triz理论论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇triz理论论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

对于企业来说，创新涉及到工程领域与企业生产经营管理。triz理论作为工程领域解决创新问题的最有力的方法，目前已扩展非工程领域创新研究中，本文主要针对生产经营管理领域的应用进行研究。

一、TRIZ理论方法

在TRIZ之父Altshuller的领导下，TRIZ研究团体分析了近250万件高水平的发明专利，并综合多学科领域的原理和法则后，建立起由解决技术问题和实现创新开发的各种方法、算法组成的TRIZ理论体系。

1.TRIZ体系结构

TRIZ提供了发现、解决问题的工具和技术，可以帮助设计人员避免解决问题过程中繁琐的试凑工作。TRIZ方法论包含分析工具和基于知识的工具。

(1)TRIZ分析工具。分析工具包含物质－场分析、ARIZ算法、需求功能分析等，这些工具用于问题模型的建立、分析和转换。①物质-场分析：TRIZ将所有的功能都分解为两种物质及一种场，产品是功能的一种实现，可用物质-场分析产品的功能。物质S1可以是被控粒子、材料、物体或过程，物质S2是控制S1的工具或物体，场F是用于S1与S2之间相互作用的能量，如机械能、液压能、电磁能等。②ARIZ算法：ARIZ称为发明问题解决算法，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。③功能分析：从完成功能的角度分析系统、子系统、部件，设计中的重要突破、成本或复杂程度的降低往往是功能分析的结果。

（2)基于知识的工具。基于知识的工具包含40条发明原理、76个标准解和效应数据库。①40条发明原理：用于找出创新的解决方案。每一种解决方案都是一个建议，应用该建议可以使系统产生特定的变化以消除技术冲突。②76个标准解：用于解决基于技术系统进化模式的标准问题。按照目标这些标准解被分为五类，分类中解的顺序反映出技术系统的进化方向。③效应知识库：库是TRIZ中最容易使用的一种工具。运用库中的各种物理、化学和几何效应可以使解决方案更理想和简单地实现。

2.TRIZ解决问题流程

应用TRIZ解决问题的第一步是对给定的问题进行分析；如果发现存在冲突则应用原理去解决；如果问题明确但不知道如何解决，则应用效应去解决；第三种选择是对待创新的技术系统进行进化过程的预测；最后是评价，确定是否满足求。如果满足要求，则进行后序的设计工作；反之，要对问题进行重新分析。

二、TRIZ的应用

在欧美等发达国家，基于TRIZ理论的应用非常广泛，从工程领域到政治、生产管理、组织结构、教育等非工程领域，无不显示出它的生命力。

1.TRIZ在企业生产管理领域创新中的应用

在参考工程领域的创新问题求解技术的基础上，通过演绎推理的方法提出的在生产管理领域创新中应用TRIZ是完全可行的。近几年来，有些学者通过对TRIZ方法及工具的局部修改后，应用在管理领域上。Mann&Domb把40个创新原理引入到商业活动中，就每个创新原理提出相应的商业原则，建议当企业面临类似的问题时可以利用此40个创新原理作为解决的对策。Ruchti&Livotov利用TRIZ系统化的思考模式和解决问题过程，提出12条双向原则作为解决商业与组织管理问题的参考。

2.TRIZ应用于企业生产管理创新中的不足

应用TRIZ理论解决企业生产管理创新问题时，完全挪用工程领域的理论框架并不可取，解题工具仅仅利用40个创新原理和冲突矩阵使用面太窄。TRIZ直接用于生产管理领域创新失败的主要原因包括：结构失效、问题分析方法单一、解题工具不足、算法不能适应生产管理领域创新问题、操作性差等。

3.TRIZ在生产管理领域创新中的应用改进建议

(1)根据TRIZ的思想和基本哲理，结合生产管理领域创新的特点，构建面向生产管理领域创新的TRIZ理论体系；(2)针对生产经营管理的特点，在39个通用工程参数的基础上进行增减，确定生产经营管理参数，进而构建一个新的生产经营管理冲突矩阵，并且修改40个创新原理，作为改善的策略。充分运用物质─场模型功能描述的特点和76个标准解，拓宽解题工具。(3)把质量功能布置（QFD）、六西格玛设计（DFSS）、约束理论（TOC）、田口方法等方法与TRIZ进行结合，以改进TRIZ分析生产管理领域创新问题方法单一的缺陷。(4)进一步细化生产管理领域的问题描述，逐步做到以定量分析为主，提高可操作性。三、结论

本文介绍了TRIZ基本理论和主要工具，探讨了在生产管理领域创新中的应用。针对其在解决生产管理领域创新中存在的一些问题，给出了应用改进建议。我们相信随着TRIZ理论的发展，其在生产管理领域创新中的应用操作性会愈来愈强，应用范围会越来越广，成为解决生产管理领域创新的有效方法和手段。

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中图分类号：C19 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2012）03-0-02

一、什么是TRIZ

TRIZ最初的意思来源于俄文，它的英文全称是Theory of Inventive Problem Solving，即“发明问题解决理论”。1946年苏联著名发明家阿奇舒勒及其合作者通过分析大量专利，总结提炼出各种技术发展进化遵循的规律模式及解决各种工程矛盾的创新原理和法则，提出了发明问题解决理论――TRIZ。TRIZ有两个基本的涵义，表面上强调解决实际问题，特别是解决发明问题；本质上是由解决发明问题而最终实现(技术和管理)创新，因为解决问题就是要实现发明的实用化。

二、TRIZ理论的核心

1.TRIZ理论的基本内容

TRIZ的理论体系庞大，包括了诸多内容，而且还在不断发展完善中。从目前来看，TRIZ的主要内容有两大部分：一是TRIZ的基本理论体系；二是TRIZ理论的解题工具体系。TRIZ理论体系主要可以分为以下6个主要方面：①创新的思考方法及问题分析手段。通过运用TRIZ理论可以系统的分析所需解决的创新问题。在解决复杂问题的分析时，包括科问题分析建模方法和物-场分析法，运用它可以迅速确认核心问题，发现问题潜在的根本矛盾。②技术系统的进化法则。在分析大量专利的基础上，针对技术系统进化演变的一般规律， TRIZ理论归纳出8个基本进化法则。我们可以利用这些进化法则，分析和确认产品目前的技术状态，预测产品技术在未来发展的趋势，从而开发具有竞争力的新产品。③技术矛盾的解决原理。阿奇舒勒指出不同的发明创造通常遵循共通的规律。TRIZ理论体系把这些共通的规律总结为40个创新原理。面对具体的技术矛盾，可以运用这些创新原理、结合工程实际得到具体的解决方案。④创新问题的标准解法。具体问题的物-场模型拥有不同的特征，TRIZ理论中分别对应有标准的模型处理方法，其中包含模型的转换、修正、物质与场的增添等。⑤发明问题的解决算法。算法重点针对情境复杂的问题和矛盾不明确的技术系统。算法的一般非计算性逻辑过程是对初始问题进行一系列变形及再定义，实现对问题进行逐步深入的分析，将问题转化，直至问题得到解决。⑥以化学、物理、几何学等工程学原理为基础而构建的知识库。

2.技术系统的进化论

阿奇舒勒技术系统进化论中认为技术系统的进化不是随机的，而是遵循着一定的客观进化模型，所有的系统都趋向“最终理想化”进化。阿奇舒勒的技术系统进化论包括主八个进化法则，运用这些法则可以解决技术难题，预测技术系统的发展，同时还可以产生并加强创造性问题的解决。技术系统法则包括：1)向微观级和增加场应用的进化法则；2)增加集成度再进行简化法则；3)减少人工介入的进化法则；4)动态性和可控性进化法则；5)提高理想度法则；6)子系统协调性进化法则；7)技术系统的S曲线进化法则；8)子系统的不均衡进化法则。

