TRIZ理论与农业科技创新

段永红，戴健华，彭新德，罗赫荣

（1.湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南省农业科学院，湖南 长沙 410125；3.湖南省农业信息与工程研究所，湖南 长沙 410125）

党的十七大报告明确提出“提高自主创新能力，建设创新型国家”，2012年中央一号文件更加透彻地提出：加强农业科技创新，推动传统农业向现代农业转变。因此，创新成为当前促进现代农业发展的关键词，只有不断创新才能在重大关键技术研发上占领制高点、取得新突破，创新能力也成为了个人和农业科研团队的核心竞争力。

工欲善其事，必先利其器。笛卡尔曾说过：“人类历史上最有价值的知识是方法的知识”[1]。温家宝总理在2007年提出：“自主创新，方法先行”。先进的创新方法是科技进步的基础和保证，是提升国家创新能力的重要手段。科学家们的研究和历史实践告诉我们：创新能力是可以培养的，创新也是有规律可寻的。诞生于前苏联的“发明问题解决理论”（TRIZ）是被实践证明了的当前最为有效的创新理论和方法之一。文章拟通过对TRIZ理论的内涵剖析和应用状况的分析，探讨TRIZ理论应用于农业科技创新的意义和途径。

1 TRIZ理论的内涵

1.1 TRIZ理论的定义

TRIZ是俄文的英文音译“Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch”首字母的缩写，译成中文即为“发明问题解决理论”（在欧洲一些国家和美国也可缩写为TIPS）。TRIZ理论是前苏联海军专利员G.S.Altshuller及其团队自1946年开始，在分析研究世界各国250万件专利的基础上提出来的。TRIZ理论历经60多年的曲折发展，已演变为一个解决工程技术创新问题的成熟理论体系，成为孕育和催生新技术的“母技术”[2]，被誉为解决发明创造问题的“金钥匙”。

国际著名TRIZ专家Savransky博士将TRIZ定义如下：TRIZ是基于知识、面向人的发明问题解决系统化方法学[3]。该理论深入和系统地提示了人类创新活动的规律和原理，为更好地创新提供了坚实的理论和方法基础。

1.2 TRIZ理论的核心思想

TRIZ理论的核心思想主要体现在3个方面：（1）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着客观规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式；（2）各种技术难题、冲突和矛盾的解决是推动技术进化过程的动力；（3）技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能[2，4]。“TRIZ理论的实质在于，它从根本上改变了产生新技术思想的工艺”[2]。

1.3 TRIZ九大经典理论体系[1，4]

TRIZ通过研究人类发明创新方法的规律，提出了分析、解决问题的方法、原理和工具，形成了一个庞大的逻辑体系，具体包括两个基本理论（技术系统进化论、最终理想解理论）、4种解决发明问题的工具（40个发明原理与技术矛盾矩阵、物理矛盾与分离原理、物-场模型、科学效应知识库）、两个解决发明问题的基本方法（发明问题的标准解法、发明问题解决算法）[5]。

1.3.1 TRIZ技术系统的八大进化法则 用于解决技术难题和预测技术系统的强大工具，促使人们知道技术系统是如何进化的，为技术创新指明方向。

1.3.2 最终理想解（IFR） 技术创新追求（实际是逼近）的高级目标，促使人们明确理想解所在的方向和位置，避免由于折中法缺乏目标而带来弊端的情况。

1.3.3 40个发明原理 从250万份高水平专利技术中总结出的共性发明原则，用于指导TRIZ使用者找出创新的解决方案，为“发明问题解决理论”奠定了坚实的基础。

1.3.4 39个工程技术参数和技术矛盾矩阵 通过对矛盾的分析，在矛盾矩阵中直接、快速地查找出有用的解法（由40个发明原理组成），它解决的是工程技术矛盾。

1.3.5 物理矛盾及分离原理 包括促使人们发现物理矛盾的11种分离方法和4大分离原理，解决技术系统的工程技术参数出现相反需求时的技术难题。

1.3.6 物-场模型分析 一种重要的问题描述和分析工具，用以建立与已存在的系统或新技术系统问题相联系的功能模型，进而找出技术难题的突破方向和技术创新解。通过物-场分析法描述的问题一般称为标准问题，可以采用76个标准解法进行求解。

