发明与专利中的萃智理论介绍
文摘
2024-04-24 14:15
浙江
萃智理论是“发明问题解决理论”的简称，是前苏联海军部专利科学家根里奇阿奇舒勒(GenriehAlt-shuller)通过对250万份发明专利的分析研究，总结归纳的一套发明创新理论。萃智理论总结了企业产品发展进化的客观规律，提出了一系列分析、解决问题的具体流程和方法，指导人们创造性地解决实际科研生产中遇到的技术难题。萃智理论被称为创新的“点金术”。 萃智（TRIZ）是从全世界200多万件高水平的发明专利中总结提炼的一整套解决发明难题的分析方法、分析工具、发明原理、解题模型、标准解法等系统工具与方法，完全改变了过去研发工作中靠千百次的反复试验，或靠专家的灵感突发而解决问题的方式。 萃智（TRIZ）提供给发明者一个清晰的发明创新路线图。根据国内外大量的企业学习应用萃智（TRIZ）的实践结果，一个掌握萃智（TRIZ）理论的科技人员与不掌握萃智（TRIZ）的科技人员比较其发明创新能力提高6至10倍。科技人员、企业工程技术人员通过学习萃智（TRIZ）理论，可以由普通的专业人员突变成为一个新型的创新发明技术精英，大大提升人的价值，可为企业创造极大的效益。“工欲善其事，必先利其器”。要发展就必创新，要创新就要有工具，如同作战要有武器一样，萃智（TRIZ）就是最好的创新利器。”自主创新，方法先行”。不论是一项科学研究或解决一个技术难题，大部分精力都用在寻求一种解决方法，方法找到了，问题自然迎刃而解。 萃智（TRIZ）就能给我们提供一套先进、实用的创新方法。是否掌握萃智（TRIZ）理论与方法，已成为当今世界区分普通的专业人才与高级创新人才的衡量标准。学习和推广萃智（TRIZ）理论与方法在我国已经晚了一步。但是，只要努力学习、研究、实践，我们就能从中获得无穷尽的创新力量，极大地增强自主创新能力，为创新发展做出业绩。
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例：货船分成同型的几个部分，必要时，可将船加长些或变短些。从物体中拆出“干扰部分(“干扰”特性)或者相反，分出唯一需要的部分或需要的特性。与上述把物体分成几个相同部分的技法相反，这里是要把物体分成几个不同的部分。例，一般小游艇的照明和其他用电是艇上发动机带动发电机供给的．为了停泊时能继续供电，要安装一个由内燃机传动的辅助发电机．发动机必然造成噪音和振动。建议将发动机和发电机分置于距游艇不远的两个容器里，用电缆连接。a．从物体或外部介质(外部作用)的一致结构过渡到不一致结构。例：为了防治矿山坑道里的粉尘，向工具(钻机和料车的工作机构)呈锥体状喷洒小水珠。水珠愈小，除尘效果愈好．但小水珠容易形成雾，这使工作困难．解决办法：环绕小水珠锥体外层再造成一层大水珠。例：防撞汽车轮胎具有一个高强度的侧缘，以抵抗人行道路缘石的碰撞。例：双联显微镜组；由一个人操作，另一个人观察和记录。例：提包的提手可同时作为拉力器（苏联发明证书187964)。a．一个物体位于另一物体之内，而后者又位于第三个物体之内，等等。例：”弹性振动超声精选机是由两个互相夹紧的半波片构成。其特征是，为了减小精选机的长度和增大它的稳定性，两个半波片制成相互套在一起的空锥体(苏联发明证书~186781)。在苏联发明证书0462315中，也采用该解决方案来缩小变压器压电元件输出部分的外形尺寸。在苏联发明证书~304027中，金属拉制设备的“玩偶”是由拉摸组成。a．将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消其重量。b．将物体与介质(最好是气动力和液动力)相互作用以抵消其重量。例：“调节转子风力机转数的制动式离心调节器安在转子垂直轴上。其特征是：为了在风力增大时把转子转速控制在小的转数范围内，调节器离心片做成叶片状，以保证气动制动” (苏联发明证书167784)。有趣的是，在发明公式中明显地反映了发明所克服的矛盾．在给定的风力和给定的离心片质量的条件下，获得了一定的转数√为了减少转数(当风力增大时)，必须增大离心片质量；但离心片在旋转，很难靠近它。于是矛盾这样消除，使离心片具有形成气功制动的形状，即把离心片制成具有负迎角的翼状。总的设想显而易见：如果需要改变转动物体的质量，而其质量又不能按照一定的要求改变，那么应使该物体成为翼状的，改变翼片运动方向的倾斜角度，便可获得需要方向的附加力。