3.TRIZ解决发明技术问题的方法

如何应用TRIZ理论解决问题呢？首先，要对一个实际问题进行细致地分析和准确地定义；然后，依照TRIZ理论提供的方法，把需要解决的实际问题归纳为一个类似的TRIZ标准问题模型；接着，针对不同的标准问题模型，应用TRIZ理论已终结、归纳出的类似的标准解决方案，找到对应的TRIZ标准解决方案模型；最后，将这些类似的解决方案模型，应用到具体的问题中，演绎得到问题的最终解决方法。

TRIZ理论将能够运行某个功能的事物定义成为技术系统。如果一个技术系统出现问题，其表现形式通常有许多，解决问题的方式也有很多，关键是要区分技术系统的问题属性和产生问题的根源。根据问题所表现出来的参数属性、结构属性和资源属性，TRIZ的问题模型共有4种形式：技术矛盾、物理矛盾、物-场模型、HOW TO模型。与之相对也，TRIZ的工具也有4中：矛盾矩阵、分离原理、知识库与效应库和标准解系统。

(1)创新原理和技术矛盾

在TRIZ理论中技术矛盾是技术系统的某个参数或特性得到改善的同时，导致另一个参数或特性发生恶化而产生的矛盾。TRIZ理论将导致技术矛盾的因素总结为39个通用工程参数，建立了矛盾矩阵表，提供了40个解决技术矛盾的创新原理。矛盾矩阵是40×40的矩阵，矩阵的第一行表示39个需要改进的技术参数，第一列表示39个引起恶化的技术参数，行与列的交叉处形成技术矛盾，并列有解决技术矛盾所推荐的创新原理序列号。

(2)物理矛盾和分离原理

物理矛盾是指对技术系统的同一个参数有相互排斥的、甚至截然相反的需求、解决物理矛盾的核心是实现矛盾双方的分离。40个创新原理中的分离原理可以用来解决物理矛盾。分离原理的主要内容是将矛盾双方分离，并将其分别构成不同的技术系统，以系统与系统之间的联系代替内部联系，从而将内部矛盾外部转化。

(3)标准解与物-场模型

TRIZ理论中拥有最小机能、可控技术系统的图形表现就被称为物质-场模型。物质-场分析可以将许多非常复杂的问题构建成和已有的技术系统相关的物质-场模型，并从76个标准解中找到最为接近的解决方案，简单有序的获得最终理想解。

(4)HOW TO模型与知识库和效应库

HOW TO模型指通过构建系统的抽象功能模型，明确系统所处的生命周期阶段、组成部分及相互作用，用功能模型全面的描述和理解系统。HOW TO模型的解法是查询知识库与科学原理效应库。效应是各领域的定律，它涵盖了多学科领域的原理。TRIZ通过对专利技术的研究分析，按照从技术到实现的原则，收集了1400多种效应。

(5)ARIZ――发明问题解决算法

ARIZ(Algorithm for Inventive Problem Solving)被称为发明问题解决算法，它是解决发明问题的完整算法。在解决一些复杂问题时，由于不能分析出明显的矛盾，无法直接依靠矛盾矩阵和物质-场分析解决。ARIZ提供了独特的算法步骤，将复杂、模糊不清的问题情境转化为明确的发明问题。运用ARIZ提供的步骤流程，初始问题最根本的冲突被清楚地显示出来，是否能够求解非常清晰。

三、传统创新方法与TRIZ的比较

传统的创新方法例如头脑风暴法，它们抛开了不同领域中的基本知识，具有形式化的倾向，这使得在实际运用中会受到使用者经验、技巧和知识积累水平的限制。传统的创新方法过分依赖于非逻辑思维，其实际效果存在很大波动，具有较大的培训难度，这不利于在大范围中进行推广。由于这些限制使得运用传统方法解决创新问题时效率较低，而在面对较高级别发明问题时，也往往也无法使用传统的创新方法。

表2：传统的创新方法与TRIZ理论方法的比较1

与传统的创新方法相比，TRIZ理论具有鲜明的特点和优势。它成功的为创新工作者揭示了创新发明的内在规律及原理，帮助我们快速的确认并解决系统中存在的矛盾。同时它是以技术发展进化规律为基础来研究整个产品的发展过程，因此，运用TRIZ理论可大大的加快发明创造的速度，并提升产品的创新水平。TRIZ理论为解决创新性问题、创新性矛盾提供更好的创意和更合理的结局方案。它帮助我们打破思维定势，激发创新思维，让我们可以从更广的视角看待问题。

四、总结

21世纪以来TRIZ被认为是可以帮助人们挖掘和开发自己创造潜能、全面系统地阐述了发明创造和实现技术创新的理论，它帮助我们对问题的情境进行系统分析，快速地发现问题的本质，准确的定义创新性问题和矛盾。TRIZ理论被欧美等地的专家认为是“超级发明术”，在国内也有许多企业及大学开始重视和应用TRIZ理论。

参考文献：

[1]赵新军.技术创新理论(TRIZ)及应用[M].北京:化学工业出版社,2004:5.

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中图分类号：G304 文章编号：1009-2374（2017）01-0068-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.01.034

1 概述

创新是发展的动力，是世界发展的潮流。创新在国家的发展中起着非常重要的作用。传统创新方法易于掌握、易于传播、易于普及，能产生一些创新设想，但命中率低，速度慢，难以解决复杂的技术问题。创新能力都来自于人的潜能，并可以通过学习和训练来激发和提升。创新是有规律可循的，这些规律潜藏于解决各种工程技术问题的过程中，通过长期实践中的观察、总结，可以发现这些规律。在这些理论方法中，TRIZ理论体现出其独有的优势，TRIZ的作用在各种实践中发挥得越来越明显。TRIZ可以帮助我们进行系统创新，深入了解问题并获得解决方案，简化系统以及克服心理惯性。

2 TRIZ的发展

TRIZ即发明问题解决理论，它是一套技术创新理论和方法，是一套解决各类工程技术问题的工具。它的核心在于提供一种有规律可循的非常客观的创新方法。它系统总结了人类以往在发明和创新方面的想法，从中提炼出一系列有效的法则，用以指导人们系统、高效地解决未来的问题。TRIZ创新方法源于前苏联，由一位伟大的工程师兼发明家阿奇舒勒和他的同事们创立的，他们分析归纳总结全世界250多万份高水平专利成果后，在1946年总结出一套理论。根据创新程度的不同，将这些专利技术解决方法分为5个“创新等级”。

TRIZ自创立以来，经历了三个发展阶段：第一个阶段为创立阶段。这个时期主要创新和完善了TRIZ体系，并在苏联少量应用。但因为苏联封锁这个理论，外界很少有人知道。这个时期形成的主要理论有40个发明原理、发明问题解决算法（ARIZ）、最终理想解、科学效应库、物-场模型、标准解和进化法则等；第二个阶段为传播阶段。苏联解体后，大量的科学家移民到了美国、欧洲、亚洲，创办了一系列的公司，开发基于TRIZ理论的软件系统，并为一些公司提供咨询服务。这时，其他国家的工程师们才开始了解这个理论。少量公司在这个时候开始引入TRIZ理论，如1995年开始的宝洁公司和1998年开始的三星公司；第三个阶段为应用阶段。从2005年开始更多世界知名大公司开始引入TRIZ理论，并开始在内部推广，如通用电气公司、西门子公司、飞利浦公司、因特尔公司等。中国的企业，特别是一些国有大型企业也开始利用TRIZ来培训员工，解决难题。

