确运用TRIZ原理的关键,
一般需要经过专门的训练才能达到,否则TRIZ的这种方法就无法进行,这也是目前影响TRIZ推广的主要障碍。
&
#x4E8C;
、对40个[发明原理]的分析
1、同对TRIZ工程参数的归纳分析一样,TIRZ的40个「发明原理」(TRIZ新的「发明原理」增加到77个),
都是针对影响系统的性能的构成「成分」、「结构」、「能量」、「信息」、「时间与空间」、「环节」和系统「功能」自身的各个方面,采用的多种方法。
一些「原理」具有普遍的适用性,如「物理或化学参数改变原理」,由于技术系统是物质构成的,物质的性能、数量、形态等等都会产生对技术系统功能的影响,因此,这一个「原理」具有普遍的适用性,在矛盾矩阵表中出现的频率也最高。
然而有些「原理」有明确的针对性,如「改变颜色原理」、「利用多孔材料原理」、「利用复合材料原理」、「利用气压和液压结构的原理」、「利用软壳和薄膜原理」、「廉价替代品原理」等等,只是一种具体的材料、结构形式或一种物质的形态。
一种特定的材料或结构,只能适用一定范畴,不具有普遍性。
因此这些「原理」在矛盾矩阵表中出限的频率也就很低(不到10%)。
2、40个「发明原理」都是针对解决技术问题的,也都是解决技术问题的不同方法。
任何方法都同一切事物
一样,是有层次结构的。
例如,图书的分类就有清晰的层次,社会科学与自然科学是两个大类;
而工程技术是自然科学的之下的一个层次内的一个组成部分;
其中建&
#x7B51;
技术又是工程技术的再下一个层次分类。
在自然科学类内可以检索到建&
技术,而在社会科学类里检索不到建&
技术的有关内容。
同样在下位类中也捡索不到上位类与同位类中的内容。
这样就组成了一个有严谨层次的体系。
TRIZ的40个发明原理正是缺少了类似的层次体系。
例如,「抽取原理」、「组合原理」等,属上位类的[发明原理],适用技术系统的「构成」、「结构」、「功能」等各个方面,是第一层次中的方法「原理」;
而「分割原理」、「嵌套原理」等只适应于解决技术系统的「结构」问题,是第&
层次中的「发明原理」;
而「利用软壳和薄膜原理」、「利用多孔材料原理」、「改变颜色原理」等等,更是一种具体的「结构」形式或具体的一种「物」质形态,属更下位的方法「原理」(如果它们能称得「原理」的话)。
下位类的方法原理不完全适用于上位类中的所有技术问题,只是上位类的方法原理才适用于下位类的技术问题,但又较为原则,缺乏针对性。
另外,下位类的构成必须完整,例如,三角形的分类组成如果以边来划分,必须是等边、不等边和等腰三角形,不可缺少其中一项,更不可混杂以角来划分的任何一个三角形种类。
目前的TRIZ40个「发明原理」中混杂了各个层次的方法原理,大到「抽取」与「组合」等适合于一切技术问题的方法原理,小到「改变颜色」和「多孔物质」等具体的材料,而且分类不明确,各类构成不完整,尚形不成完整性方法体系。
3、40个「发明原理」是解决技术矛盾的方法,科学的方法应该具有完备性,而完备性一个重要体现是方法
或「原理」的对立统一性,也即互补性。
例如,物&
#x4EF6;
之间有连接也必有分离;
有刚性连接也有相对立的柔性连接,有时也有既刚又柔的连接方法。
因此,既有「分离」的方法也必定有「组合」的另一种方法,这样的方法组成才具完备性。
40个「发明原理」中,约有&
分之一的「发明原理」是互补的,例如,相对于在常规的「作用」,还有[反向作用原理];
在作用的时间序列和方式上有[预先作用原理]和[预先反作用原理];
作用程度上有[不足或过度作用原理];
在介质材料上,有[惰性介质]和[强氧气剂]的另一对;
在系统的「构成」方式上,有[抽取],也有[组合]、有[分割]还是[嵌套]等等。
然而,也有些「发明原理」的互补是不完备的,如[连续有效作用]与[周期性作用],还是[急速作用]之间的互补就不完备。
4、在40个「发明原理」中,有许多「原理」只是一种特指的具体材料,这些材料具有特殊的「科学效应」,
正是这些「效应」的运用影响着系统的功能。
材料是「构成」的重要内容,在某一个时期里,多项技术采用某一种材料或结构,也具有趋向性,例如,复合材料由于强度高重量轻,被广泛采用。
但是,用一种具体的材料或结构,作为一种「原理」是否具有普遍性?