1.3.7 发明问题的标准解法 用于解决基于技术系统进化模式的标准问题。5大发明等级、18个子级及76个标准解法将标准技术问题的解决快速推进。标准解法是TRIZ高级理论的精华之一。

1.3.8 发明问题解决算法（ARIZ） 针对非标准技术问题的一套解决算法，包括9个步骤。ARIZ的思路是将非标准问题通过各种方法转化为标准问题，然后应用76个标准解法来予以解决。

1.3.9 科学效应知识库 物理、化学、几何等领域的科学原理可以有效地帮助发明问题的解决，并为技术创新提供丰富的方案来源。从100个创造发明常用的科学效应里归纳出30个分类，可以快速地选择和应用在技术难题的解决过程中。

2 TRIZ理论的推广与应用现状

2.1 TRIZ理论在国外的推广和应用

TRIZ综合了多个学科领域的原理及法则，是国际创新方法中比较系统且得到公众认可的方法体系之一[6]，是前苏联在20世纪70年代中期专利跃居世界第二、冷战时期保持与美国军事力量平衡的重要法宝。苏联解体后，TRIZ理论在欧美、亚洲的发达国家和地区得到广泛的传播和应用，在工业设计领域产生了巨大的效益。为波音、福特、西门子、三星等众多世界知名企业解决了大量技术难题，不仅产生了巨大的经济效益，而且极大地提高了企业的自主创新能力。据统计，应用TRIZ理论方法可以增加80%～100%的专利数量，并提高专利质量，还可以提高60%～70%的新产品开发效率，缩短50%的新产品上市时间[6]。以韩国三星为例，1997年三星公司负债170亿美元，濒临破产。当年，三星公司引进前苏联TRIZ专家并对技术人员进行大规模TRIZ培训，建立了专职“TRIZ部队”。2003年，三星应用TRIZ理论进行指导的67个研发项目中，产生了52项专利技术，全球品牌价值增加了31%，增幅列全球之首。2004年，三星的发明专利数达到1 604项，超过英特尔，进入世界前六大专利企业排名榜。2006年，三星电子市值突破1 000亿美元，超过索尼的410亿美元市值。

TRIZ理论的应用无孔不入，从生态农业到军事排雷、从自行车到食品机械、从核反应堆到航天器、从工程领域到管理领域等无不显示出它的生命力[7]。目前，美、德、英、法、瑞典、俄罗斯及日本等发达国家，无论是TRIZ理论研究、应用研究还是技术研究，都走在世界前列。有不少机构已开始研究TRIZ在管理创新、医疗、艺术甚至诗词写作等非工程领域中的应用，如德国Bremmen大学、Achen大学、Kassel大学等，相关的研究成果也层出不穷[5]。

2.2 TRIZ理论在我国的推广及应用

我国20世纪末才开始接触TRIZ理论，21世纪初，TRIZ开始被我国少数大学和企业引进并逐渐推广。目前我国TRIZ理论的应用和推广开始步入快行道。

一方面，政府开始引起重视。2008年国家四部委公布《关于加强创新方法工作的若干意见》，科技部相继批准黑龙江、四川、江苏及湖南等多个省份作为国家技术创新方法试点省。

另一方面，TRIZ理论已在诸多科研院所和企业成功实践，并取得不斐成绩。例如，2005年中兴通讯公司对25名技术骨干进行TRIZ理论与方法培训，结果在散热、除尘、结构、工艺、EMC等21个技术项目上取得了突破性进展，6个项目已申请相关专利；美的电器利用TRIZ理论解决了微波炉加热均匀性问题；天津大学机械工程学院学生运用TRIZ理论设计出“城市乌篷”方案，获得2004年全国大学生第三届“创新杯”设计大赛设计大奖，并有20余名学生在校期间申请了专利；2005～2006年，中船重工运用基于TRIZ的计算机软件，为声学释放器、信号检测、高温超导等问题的解决提供了很好的思路[8]。