经过几十年的发展，TRIZ已进入成熟期，TRIZ理论已经被全世界接受、应用。西方发欧国家在TRIZ领域的理论、技术和应用研究都处于世界领先水平。我国引入TRIZ理论比较晚，但最近几年其理论受到了学术界的重视和政府的高度关注，现正被越来越深入地推广和应用。

3 TRIZ理论思维方法

TRIZ理论创新思维方法有多屏幕法、STC算子法、RTC算子法、金鱼法、小矮人法等。

多屏幕法从两个维度进行发散思维：（1）从构成层面发散，考虑了当前系统、超系统及其子系y；（2）从时间层面发散，将其分为过去、现在和将来三种状态。即按时间与构成两种不同的维度对现有问题的技术系统进行全面思考与分析，从而找到解决的思路。

STC算子法即尺寸Size-时间Time-成本Cost分析法，它从三个不同维度对技术系统进行从零到无穷大的发散思维。RTC算子法即将STC中的尺寸换成资源（Resource）。

金鱼法求解问题，首先将问题分解成现实部分和不现实部分，利用系统资源，找出可以将幻想变成现实的条件。它是一个反复迭代分解的过程。它的反复迭代区分现实和幻想两部分，并集中求解幻想部分的问题，其中幻想部分方案求解可以结合多屏幕法获得可利用资源。金鱼法还有一个思路是针对问题产生的思路，将这些思路区分为现实方案和不现实方案，而后集中对不现实方案进行求解，从而获得解决方案。

小矮人法是将系统功能、部件用不同的小矮人来替代，通过对小矮人群的重组、位置改变等实现创新的解决方案。

TRIZ中技术系统的理想化水平与有用功能之和成正比，与有害功能之和成反比。理想度可以对创新思维方案、技术系统解决方案进行评价，最后选择理想度高的方案进行实施。要提高创新思维方案和技术系统解决方案的理想度可以增加有用功能或减少有害功能，也可对方案各个层面进行各层次分析，进而获得理想解。

4 TRIZ解决问题的方法

TRIZ理论具有很强的实践性，可广泛地应用于各个领域，它可以扩展人的创新性思维，从而寻求解决问题的办法，为不同行业的技术创新问题提供启发和参考建议。用TRIZ解决问题，首先要把问题转换为问题的模型，然后从TRIZ解决问题的工具中找到解决问题的模型。TRIZ理论在解决技术问题时主要用技术进化工具、矛盾矩阵工具、物-场分析工具和科学效应库工具。

4.1 技术进化工具

技术进化工具是TRIZ理论核心内容之一，它表明技术处于进化过程中并且有规律可循，可预测。技术进化规律包括S曲线和进化法则。其中进化法则包括完备性法则、能量传递法则、协调性法则、提高理想度法则、动态性进化法则、子系统不均衡进化法则、向微观级进化法则、向超系统跃迁法则。S曲线：技术系统进化过程分为婴儿期、成长期、成熟期、衰退期，提高理想度法则贯穿技术系统的全生命周期。对于待解决技术系统，根据S形进化曲线原理分析技术系统所处阶段，而后依次用进化法则，最后获得建议方案，并结合实际技术系统，建立解决方案。技术进化工具应用过程体现了技术系统由量变到质变，技术进化工具有时只需根据实际情况应用一个或者几个即可建立解决方案。

4.2 矛盾矩阵工具

TRIZ研究的冲突是技术冲突和物理冲突。技术冲突是指一个系统在某方面得到改善的同时，另一方面被削弱。运用矛盾矩阵中的标准参数找到对应的发明原理可以解决技术冲突。物理冲突是因为追求对立的结果而引发的。对此，物理矛盾一般是通过分离的方法，获得两个相反的解决方案。分离的方法很多，有空间分离、时间分离、系统级别分离、条件分离、范围分离等。

TRIZ有助于我们思考方案，寻找和创建能够满足既定需要的系统。在这过程中，我们遇到的一切物理矛盾都可以从40个发明原理中找到答案。发明原理构成了一个简单的清单，从中可以得到基于不同情形和时间的解决方案，帮助我们创建所需要的系统。

4.3 物场分析

阿奇舒勒创建了一套精准的体系归纳系统中存在的问题，并提出相应的解决方案称为物场分析。物场分析原理认为，功能都由两种物质和一种场这三元素组成。它用三角形模式来解读每个问题的功能，在此模型中下面两个元素代表两种物质，用S表示；上面一个元素表示场，用F表示。场表示物质之间相互作用。复杂的系统经过分解，可运用多个组合三角形模型表示。

一种物质作用于另一种物质便可以提供某种功能。功能可能有利，也可能有害；可能是完美的，也可能有不足之处。物场模型聚焦于功能分析，把功能做正确，在解决问题时提升系统理想度。通过三角形功能建模，能以图示的方式表明功能形成过程中存在的问题。

4.4 科学效应库工具

效应指应用本领域，特别是其他领域的有关定律，解决设计中的问题。效应是特定条件下，在技术系统中实施自然规律的结果，是场与物质之间的互动结果。效应也能看作是一种功能，它是物质、场或两种的组合，将输入作用转变为所需的输出作用。通过选择不同的效应、物质参数，可以控制效应的转换效果。

科学效应库是将物理效应、化学效应、生物效应和几何效应等集合起来组成一个知识库。利用科学效应库有利于突破设计人员只是对其专业知识熟悉的局限性，发散思维从其他领域找问题的解。科学效应库解决问题的流程为：第一，分析待解决的问题，确定解决此问题能实现的功能；第二，根据功能确定与此功能相对应的代码；第三，确定与功能代码相应的科学效应和现象；第四，查找优选出来的每个科学效应和现象的详细解释，并应用于此问题的求解，形成解决方案。

4.5 ARIZ算法

ARIZ是一个分步解决问题的过程，每个步骤都有相适应的工具。ARIZ由五个步骤构成，分别是：定义问题；揭示系统矛盾；分析系统矛盾并形成“最小问题”；猎取资源；发展概念性解决方案。从流程上看ARIZ的工作内容主要表现在了解问题和寻找资源方面，只是到了最后一步才转到问题的解决方案上来。但在践中，使用者随时都可以发现解决问题的想法，尤其在了解问题阶段，这些想法可以用来解决问题。

ARIZ适用于解决比较复杂的问题，它能够帮助我们一步一步找到解决方案。这种方法涵盖问题的面很广，步骤多，比较有效，但是过程较长，不是一种快速解决问题的方法。ARIZ的作用主要体现在了解问题的性质，并找到最好的资源，解决遇到的问题。ARIZ是TRIZ解决问题的主导程序，是一种非常强大和精准的方法，能指引人们有序地工作，找到最佳的解决问题的方法。

5 结语

本文介绍了TRIZ理论发展及其理论体系，并对其解决问题的方法进行研究，为后续TRIZ理论在各领域的应用提供了参考。遇到问题时，可以用TRIZ理论去寻找具体的解决方案，TRIZ能使我们在遇到复杂问题时保持清晰的思路。随着遇到的问题越来越多，TRIZ理论方法也在不断完善与发展，它需要不断与新技术、新理论进行结合才能够适应现代的需求。随着研究的深入，TRIZ还可应用于经济管理等非技术领域。

参考文献

[1] 周胜生，丁雷，李超凡，等.基于TRIZ理论的创造

性辅助判断法――“矛盾法”探析[J].科技管理研

究，2012，（9）.

[2] 檀润华，王庆禹，苑彩云，等.发明问题解决理论：

TRIZ[J].机械设计，2001，（7）.

[3] 孙永伟.TRIZ：打开创新之门的金钥匙[M].北京：

科学出版社，2015.

[4] 彭慧娟，成思源，李苏洋，等.TRIZ的理论体系研

究综述[J].机械设计与制造，2013，（10）.