是否过于特指性?
有待商确。
5、40个「发明原理」在矛盾矩阵中的使用频率是不同的,而且差别很大。
如,[01]改变形状与参数原理,使
用次数达400多次,使用频率达到33%。
而[40]连续有效作用原理,只有15次,使用频率仅为1&
21%,相差27倍之多!
「改变形状与参数原理」至所以使用频率最大,正是由于这条「原理」具有泛指性,而有些「原理」由于特指性很强,如「柔性壳体或薄膜结构原理」、「同质性原理」、「连续有效作用原理」等等,使用频率均不到10%,甚至只有1%。
作为「发明原理」,过宽的泛指性或过强的特指性,都是不适当的。
6、通过对1985年版的阿舒奇勒的[矛盾矩阵表]和A&
Studiu的[发明导航仪表]的对照发现(至少有27项建议采
用的「发明原理」和「导航」内容存在明显的不同(具体内容见附表一)。
TIRZ的通用工程参数、发明原理的不断变更和矛盾矩阵答案存在的差异,至少表明了即使是TRIZ的权&
#x5A01;
作者
,对「技术矛盾」和「发明原理」的理解,有时也会存在差异,这对普通使用者来说更有难度了。
另一方面同一
类[技术矛盾]问题,用阿舒奇勒创建的[矛盾矩阵表]和A&
Studiu的[发明导航仪表]得出的结果会存在上述的不同,也表明了尽管它们的答案有数以万计专利实例的支持,由于选择的主管性,不免会受认识的局限而影响它的必然性。
7、[矛盾矩阵表]中的空白项
不论是阿舒奇勒的[矛盾矩阵表]还是A-Studio的[导航仪表]都有273项是空白的,占总量的273\1521=17&
95%。
在空白项中相同工程参数之间形成的项共为39项,属「物理矛盾」,可用[分离原则]加以解决。
然而,其他的组项为什么不能组成矛盾体呢?
是TRIZ在专利中没有找到实例是概括不出相应的发明原理?
还是也同样不能组成矛盾体?
按照矛盾法则,任何事物之间都可以组成体的!
那么这些参数之间也应该组成矛盾体!
例如,想要减少装置的能量损失,该装置的通用性就会被降低,那么采取[专门化]不也应该是一个出路!
8、案例分析存在的差异性
在运用阿舒奇勒的[矛盾矩阵表]时,由于对问题分析存在的差异,会有完全不同的结果。
下面仅以两本译文
书中所举的案例进行分析,并予以证明:
(1)、「提高船舶运行效率」案例__来自于[用TRIZ进行创造性思考实用指南]一书的[例47]
船舶是利用水的浮力效应实现可载物漂浮在水面上。
由于船舶在水下,水的阻力又影响它运行的速度,为
了克&
#x670D;
水的阻力必须使用能量,船舶的发动机功率的增加使速度提高,而水的阻力又使它慢下来,如何才能使发动机功率略微增加就能提高速度?
