TRIZ技术进化理论在产业技术进步中的应用研究

吉林省科学技术信息研究所 吴学彦

TRIZ技术进化理论在产业技术进步中的应用研究

吉林省科学技术信息研究所 吴学彦

由于市场竞争的日益加剧，企业在新产品研发决策过程中，要预测当前产品的技术水平及新一代产品可能的进化方向，这种预测的过程称为技术预测。技术预测的研究开始于半个世纪以前。在长期的研究过程中，理论界提出了技术预测的多种方法，这些方法可以分为两类：规范化方法与探索性方法。其中TRIZ技术进化理论由于可对技术系统未来的结构状态序列进行较为清晰的描述并具备较强的可操作性而独树一帜，并逐步发展成为一种重要的技术预测理论。TRIZ理论是由前苏联G.S.Altshuller等人自1946年开始，在世界各国250多万份高水平专利的基础上，总结出一套具有完整体系的发明问题解决理论。TRIZ理论认为产品技术成熟与否、技术发展未来走势和进化路线是可以根据TRIZ理论提出的方法进行预测分析的。TRIZ技术进化理论就是专门研究技术系统进化预测的重要分支，也是TRIZ中最重要、最基本的概念之一。TRIZ技术进化理论同时提供了强有力的技术预测工具，这些工具包括技术进化定律及进化路线等。

一、TRIZ技术系统进化理论

TRIZ技术进化理论由A ltshuller G.等人于20世纪70年代提出，该理论认为，技术系统的进化总是遵循一定的客观规律，而且在一个工程领域中总结出的进化定律与进化路线可在另一个工程领域实现。所谓技术系统是由物质组件组成，为满足人们（社会）的需求而实现某种功能的系统。技术系统可以是产品或生产工艺，也可以是劳动组织系统、生产系统、控制系统等等。技术系统的进化，就是指实现技术系统功能的各项内容，从低级向高级变化的过程。任何领域在技术系统向新的技术系统进化过程中，必然遵循一定的规律，这些规律就是技术系统进化理论。

在早期阶段，TRIZ技术进化理论一直被误认为是TRIZ的一个附加工具被用于解决具体的技术问题，然而自1999年Domb E.提出策略性TRIZ（Tactical TRIZ）与战略性TRIZ（Strategic TRIZ）的区分以来，TRIZ技术进化理论开始成为一个独立的研究对象并被提升到R＆D决策战略工具的高度，其研究热潮自此逐步兴起。近年来对TRIZ技术系统进化理论的关注日益增多，学者们先后发展出技术进化理论（ET，Evolution of Technique）、技术进化引导理论（GTE，Guided Technology Evolution）、定向进化理论（DE，Directed Evolution）、技术进化定律（The Laws of Evolution）等新兴TRIZ技术进化理论，其中以ET、GTE、DE、技术进化定律为代表的新兴TRIZ技术进化理论先后出现并迅速发展起来，它们在技术进化模式和路线、技术系统成熟度曲线（S曲线）以及技术进化规律的基本原理等方面进行了更新和拓展。一些TRIZ专家则对TRIZ技术进化理论的应用方法展开了详细的研究与论述，利用TRIZ技术进化理论预测技术系统发展趋势的应用研究更是与日俱增。

产品的发展过程是性能由低到高逐渐提高的过程，在产品发展的过程中具有一定的规律，这个规律就是技术进化定律。技术系统进化理论基本涵盖了各种产品核心技术进化规律，每条规律又包含了不同数目的具体进化模式和路线。TRIZ的技术系统进化规律主要包含：提高理想度规律，系统完备性规律，能量传导规律，提高系统动态性和可控性规律，子系统非一致性进化规律，向超系统升迁规律，向微观系统升迁规律，系统协调性规律，技术系统的分割规律，系统向多功能、普遍化发展规律，改善物质的结构规律等。它可以根据技术系统进化规律预测其未来发展趋势，帮助企业开发有竞争力的产品。如果掌握了这些规律（模式或路线），就能确认目前产品所处的发展状态，发现产品存在的缺陷和问题，并主动预测未来技术发展趋势，制定和规划产品开发战略，开发新一代产品。

1.进化模式与进化路线。技术进化模式和路线是TRIZ技术进化理论研究的一个热点。技术系统的进化路线是指一个系统从结构进化的特点描述产品核心技术所处的状态序列，每一种进化模式都包括多种进化路线。其实质是产品如何从一种核心技术移动到另一种核心技术，可以根据进化路线确定新一代产品的创新设想，产品沿进化路线进化的过程是新旧核心技术交替的过程。因此，TRIZ理论中进化理论是预测产品结构的进化理论。Ideation研究小组已确认了300多条进化路线及50多条市场进化路线，这些路线为设计人员、企业研发机构提供了技术进化预测工具。

