TRIZ：颇为完备的技术创新理论体系

黄为民

（上海第二工业大学马克思主义理论教学部，上海 201209）

0 引言

TRIZ(发明问题解决理论，根据 ISO/R9-1968E的规定，将俄文转换成拉丁文的首个字母的缩写，即Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch )被西方的一些学者称为前苏联技术创新的“秘密”武器，更有甚者称其为可与达尔文进化论齐名的“技术创新进化论”。前苏联解体后，TRIZ在西方经济发达国家迅速传播，成为这些国家跨国公司培训技术人员的必修课程。

为了深入贯彻党的十七大关于提高我国自主创新能力，建设创新型国家的精神和温家宝总理“自主创新，方法先行”的批示要求，我国科技部会同国家发展和改革委员会等四部委，联合启动了创新方法工作，推荐TRIZ。此方法虽然在国内企业界推广的时间不长，但是反映良好。究其原因，是因为它超越了其他创造技法，不仅为解决技术创新问题提供了实用的、可操作的方法，而且能启迪技术创新的思路、拓展技术创新的视野、更新技术创新的理念、培育技术创新的氛围，是颇为完备的技术创新理论体系。

1 创新理论体系

何谓创新理论体系？至今学界众说纷纭，莫衷一是，尚无一致公认的权威性定义。

笔者受美国著名科学哲学家库恩“范式”的启发，通过对科学史的分析，提出了创新理论体系是由基本图景、基本原理、基本定律、基本推论和基本事实五个要素组合成的有机整体。此后，我们以系统动力学理论为指导，建立了五要素系统关系模型，进行计算机模拟，得到了有规则的曲线，说明我们的观点是自洽的[1]。现将此观点简要表述如下：

基本图景 这是创新者们“以最适合自己的方式画出一幅简单而又易于理解的世界图景，并试图以他这个宇宙代替并征服经验世界”[2]。可是，创新者们的自然图景与画家笔下的静止画面不同，它能显示出物质世界普遍联系，相互转化，有规律地演化的情景。这是一幅能表达事物总体变化以及动态秩序的图像。它虽然规定了创新理论体系原理的取值范围，但又留下了许多需要精心琢磨的细节，“足以毫无限制地为一批重新组合起来的科学工作者留下各种有待解决的问题”[3]。创新者们就在这个基本图景的指导下从事各项创造性的探索活动。例如，物理学中的量子论理论的基本图景是：

(1) 微观物体的能量分布是不连续的, 间断的；

(2) 微观物体具有波粒二象性；

(3) 微观物体的运动方式遵循玻尔理论；

(4) 微观物体的运动受主体的干扰。

基本原理 这是创新者们的“自由发明物”，“从逻辑上来看，都是思维的自由创造”[2]。但由于它扎根于“一个离开知觉主体而独立存在的世界”，并且可以推导出一个经得起经验事实检验的思想体系，“它同大量的单个观察关联着”[2]。因此，它具有真理性，并且把真理的光辉射向整个创新理论体系。它是创新理论体系的核心，与基本图景一起，能推演出基本定律。量子论理论的基本原理是：

(1) 测不准关系；

(2) 泡利不相容原理；

(3) 波函数可以完备地描述微观粒子运动；

(4) 力学量算符化；

(5) 测量值等于某个状态的平均值。

基本定律 这是创新者们对大量的经验事实进行去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里的加工制作后提炼出来的、能定性或定量地反映物质运动规律的表达式。它是创新理论体系主要的解题工具，是创新者们用来开拓新领地的器具。它与基本图景、基本原理一起铸造出支撑创新理论体系的支柱——基本推论。量子论理论的基本定律是：

(1) 薛定谔方程；

(2) 狄拉克方程。

基本推论 这是创新者们以基本图景为背景，基本原理为指导，基本定律为工具，经过严密的逻辑方法推演出来的未来必然发生的事件。它上连基本规律，下接经验事实，是创新理论体系的中间环节，时时刻刻经受着各种经验事实的冲击。创新理论体系的真理性就是由它来体现的。量子论理论的基本推论是：

(1) 微观物体的运动方式是能级之间内跳迁；

(2) 微观物体的表现形式与实验装置相关。

经验事实 这是创新者们通过科学观察和科学实验获得的有关对客观存在的事物、现象的运动、变化情况的如实描述，其内容具有不以任何人的意志为转移的客观真理性，是构成基元的基础，是检验创新理论体系真理性的标准。但经验事实不是罗列出来的一般例子，而是一种确凿的东西，“因为在具体的历史情况下，一切事情都有它个别的情况，如果从事实的全部总和，从事实的联系去掌握事实，那么，事实不仅是‘胜于雄辩的东西’，而且是证明确凿的东西”[4]。量子论理论的经验事实是：