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引言

文化创意产业是一种在经济全球化背景下产生的以创造力为核心的新兴产业。在国外，文化创意产业已不再仅仅是一个理念，而是有着巨大经济效益的直接现实。从国际创意创业的发展来看，英国、美国、澳大利亚、韩国、丹麦、荷兰、新加坡等国都是创意产业的典范国家，他们都有自己的发展特色，并产生了巨大的经济效益。本文通过对当前文化创意的研究，致力于发展文化创意的产业链条，将文化创意这一创新方案形成一定的规模效应。结合当前我国创意文化的发展趋势和我国悠久的历史，丰富的文化资源为背景，利用TRIZ理论设计一套适合我国当前现状的文化创意发展方案。使其既能满足国民对创意文化的基本要求，又能在设计自己的创意文化方案时提供帮助。

1 基于TRIZ理论的文化创意产业结合技术研究

1.1 研究概述

通过调研当代中国文化创意产业及相关领域，得知中国文化创新领域正处于劣势，由于各种原因导致世界对中国文化仍存在认识上的偏差，现在的中国，政治经济军事上的强大是必然趋势，但文化方面的发展着实令人担忧。通过结合TRIZ理论的总结以及相关方法，使用九屏幕法（图1）深入分析中国古代、近代以及当代的文化特点，剖析其存在的优势。

由九屏幕图分析是一个思维发散的过程，可以看出中国古代文化创意丰富多彩，例如包含汉字、四大发明、戏剧以及诗词等，而近代现代中国文化创意有些匮乏，很少再有创新，这也说明中国的文化创意需要有所革新，以促进文化创意产业的发展。

使用生命曲线（如图2），从九屏幕也可指当代中国文化创意产量基数小但又增长缓慢，可以得知当下中国文化创新领域正处于成长期，具有较大的发展前景，这也为后期的研究奠定了理论基础。

每个国家都有自己的文化，最重要的是有自己文化的特色，可以将文化创新，加以更广阔的传播。类似于TRIZ方法解决工程问题一样，将一种或几种创新方法用于解决文化创新领域的相关问题。首次将文化创新领域和TRIZ创新方法结合起来，实现对我国文化创意产业的模板化设计。

在理论研究的基础上，使用计算机Web技术实现模板的智能化使用，实现文化创意领域的智能化分析。

1.2 实现智能分析

实现中国文化创新领域的智能化分析平台（CCAP），使用分离原理，分成三个层次，其体系结构如图3所示

基础层是CCAP的基础，主要包含文化创意相关案例与TRIZ理论相关工具以及算法（如40个发明原理、技术矛盾和物理矛盾解决方法、物-场分析法以及ARIZ发明问题解决算法）等，该层为整个系统提供了理论依据，为后期软件实现通过算法上的支持。

服务器层主要是App层的基础层，为App层提供运行的硬件环境，除硬件服务器外，该层还提供了软件服务器，如使用tomcat以及WebLogic等，实际才开发过程中，由于CCAP并发量并不会太大，因此采用了开源的tomcat进行实现。

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0 引言

水是生命之本、万物之源、生态之要。近年来，随着工业化、城镇化快速推进和全球气候变化影响加剧，我国水安全呈现出新老问题交织的严峻形势，水资源短缺、水灾害频发、水生态损害、水环境污染等问题愈加凸显，“节约水资源、保障水安全”，事关“四个全面”战略布局，事关民族永续发展，事关国家长治久安。生活供水管道是将生活饮用水输送到千家万户的重要工具，保障生活供水管道的安全可靠是保障水质安全的重要环节，法兰连接是管道连接的重要方式，通过技术创新实现法兰或法兰连接阀门的快速更换，可以大幅度提高工作效率和安全系数，有效保障供水安全。

1.法兰连接供水管道拆卸更换问题

将符合国家标准《GB5749-2006生活饮用水卫生标准》的生活饮用水从水厂输送到千家万户，需要经过生活供水管道，管道短则几公里，长则上百、上千公里，其中输送管道需要用法兰连接，法兰连接就是把两个管道、管件或器材，先各自固定在一个法兰盘上，然后在两个法兰盘之间加上法兰垫，最后用螺栓将两个法兰盘拉紧使其紧密结合起来的一种可拆卸的接头。

目前，在生活供水管道法兰更换，特别是用法兰连接的阀门检修更换时，由于受到管道自重和工艺误差，以及年久腐蚀结垢，使管道的法兰发生位移、间隙减小，更换阀门时不易拆装，操作员工只能用大榔头、撬杠等工具拆卸，操作时间长、效率低下、容易伤人。

2.TRIZ体系

创新的关键是解决发明问题。而TRIZ就是创新方法进化到高级阶段的产物，是专门解决发明问题的理论。TRIZ包含用于问题分析的分析工具、用于系统转换的基于知识的工具和理论基础。

TRIZ的理论基础就是技术系统进化模式，这些模式包含用于工程系统进化的基本规律。

TRIZ分析工具包括：冲突分析、物质-场分析、功能分析和ARIZ算法。这些工具用于问题模型的建立、分析与转换。

TRIZ基于知识的工具包括：40条发明原理、76个标准解和效应数据库。基于知识的工具与分析工具的不同之处在于：基于知识的工具指出解决问题的过程系统转换的方式，而分析工具用于改变问题的描述。

3. 应用TRIZ创新理论解决法兰连接供水管道阀门拆卸更换的问题

3.1 问题分析

根据TRIZ创新理论中的分析工具问题进行深入分析，找到问题产生的根本原因，确定问题区域，根据实际情况运用分析工具进行分析，然后选择合适的创新工具进行解题，得到建议方案，最后综合分析得到最优方案。

3.1.1 首先结合实际问题进行功能分析，建立功能模型如下（见图1）：

人是超系统，人操作工具，表现为不足作用；

工具是元件，工具拆卸螺母、螺栓，表现为不足作用；同时工具对螺母、螺栓进行敲击，会造成螺母、螺栓的磨损或变形，是一种有害作用；

螺母、螺栓是元件，螺母螺栓连接法兰，是一种有用作用；

环境是超系统，环境中存在空气、水及各种物质会对法兰、螺母、螺栓进行腐蚀，是一种有害作用。

3.1.2 冲突区域确定：依据根本原因和其相关问题元件及属性，最终确定问题区域，即问题关键所在。

问题关键点1：工具对于法兰拆卸的作用力不足。

问题关键点2：环境因素造成螺母、螺栓腐蚀生锈。

问题关键点3：平时拆装磨损导致螺母、螺栓变形。

3.1.3 理想解分析：（理想解分为最终理想解和次理想解，可以分别来确定。）

理想解：螺母、螺栓永远不生锈。

次理想解：螺母、螺栓即使生锈也能容易拆卸。

3.2 问题解决

应用TRIZ工具，得到所有创新解，并确立最终解。

3.2.1 冲突解决理论

物理冲突解决过程

①冲突描述：为了拧紧法兰使密封性好希望作用力大，但又为了在拆卸更换时方便，

希望作用力要小，即，作用力既要大又要小。

②选用4条分离原理当中的时间分离原理，依据No.10预操作发明原理“在操作开始前，使物体局部或全部产生所需的变化”，得到如下解决方案： 在拆卸法兰连接阀门过程中，加入一种法兰胀开器，在双螺纹螺母的带动下使左、右螺柱向两边位移，带动法兰片向两边移动，解决了法兰拆卸不易的问题，从而实现了法兰或法兰连接阀门的快速更换。

3.2.2 物质―场分析

① 建立问题的物质-场模型

② 根据所建问题的物质-场模型，应用标准解解决流程，确定问题的通解。

根据规则4：消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有效方法是引入第三种物质元件（S3）。

③ 依据选定的标准解，得到问题的解决方案；

方案一：依据1.1.2（No.2）标准解，得到问题的解如下： 组成合金，以改变铁内部的组织结构.把铬、镍等金属加入普通钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁制品的抗生锈能力。

