TRIZ基本知识
1.2 TRIZ中的基本概念
学习和运用TRIZ的目的，首要的任务就是解决技术系统中存在的各种难题。可以说，技术系统是TRIZ 里最重要的基础概念，TRIZ里面所有的原理、法则、模型、矛盾、进化、理想度等内容都是围绕技术系统展开的。
要想知道什么是技术系统，首先要明白什么是系统。人们对系统有很多不同的解释。按照《现代汉语词典》的说法，系统是指相关事物按一定的关系组成的整体。这里所说的相关事物，指构成系统的元件，以及完成系统功能的运作。 因此，我们可以更加明确地把系统定义为元件与运作组成的功能团。不同的系统实现不同的功能，技术系统实现的是技术属性的功能。因此，技术系统定义为：由具有相互联系的元件与运作所组成的、以实现某种功能或职能的事物的集合。如果系统至少有一个人造元件，可以被称作技术系统。
需要指出的是，技术系统中各元件有各自的特征，而它们的组合具有与元件不同的特征。例如，手机由键盘、机身、电池、芯片、显示屏等组成，具有无线通话的功能，而这些零部件中的任何一个都不具有这个特征。我们通常可以把一辆汽车，一本书，一个公司等看作是技术系统。
一个技术系统可以具有多个组成部分（如手机的键盘、机身、电池、芯片、显示屏）以实现多种不同的细分功能。我们把这些更细化的、可以实现各种更加基本的功能的组成部分，称为技术系统的子系统。子系统是技术系统的组成部分。任何技术系统均包括一个或多个子系统，每个子系统执行自身的功能，它由可分为更小的系统。子系统可以再予以进一步的细分，直到质子、分子、电子与原子的微观层次。所有的子系统均在更高系统中相互连接，任何子系统的改变都将会影响到更高系统，当解决技术问题时，常常要考虑其与子系统和更高系统之间的相互作用。
当然，我们也把技术系统之外的系统或者系统的组成部分定义为技术系统的超系统。超系统往往表述的是技术系统所隶属的外部环境。有时站在超系统的角度看待问题，会让问题变得更容易理解和更容易被解决。
技术系统、子系统及超系统之间的关系见下图（图1-5）。
图1-5 技术
系统、子系统及超系统之间的关系
TRIZ 的基本理论体系中所提到的解决矛盾、求解物—场的标准解、分析资源、实现理想化、预测进化结果等，都是以技术系统为基础来实现的。因为解决矛盾，就是解决技术系统中的矛盾；求解物质-场的标准解，就是求解最小且可控的技术系统；分析资源，就是分析技术系统内部和外部的资源；实现理想化，就是实现技术系统的理想化；预测进化结果，就是预测技术系统的进化结果。可以说TRIZ 的一切功能与作用，都是围绕技术系统展开的。以下如果不特别说明，我们所说的系统，都是指技术系统。 1.2.2发明的级别
阿奇舒勒通过对大量的专利进行分析后发现，各国不同的发明专利内部蕴涵的科学知识、技术水平，
超系统
技术系统
子系统
都存在着很大的区别和差异。以往，在没有分析这些发明专利的具体内容时，很难区分出不同发明专利存在的知识含量、技术水平、应用范围、对人类的贡献大小等问题。明显的结论是：不同级别的发明专利来自不同水平的发明，二者互相对应。因此，把各种不同的发明专利，依据其对科学的贡献程度、技术的应用范围及为社会带来的经济效益等情况，划分一定的等级加以区别，就可以更好地应用和推广这些不同级别的专利。在TRIZ理论中，阿奇舒勒把发明划分为以下五个等级（见表1-1）。
表1-1发明等级及其特征
各个发明等级的特点
发明等级初始状况问题来源及解题
所需知识范围复杂
程度
转换规律解题后引起的
变化
在发明中
所占比例
一级发明带有一个通
用工程参数
的课题
问题明显且解题
容易；基本职业培
养
课题
没有
矛盾
在相应工
程参数上
发生显著
优化
在相应特性上
产生明显的变
化
二级发明带有数个通
用工程参数
的课题、有相
似结构模型
的课题
存在于系统中的
问题不明确；传统
的职业培训
标准
问题
选择常用
的标准模
型
在作用原理不
变的情况下解
决了原系统的
功能和结构问
题
80%
三级发明成堆工作量，
只有功能模
型的课题
通常由其他等级
系统中衍生而来；
发展和集成的创
新思想
非标
准问
题
利用集成
方法解决
发明问题
在转换作用原
理的情况下使
系统成为有价