这里存在以下的矛盾:
管理矛盾____船的速度只有在发动机功率提高到一定程度后才能提高。
技术矛盾____发动机功率的增加提高了船的速度,但水的阻力上升得更快,使发发动机功率无法再提高。
物理矛盾____为确保稳定性,船身需要宽。
但为了减小行驶中水的阻力,船身又要窄。
运用A_导航仪:
欲改善参数为提高__22「速度」,负面(恶化)参数为性能(动力)下降__36「功率」;
查得的推荐导航仪为:
01改变状态与参数、
05抽出、
08周期性作用、
30强氧化作用。
进过选择最后选取:
05抽出___抽出破坏性部&
,或反过来抽出必要部&
。
20世纪50年代初,由前苏联RostislavAlexeyev开发的高速水翼船,就是这个思路:
在船的水下装上「翅膀」
以产生更大的浮力和水动力,并将船往上推。
船的行驶速度越快,船抬升也越高,船身留在水下的部分也就越小了。
这样,水对船的的阻力减少,对船的加速也变得更容易,船会行驶得越来越快直到整个船身都浮在水面上,只有「翅膀」和推进器留在水下。
案例选择的技术矛盾的负面(恶化)参数是36「功率」。
然而,如果选择37「运动物体的能量消耗」,从理
论上说也不无道理,因为船舶的功率大了,正是行驶船舶(运动物体)能量消耗的增加。
而选用了__37「运动物体的能量消耗」作用负面(恶化)参数,查得的导航仪结果则是:
07动态化、
30强氧化作用、
32重量补偿。
其结果中并没有「05抽出」,这个结果也就无法检索到「水翼船」的发明实例了。
这好比,2+2=4,但反过
来4并不只是由2+2构成,也应该可以是1+3或5-1等多种构成,而A_导航仪的结果却不是如此!
可见,A_导航仪在逻辑推理上是不严谨的!
(2)、「菲利普荧光灯泡的改进」案例__来自于[技术创新方法入门__TRIZ基础]一书的[案例3_2]
第一步问题的提出;
荧光灯的发光原理是,荧光灯管里充满了水银蒸汽,灯管内壁涂有荧光剂,水银蒸汽受高压电激发使电
子跳脱出来,部分电子撞击荧光剂后发出白光。
长期使用的情况下,荧光灯往往亮度变弱,这是由于真空玻璃管吸收水银蒸汽,造成管中的水银蒸汽不断减少。
这不仅削弱了荧光灯的亮度,而且缩短了荧光灯的寿命。
由此可见,如果管内水银蒸汽量过少,会降低荧光灯工作的可靠性,传统的荧光灯往往填充过量的水银蒸汽,造成了物质上的浪费。
如果荧光灯管破损,大量的水银蒸汽释放出来,对环境和人体的损害是非常大的。
但是,降低管内的水银蒸汽量会增加电能的耗费。
因为为了保证亮度,需要增加能量以激发出更多的电子。
第&
步系统存在的技术问题是:
系统存在的[技术矛盾]是:
为了保证荧光灯亮度的稳定性,就不得不增加水银蒸汽的量;
减少水银蒸汽
的量,有利于环境保护,但降低了荧光灯工作的可靠性;
减少水银蒸汽的量,有利于环境保证,但增加了能量消耗。
系统存在的[物理矛盾]有:
对水银蒸汽的量同时具有多和少的要求。
第三步使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析、解决问题:
A、使系统性感提高的技术特性是:
(a)、物质的量(通用工程参数26)
(b)、作用于物体的坏的因素(通用工程参数30)
B、使系统性能降低的技术特性是:
(a)、可靠性(通用工程参数27)
(b)、能量的浪费(通用工程参数22)
(c)、静止物体使用的能量(通用工程参数20)
C、这样,得到三组技术矛盾:
(a)、减少水银蒸汽的量(物质的量26),但荧光灯工作的可靠性降低(可靠性27)。
(b)、减少水银蒸汽的量(物质的量26),但需要耗费更多的电能量的浪费22)。