(1) 光电效应；

(2) 黑体辐射；

(3) 氢原子光谱；

(4) 固体的比热。

这五个基本要素组成了一个层次分明，结构有序，脉络清晰，相互融合的有机整体——创新理论体系。

为检验上述观点是否具有一定的普适性，我们研究了大爆炸宇宙学理论、牛顿力学理论、槽台说理论等，发现这些理论皆是如此。因此，五要素构成的创新理论体系观点，可以作为学说争鸣中的一家之言。

2 TRIZ：技术创新理论体系

我们用上述观点研究了目前公开的常用的创造技法，如头脑风暴法、奥斯本检核表法、联想技法、志村文彦技法、克拉福德技法、和田十二技法、5W1H技法、KJ技法、等值变换技法、仿生技法等，发现TRIZ不仅是一种创造技法，具有各种技法的一般特征，而且是唯一一种具有各种技法没有的特征——完整性，即我们目前涉及的创造技法中唯一的一种由五要素构成的有机整体。因此，可以称其为技术创新理论体系。

TRIZ创始者——前苏联创造学家根里奇·阿奇舒勒的基本图景是：

(1) 技术产品在客观规律作用下遵循S型的轨迹在变化，技术系统则呈S型曲线族发展。S形增长是颇具典型的一种系统行为，它有四个典型的阶段：缓慢的前进、急剧的上升、均匀的减速、饱和的平衡。实际上它包含了指数与渐进两种增长进程。系统动力学理论认为S型曲线可以分为两部分，“稳态区前的过渡区是由两种明显不同的增长过程组成的，先是指数增长，继之渐近增长。前者是正反馈起主导作用，后者则是负反馈起主导作用”[5]。这两种增长形式与我们研究的交通运输技术史、切割技术史、打印技术史等史料相符。S型曲线还说明，任何技术理论体系的知识容量总是有限的，经过发展必将达到饱和点而终止。

(2) “解决发明问题过程中所寻求的科学原理和法则是客观存在的，大量发明面临的局部问题和矛盾也是相同的，同样的技术发明原理和相应的解决问题的方案，会在后来的一次次创新课题中被重复应用，只是被应用的技术领域不同而已”[6]。

(3) 技术系统朝着理想化发展，“任何技术系统在其生命进程中都倾向于越来越可靠、越来越简单、越来越有效，即越来越理想化”[7]。这是解决技术矛盾的指导。

TRIZ的基本原理是：矛盾原理。技术创新方案“就是解决那种包含矛盾的技术难题。矛盾发生在什么时候？矛盾发生在什么地方？当我们想要改善技术系统中的某一特性、某一参数时，常常会引起技术系统中另一特性或参数的恶化，于是矛盾出现了”[7]。这一原理可以分解为以下三条：

(1) 用于解决技术矛盾的对应原理

技术矛盾是指一个技术系统中两个技术参数之间的矛盾，即当一个技术参数得到改善时，一个技术参数被恶化了。如抗击打能力与运动速度（要改善某个技术系统的抗击打能力，必然会降低该技术系统的运动速度），运动状态中需要的长翼与静止状态中需要的短翼（飞机在飞行状态，需要长的机翼；飞机停放在航空母舰上时，需要短的机翼；改善了飞机飞行状态的机翼长度，则恶化了飞机停放在航空母舰上时希望短机翼的要求）等。解决这类矛盾需采用创新原理。

(2) 用于解决物理矛盾的分离原理

物理矛盾是指一个技术系统中同一个技术参数需要实现两个不相容的要求，如强度与重量（既要提高技术系统的强度，又不能增加其的重量），可靠性与复杂度（既要技术系统可靠，又要它的结构简单）等。解决这类矛盾需采用分离原理，该原理分为：空间分离、时间分离、条件分离和整体与局部分离。

(3) 用于解决其他矛盾的物-场原理

物-场是最小的具有工作能力的可以控制的技术系统，它由三个要素，即两个物质和一个场构成。这“来源于最基本的唯物主义原则：物质的变化只能通过物质因素亦即物质和能量（场）的引发。应用在技术系统上，这个原则说起来是这样的：一个物质的变化可以由另一个物质的直接作用（比如，冲击-力场）引发，或者由另一个物质的场作用（比如，磁铁）引发，或者由外部场引发”[8]。这是解决技术创新问题的核心。