由于TRIZ理论引入我国至今不过10年，目前正处在宣传和推广应用阶段，因此存在着巨大的发展空间。

3 思考与建议

3.1 引入TRIZ理论对加快农业科技创新具有重要的促进作用

自新中国成立以来，农业科技为成功解决13亿人口的吃饭问题做出了重大贡献。国家统计局数据显示，2011年全国增加粮食产量2 127万t，粮食实现连续八年增产，农业科技对增产的贡献率达85.8%。但农业生产能力仍不稳固，农产品供求关系仍偏紧，农业科技进步贡献率仅52%[9]，与以信息技术、生物技术为代表的新的农业科技革命飞速发展的世界农业相比还存在一定的差距。我国已经处于必须更加依靠科技进步促进现代农业发展的历史新阶段。

科技创新要取得突破，必须树立正确的创新理念、应用科学的理论方法。TRIZ与其他创新方法相比具有鲜明的特点和优势，它的最大的优点在于将矛盾与冲突点转化为利益点，并归纳问题解决的有效方法和系统进化的原则，以快速解决问题[6]。而且它是基于技术的发展演化规律来研究整个设计与开发过程，有效地解决了个人经验积累、灵感爆发或反复试验等传统的创新方法效率低下、结果不确定等问题。TRIZ理论不仅适用于专利授权的所有领域，而且对于其它社会领域的创造性活动也具有积极的启发作用和借鉴意义。因此，将TRIZ理论应用于农业科技创新，对突破传统农业科技的思维和方法、促进现代农业的发展具有重要的意义。

3.2 TRIZ应用于农业科技创新要讲究方法，注重农业特色

农业与工业相比较具有显著的区别：土地是农业中不可替代的基本生产资料，劳动对象主要是有生命的动植物，它们受自然条件影响大，有明显的区域性和季节性。因此，将在解决工程技术创新问题基础上产生的TRIZ理论引入农业科技创新，是一项具有挑战性的研究，必须讲究方法，注重农业独有的特色，从以下几个方面开展工作：

（1）从接近工程技术领域的农业科技领域切入，逐步全面推进。农业生产对象的多样性和生产条件的复杂性，决定了农业科学范围的广泛和门类的繁多，其中有侧重基础理论的，也有侧重应用技术的。根据TRIZ来源于对大量专利的分析研究的特点，首先从容易形成专利的领域获得突破，比如农业生态、农产品加工与贮藏、农业机械等，让TRIZ理论的应用由点及面，逐步在农业科技领域全面推广。

目前，TRIZ理论在农业生态学方面已有较好的应用案例。比如在农业上广泛使用的蔬菜塑料大棚，利用了TRIZ理论技术进化原理中的“添加改进物质”，在冷空气与植物之间添加了保温膜这一改进物质，改善了系统中两个物体之间的相互作用[10]；在农村广泛推广的沼气池，使用了40个发明原理中变害为益的原理。由于肥料必须发酵才能使用，但在发酵过程中会产生难闻的气体而污染环境、影响生活，因此，将肥料置于密闭舱中加入厌氧细菌分解肥料中的有机物，这样产生的可燃气体可以用来做燃料和照明，一举多得。

此外，TRIZ理论也很好地嵌入了当今世界上广泛研究和应用的种质资源保存技术中。比如，目前贮藏种子体的最佳途径——低温种质库，它利用的是发明原理中的参数变化原理和局部质量原理，将处理后的种子体放入密封的容器内，再将容器存放于低温干燥的环境中，从而实现种质资源的长期安全贮藏；超低温保存技术利用的是发明原理中的惰性环境原理，在液氮-196℃的超低温下使保存的活细胞的物质代谢和生长活动几乎完全停止；超干燥贮藏技术则利用了提高理想度法则和发明原理中的分离原理，它是针对低温保存种质能耗大的不足而提出的，该技术将加快种子老化的种子含水量通过超干燥处理降到更低，再进行密封常温保存，已成为节能型种子保存新技术。