(c)、有利于环境保护(作用于物体的坏的因素30),但荧光灯使用的能量增加了(静止物体使用的
能量20)。
第四步这三组技术矛盾分别运用技术矛盾解决矩阵的方法,得到3个发明原理提示以开拓思路:
由技术矛盾矩阵
[物质的量\可靠性]得到发明原理28机械系统的替代、18机械振动、3局部质量和40复合材料。
(b)、减少水银蒸汽的量(物质的量26),但需要耗费更多的电能(能量的浪费22)。
[物质的量\能力的浪费]得到发明原理7嵌套、18机械振动和25自&
务。
(c)、有利用环境保护(作用于物体的坏的因素30),但荧光灯使用的能量增加了(静止物体使用的能
量20)。
由技术矛盾矩阵[作用于物体的坏的因素\静止物体使用的能量]得到37热膨胀、10预先作
用、2抽取和22变害为利。
第五步最终结果:
经过分析筛选得出结果为:
(a)、应用发明原理7__嵌套
解决方案:
在真空管的里面内嵌一个玻璃寰。
(b)、应用发明原理28__机械系统替代
用高频电磁场来打破这个玻璃囊。
(c)、应用发明原理37__热膨胀
利用金属线和玻璃囊的热膨胀系数的不同释放水银蒸汽。
第六步得出结论:
经过计算满足性能要求的最小剂量的水银蒸汽被密封在玻璃囊中。
在玻璃囊的内壁上嵌着金属线圈。
该玻璃
囊被内嵌在真空管的一端。
荧光灯被制造出来后,通过一个高频的电磁场来加热玻璃囊。
由于玻璃囊和金属线圈的热膨胀系数不一样,使得金属线圈能够切断玻璃囊,释放出水银蒸汽。
同一般荧光管相比,用这种新的制造技术,至少可以减少75%的水银含量,减少了对环境的污染。
通过上述分析,菲利普荧光灯泡的改进案例存在以下特点:
(a)、将具体问题转换成系统存在的技术问题十分关键,例如,「荧光灯亮度」如何转换为「稳定性」,
再由「稳定性」转换成「可靠性」就是一例。
这里需要使用者对39个通用工程参数的内含有较深的理解。
如果套用了工程参数18「明亮度」,其结果将完全不同了。
(b)、找到了改善参数和相对应的恶化参数之后,在矛盾矩阵表中得到的「发明原理」,并不是最终结果,而
仅仅是解决矛盾的一种参考思路。
要从多项的「发明原理」中,运用专业知识,在没有任何关联的几项「发明原理」中行筛选中,选中率不到30%。
例如:
第一组[技术矛盾]:
减少水银蒸汽的量(物质的量26),但荧光灯工作的可靠性降低(可靠性27)。
由技术
矛盾矩阵得到发明原理有:
18__机械振动、
3__局部质量、
28__机械系统的替代、
40__复合材料。
经过分析筛后选用的是第三项的28__机械系统的替代。
选中率为25%。
组[技术矛盾]:
减少水银蒸汽的量(物质的量26),但需要耗费更多的电能(能量的浪费22)。
由[技术
矛盾]矩阵得到发明原理有:
7__嵌套、
25__自&
经过分析筛选后选用的是第一项7__嵌套。
选中率为33%。
第三组[技术矛盾]:
有利于环境保护(作用于物体的坏的因素30),但荧光灯使用的能量增加了(静止物体
使用的能量20)。
由[技术矛盾]得到的发明原理有:
10__预先作用、
2__抽出、
22__变害为利、
37__热膨胀。
经过分析筛选后选用的是第四项37__热膨胀。
(c)、由相同工程参数产生的[技术矛盾],得到的几项「发明原理」在内容上没有任何的关联性,有的甚至是
相反或相对立的「发明原理」。
例如,第一组[技术矛盾]的「发明原理」选项中的「机械振动」和「机械系统的替代」,很显然是相矛盾的。
由于问题和答案之间缺乏关联的必然性,虽然答案是从数以万计的专利实例中获取的,而对这种由
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