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TRIZ理论成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解。实践证明，运用TRIZ理论，可加快人们创造发明的进程，而且能得到高质量的创新产品[1]。

如图1所示，TRIZ工程问题解决的流程为将待解决的工程问题的分析过程，转化为TRIZ的问题模型，然后应用TRIZ解决问题模型，提出解决方法，并将解决方案落实到实际问题中。本文以解决铸型刮砂成型过程中型砂坍塌问题为例，讨论TRIZ理论在解决工程问题中的应用。

1 问题描述

大型铸钢件表面缺陷通常采用磁粉湿法探伤，为保证喷洒至铸件表面的磁悬液基底中磁粉粒子同时具有良好的流动性和显像效果，配制及取用的磁悬液需要适宜的浓度。磁悬液搅拌设备采用机械搅拌的方式使磁粉能够均匀分散在水基载体中，但由于磁粉粒子因自身重力而下沉，且液体中各处的搅拌强度不同，导致同一桶中不同深度处或是不同部位处抽取的磁悬液浓度差异较大，影响磁粉探伤检测准确性。如何保证磁悬液浓度的均匀性，成为当务之急。

2 问题分析

2.1功能分析

为实现磁悬液的搅拌均匀，使用磁粉搅拌设备拌，该设备由搅拌机构（电机、传动轴、叶片）、配液桶、水、磁粉、称量桶等部件组成，如图2所示。将磁粉和水按规定的比例分别加入搅拌桶中，通过搅拌机构将其充分搅拌后，使用梨形瓶采样测定浓度，若在浓度范围内即可使用，否则需要对磁粉或水基载体进行调整。

该磁悬液搅拌系统的作用对象是磁悬液，各组件之间的相互关系以及作用为：电动机驱动传动轴，传动轴驱动搅拌叶片，搅拌叶片搅拌磁悬液，液料桶容纳磁悬液，液料桶支撑电动机，梨形瓶称量磁粉。超系统组件与系统组件的相互关系与作用为：空气（环境）改变磁悬液温度，喷壶盛装磁悬液，磁悬液喷洒在铸件上，磁场磁化磁悬液，相互作用如图3所示。在实际生产中，由于电机对传动轴固定不稳定，导致传动轴在旋转的过程中摆动幅度大，叶片容易撞击到桶壁，造成叶片的损坏。另外由于叶片对液料的搅拌强度不足，导致液料不均匀。

2.2因果分析

磁悬液搅拌过程中，磁悬液不均匀的原因可使用图4所示的因果链分析，由于搅拌强度的不足，导致磁粉不均匀，究其根本原因有两点：其一是电动机传动轴太长，导致搅拌叶片水平摆动幅度大，降低搅拌叶片的速度，从而提供的搅拌力不足；其二是搅拌叶片数量太少。

3 问题解决

3.1技术矛盾

所谓技术矛盾是指用已知的原理和方法改进系统某部分或某些参数时，不可避免地出现系统的其它部分或参数变坏的现象[2]。例如：质量和强度、汽车的速度和燃料耗费等等。

A1tshuller 通过对大量发明专利的研究，抽象出39 项产生系统矛盾对立的典型技术特性，又在此基础上给出了40 个发明创造原理[2]，提示设计者最有可能解决问题的方法，成为解决技术矛盾的关键。

在本文研究的问题中，针对根本原因“搅拌叶片数量少”，采取增加搅拌叶片的数量，如图5，从而提出技术矛盾如下。

技术矛盾1：增加搅拌叶片数量，叶片搅拌磁悬液的力就会增加，磁粉浓度均匀性提升，但是搅拌叶片的摆动幅度就会更大，容易损坏搅拌叶片和液料桶；

技术矛盾2：不增加搅拌叶片数量，搅拌叶片的摆动幅度就会不变大，也不会更容易损坏搅拌叶片和液料桶，但是叶片搅拌磁悬液的力就不会增加，磁粉浓度均匀性差。

从以上技术矛盾中找到改善的技术参数是10“力”，恶化的技术参数是31“物体产生的有害因素”。为了解决这一矛盾，对照阿奇舒勒矛盾矩阵[1]，提供了4种发明原理，分别为3“局部质量原理”、13“反向作用原理”、24“借助中介物原理”、36“相变原理”。通过对这些原理的比较，从发明原理3中提出概念方案1：电动机转动轴下方增加限位工装，减少搅拌叶片水平方向的摆动，增加垂直方向的搅拌叶片；概念方案2：配料桶中不加磁粉，在配料桶出口处增加磁粉加入装置，取样的过程中，利用水的流动搅拌磁粉，达到均匀的目的；从发明原理13中提出概念方案3：电动机安装在配料桶下方，在液料桶底部增加搅拌叶片数量；概念方案4：电动机带动配料桶旋转，搅拌叶片不旋转，增加搅拌叶片数量；从发明原理24中提出概念方案5：电动机转动轴下方增加限位工装，减少搅拌叶片水平方向的摆动，并且增加搅拌叶片数量。

3.2物理矛盾

在一个系统中，任何问题均可以尝试运用物理矛盾进行分析和解决，基于物理矛盾和技术矛盾的密切关系，可以从技术矛盾中提炼物理矛盾，从另外角度思考解决方案。本文研究的问题中，针对根本原因“搅拌叶片数量少”，提出物理矛盾如下：

物理矛盾1：为了满足磁悬液搅拌充分，搅拌叶片的数量要多；

物理矛盾2：为了满足搅拌系统的水平摆动小，搅拌叶片的数量要少。

本文针对搅拌叶片的数量，提出了相反要求的物理矛盾，基于“空间分离原理”提出概念方案6：电动机转动轴下方搅拌叶片尺寸大，上部搅拌叶片尺寸小；概念方案7：电动机转动轴下方搅拌叶片密度大，上部搅拌叶片密度小。

3.3剪裁

剪裁是一种现代TRIZ理论分析问题的工具，是指将一个或一个以上的组件去掉，而将其所执行的有用功能利用系统或超系统中的剩余组件来替代的方法[3]。

在本文研究的问题中，功能模型如图3，电机对传动轴固定不稳定，叶片对液料的搅拌强度不足，导致磁悬液浓度不均匀。利用剪裁的思路，提出概念方案8：剪裁掉搅拌叶片、传动轴、电动机等，改用气动搅拌的方式搅拌磁悬液；概念方案9：剪裁掉搅拌叶片、传动轴、电动机等，液料桶旋转90°，使其自己转动实现搅拌均匀；概念方案10：剪裁掉搅拌叶片、传动轴、电动机、液料桶等，使用小喷壶替代电动机搅拌系统，每次使用前，小壶加入定量的磁粉和水，使用手动摇晃促使磁悬液均匀。

3.4物场模型

物场模型是TRIZ对与现有技术系统相关问题建立模型的工具，是技术系统中最小的单元，由两个元素以及两个元素间传递的能量组成，执行一个功能。Altshuller把功能定义为两个物质（元素）与作用于它们中的场（能量）之间的交互作用，也就是物质S2 通过能量F 作用于物质S1产生的输出（功能）[4]，如图6 所示。

物场模型在解决效应不足的问题时，提供的一般解法有3种：1）增加另外一个场F2（或者F2和S3一起）替代原来的场F1（或者F1及S2）；2）增加另外一个场F2来强化有用的效应；3）一个物质S3并加上另一个场F2来提高有用效应[1]。