如果按课题条件必须完成某种作用，则应提前完成反作用。例：杯形车刀车削方法是：在车削过程中车刀绕自己的几何轴转动。其特征是为了防止产生振动，应预先向杯形车刀施加负荷力，此力应与切削过程中产生的力大小相近，方向相反(苏联发明证书~536866) 。b．预先将物体安放妥当，使它们能在现场和最方便地点立即完成所需要的作用。例：“用等离子束加工无机材料如光纤。其特征是：为提高机械强度，预先往无机材料上涂敷碱金属或碱土金属的溶液或熔融体” (苏联发明证书522150)。还有人事先涂敷可使小裂缝愈合的物质。按苏联发明证书456594的办法，树枝在锯掉之前套上一个紧箍环，树木感该处有“病”，于是向那里输送营养物质和治疗物质。这样，在树枝被锯之前这些物质便积聚起来，锯后锯口会迅速愈合。例：有一种装置不必使沉重的压模升降；这种装置是在压床上安装了带有输送轨道的附件(苏联发明证书264679)。b、使物体或外部介质的活动部分成为不动的，而使不动的成为可动的。例：在研究课题9(关于消除灰尘的过滤器)时，我们介绍了苏联发明证书156133，过滤器用两块磁铁制成，在磁铁之间是铁磁粉末。7年之后又有了苏联发明证书319325．它的过滤器是相反的：对液体或气体进行机械清洗的电磁过滤器，它包括有磁场源和颗粒状磁性材料制的过滤元件，其特征是，为降低单位耗电量和提高生产率，过滤元件放在磁场源的周围，以形成外部闭式磁路。a．从直线部分过渡到曲线部分，从平面过渡到球面，从正六面体或平行六面体过渡到球形结构。a、物体(或外部介质）的特性的变化应当在每一工作阶段都是最佳的。例：”用带状电焊条进行自动电弧焊的方法，其特征是，为了能大范围地调节焊池的形状和尺寸，把电焊条沿着母线弯曲，使其在焊接过程中成曲线形状” (苏联发明证书258490)。如果难于取得百分之百所要求的功效，则应当取得略小或略大的功效。此时可能把课题大大简化。a．如果物体作线性运动（或分布）有困难，则使物体在二维度(即平面)上移动。相应地，在一个平面上的运动(或分布)可以过渡到三维空间。技法17a可以同技法7和15b联合，形成一个代表技术系统总发展趋势的链：从点到线，然后到面，到体，最后到许多个物体的共存。例：“越冬圆木在圆形停泊场水中存放，其特征是，为了增大停泊场的单位容积，和减小受冻木材的体积，将圆木扎成捆，其横截面的宽和高超过圆木的长度，然后立着放”(苏联发明证书~2236318)。b、如果已在振动，则提高它的振动频率(达到超声波频率) 。例：“无锯末断开木材的方法，其特征是，为减少工具进入木材的力，使用脉冲频率与被断开木材的固有振动频率相近的工具”(苏联发明证书~307986)。例：用热循环自动控制薄零件的触点焊接方法是基于测量温差电动势的原理。其特征是，为提高控制的准确度，用高频率脉冲焊接时，在焊接电流脉冲的间隔测量温差电动势(苏联发明证书9336120)。a．连续工作(物体的所有部分均应一直满负荷工作)。例：加工两个相交的圆柱形的孔如加工轴承分离环的槽的方法，其特征是，为提高加工效率，使用在工具的正反行程均可切削的钻头(扩孔器)'(苏联发明证书M262582)。例：”产胶合板时用烘烤法加工木材，其特征是，为保持木材的本性，在生产胶合板的过程中直接用300～600?C 的燃气火焰短时作用于烘烤木材”苏联发明证书338371)。a．利用有害因素(特别是介质的有害作用)获得有益的效果。b．通过有害因素与另外几个有害因素的组合来消除有害因素。例：“恢复冻结材料的颗粒状的方法，其特征是，为加速恢复材料的颗粒和降低劳动强度，使冻结的材料经受超低温作用” (苏联发明证书N~409938) 。例：“自动调节硫化物沸腾层焙烧温度规范的方法是随温度变化改变所加材料的流量，其特征是，为提高控制指定温度值的动态精度，随废气中碥含量的变化而改变材料的供给量”(苏联发明证书302382)。例：“校准在稠密介质由测量动态张力仪器的方法是在静态条件下装入介质样品及置入样品中的仪器。其特征是，为提高校准精度，应利用一个柔软的中介元件把样品及其中的仪器装入” (苏联发明证书354135)。例，一般都是利用专门装置供给电焊枪中的电焊条．建议利用电焊电流工作的螺旋管供给电焊条。a．用简单而便宜的复制品代替难以得到的、复杂的、昂贵的、不方便的或易损坏的物体。