TRIZ的基本定理是：

(1) 39个通用参数和40条创新原则组成的矛盾矩阵

通用参数是产品特性的表述和产品设计指标的体现。阿奇舒勒从专利中提炼出39个频繁出现通用参数，将它们分为三类：通用物理和几何参数，通用技术负向参数和通用技术正向参数，并把它们制成技术矛盾矩阵。创新原则既是解决技术创新问题的指导原则，又是思维训练的工具。40条创新原则和技术矛盾矩阵组成技术矛盾矩表，为解决技术创新问题提供思路与方法。

(2) 76个标准解法

这是用于攻克其他矛盾的方法，它分为五类：重构或者毁坏技术系统物-场模型的标准解，有13个；发展或者改善技术系统物-场模型的标准解，有 23个；促进或者推动技术系统向超系统、微观化变化的物-场模型标准解，有6个；用于测量或者检测技术系统物-场模型的标准解，有17个；向技术系统引入物质或者场的方法、途径的物-场模型的标准解，有17个。这是解决技术创新问题的工具。

TRIZ的基本推论是：技术系统进化的8条途径。

理查德-纳尔逊认为“技术既是理解性的，又是实践性的，因而要把握技术是如何进化的，我们需要同时认识到这两个方面并观察它们是如何协同进化的”[12]。阿奇舒勒注意了这两个方面，但作为一个发明家，他更关注技术创新的实践性，从满足用户需要的指向考察技术系统的进化途径。

(1) 四阶段周期进化途径

萌发期，这是技术系统提出新概念、新定律的时期；构造期，这是技术系统提出基本图景、明确基本原理、作出基本推论的时期；发展期，这是技术系统在实践中检验、修正、丰富、发展的时期；成熟期，这是技术系统日臻完善，更加新的技术系统逐渐萌发的交会期。经过四个阶段的进化技术系统的性能稳定，结构稳固，利润下降，专利数量下滑，将从高梯度技术区转移的底梯度技术区。

(2) 子系统非均衡进化途径

技术系统中的各子系统按照各自的 S型曲线进化，但进化的速度是不一致的，因此，整个技术系统的进化程度取决于进化最缓慢的那个子系统。

(3) 子系统向超系统进化途径

技术系统中的某子系统在需求的驱动下，会出现超常规的发展，迅速进化，不仅脱离原技术系统，而且成长为功能单一的超系统。

(4) 多次循环进化途径

技术系统通常是单系统，并且按照 S型的轨迹逐渐进化。几个趋近完善的单系统，在需求的刺激下，可能合并为一个多系统。

(5) 刚性向柔性进化途径

刚性有两层含义：一是指技术系统中的基本组件是僵硬的，二是指技术系统中将僵硬基本组件连接在一起的环节很少。柔性则与之相反，既指技术系统中有些组件是柔软的，又指技术系统中有较多的联系环节。例如，剪切技术就是从刚性的剪刀切割，发展为软性的水切割、气切割和光切割。

(6) 宏观级别向微观级别进化途径

大部分民用产品和为特殊人员配备的产品，功能不断增加，原件的数量增多，但是，其整体的体积越来越小，可分割性越来越高。

(7) 增强协调性进化途径

技术系统中的各要素、各子系统之间经过不断的改进，使各部分互不干扰，并最好地发挥整体功能。协调可以是场的作用与技术系统作用对象的固有频率相协调、技术系统内部各组件的协调和两种功能的协调。

(8) 减少人为参与进化途径

任何一个技术系统的使用者，总是希望技术系统功能良好、质量可靠、操作方便、使用安全，这就促使技术系统尽可能地减少使用者的参与，实现自动化。

这是TRIZ作出的八个推断，它们经受了技术创新实践的检验，并将接受未来的技术创新实践的检验。

TRIZ的基本事实是：工程事实。这种事实既不同与客观事实，又不同与科学事实。客观事实与天然自然界中存在的事实相对应，是没有人工痕迹的、在各种自然因素作用下存在的事实。科学事实与人工自然中存在的事实相对应，是对自然界中的客观事实进行特定的、有限的人工干扰情况下，在各种科学仪器作用下获得的事实或者是获得的数据所反映的事实。工程事实也是人工自然中存在的事实，但它是人运用各种手段，有意识、有目的、有计划、有步骤造就的事实，是经过人工加工的、其主要成分是人期望存在的事实，甚至完全是或者部分是人工制造出来的事实。这类事实比比皆是，表现的形式是多样的，专利是其中之一。TRIZ依据的工程事实是专利描述的事实，最早是根里奇·阿奇舒勒TRIZ研究的20万项技术发明专利[7]。这是TRIZ理论体系的基础。