在本文研究的问题中，针对搅拌叶片S2对磁悬液S1的搅拌作用不充分，导致磁粉在液料中浓度不均匀、刮板对树脂砂的作用不充分，利用物场模型进行分析，建立物场模型如图7所示，搅拌叶片通过机械场对磁悬液有搅拌的作用，但是此作用不充分，属于效应不足的完成模型，应用物场模型-标准解2.2.5构造场，利用异质的或可调的有组织结构的场代替同质的或非组织结构的场来增强物场模型，提出概念方案11：用压缩空气通入的方法，增强磁悬液的搅拌效果，将压缩空气管从液料桶底部接入，并且通过叶轮的搅动促进磁悬液的混合；概念方法12：选取一种可控性好的搅拌装置，例如磁场搅拌代替机械搅拌的方法，能更加充分的使磁粉和液料混合均匀。

3.5方案评价

从消除矛盾、产生新的危害、投入成本、复杂性以及可行性5个方面，按照0/1/2三个等级，分值越大代表越有利于消除矛盾，产生的新危害越小，投入的成本越低，系统越简单，可行性越高，对以上解决方案进行评价，并对5种解决方案进行优先级排序。如表1所示，得分最高的方案8为优选方案，其次是方案11、方案5、方案1、方案9。

采用概念方案5，设置如图8气动搅拌装置，包括电机1、鼓风机2、气压表3、进气软管4、P旋型进气管5、搅拌桶6、蓄水池7、抽水泵8、进水阀门9、进水管10、出水阀门11、出水管12、进料口13、水位刻度表14，对磁悬液配料系统设备进行改进，实现气动搅拌替代目前电动搅拌系统，解决了磁悬液浓度不均匀的问题。

4 结论

本文通过应用TRIZ基本理论，结合磁悬液配料系统搅拌不均匀的问题，探讨了如何利用TRIZ分析工具分析实际问题，并且转化成TRIZ问题模型，然后利用TRIZ工具解决问题，对此问题提出解决方案，最后通过各方案的评价筛选出最优的解决方案。

责编/刘红伟

参考文献

[1] 曹福全.创新思维与方法概论――TRIZ理论与应用 [M]. 黑龙江教育出版社.2009.

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近年来，高职院校在教学方法、教学内容以及教学保障上力求提高学生的创新思维和创新能力，但总体状况还是不能尽如人意，毕业生的创新能力与用人单位的要求还存在一定的差距。对高职院校学生而言，主要存在两点不足：一是创新意识差。高职学生习惯于在教师指导下按部就班地完成学习任务，缺少独立思考和自主学习的过程，创新欲望和创新勇气都很缺乏。二是创新能力弱。造成这种结果的原因有很多，关键有三点：（1）教学模式落后。传统的教学过程只注重知识传授，对学生技能的培养和创新思维的训练远远不够。目前，我院倡导的以工作过程系统化为主的项目化教学法，既强化学生的技能训练水平，又训练学生的自主学习能力及创新能力。但学生的创新思维及创新能力还有很大的提升和发展空间。（2）创新型教学队伍不成熟。教师大部分是从学科体系下培养出来的，在培养学生创新能力方面经验不足。尽管一些硕士、博士具备创新实践的经验，但将创新实践内化为教学实践训练学生的创新思维，还是有一定的难度。具有企业工程背景的教师实践经验丰富，教学能力却不足。（3）对创新教育重视程度不够。院系各级领导及教师对创新教育还仅停留在理念的理解上，还没有真正落实到人才培养方案和相关配套政策和制度中。

培养学生创新能力的有效途径

为了提高学生的创新能力，我们可以从许多途径开展工作。而且，课堂教学创新永远是培养学生创新能力的主要渠道。在教学过程中，教师应多启迪学生，引导学生独立发现问题并解决问题，注重培养创新意识。但是，这种层面上的教育过程，并不能让学生深层次理解创新的技法及创新的规律。triz理论在科技界盛行，为创新教育领域注入了新鲜的活力，提供了有力的工具和系统的方法。

前苏联发明家阿奇舒勒创立了“发明问题解决理论”—— triz（theory of inventive problem solving）理论。此理论是从250万份专利中仔细研究、寻找规律、总结分析而得出。许多技术问题可以利用其他领域或相似问题的原理和方法得到解决，也就是发明创造是有规律可寻和有法可依的。

triz的经典理论体系主要包括有8个技术系统进化法则、最终理想解、39个通用工程参数与矛盾矩阵、40个发明原理、物理矛盾与分离原理、物场模型分析、发明问题的76个标准解、ariz创新问题解决算法、科学与技术效应库等等。其中，8大技术系统进化法则揭示了一项技术或某一产品如何遵循规律在历史中发展和演变的，为技术创新指明了努力方向。最终理想解则通过抛弃客观条件，以理想化定义问题的最终理想解，保证在解决问题的过程中不偏离目标。最终理想解应该是有用功能最大化，有害功能最小化，而不是用传统的折中法去解决问题。40个发明原理则是阿奇舒勒总结专利的精华部分，也是triz理论应用最普遍的部分。发明创造的过程在某种意义上说就是解决矛盾的过程。物理矛盾是指系统中某一参数既要求向正方向运动，又要向反方向发展。如飞机的体积既要大，保证容纳旅客数增加；同时飞机的体积又不希望大，会有成本问题和动力问题等。这就是很简单的物理矛盾。物理矛盾的解决通常采用四大分离原理，即空间分离、时间分离、条件分离、整体与部分分离。39个通用工程参数一般是物理、几何和技术性能的参数。技术矛盾就是由系统中两个因素相互制约和相互促进。阿奇舒勒将工程参数作了横向—纵向排列，横向表示恶化参数，纵向表示改善参数，纵横交错的方格表示建议使用发明原理的序号。其他的理论，不再作逐一分析和解释。理论体系之间密切联系，环环相扣，共同构成了一个完整细致的理论体系，并成为技术人员解决创新问题的重要方法论。

triz理论的核心思想主要包括三个方面：第一，无论是一个简单的产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循客观规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式；第二，各种技术难题和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力；第三，技术系统发展的理想状态是用最少的资源实现最大效益的功能。这样的思想指导了许多发明创造的诞生，推动了人类社会的飞速发展和社会的不断进步。

triz理论与高职院校创新型人才培养相结合的实践

笔者认为，triz理论与高等职业教育的结合点主要在“教”和“学”两个方面。

“教”具有双层含义，既是指“教师”，又是指“教学过程”。教师作为施教者，需要培养自身的创新能力，深入学习理解triz理论，掌握创新技法；教学过程是培养学生创新意识和创新能力的第一阵地，直接决定了学生独立思考、创新实践的程度。triz理论在高职院校中怎样成为一个重要课题。目前，一般以专业课渗透triz理念，选修课和社团课系统学习triz方法论。

“学”同样也有两个意思，既指“学生”又指“学习过程”。学生作为受教者，接受各项专业知识、技能的同时，需要发散思维，甚至需要“异想天开”。同时，系统学习triz理论时，更应耐心品味，寻找现实生活中的事例。学习过程不仅仅局限在课堂中，更包括课外学生的“自主学习”及“自主实践”。唯有如此，学生才能既在创新思维上得到训练，又在创新方法上得到提高。

下面以我院的高职创新型人才培养工作为例，谈谈具体的实践经验。

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二十一世纪全世界范围内机械产品激烈竞争，各个国家都很重视如何提高产品的设计水平，增强其竞争实力。而产品设计最主要的目标就是对产品进行创新，满足消费者的需要并且占据市场更重要的位置，所以，要想增强机械产品自身的竞争实力，最根本的途径就是重视创新设计。创新设计理论又叫做TRIZ理论，是设计的核心理论，目前已经在机械产品创新设计中被广泛应用，可以提现企业的核心竞争力。1946年，前苏联G.S.Altshuller创立了TRIZ理论，指的是发明问题的解决理论。以这个理论为基础，军事工业得到了很大的发展。二十世纪九十年代开始流入美欧，在某些企业当中开始应用并且推广，取得了很多发明专利，随之也产生了经济效益，当很多国家兴起了TRIZ理论研究和推广的热潮。1998年之后，TRIZ理论开始在中国出现，不少科研机构把TRIZ理论作为技术创新的首选，积极的进行探索。这篇论文主要是探讨TRIZ理论主要内容以及在机械产品创新设计中的应用。