b．用光学拷贝(图像）代替物体或物体系统。此时要改变比例(放大或缩小复制品)。c．如果利用可见光的复制品，则转为红外线的或紫外线的复制。例：“大地测量学直观教具是一个平面艺术全景。其特征是：为进行地形图像全景测量摄影，教具按视距摄影数据制成，并声地形的有代表性的各点上配备缩微视距尺” (苏联发明证书~86560) 。用一组廉价物体代替一个昂贵物体，放弃某些品质(如持久性)。例：一次性的捕鼠器是一个带诱饵的塑料管；老鼠通过圆锥形孔进入捕鼠器，孔壁是可伸直的，老鼠只能进，不能出。a．用光学，声学、味学等设计原理代替力学设计原理。c、由恒定场转向不定场，由时间固定的场转向时间变化的场，由无结构的场转向有一定结构的场。例：“在热塑材料上涂金属层的方法是将热塑材料同加热到超过它的熔点的金属粉末接触，其特征是，为提高涂层与基底的结合强度及密实性，在电磁场中进行此过程”(苏联发明证书445712)。用气体结构和液体结构代替物体的固体的部分，如充气和充液的结构，气枕， 静液的和液体反冲的结构。例：为使船的推进器轴同螺杆套连接，在轴内作一槽，槽内放一弹性空容器(窄气袋)．如果此容器充进压缩空气，则胀大并将螺杆套挤到推进器轴上(苏联发明证书313741)．一般在这种情况下利用金属连接元件，但同气袋连接比较简易，因为不需要精磨相接平面。此外，这种连接可以消除冲击负荷。此项发明伺后来发表的苏联发明证书~4456．11此较，颇为有趣。该项发明是：运输易碎制品(如排水管)的集装箱里面有一个充气囊，使制品在运输中相互靠紧不致撞坏。技术领域虽然不同，但课题和解决方法是绝对相同的。在苏联发明证书249583中，起重机抓斗利用充气元件工作，在苏联发明证书409875 中，在锯木装置中利用气囊夹持易碎制品。这类发明极多．看来是停止授予此种建议的专利的时候了．但是，设计教材中规定一个简单原理：如果需要短时间使一种物体与另一种物体紧紧靠住，则应用“气袋”法．当然，这并不意味着，技法29将不再是发明创造的技法了。 “气袋”使一个制品紧靠另一个制品，这是典型的物场系统．在该物场系统中，“袋”起着机械场的作用。按照物场系统发展的一般规则，该场必然会过渡到铁磁场系统．这种过渡确实发生了：在苏联发明证书~534351中提议在“气袋”中加入铁磁粉末，利用磁场使物体挤靠紧。例：”充气混凝土制品的成型方法是在模型里浇注原料，然后在模中静置成型。其特征是，为提高膨胀程度，在浇注模型里的原料上罩以不透气薄膜” (苏联发明证书339406)。a．把物体做成多孔的或利用附加多孔元件(镶嵌，覆盖，等等)。例，“电机蒸发冷却系统的特征是，为了消除给电机输送冷却剂的麻烦，活动部分和个别绪构元件由多孔材料制成，例如渗入了液体冷却剂的多孔粉末钢，在机器工作时冷却剂蒸发，因而保证了短时、有力和均匀的冷却”(苏联发明证书187135)。c，为了观察难以看到的物体或过程，利用染色添加剂。例；美国专利3425412：透明绷带不必取掉便可观察伤情。 同指定物体相互作用的物体应当用同一(或性质相近的)材料制成。例：“获得固定铸模的方法是用铸造法按芯模标准件形成踌模的工作腔。其特征是，为了补偿在此铸模中成型的制品的收缩，芯模和铸模用与制品相向的材料制造”(苏联发明证书456679）。a．已完成自己的使命或已无用的物体部分应当剔除(溶解．蒸发等)或在工作过程中直接变化。例：“检查焊接过程的高压区的方法是向高温区加入光导探头。其特征是，为改善在电弧焊和电火花焊接过程中检查高温区的可能性，利用可熔化的探头．它以不低于自己熔化速度的速度被不断地送人检查的高温区”(苏联发明；证书N433397)。 这里包括的不仅是简单的过渡，例如从固态过渡到液态，还有向“假态”(假液态)和中间状态的过渡，例如采用弹性固体。例：联邦德国专利1291210：：降落跑道的减速地段建成“浴盆”形式，里面充满粘性液体，上面再铺上厚厚一层弹性物质。例：“密封横截面形状各异的管道和管口的塞头，其特征是，为了规格统一和简化结构，塞头制成杯状，里面装有底熔点合金。合金凝固时膨胀，从而保证了结合处的密封性” (苏联发明证书319806)。 例：苏联发明证书~463423：温室盖用铰链连接的空心管制造，管中装有易膨胀液体。温度变化时，管子重心改变，目此管子自动升起和降落。这是课题30的答案。