值的、较高效能
的发明
16%
四级发明有许多不确
定的因素，结
构和功能模
型都无先例
的课题
来源于不同的知
识领域；强烈的相
关概念，渊博的知
识和脱离传统观
念能力
复杂
问题
利用效应
知识库解
决发明问
题
使系统产生极
高的效能、并将
会明显地导致
相近技术系统
改变的“高级发
明”
3%
五级发明没有最初目
标，也没有任
何现存模型
的课题
来源或用途均不
确定，选择的动力
没有先例
独特
异常
问题
科学和技
术上的重
大突破
使系统产生突
变、并将会导致
社会文化变革
的“卓越发明”
1%
例如，杯子、锉刀属于一级发明；有盖子的杯子、能保温的杯子属于二级发明；有内胆、有密封饮嘴的保温杯可划入三级发明的范围；显微镜，蒸汽机车，复印机等属于四级发明；X光射线、激光、青霉素、DNA、超导材料等则属于五级发明。
TRIZ源于专利，充分领会和认识专利发明的等级可以让我们更好地学习和领悟TRIZ的知识体系。阿奇
舒勒认为，一级发明过于简单，大量低水平的一级发明抵不上一项高水平的发明，因此不具参考价值。五级发明对于一般科研人员来说又过于困难，可遇不可求，因此也不具有参考价值。TRIZ是在分析二级、三级和四级发明专利的基础上归纳、总结出来的。因此，利用TRIZ可以解决一级到四级的发明问题，对
于五级发明来说，是无法利用TRIZ来解决的。这也是TRIZ自身的一个局限性。
1.2.3理想解
理想解（Ideal Final Result，IFR）是TRIZ理论中一个非常重要的概念。理想解是采用与技术及实现无关的语言对需要创新的原因进行描述，它只关注于顾客的需要或者功能的需要。在理想解的条件下，系统不占有更大的空间，没有多余的重量，不需要更多的劳力，也不需要额外的维护，技术系统只有有用的功能而没有无用的或有害的功能。理想解有以下四个特点：
（1）消除了原系统的缺陷；
（2）保留了原系统的优点；
（3）不会使系统变得更复杂；
（4）不会产生新的缺陷。
创新的重要进展往往是在对问题进行深入理解的过程中取得的。确认哪些是使系统不能处于理想化的部件是使创新成功的关键。设计过程中从一起点向理想解过渡的过程称为理想化过程。
该过程由如下方程描述.
Ideality = ∑Benefits / (∑Costs +∑Harm)
其中：Ideality——理想度；Benefits ——有用功能；Costs ——成本；Harm ——有害作用。
从公式可以看出，提高理想度的方法是：①增加有用功能；②减小成本；③减少有害作用。
1.2.4矛盾（冲突）
马克思哲学认为事物发展的源泉和动力是矛盾。矛盾是反映事物内部对立和统一关系的哲学范畴，简言之，矛盾就是对立统一。在TRIZ理论中，阿奇舒勒认为大量发明所面临和需要解决的问题也正是矛盾。在把TRIZ词汇从俄文翻译成英文时，也有人把“矛盾”翻译为“冲突”。
在一个技术系统中个，当改变某个零件或部件的设计，即提高产品某些方面的性能时，可能会影响到与这些被改进设计零部件相关联的零部件，结果可能使另一方面的性能受到影响。如果这些影响是负面影响，则该技术系统中出现了矛盾（冲突）。
解决矛盾所应遵循的规则是：“改进系统中的一个零部件或性能的同时，不能对系统或相邻系统中的其他零部件或性能造成负面影响”。
技术系统中存在两种矛盾：技术矛盾和物理矛盾。具体将在本书第三章介绍。
1.2.5资源
资源是物质、场和技术系统的属性（例如，功能的时效、占据的空间等），也包括系统的环境和一个可以用来改进当前的一个更大规模的完整系统。简单的说，资源就是一切可以被人类开发和利用的物质、能量、信息的总称。我们统称所说的“完成……（任务/功能），用到了……（资源）”就是一种对资源的描述方式。在TRIZ中，资源可以分为以下六类：
（1）物质资源：系统内或超系统中的任何物质。如：原材料、组件、废料，以及一些免费或廉价物质，如水、空气、砂子等。例如，渔夫把湖底的泥土堆积到一端，用其上的生物和蚯蚓来吸引鱼类。在这个例子中，湖底的泥土就成为一种有用的物质资源。