目前，TRIZ技术进化模式研究正处于快速发展阶段，新的技术进化模式和进化路线不断涌现。所有模式都会遵循8个进化法则，一是技术系统完备性法则，二是技术系统能量传递法则，三是技术系统动态性进化法则，四是技术系统提高理想度法则，五是技术系统子系统不均衡进化法则，六是技术系统向超系统进化法则，七是技术系统向微观级进化法则，八是系统协调性进化法则。运用这些法则，我们能够判断当前研发的产品处于技术系统进化模式中的哪个位置，然后根据法则的提示能够预测技术系统未来发展的方向。系统进化模式可以在过去的专利发明中发现，所有系统都是向理想化最终结果方向进化的，并且用来指导新产品开发，避免盲目尝试和浪费时间。据统计，目前学术界约已发展20种典型进化模式。其中最为著名的技术进化模式有Fey V.和Rivin V.提出的GTE6种进化模式，Zlotin B.和Zusman A.提出的DE10种进化模式和Mann D.提出的Mann D.共11种进化模式。Mann D.对技术系统进化模式进行的研究尤为细致，他将技术进化趋势区分为时间进化、物质和空间进化以及界面进化三大趋势，并首次将增加物质分割、空间分割、界面分割及增加协调性与和谐性引入技术进化模式分析框架。与前两种理论的模糊特征相比，Mann D的技术进化模式结构清晰，便于操作，因而受到学术界的关注。

2.技术成熟度曲线。通对大量专利的分析，G.S.A ltshuller发现在技术系统进化过程上，产品的进化都会经历相同的几个阶段，形成S曲线，近年来S曲线的研究也取得了一些新进展。图1所示，分段线性S曲线表示性能随时间的变化规律，从而更加明确地把产品进化分为婴儿期、成长期、成熟期和退出期4个阶段。

确定组成产品的技术在S-曲线上的位置是产品进化理论的重要研究内容，并称为技术成熟度预测。处于婴儿期及成长期的产品应对其结构、参数等进行优化，使其尽快成熟，如促使其S曲线按一定方向变化，以为企业尽快带来利润。处于成熟期与退出期的产品，企业在赚取利润的同时，应开发新的核心技术并替代已有的核心技术，以便推出新一代产品，使企业在未来市场竞争中取胜。TRIZ技术进化理论采用专利数量、专利等级、产品的获利能力和性能4个指标随时间变化而变化的规律，与S-曲线一起组成产品技术成熟度预测算子，用于产品技术成熟度越策。4个指标随技术进化而变化的曲线现状如图2所示。

图2（a）是时间–性能曲线图，随着时间的延续，产品性能不断增加，进入退出期后，其性能很难再有提高。

图2（b）是时间–专利数量曲线图，表示数量随时间的变化。在婴儿期和成长期前期由于参与开发的企业和人员较少，所以专利数量较少。成熟期后竞争激励，企业新专利不断涌现，专利数量增加。进入退出期后，企业增加投入后汇报很少，因此专利数量减少。

图2（c）时间–专利等级曲线，表示后续专利级别逐渐降低，在婴儿期向成熟期过渡时，由于限制产品性能的关键问题的解决，会产生一些高级别的专利，推动了产品从婴儿期过渡到成长期。

图2（d）时间–专利获利能力曲线图，表示开始阶段，企业仅仅是投入并没有盈利。到成长期产品虽然还不是很完善，但是产品已出现利润。之后利润逐年增加，进入成熟期的某一时间达到最高值，之后开始降低。

通过对产品相关数据进行绘制曲线后，通过曲线的形状，可以判断出产品所处位置，从而对其技术成熟度进行预测。根据结果做出相应的决策：改进现有系统或者开发新一代系统，图3为技术选择的过程。一旦做出决策，就可以应用系统演变规律预测系统的发展方向，通过解决相关冲突实现系统的改进或者更新。

二、TRIZ技术进化理论的应用研究

TRIZ技术进化理论近年来在在一些产业中得到了利用。早期的学者们分别利用技术成熟度曲线分析总结了电冰箱技术、超音速焊具技术、自热容器技术、医疗器械和化妆品产业技术、DVD技术、滚筒纺纱技术等的技术进化过程进行了研究。近年来，利用TRIZ技术进化理论分析某一产品或行业技术创新问题的研究也日益增多，主要集中于机械领域，其他技术领域的应用研究偏少，非技术领域的应用研究到目前为止并不多见。均以产业或技术本身为研究对象，采用单一的、标准化的技术进化模式或路线作为分析工具。应用研究的焦点集中于技术系统内在的推动作用，对外部需求的拉动作用关注较少，因而关于技术系统进化的需求拉动动力机制是目前TRIZ技术进化理论研究的薄弱环节。

三、前景展望

目前，TRIZ技术进化理论得到了广泛的应用，这些研究为评判技术成熟度，预测技术系统发展趋势提供了良好的理论工具。然而，目前关于TRIZ技术进化理论及其应用的研究还存在一些缺陷，这些缺陷需要在未来的研究工作中加以克服。

在理论研究层面，学术界提出了多种技术进化模式和进化路线，但是对这些技术进化模式之间的相互关系却很少予以讨论，因此，理清各种进化模式之间的相互关系，区分各模式的相对重要性是未来研究的一个重要方向。其次，虽然部分学者已发现独立的需求进化规律，但是如何将这些规律与技术系统进化规律有机地结合起来还需进一步研究，技术进化需求拉动的具体动力机制亟待解决。