（2）从科研立项着手，逐渐深入。科研立项是指科学研究前针对具体研究课题的项目依据、研究方法、技术路线、预期完成目标等进行设置和论证的第一道程序，是研究开展的第一步和创造性思维的具体体现，它决定了研究课题的成败。因此，将“技术进化法则”、“九屏幕法”、“科学效应知识库”、“矛盾矩阵”等TRIZ理论及工具融入科研立项，可以确定面对什么样的问题，研究如何化解冲突、解决问题，对思考、解决问题的思维过程加以创新，在克服惯性思维的同时有效规避思维盲区，实现对科学问题的全面认识。然后结合项目逐步推进，通过科研实践深化研究人员对TRIZ理论的认识和理解。立项基本思路是：①选择研究课题，明确目的性和可行性；②建立课题模式，表述矛盾、筛选方案；③分析课题模型，选择最佳突破点、确定最终理想结果、指出关键点；④选择消除矛盾的方法，选择克服矛盾最有效的方法，并从物理答案过渡到技术答案；⑤评估所得的答案。

比如利用TRIZ基本理论之一的最终理想解（IFR）进行割草机改进研究。最终理想解的特点是：保持原系统的优点、消除原系统的不足、没有使系统变得更复杂、没有引入新的缺陷。该研究将割草机作为工具，草坪上的草作为目标，需要克服割草机在割草时发出噪声、消耗燃料、产生空气污染、甩出的草片有时会伤害推割草机的工人等缺陷。因此，割草机的理想化设计有：①部分理想化设计。手推无动力割草机克服了割草时消耗燃料、产生空气污染的不足；半悬挂割草机解决了甩出的草片可能伤害操作人员的问题。②完全理想化设计。培育一种长到一定高度就停止生长的理想草种，实现无需维护的漂亮草坪，达到最终理想解。目前国际上至少有两家制造割草机的公司正在选育这种称为“聪明草种”的草[11]。

（3）以总结归纳已有成果为起点，最终实现TRIZ理论的延伸和拓展。阿奇舒勒曾说过，在发明创造活动中，“你可以等待100年获得顿悟，也可以用这些原理（TRIZ理论）在15 min解决问题”[2]。创新理论与实践表明，创造能力是人人都具备的一种潜能，可以通过学习、训练得到激发和提升。学习创新方法的实质是思维习惯的改变，它对于提升人们的创造能力和效率具有重要的意义。

一方面，通过引入和整理TRIZ已取得的研究成果、借助行业外的技术理论来启迪思维、熟悉并掌握创新原理和方法、提高系统思考的能力。科学效应知识库中著名的“爆米花效应”，是TRIZ方法中根据状态变化发明原理产生的概念之一，也是阿奇舒勒发现的革命性结果之一。全世界利用爆米花原理发明的专利多达200余项，不同行业中的问题采用了相同的解决方法。一个玉米粒利用瞬间压力差爆成米花的过程，同样被广泛应用到农产品加工产业中，其中甜辣椒罐头制造方法（利用压力变化去籽和蒂）1968年获得专利，向日葵种子的剥壳技术1986年获得专利，另外爆米花原理还用于制造糖粉末、去除坚果外壳等。

另一方面，通过借鉴TRIZ理论总结归纳农业科技中具有典型意义的成果，形成具有农业科技特色的创新方法，实现TRIZ理论的延伸和拓展。例如，对以世界“杂交水稻之父”袁隆平为核心的杂交水稻的研究历程和取得的成就，通过技术系统进化论、建立知识进化树等TRIZ原理进行系统归纳整理、统计分析、总结提升，研究其创新的规律性，并进行方法论层次的抽象和归纳，将杂交水稻研究由单个的品种选育提炼为一套解决育种技术问题、指导农业科技高效创新的理论体系和方法，形成袁隆平式的高科技人员辈出的新局面，加速农业现代化发展进程。

目前，TRIZ理论被认为是可以激发人们创造性思维，引导和提升研究者的思维角度和方式，挖掘和开发创造潜能，最全面系统地论述发明创造和实现技术创新的新理论。TRIZ理论在我国经过近十年的研究和实践，已呈现集成化、工程化、标准化的特点和趋势[12]，但在农业科技中它还是一个新鲜事物，特别在育种领域几乎是空白。要突破农业创新的“效率瓶颈”，必须遵循创新规律，在注重技术的同时，关注和研究先进的创新方法，重点突破、由点及面地在农业科技领域引入、推广TRIZ理论，以突破思维惯性、激发创造性思维、从根本上增强农业创新实力。TRIZ理论在农业领域中的推广应用，还可以拓展它的适用范围，进一步发展和完善TRIZ理论，使之成为各类发明创造问题更为高效、实用的操作工具。

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