（2）能量资源：系统中存在或能够产生的能量流、场。系统中或超系统中任何可用的场都属于能量资源。例如机械能（旋转、压力、压强等）；热能（加热、冷却等）；化学能（化学反应产生热、生成新物质等）；电能以及磁能等。我们通常所说的利用风能产生电；利用太阳能提高水温；利用冰降低温度等都是对能量资源的利用。
（3）信息资源：一切可以帮助人们做出各种判断、决策的信息。例如，在森林中利用树叶的浓密等信息判定方向；中医通过“望、闻、问、切”获得的信息判断病情；西医通过各种化验所得到的信息判断病情。冶炼厂的工人根据钢水的颜判断钢水的温度。司机可以根据汽车尾气的颜判断发动机的状况。有经验的工人可以根据加工时飞溅的火花判断钢号和加工参数等。
（4）空间资源：系统及周围可用的闲置空间，诸如系统内、外、上、下、正、反，组件之间以及系统中未用的空间等一切可利用的空间。例如人们把平房改成高楼，利用高层建筑扩展生存空间。在日本，人们利用既定空间改变西瓜形状，发明了方形的西瓜，不仅很好的利用了空间资源，而且便于运输。
（5）时间资源：一切可以利用的空闲时间都可能成为一种可供利用的时间资源。在系统的各种流程、操作过程中，利用一些时间提供有用作用以及考虑系统运行之前、之中、之后的时间等，都是对时间资源的发现和利用。例如利用手机未通话时间播放音乐；注重“预处理”以及“同时作用（并行工程）”的作用；在运输的过程中进行加工等，都可以帮助我们发现一些可以利用的时间资源。
（6）功能资源：是指利用系统的已有组件，产生新的功能，例如利用手机屏幕照亮漆黑的楼梯。
我们可以从成本和功能两方面来定义并寻“最理想的资源”。从成本上考虑，那些免费的、廉价的；足够用、无限量的属于最理想的资源，例如阳光、空气等。从功能角度考虑，那些能够带来有用作用的
或减少有害作用的资源都属于最理想的资源。
寻资源的目的就是尽可能的寻一切可以利用的资源，降低问题解决的成本，尤其是发现一些、隐性资源，并使其显性化。那些在惯性思维引导下不易被发现的资源，往往是问题得以解决的关键。有几种
不易发现的资源：
（1）可转变（化）的资源。例如可以通过将水转变为冰，从而实现一些“水”所不能实现的功能；将空气进行压缩，运用压缩空气为汽车提供动力；将泥土烧制成砖，起到更好的支持作用。这里资源可称为派生资源。
（2）虚物（“空”物质）资源。例如“真空”作为一种属性，一种不存在的“虚物质”，具有隔热的功能。此外，“空隙”、“透明”等属性往往也可以成为一种可供利用的资源。
（3）免费的资源。如空气、阳光等，都有一些容易被人们忽略掉的功能。例如利用空气的对流可以对物体进行降温；空气可以产生浮力等。
九屏幕法是寻资源的有效工具，相关内容将在本书1.5节进行介绍。
1.2.6功能
功能是一个抽象概念，功能在物理上并不存在，也没有物理属性。功能是任何一个物理载体存在的价值，是物体作用于其他物体、并改变其参数的行为。功能描述了系统或组件是用来做什么的。
一般用“动作（V，动词）+ 对象（O，名词）”的格式来描述功能。例如，眼镜的功能是“折射（V）光线（O）”；电线的功能是“传输电流”；活塞的功能是“挤压空气”；房子的功能是“保持温度”；牙刷的功能是“去除牙垢”。同时，作为功能的受体（作用对象），至少要有一个参数受到影响并发生改变。例如电线在执行“传输电流”这一功能的过程中，其作用对象——电流的位置（参数）发生了改变；活塞在执行“挤压空气”的功能中，作用对象空气的体积发生了改变。
此外，在对系统功能进行描述时，应该注意以下原则：
（1）禁止使用“不”替代否定动词。例如，陶瓷的功能应描述为“阻碍电流”，而不应该描述为“不能传导电流”。
（2）功能的受体（作用对象）必须是组件，不能是组件参数。
（3）应针对特定条件下的具体技术系统进行功能描述。
（4）可以将组件与其功能分离，分别进行考虑。例如组件A对组件B具有某一种功能，我们可以将组件A所提供的功能与组件A本身分开来考虑，即“我们需要的是组件A提供的功能，而不是组件A本身”。
这种思考方式有利于我们扩展思路，寻到可以实现同样功能的其他方法。
图1-6为一种图形化的功能描述方式。图中用箭头和矩形框表示语法中的“动-宾”结构。箭头代表“动作”（动词），矩形框代表“组件”（名词）。
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