1.TRIZ理论基本内容概述

TRIZ理论的观点是，发明问题的关键是解决冲突，而解决冲突需要遵守相关的原则：对系统的某个零部件或者性能进行改进时，不可以影响到系统或者相邻的其他零部件以及性能。冲突主要包括技术冲突和物理冲突，物理冲突指的是如果对一子系统出现相反的要求时所出现的冲突，系统的某个部分同一时间出现两种相反的状态，主要是由一个参数造成的。技术冲突的含义是系统的某个部分性能增强造成了有害以及有用两种结果，也可以理解为有益作用被引入或者有害作用被消除，造成其他的一个或者几个子系统性能降低，这种问题主要是由两个参数造成的。

G.S.Altshuller在理论当中提出了四十条冲突解决原理，也就是发明原理以及冲突解决矩阵的含义，各种领域的相互冲突的特性通过高度的概括，抽象成为三十九个技术特性参数（也叫做通用工程参数），矩阵中的行代表冲突恶化的参数，列代表冲突改善的参数。针对技术冲突，可以以冲突矩阵为基础，找到对应的发明原理，从而找到解决问题的办法；针对物理冲突，通常利用分离原理了可以找到解决办法，发明原理和分离原理之间具有一定的关系，一条分离原理，可以对应很多条发明原理。

2.TRIZ理论在机械产品创新设计中应用

2.1.TRIZ理论在机械创新设计中应用的步骤程序

将TRIZ理论应用到机械创新设计当中，主要的步骤是：对机械系统问题进行分析，明确关键的技术功能，找到造成系统中问题的参数，对冲突的类型进行判断。如果系统中的问题主要是由一个参数造成的，属于物理冲突；如果是由两个参数造成的，属于技术冲突。可以通过分离原理解决物理冲突，对分离方法进行确定，包括时间分离、空间分离、整体和部分的分离、基于条件的分离，根据实际的分离原理和解决冲突的发明原理的对应关系，找到解决问题的办法。技术冲突，第一步要确定恶化技术特性参数和改善技术特性参数，再以冲突矩阵为基础，找出对应的发明原理，从而找出解决问题的办法。最后，把推荐的对应的发明原理应用的具体的问题上，对每一个原理在具体问题上的实现和应用进行探讨。

2.2.呆扳手的创新设计案例

设计初期的呆扳手在松开或者拧紧六角螺母或者螺栓时，因为螺母或者螺栓受力点在两条棱边，很容易变形，因此无论是松开还是拧紧都比较困难。而新的设计需要避免原来设计当中的缺陷。后来美国一项以冲突矩阵为基础的专利解决了这个问题。这个专利是从三十九个通用工程参数当中选择一对特性参数：1）提高质量的参数：物体所产生的有害因素，可以对螺母或者螺栓减少磨损。2）可以造成负面影响的参数：制造精度，全新的改进有可能造成制造的困难。然后把上面的两个参数代进冲突矩阵，可以得到下面四条发明理论，即是：维数变化、小对称、抛弃与复制、修复。通过分析维数变化以及小对称这两条发明原理可知，经过创新的呆扳手工作面的某些点可以和螺母或者螺栓的侧面相接触，而不仅仅是接触棱边，因此解决了这个问题。

通过这个实例可以说明，机械产品的某些参数或者特性进行改进之后会造成其他参数和特性的恶化，可以通过冲突矩阵来解决这种技术冲突，这说明在机械产品设计当中应用TRIZ理论时具有价值的。

2.3.某飞机的航空发动机引擎罩的创新设计案例

某飞机的航空发动机引擎罩在设计时，表现出来的技术冲突是：一方面希望发动机可以吸入较多的空气，另一方面又希望发动机罩和地面之间的距离可以不减少。把它转化为物理冲突：应该将发动机罩的直径加大，这样有利于吸入空气，但是直径又不宜过大，避免机罩和路面的距离减少。

这个物理冲突可以用空间分离原理进行解决。空间分离所对应的发明原理当中有No.4不对称原理。根据这个原理，可以把原来的对称设计变更为不对称的设计。如下图所示。

图1：发动机罩改进设计方案示意图

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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.179

1 TRIZ概述

TRIZ是俄文中发明问题解决理论的词头，该理论是前苏联科学家Altshuller及其领导的一批研究人员，自1946年开始，在分析研究世界各国250多万件专利的基础上提出的发明问题解决理论。经过多年的发展，TRIZ已成为技术问题或发明问题解决的强有力方法学和一种较完善的创新设计理论。TRIZ的来源及主要技术工具如下图1所示。

2 发明等级

TRIZ将世界上各个技术领域的发明创新划分出了五个等级，各等级描述如表1所示[1]。TRIZ理论认为，绝大多数专利属于第1-3级，而真正推动技术文明进步的发明是属于目前国外有少数学者提出将TRIZ理论中的发明等级理论应用于创造性的判断，如Steve Hickman直接将TRIZ发明等级理论与现有的KSR、USPTO、EPO和JPO的审查标准进行了对比，认为USPTO和JPO的审查标准大体承认第3-5级发明的创造性，而第1-2级的发明则被认为无创造性[2]。

国内有专利人提出利用发明等级理论来指导专利申请的策略。王秀奎[3]认为，TRIZ理论对发明创新的等级划分实际上反映了该发明创新的难易程度，该等级划分体现在专利的新颖性和创造性的高低区别，随着发明等级的上升，专利的新颖性和创造性由较低层次逐步上升为最高层次。具体地，在大概确发明等级之后，人可以根据其等级采取不同的撰写策略，如当等级为第4级或第5级时，可选择“功能性限定”的方式来限定较宽的保护范围，并尽量多地列举实施例来支持；若为第1级时，该文认为此类创新难以获得发明专利授权，可采用主动放弃申请或者防御型公开技术内容方式；而对于第2级，考虑对核心技术进行专利部署，第3级则重点部署核心专利，同时根据需要向其他产品/领域扩展。笔者认为，从审查员的角度来看，发明等级在实质审查过程中可以起到以下作用。（1）指导检索。针对等级较低的发明，预期能够检索到比较合适的对比文件来评述该发明的三性问题，但如果经过一段时间的检索仍未检索到合适的对比文件，则此时需要仔细考虑分类号的扩展及采用其他关键词，及时调整检索策略。（2）针对等级较高的发明，由于该发明的技术方案本身复杂，运用了多个领域或学科的知识，若是采用两篇或者两篇以上的文献来评述该技术方案的创造性，此时应当仔细考虑该多篇文献是否存在跨领域、跨学科的问题，并进一步考虑该结合启示的问题；如果没能检索到合适的对比文件，此时则需要重点考虑该权利要求，尤其是独立权利要求的技术方案是否符合较高等级发明的内涵，判断该授权范围是否恰当。

3 技术矛盾与发明原理

唯物辩证法中，矛盾是对立统一的。TRIZ理论认为，矛盾是指内在要素、作用或主张彼此不一致或相反的情境。TRIZ将工程问题中常见的矛盾分为两种：技术矛盾和物理矛盾。当想要改善系统中某一特性、参数时，常常会引起系统中另一特征参数或特性的恶化，此时技术矛盾出现。如下图所示，当研发人员面对特定的技术问题时，通过39个工程参数来表征该技术问题里需要改善的因素与被恶化的因素，进而将特定的问题转化为一般性问题，然后针对这一般性问题中的工程参数查找矛盾矩阵，找到推荐的发明原理来指导研发创新工作。

上文介绍了利用技术矛盾与发明原理来解决特定技术问题的一般思路，这属于发明的正向思维模式。在发明的实质审查过程中，由于查员是在了解了发明内容之后才做出判断，因而容易对发明的创造性估计偏低，从而犯“事后诸葛亮”的错误[4]。当采用评判创造性最基本的方法――三步法时，为了保证创造性评判的客观性，应当需要不断的还原发明创造，不仅要考虑研发人员从研发原点是如何做出改进来解决该技术问题，也要考虑与衡量该技术手段对现有技术做出的贡献，即应当同时从“正向思维模式”和“逆向思维模式”来反复实践。

参考文献：

[1]创新方法研究会.创新方法教程[M].北京：高等教育出版社，2012.