当然，还可以利用双金属薄板固定在温室盖上。例：”利用在氧化剂媒介中化学输气反应法制取铁箔。其特征是，为了增强氧化和增大镜箔的均一性，该过程在臭氧媒质中进行” (苏联发明证书261859)。 该技法与上述技法正好相反。例：”预防棉花在仓库中燃烧的方法，其特征是，为提高棉花贮存的可靠性，在向贮存地点运输的过程中用惰性气体处理棉花” (苏联发明证书270170)。例：”在热处理时，为保证规定的冷却速度，采用介质做金属冷却剂，其特征是，冷却剂由气体在液体中的悬浮体构成 (苏联发明证书187060) 。 第1级是最小型发明。指那种在产品的单独组件中进行少量的变更，但这些变更不会影响产品系统的整体结构的情况。该类发明并不需要任何相邻领域的专门技术或知识。特定专业领域的任何专家，依靠个人专业知识基本都能做到该类创新。例如以厚度隔离减少热损失，以大卡车改善运输成本效率等。据统计大约有32%的发明专利属于第一级发明。 第2级是小型发明。此时产品系统中的某个组件发生部分变化，改变的参数约数十个，即以定性方式改善产品。创新过程中利用本行业知识，通过与同类系统的类比即可找到创新方案，如中空的斧头柄可以储藏钉子等。约45%的发明专利属于此等级。 第3级是中型发明。产品系统中的几个组件可能出现全面变化，其中大概要有上百个变量加以改善，它需利用领域外的知识，但不需要借鉴其它学科的知识。此类的发明如原子笔、登山自行车、计算机鼠标等。约有19%的发明专利属于第三等级。 第4级是大型发明。指创造新的事物，需要数千个甚至数万个变量加以改善的情境，它一般需引用新的科学知识而非利用科技信息，该类发明需要综合其它学科领域知识的启发方可找到解决方案。大约有4%的发明专利属于第四级发明，如内燃机、集成电路、个人电脑等。 最高级是特大型发明，即第5级。主要指那些科学发现，一般是先有新的发现，建立新的知识，然后才有广泛的运用。大约有0.3%的发明专利属于第五级发明。如蒸汽发动机，飞机、激光等。 ARIZ（Algorithm forInventive-Problem Solving）——发明问题解决算法，是TRIZ理论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矛盾。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。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和转化，最终解决问题。该算法尤其强调问题矛盾与理想解的标准化，一方面技术系统向理想解的方向进化，另一方面如果一个技术问题存在矛盾需要克服，该问题就变成一个创新问题。 TRIZ认为，一个创新问题解决的困难程度取决于对该问题的描述和问题的标准化程度，描述得越清楚，问题的标准化程度越高，问题就越容易解决。ARIZ中，创新问题求解的过程是对问题不断地描述，不断地标准化的过程。在这一过程中，初始问题最根本的矛盾被清晰地显现出来。如果方案库里已有的数据能够用于该问题则是有标准解；如果已有的数据不能解决该问题则无标准解，需等待科学技术的进一步发展。该过程是通过ARIZ算法实现的。 第五个模块：如果矛盾不能解决，调整或者重新构建初始问题模型； 首先是将系统中存在的问题最小化，原则是在系统能够实现其必要机能的前提下，尽可能不改变或少改变系统；其次是定义系统的技术矛盾，并为矛盾建立”问题模型”；然后分析该问题模型，定义问题所包含的时间和空间，利用物-场分析法分析系统中所包含的资源；接下来，定义系统的最终理想解。通常为了获取系统的理想解，需要从宏观和微观级上分别定义系统中所包含的物理矛盾，即系统本身可能产生对立的两个物理特性，例如：冷——热、导电——绝缘、透明——不透明等。因此，下一步需要定义系统内的物理矛盾并消除矛盾。矛盾的消除需要最大限度地利用系统内的资源并借助物理学、化学、几何学等工程学原理。作为一种规则，经过分析原理的应用后如问题仍无解，则认为初始问题定义有误，需调整初始问题模型，或者对问题进行重新定义。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矛盾。
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