第二周《创新算法》六一#新学霸社群#

《创新算法》是什么?

一部被前苏联雪藏50年的技术创新专著,一部被翻译成多种语言的TRIZ经典之作。

根里奇·阿奇舒勒的《创新算法》是发明性问题解决理论(TRIZ)发展史上的一个里程碑,是历经20多年研究和分析的结晶。书中,阿奇舒勒详细地描述了ARIZ这个TRIZ解决问题的算法,通过ARIZ可以实现最高级别的发明创造。本书具有深刻的思想见解和令人信服的案例,许多人认为是阿奇舒勒的一部不朽巨著,是任何创造性和技术性变革的必备手册。

这本书是一位杰出的思想家、科学家和作家站在思想的高峰看到的壮丽景象。

创新有方法论吗?

发明家不会告诉你他们创新的方法,也许是每个领域都不同没有完全相同的经验,也许是他们守着这个秘密,或者他们只是运气,而作者阿奇舒勒靠一己之力完成了这个庞大领域的抽象总结——TRIZ,并且把它传播了出来,以至于一度被前苏联雪藏进50年。

什么是TRIZ?

TRIZ是俄文“发明问题解决理论”的读音首字母缩写,对应的英文名是Theory of Inventive Problem Solving,在欧美国家也可缩写为TIPS。TRIZ包含很多零散的创新方法,将这些方法按照发现问题、分析问题和解决问题的逻辑有几结合起来,行程了一套系统化的创新方法论,就是ARIZ(Algorithm of TRIZ, 创新算法)。
发现者:根里奇·阿奇舒勒 (Genrich Altshuller)在1946年创立。
理论核心:

  1. 总论(基本规则、矛盾分析理论、发明的等级)、
  2. 技术进化论、
  3. 解决技术问题的39个通用工程参数及40个发明方法,
  4. 物场分析与转换原理及76个标准解法,
  5. 发明问题的解题程序(算子),
  6. 物理效应库。 总之,TRIZ是一个包括由解决技术问题,实现创新开发的各种方法到算法组成的综合理论体系

出处:《创新算法》2008 ,维基百科TRIZ

创新的辩证法

有了理想机器和技术矛盾的概念,在很大程度上就能控制创新的过程。
理想机器能确定搜寻的方向,而技术矛盾则指出必须客服的障碍。

ARIZ-61

ARIZ-61把创新过程分为三个阶段:分析、实施(消除技术矛盾)和综合(引入额外的改变)。

第一阶段——分析阶段

  • 陈述问题;
  • 设想最终解(IFR);
  • 确定是什么妨碍了取得这个结果(找到矛盾);
  • 确定为什么会妨碍得到这个结果(找到矛盾的原因);
  • 确定在什么条件下不会妨碍得到这个结果(找到消除技术矛盾的条件)。

第二阶段——实施阶段

  • 改变物体(给定的机器,设备和/或技术流程)本身: a.改变尺寸; b.改变形状; c.改变材料; d.改变温度; e.改变压力; f.改变速度; g.改变颜色; h.改变部件的相对位置; i.改变部件的工作条件,使工作负载最大化。
  • 把物体分成几个独立的部分: a.隔离“弱的”不见; b.隔离“必要的/充分的”部件; c.把一个物体分成几个相同的部件。
  • 改变(给定物体的)外部环境: a.改变环境参数; b.替换环境; c.把环境分成几种介质; d.利用环境的特征来实现有用功能。
  • 改变(相互作用的)相邻物体: a.定义参与同样功能的独立物体之间的关系; b.把功能转移到其他物体,消除这个物体; c.利用反面的闲置空间,增加在某一区域上同时工作的物体数量
  • 研究其他领域的原型。(提出问题:在另一个技术领域怎么解决类似的矛盾?)
  • 回到最初的问题(如果上述步骤不适用),放宽条件——转换到更一般性的问题陈述。

第三阶段——综合阶段

  • 改变给定物体的形状——新功能的机器应该有新形状;
  • 改变与这个物体相互作用的物体;
  • 改变这个物体起作用的方式;
  • 应用解决其他技术问题的新原理。
  • 这个算法被应用到问题4,一种救援人员使用的过滤系统,P74-76

ARIZ-71

第一阶段——选择问题

步骤1-1 确定答案的最终目标。
     a. 技术目标是什么(物体必须改变的特征是什么)?
     b. 在解决问题的过程中,明显不能改变的特征是什么?
     c. 答案的经济目标是什么(如果问题解决了,能减少哪方面成本)?
     d. 大概可以接受的成本是什么?
     e. 必须改善的主要技术或经济特征是什么?

步骤1-2 尝试“变通方法”:假设这个问题从根本上不能解决,那么解决哪些一般性问题可以达到最终结果?

