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1、第五篇 设计流程与软件工具,创新设计研究所,为什么学习本篇？,为了更系统化地应用TRIZ求解问题，也是为了使问题得以更全面地解决，需要一个从问题发现、问题分析、问题转化到问题求解的系统化流程。 TRIZ中提出的解都是抽象解，能否根据TRIZ解的描述得到领域解，这与个人知识面及经验有很大关系。为了帮助人们从TRIZ解较快得到具体问题的解，需要一些更具体的设计案例作为参考，设计者根据案例的问题情境和解的原理可以更快地联想到自己面对问题的具体解。另外效应知识库需要大量的效应作为底层支持，效应推理过程也比较复杂，需要软件来完成，因此出现了对CAI软件的需求。,第18章 发明问题解决的流程,创新设计研究
2、所,主要内容,18-1 概述,TRIZ由很多概念、工具与方法构成，这些概念、工具和方法并不是凌乱的集合在一起，而是有逻辑地形成了解决发明问题的方法流程，即发明问题解决过程。 TRIZ认为，一个问题解决的困难程度取决于对该问题的描述或程式化方法，描述的越清楚，问题的解就越容易找到。 TRIZ中，发明问题求解的过程是对问题不断描述、不断程式化的过程。 经过这一过程，初始问题被清楚的暴露出来，能否求解已很清楚，如果已有的知识能用于该问题则有解，如果已有的知识不能解决该问题则无解，需等待自然科学或技术的进一步发展。,18-2 TRIZ解决发明问题的流程,1.TRIZ解决发明问题的一般流程,TRIZ具有
3、一套解决问题的基本思想，那就是先将设计者所要解决的特殊问题转化成一个标准的通用性的TRIZ问题；然后再利用TRIZ工具，如发明原理、技术进化定律、效应、标准解等，求出该TRIZ问题的通用解；最后设计者通过与实例的类比，将通用解转化为领域解。该过程如图18.1所示。,18-2 TRIZ解决发明问题的流程,1.TRIZ解决发明问题的一般流程,例如：LED厂家遇到的散热问题，如果设计者直接搜索“如何解决LED灯的散热”问题，得到的答案往往不是很理想，原因在于这是一个领域性的问题，即使已经有人解决，也会遇到专利的壁垒。那么就应该将该问题转化成一个标准TRIZ问题，如图18.2所示。这样设计者就可以根据
4、TRIZ解决问题的基本思路得到该问题的领域解。,18-2 TRIZ解决发明问题的流程,1.TRIZ解决发明问题的一般流程,TRI包含了用于问题分析的分析工具和用于系统转换的基于知识的工具。通过引入问题分析工具和基于知识的工具，将图18.1基于TRIZ的发明问题解决流程进行细化，得到图18.3的模型。,18-2 TRIZ解决发明问题的流程,2. 应用TRIZ解决原因导向型问题的简化过程模型,在问题表象比较清楚的情况下，解决问题的关键是根据表象找到问题的根原因，从根原因入手才能从根本上解决问题。 图18.4为TRIZ解决原因导向型问题的简化过程模型。该模型主要包括以下4个步骤：,（1）问题的描述；
5、 （2）问题分析； （3）发明问题求解； （4）方案评价，并确定最终解。,18-2 TRIZ解决发明问题的流程,2. 应用TRIZ解决原因导向型问题的简化过程模型,步骤一：问题的描述, 明确系统实现的功能。确定问题所在系统以及实现的功能，明确实现功能的约束。 分析现有系统的工作原理。明确系统由哪些部件组成，各部件之间的连接关系，如何实现系统功能。 阐明当前系统存在的问题。说明依据现有工作原理，目前系统存在的问题是什么？ 确定问题出现的条件和时间。明确问题是否是在某一个特殊的条件、某一时间内下才发生。 分析类似问题的现有解决方案及其缺点。类似问题的现有解决方案不仅包含设计者尝试解决问题的方法，还