TRIZ就是这样一个由环环相扣、首尾相连的五个要素组成的一个结构严谨、脉络清晰的技术创新理论体系。

3 TRIZ技术创新理论体系的完备性

TRIZ的完备性是其他技术创新方法不可及的，表现在三个方面：

第一个方面是开放性。TRIZ创始者建构的技术创新理论体系不是封闭的、凝固的，而是始终向工程事实开放的，能够接纳新专利、包容新方法、吸收新理论，从而可以作全方位拓展的、柔性的理论体系。最能说明这一点是计算机辅助创新软件的开发与应用。前苏联解体后，TRIZ在全球传播，各国的 TRIZ研究者和技术创新爱好者，以阿奇舒勒的成果为基础，结合各自的工程事实、思维特点、创新基础，将现代计算方法、设计艺术、语言处理技术、思维科学成果融合在一起，开发出许多技术创新软件。除了有解决技术矛盾、物理矛盾、物-场模型的软件外，还有技术系统分析、产品改进、知识管理、优化设计、故障诊断、工艺改革、专利生成和技术预测等各种软件，更有甚者将TRIZ与企业管理结合起来。这些拓展性成果不仅加快了技术创新的步伐，提高了技术创新的质量，而且丰富了技术创新的方法和内容，使TRIZ出现了新的增长点，使TRIZ与时代同步。

第二个方面是规范性。TRIZ创始者分析了不同技术时代和不同技术领域的创新过程，发现许多创新者的创新过程，实际是采用试错法，即技术创新过程是：（需要解决的）特定技术问题——应用试错法——（找到特定的）技术方案。这种方法“在19世纪末是非常卓著的：电动机和发电机，电灯和变压器，地铁，第一架飞机的飞行试验，电报，电话，收音机，电影，照相，等等，不胜枚举”[8]。然而，它“带来的不仅仅是时间和精力上的无谓消耗。它带来的更巨大的损失在于不能及时发现新问题。这种损失需要几十年、几百年的时间去衡量”[8]。因此，阿奇舒勒摈弃试错法，提出了创新过程的规范性：（需要解决的）特定技术问题——经过抽象，转化为——通用问题——应用标准解法——获得通用的解——经过辩识，求解——（找到特定的）技术方案。一个试错过程被上述五个步骤替代，看似复杂了，实际上更有效、更便捷。因为，“创造性思维，应该是强有力而组织严密的思维，是在一整套明确的范例、原则和程序基础上进行的思维”[8]。来自不同国家的技术创新实践表明，这种规范性的解题过程是行之有效的。

第三个方面是程序化。TRIZ将技术系统的矛盾划分为三大类，每类矛盾皆有解决的途径和步骤。技术矛盾的解决程序有六步：第一步，写出技术矛盾的名称；第二步，定义技术系统的目标；第三步，列出技术系统的主要成分；第四步，描述技术矛盾的操作；第五步，确定应该改善的特性或者应该去除的特性；第六步，结合辅助方法提出创新方案。

物理矛盾的解决程序有六步：第一步，写出物理矛盾的名称；第二步，定义技术系统的目标；第三步，列出技术系统的主要成分；第四步，选择分离原理；第五步，确定应该改善的特性或者应该去除的特性；第六步，根据创新准则提出创新方案。

物-场模型的解决程序有六步：第一步，写出物-场模型的名称；第二步，定义物-场模型的目标；第三步，列出当前物-场模型的主要成分；第四步，分析当前物-场模型的类型；第五步，按照建立物-场模型的规则，确定应该增加的要素；第六步，参照标准解系统提出创新方案。

综上所述，TRIZ是一朵奇葩，它将在创造技法百花园中盛开怒放。

[1]黄为民.自然科学发展的系统动力学分析[J].自然辩证法研究, 1999(4) :31-34.

[2]爱因斯坦.爱因斯坦文集:1卷[M].北京:商务印书馆, 1976.

[3]托马斯·库恩.科学革命的结构[M].金吾仑等译.北京:北京大学出版社, 2003.

[4]列宁.列宁全集:23卷[M].北京:人民出版社, 1958.

[5]王其藩.系统动力学[M].北京:清华大学出版社, 1995.

[6]张武城.技术创新方法概论[M].北京:科学出版社, 2009.

[7]根里奇·阿奇舒勒.实现技术创新的TRIZ诀窍[M]. 林岳等译.哈尔滨:黑龙江科学技术出版社, 2008.

[8]尤里·萨拉马托夫.怎样成为发明家[M].王子义等译.北京:北京理工大学出版社, 2007.

[9]约翰·齐曼主编.技术创新进化论[M].孙喜杰, 曾国屏译.上海:上海科技教育出版社, 2002.