步骤1-3 初始问题或变通问题,哪一个解决起来更有意义:
     a. 将初始问题与给定行业内的一个趋势(一个进展方向)相比;
     b. 将初始问题与领先行业的一个趋势(一个进展方向)相比;
     c. 将变通问题与给定行业内的一个趋势(一个进展方向)相比;
     d. 将变通问题与行业内的一个领先趋势(一个进展方向)相比;
     e. 将初始问题和变通问题进行对比,选择其中一个进行研究。

步骤1-4 确定量化特征。

步骤1-5 对这个量化特征引入时间校正。步骤1-6 定义让发明起作用的特殊条件要求。
     a. 考虑制造这个产品的特殊要求;特别是复杂度的可接受程度;
     b. 考虑将来应用的规模。

第二阶段——精确地定义问题

步骤2-0 与给定问题类似的练习问题,是怎么解决的?
     a. 描述新问题的本质;
     b. 描述这个问题中的技术矛盾;
     c. 描述类似的问题;
     d. 描述类似问题中的技术矛盾;
     e. “b”和“d”中类似的情况是什么;
     f. 描述类似问题的解决方案概念;
     g. 如何改变这个概念来解决现在的新问题。

步骤2-1 用专利信息更精确的定义问题。
     a. 在其他专利中解决的问题,与给定的问题有多接近?
     b. 在领先行业中已经解决的问题,与给定的问题有多相似?
     c. 相反的问题是怎么解决的?步骤2-2 使用STC算子(S——尺寸,T——时间,C——成本)。
     
步骤2-2 a. 假定改变物体的尺寸,从给定值到零,这个问题能解决吗?如果可以,怎么解决?
     b. 假定改变物体的尺寸,从给定值到无穷大,这个问题能解决吗?如果可以,怎么解决?
     c. 假定改变过程的时间(或者物体的速度),从给定值到零,这个问题能解决吗?如果可以,怎么解决?
     d. 假定改变过程的时间(或者物体的速度),从给定值到无穷大,这个问题能解决吗?如果可以,怎么解决?
     e. 假定改变物体或者过程的成本——可接受的成本,从给定值到零,这个问题能解决吗?如果可以,怎么解决?
     f. 假定改变物体或者过程的成本——可接受的成本,从给定值到无穷大,这个问题能解决吗?如果可以,怎么解决?

步骤2-3 按照下述格式,用两句话来描述问题的条件(不要使用专用术语,也不要准确表述想要开发的是什么)。
     a. “给定一个系统,由什么部件(描述部件)组成。” 例如:“一个管道,有一个阀门。”
     b. “部件(陈述部件)在什么条件(陈述条件)下,产生不希望的结果(陈述影响)。” 例如:“带铁矿颗粒的水通过管道运输,铁矿颗粒会磨损阀门。”

步骤2-4 把步骤2-3a中的部件列入下表。部件类型部件a.(在本问题的条件下)能够改变、重新设计或者重新调整的部件上述例子:管道,阀门b.(在本问题的条件下)很难改变的部件上述例子:水,铁矿颗粒

步骤2-5 从步骤2-4a中选择最容易的部件,改变、重新设计或者调整。
注意:
     a. 如果步骤2-4a中所有部件改变的难易程度一样,那么从一个不动件开始(通常不动件比较容易改变);
     b. 如果步骤2-4a中的一个部件,与不良效果联系在一起(在步骤2-3b种指出),最后才考虑这个部件;
     c. 如果这个系统只有步骤2-4b中的部件,那么从外部环境中选择一个部件。
     例如:这里我们选择管道,因为阀门与不良效果“磨损”联系在一起。

第三阶段——分析阶段

步骤3-1 用下述格式归纳IFR(最终理想解):
     a. 从步骤2-5中选择一个部件;
     b. 陈述它的活动;
     c. 陈述它如何完成这个活动(回答这个问题时使用:“由它自己”);
     d. 陈述它何时完成这个活动;
     e. 陈述在什么条件(限制、要求等)下,它完成这个活动。
     例如:a.管道...... b.改变它的截面积...... c.它自己...... d.在控制流量的时候...... e.不要磨损管道。

步骤3-2 画两张图:在IFR之前的“初始图”和达到IFR后的“理想图”。
注意: 画这种图没有特殊要求,只要能反映“初始状态”和“理想状态”的本质即可。而且“理想图”必须反映出IFR中书面表达的内容。
   检测步骤3-2:步骤2-3a中陈述的所有部件必须出现在图中。如果在步骤2-5中选择了外部环境中的部件,那么外部环境一定要显示在“理想图”中。步骤3-3 在“理想图”中,找到步骤3-1a指出的部件,并且把那些在规定的条件下不能实施规定功能的部分,重点标出来(用不同的颜色,或者别的方式)。
     例如: 我们的问题中,管道的内表面就是这样的部件。

步骤3-4 为什么这个部件(它自己)不能完成规定的活动?
     补充问题:
     a. 从物体重点标记的地方我们期望得到什么? 例如:为了改变流量,管道的内表面一定要能自己改变横截面。
     b. 什么妨碍它自己完成这个活动? 例如:它不能动,因此它不能把自己从管壁中分离出来。
     c. 在上述问题a和问题b之间有什么冲突? 例如:它必须是不动的(作为刚性管道的一个部件),又必须是可动的(作为控制器的部件,要能缩能放)。