6、包括相关专利中类似问题解决方法和领先企业的解决方案。 明确对新系统的要求。,18-2 TRIZ解决发明问题的流程,2. 应用TRIZ解决原因导向型问题的简化过程模型,步骤二：问题分析, 功能分析。建立现有技术系统的功能模型，根据问题的表象，确定初始冲突区域。功能模型元件间作用的类型还需根据后续根原因分析的结果而定，因此会是一个反复修改的过程，具体参看根原因分析的案例分析。 根原因分析。应用根原因分析方法，从初始冲突区域开始，建立因果链。根据设计约束，确定可通过设计改变的根原因，并修改功能模型。 冲突区域确定。把与根原因直接相关元件确定为最终冲突区域，即问题关键点所在。 理想解分析。理想解分析是
7、为了突破由冲突区域确定的“最小问题”的界限，引导系统产生更高层级的解。 资源分析。根据消除根原因的需要的资源类型，分别分析其子系统、系统、超系统的资源，判断理想解实现过程中克服障碍的可用资源，建立资源列表，分析每项资源在问题求解过程中可能的作用。,18-2 TRIZ解决发明问题的流程,2. 应用TRIZ解决原因导向型问题的简化过程模型,步骤三：发明问题求解, 在根原因分析确定冲突区域之后，首先可以尝试对冲突区域进行裁剪，按照裁剪规则或启发式裁剪问句进行裁剪，并对裁去元件的有用功能重新分配，得到一些可能解，然后进行评价。 尝试消除根原因，分析是否导致新的问题，如果导致新的问题，则尝试用技术冲突或
8、物理冲突表达和求解问题。 如果希望对冲突区域重新求解，则用黑箱模型表达要求解的功能，然后用效应求解。 把冲突区域用物质-场模型表达，则可用标准解求解。 直接对系统或冲突区域按照技术系统进化定律或路线进行技术预测，可以预测没有当前问题的技术系统应该具有的特征。,18-2 TRIZ解决发明问题的流程,2. 应用TRIZ解决原因导向型问题的简化过程模型,步骤四：方案评价，并确定最终解,从多个问题关键点出发，应用不同工具，可得到多个问题解决方案。通过对这些方案进行评价，最终确定问题的解决方案，进而进行后续设计。,18-2 TRIZ解决发明问题的流程,3. TRIZ求解目标导向型问题的简化流程,目标导向
9、型问题首先需要明确的是系统希望达到的目标状态是什么？目标明确后问题也就明确了，进入原因导向型问题求解过程。图18.5所示为应用TRIZ求解目标导向型问题的流程。,（1）选择预测对象； （2）预测目标状态； （3）概念求解阶段；,18-2 TRIZ解决发明问题的流程,目标导向型问题首先需要明确的是系统希望达到的目标状态是什么？目标明确后问题也就明确了，进入原因导向型问题求解过程。图18.5所示为应用TRIZ求解目标导向型问题的流程。,（1）选择预测对象； （2）预测目标状态； （3）概念求解阶段；,18-2 TRIZ解决发明问题的流程,3. TRIZ求解目标导向型问题的简化流程,步骤一：选择预测
10、对象,选择预测的对象，可以是具体产品，也可以是产品中某个重要子系统。,步骤二：预测目标状态,首先分析系统的功能，然后可以分为两个路径进行未来产品概念的预测。 应用技术系统进化理论进行分析。先做预测对象的产品技术成熟度预测，然后选择系统或子系统为对象应用进化定律和路线分析技术系统进化潜力。 应用需求进化定律（含马斯洛需求模型和Kano模型），分析未来用户需求的变化，然后把用户需求转化为系统需求。 由两种预测路径汇总得到未来产品概念的集合。选择一个产品概念，形成设计问题。,18-2 TRIZ解决发明问题的流程,3. TRIZ求解目标导向型问题的简化流程,步骤三：概念求解阶段,形成设计问题之后，实际
11、上可以按照原因导向型问题求解过程进行求解，但又稍有不同： 问题分析阶段。因为前面步骤已经进行了理想解分析，所以理想解分析可以略去。 问题求解阶段。因为系统已经做了进化分析，所以进化分析可以略去。 根原因分析和资源分析直接得到的新系统的可行方案，由裁剪、冲突分析、物质-场分析和功能分析可以得到新系统的可能解，对得到的所有解进行综合评价和选择。挑选出最能满足新系统要求的解作为新系统的解。,18-3 ARIZ算法,TRIZ由很多概念、工具与方法构成，所有这些又都包含在发明问题解决算法（ARIZ）之中。ARIZ以一系列的操作实施TRIZ中的启发式方法，从而解决发明问题。ARIZ帮助研发人员解决问题构造