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ZHANG Kaixiao， ZHANG Jiani， LIU Mingyi， ZHENG Hesong， ZHU Weihua

（College OF Science， Hohai University， Nanjing， Jiangsu 210098）

Abstract "Led characteristics and its application" for the innovation of experimental teaching cases to help students understand and grasp the led the basic principle and characteristics， combined with TRIZ innovation， guide the student to carry on the research on application and innovation， to master the basic methods and skills of application technology， a new spirit and technical application ability and the cultivation of students.

Key words TRIZ； innovative methods； LED； experimental teaching

0 引言

开放式实验经过多年应用实践，已经成为目前高校实验教学的新常态，但目前大多数实验内容还是沿用经典实验教学内容，实验课堂教学模式也很难有新的突破，开放式实验中的开放通常只能在选课模式、上课时间、上课地点等形式上做文章。当前教育形势下，创新在某种程度上已经成为我们教学的理念与方向，如何在理论课堂和实验课堂上课堂上引导与营造创新之氛围是教学改革方向之一，其中，应用创新实验教学对激发学生兴趣、实现创新想法到创新成果的转变至关重要，必将成为创新教学的有力工具。为进一步推行开放式实验教学改革，提供一条可供普通高校实行的开放式创新实验教学模式，我们针对“LED特性及其应用”实验，给出了创新性实验教学详细案例。“LED特性及其应用”实验项目结合目前第三代LED照明应用革命的时代背景，主要致力于LED的原理及其应用相关内容的研究，通过设立与实验内容相关的多个开放性研究课题（如LED发光特性、配光特性、光电转换效率、发光角度、应用产品开发等研究），在实验过程中加强学生对应用创新能力的培养，开展研究型教学实践，形成一个真正开放、自由的实验教学课堂，为学生提供创新、创业实践和成果转化提供助力。

1 TRIZ创新方法

TRIZ（发明问题解决理论）创新方法是近年来刚发展起来的创新方法，与其它创新方法相比，具有理论体系结构完整、指导性强、实用性强等显著优点，已经成为目前世界上最热门的创新方法之一。TRIZ创新方法应用目前存在两种模式：一是在企业中推广应用，主要是通过TRIZ创新方法来寻找企业产品或生产过程中技术难题的解决方案；二是在通过学校先行普及TRIZ创新方法， 广大学习者掌握了TRIZ创新方法后，在将来的生产中自觉或不自觉地应用TRIZ创新方法指导实践。这两种方法各有利弊，企业中的应用需要有资深TRIZ创新方法专家指导应用，学校普及TRIZ创新方法的教学成本很高，因为并不是每个人都需要掌握创新方法。

2 LED特性及其应用

发光二极管（LED，Light Emitting Diode）是一种PN结构的半导体器件，当LED两端加上一定的正向电压后，N区一侧导带上的电子跃迁到P区一侧，与P区的空穴复合并产生一定频率的光子。不同材料的LED可以辐射不同频率的光，即产生从紫外到红外波段的不同单色光，理论上，红、黄、蓝三种颜色的LED可以配比成任意颜色的光源。而目前照明用的白光LED通常是通过短波长的蓝色LED激发荧光，形成宽谱的复合光源，光的强弱与电流有关。与白炽灯泡和氖灯相比，LED具有工作电压低、电流小、节能、环保、抗冲击和抗震性好、可靠性高、寿命长等优点，在许多电子设备中用作信号显示器。近年来，由于蓝光LED的发现，使得LED已经成为第三代照明光源。研究LED光通量、发光效率、发光强度、光强分布、波长等参数性能及其应用，已经成为技术发展的方向与要求。LED发光效率是指光通量与电功率之比，单位为lm/W，代表了光源的节能特性，是衡量现代光源性能的一个重要指标；LED发光强度是表征LED在某个方向上的发光强弱，因此研究LED的光强分布特性具有现实意义，比如显示器的照明，如果LED在各个方向上的发光强度分布不均匀，必然会导致屏幕显示的视角受到影响；LED的光谱特性在某些应用场合特别重要，例如在消毒及医疗领域，不同波长及强度的LED具有不同作用，常用的场所消毒需要波长在260nm以下，而治疗牛皮癣等皮肤病需要的波长通常在360nm附近；此外，自半导体器件发明以来，半导体二级管在电路整形、检波、开关控制等方面得到广泛应用，发光二极管（LED）、半导体激光器（LD）的发明，促进了光通讯在信息传递领域的飞速发展，与传统照明方式相比，以大功率发光二极管为核心的固态照明方式，在能耗、发光效率、体积、寿命等方面有着显著的优越性。对于理工科的学生而言，认识、了解LED的基本电学特性和光学特性，可以开阔思路、激发灵感，在将来的工作生活实践中，能够更好地掌握、科学地应用。

3 创新性实验教学案例

“LED特性及其应用”创新性实验项目的设计目标是在指导学生了解、熟悉、掌握LED原理及特性的基础上，结合学生专业实际，引导学生进行应用创新研究，掌握技术应用的基本方法与技能，从而培养学生的创新精神与技术应用及独立工作能力。

“LED特性及其应用”创新性实验项目的实验内容包括3学时的课内实验与3个学时的课外独立创新应用研究，课内实验的主要内容为教师讲解LED的基本原理并围绕主要实验内容进行TRIZ创新方法教学，“LED特性及其应用”实验的主要内容包含半导体PN结的伏安特性及其应用、发光二极管的伏安特性及其应用、LED光强特性研究及其应用、LED光谱特性及其应用等几个方面；课外创新应用研究是学生在老师给出的选题方向上自主选题（或自行选择与LED相关的选题），以课程论文或专利申请书的形式提交一份完整的课程报告，“LED特性及其应用”实验包含LED的应用范围研究、利用LED制作微型手电、LED交通信号灯、LED的寿命研究与分析、LED显示屏研究、LED灯具检测研究、LED 灯光谱对人体的影响研究、白光LED光谱分析、LED发光角度的调整方法等20多个选题方向，课外创新应用研究教学模式是以学生为主体、教师起启发和引导作用为原则，是教师提出问题或目标，学生自行设计方案，自行完成实验过程，实验结果存在不确定性，目的在于培养学生的自主实验能力、创新实验能力和科学研究能力。具体的教学组织形式为20人为一班，每3人一组，分成7个以下小组，提前一周进行3学时的课内实验教学；第二周安排两天进行分组循环，分7个时间段：第一天8：00～11：00、第一天12：00～15：00、第一天15：00～18：00、第一天18：00～21：00、第二天8：00～11：00、第二天12：00～15：00、第二天15：00～18：00，分组循环期间学生根据自己的选题，自行设计并进行相关实验测量，教师负责提供相关实验配套。