步骤3-5 在什么条件下,这个部件能够完成规定的活动(这个部件应该有什么参数)?
注意:这时不需要考虑能否实现,只要指出这个特征即可,不要关心它如何实现。 例如:在管子的内表面上出现一层物质,使其内表面离管轴更近。在需要的时候这个附加层消失,内表面就远离管轴。

步骤3-6 为了让这个部件(管子的内表面)得到步骤3-5中描述的特征,需要做什么?
     补充问题:
     a. 在图上,在物体的标记区用箭头画出所需施加的外力,以实现需要的特征;
     b. 怎样产生这些外力?(不要考虑与步骤3-1e矛盾的方法。) 例如:水(冰)中的矿物质会形成颗粒依附在管道的内表面上,管道里面没有别的物质,这决定了我们的选择。

步骤3-7 归纳一个能够实现的概念,如果有几个概念,用数字为它们命名,最可能实现的排在前面,如概念1;记录所有的概念。
     例如:用非磁性材料设计管道,在电磁场的作用下,颗粒状的矿物质在管道的内表面上可以“长”出来。

步骤3-8 画出原理图,实现概念1。
     补充问题:
     a. 新设备中工作部件的“聚集”(复合部件)状态是什么?
     b. 在一个循环内,设备如何变化?
     c. 多次循环后,设备如何变化?
     在完成这个概念之后,回到步骤3-7,考虑其他概念。

第四阶段——概念的初步分析

步骤4-1 在应用新概念的时候,什么变好了,什么恶化了,记录得到了什么,什么变得更复杂或者更昂贵了?

步骤4-2 改变提出的设备或者方法,能否防止其恶化?用图表示这个设备或者方法。

步骤4-3 现在改变了的设备什么恶化了(更复杂,更昂贵)?

步骤4-4 比较得失。      a. 哪一个更大?
     b. 为什么?
    如果现在甚至未来得大于失,那么跳到后面的第六阶段。如果失大于得,返回步骤3-1。在同一页纸上记录初次分析、第二次分析的顺序及其结果。

继续步骤4-5。步骤4-4 如果得大于失,那么跳到第六阶段。如果第二次分析没有产生新的结果,返回步骤2-4并检查表格。从步骤2-5中选择系统的其他部件,重新进行分析。记录第二次分析及其结果。

如果步骤4-5之后没有得到满意的答案,那么进入下一阶段。

第五阶段——实施阶段

步骤5-1 从矛盾矩阵的列中,选择一定要改善的特征。

步骤5-2
     a. 使用已知的手段(不考虑其他方面的损失),来改善这个特征(来自步骤5-1);
     b. 如果采用了已知的手段,什么特征变得不可接受了?

步骤5-3 从矛盾矩阵的行中,选择与步骤5-2b中相应的那个特征。

步骤5-4 在矩阵中,找到用来消除技术矛盾的原理(就在步骤5-1的列和步骤5-3的行相交的单元格中)。

步骤5-5 如何使用这些原理。  如果问题现在解决了,那么回到第四阶段,然后跳到第六阶段。如果问题没有解决,那么实施下面的步骤。

步骤5-6 尝试应用物理现象和效应。

步骤5-7 尝试改变活动的时刻或持续时间。
     补充问题:
     a. 能否“延长”活动的时间来消除矛盾?
     b. 能否“缩短”活动的时间来消除矛盾?
     c. 能否在物体开始操作之前,提供一个活动来消除矛盾?
     d. 能否在物体开始操作之后,提供一个活动来消除矛盾?
     e. 如果过程是连续的,能否把它转变成周期性的?
     f. 如果过程是周期性的,能否把它转变成连续的?

步骤5-8 在自然界中,类似的问题是如何解决的?
     补充问题:
     a. 自然界的非生命体如何解决这个问题?
     b. 古代的动植物如何解决这个问题?
     c. 现代的有机物如何解决这个问题?
     d. 在考虑特定的新技术和材料时,必须做哪些修正?

步骤5-9 尝试改变那些与我们研究的物体协同工作的物体。
     补充问题:
     a. 我们的系统属于哪个超系统?
     b. 如果我们改变超系统,这个问题如何解决?   如果问题仍然没有得到解决,返回步骤1-3。如果解决了,返回第四阶段,评估已经找到的想法,然后继续第六阶段。

第六阶段——综合阶段

步骤6-1 确定如何改变我们修改的系统所属的超系统。
步骤6-2 探索如何用不同的方式应用已经修改的系统。
步骤6-3 应用新发现的技术想法(或者与之相反的想法),来解决其他技术问题。
创新算法的发展沿着两个方向进行:
a. 更广泛地考虑心理因素,使算法更加灵活;
b. 在创新过程的所有阶段中,改善对方案的搜寻过程,使创新算法更加精确。创新算法(以下均指ARIZ-71)的最初两个阶段,是选择问题和重新定义问题的条件。

创新算法的第一阶段介绍逻辑行动链。第二阶段就像一系列逻辑行动。第三阶段从定义最终理想解入手。想象你手上有一根魔杖。如果使用这跟魔杖将会产生什么样的结果(针对解决本问题)?

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