12、、问题定义、问题解决流程等，通过综合应用理想解、可用资源、9窗口方法、聪明小人方法、冲突解决原理、标准解、效应等解决发明问题。尽管只有1%的问题需要应用ARIZ，但ARIZ本身也是一种方法，对研发人员理解发明问题解决的过程十分重要。,18-3 ARIZ算法,ARIZ（Algorithm for Inventive-Problem Solving）发明问题解决算法，是TRI中的一个主要分析问题、解决问题的方法，其目标是为了解决问题的物理冲突。该算法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。ARIZ是发明问题解决的完整算法，该算法采用一套逻辑过程逐步将初始问题程式化。该算法特别强调冲
13、突与理想解的程式化，一方面技术系统向着理想解的方向进化，另一方面如果一个技术问题存在冲突需要克服，该问题就变成了一个创新问题。,18-3 ARIZ算法,ARIZ（Algorithm for Inventive-Problem Solving）发明问题解决算法，是TRI中的一个主要分析问题、解决问题的方法，其目标是为了解决问题的物理冲突。该算法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。ARIZ是发明问题解决的完整算法，该算法采用一套逻辑过程逐步将初始问题程式化。该算法特别强调冲突与理想解的程式化，一方面技术系统向着理想解的方向进化，另一方面如果一个技术问题存在冲突需要克服，该问题就
14、变成了一个创新问题。 ARIZ中，冲突的消除具有强大的效应知识库的支持。效应知识库包含物理效应、化学效应、几何效应等。作为一种规则，经过分析与效应的应用后问题仍无解，则认为初始问题定义有误，需对问题进行更一般化的定义。应用ARIZ取得成功的关键在于没有理解问题的本质前，要不断地对问题进行细化，一直到确定了物理冲突。,18-3 ARIZ算法,ARIZ算法解决问题过程如图18.6所示。作为一种规则，应用ARIZ取得成功的关键在于在理解问题的本质前，要不断地对问题进行细化，直至确定了问题所包含的物理冲突。经过上述过程的应用后如问题仍无解，则认为初始问题定义有误，在ARIZ步骤6中需调整初始问题模型，
15、或者对问题进行重新定义。在应用ARIZ解决问题过程中，并不要求按顺序走完所有的9个子步骤，而是，一旦在某个步骤中获得了问题的解决方案，就可跳过中间的其他几个无关步骤，直接进入后续的相关步骤来完成问题的解决。以下给出ARIZ九个步骤的详细介绍。,18-3 ARIZ算法,图18.6 ARIZ算法解决问题过程,18-3 ARIZ算法,准备工作：搜集问题所在系统的相关信息； 0.1 收集并陈述问题相关案例，了解已经尝试过但没有成功的解决方案； 0.2 通过回答以下问题，定义问题解决后应达到的目的，能接受的最大成本。 a-0.2评价问题解决的技术和经济指标是什么？ b-0.2问题解决后带来的好处？ c-
16、0.2要解决问题技术系统哪些特性和参数必须改变？ d-0.2解决问题可以接受的最大成本是多少？,18-3 ARIZ算法,步骤1：问题分析与表述; 1.1 按照如下文本形式，表述技术系统， 技术系统主要目的是，主要子系统包括，有用功能包括，有害功能包括。 a-1.1 假设去除某个子系统，判断问题是否存在，通过这种方式确定问题涉及子系统； b-1.2 列出子系统中对问题解决产生重要影响的元件； c-1.3 列举出与子系统作用的环境组件； d-1.4 根据下列模板描述子系统，问题涉及子系统需要执行动作实现有用功能； e-1.5 指出有用功能和有害功能之间的联系。 1.2 采用系统算子寻找问题解决的替代方式，将问题边界扩大，考虑在超系统、子系统、前后过程等寻找原问题的替代解决方法。,18-3 ARIZ算法,步骤1：问题分析与表述; 1.3 回答如下问题，判断问题是常规问题还是冲突问题，常规问题不需应用ARIZ。 a-1.3 应用现已知方法提高有用功能，有害功能是否同时提高？ b-
