工程矛盾的内在结构与解决途径——以TRIZ理论为例

李才华, 韩 啸

(合肥工业大学 软科学与STS研究所， 安徽 合肥 230009)

矛盾是普遍存在的，工程技术领域也不例外，在工程技术中存在大量矛盾。如果说哲学上的矛盾是普遍意义上的矛盾，那么工程技术矛盾则是在特殊领域呈现出来的矛盾，表现出两种倾向性的对立统一。TRIZ作为一种技术发明方法就是抓住了工程技术的矛盾性特征来解决问题。在技术发明中抓住矛盾并加以解决是工程技术工作非常有效的重要方法。现代TRIZ理论的核心思想是，各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动工程技术进化的动力。

研究工程技术中的矛盾问题最早溯源于1960年发表于《红旗》的《从积木式机床看机床内部的矛盾运动规律》一文。这篇文章是在哈工大校长李昌领导下的哲学教师与工程技术专业教师对工程技术实践中哲学问题的研究成果。他们着眼于研究矛盾双方,认识机床内部矛盾运动规律,用机床积木化的办法来解决机床产品配套问题，进一步促进了我国机床制造的革命[1]。 然而此后哲学性的学术研究鲜有专门考察工程技术的矛盾问题，少见这方面的论文发表。

一、TRIZ理论中的矛盾概念与矛盾解决方法

TRIZ理论目前被认为是非常有效的技术发明方法，它的主要方法就是利用工程技术中的矛盾作为技术发明核心。由于解决工程矛盾的方法不同，TRIZ理论把工程矛盾区分为两种类型:技术矛盾和物理矛盾。技术矛盾是指引入有用作用或者消除有害效应将导致其他子系统功能的恶化。技术矛盾的对立双方存在于两个子系统之中，而物理矛盾的对立双方存在于同一个子系统之中。

TRIZ理论提炼出工程领域内常用的表述系统性能的39个通用工程参数，它们是一些物理、几何和技术性能的参数。TRIZ的39个通用工程参数的定义是阿奇舒勒(Altshuller)对矛盾普遍性的总结。在实际应用时，首先要把组成矛盾双方的性能用39个通用工程参数来表示，这样就将实际工程技术中的矛盾转化为一般的标准的技术矛盾。

工程矛盾参数包括物体的重量、长度、面积、体积、速度、力、压力、形状、稳定性、作用时间、能量、功率，等等。在工程系统里，部件结构和功能里的参数经常出现相反的变化趋势而产生冲突。工程矛盾往往体现为这些通用参数状况的改善或恶化的相互关系。如果一方面出现改善，另一方面则出现恶化，表现为工程系统的矛盾。在问题的定义分析过程中，可选择39个工程参数中相适应的参数来表述系统的性能。一个具体问题的矛盾状况可以用通用工程参数一般性的表达出来。各种工程矛盾的不断解决就会推动技术进步。

TRIZ法的研究人员在对大量专利进行归纳分析的基础上，提出了40条解决技术矛盾的发明创新原理。这些发明原理是技术发明过程中所使用的共同方法。40个发明创新原理提示设计者最有可能解决问题的方法, 它们成为解决技术矛盾的关键。这是从工程矛盾的特殊性当中抽象出来的工程矛盾的普遍规律。

俄国TRIZ专家A1tshuller 把39 个通用工程参数分别作为横轴和纵轴，做成了技术矛盾解决矩阵(见表1，该表仅选取了其中部分参数)。横轴表示趋向恶化的工程参数, 纵轴表示趋向改善的工程参数。纵轴上的一个工程参数和横轴上的一个参数可以构成矛盾。由39个工程参数排列而成的纵、横轴相交处的数字表示用来解决工程矛盾所使用的发明创造原理的编号, 每个交点处最多有4 个原理。这些原理既可单独使用, 也可组合使用[2]。找到了这些发明原理后，就可以进一步把它运用于具体的问题情境之中，以寻找解决技术矛盾的具体方案。TRIZ理论对技术矛盾的解决有程序化的思路，机械地按步骤完成就能找到技术发明的方案。

表1 39个通用工程参数构成的39×39矛盾矩阵

这种方法的一个好处是提供了技术发明的程序化操作，通过定义工程参数对具体发明问题进行一般化处理，由工程参数作为纵横坐标构成的矩阵表就可以查到创新原理，再将创新原理返回到具体问题中，提出具体解决创新问题的方案，尽量用最少的资源实现最多的功能。

在TRIZ 中，物理矛盾是另一类重要的矛盾。物理矛盾的情况是：一个元件具有某种有利特性，同时会产生与此相反的不利后果。物理矛盾有两种情况：其一是技术系统中有害性能降低的同时，会导致这个系统中有用性能降低；其二是技术系统中有用性能增强的同时，导致这个系统中有害性能增强。例如，手机的设计制造要求体积小，便于携带，同时显示屏和键盘做得越大越好，便于操作，因此手机体积的设计既希望大又希望小，形成手机设计中的一对物理矛盾。

TRIZ理论解决物理矛盾的核心思想是实现矛盾双方的分离。空间分离是将矛盾双方分离在不同的空间内，当工程矛盾双方分布在不同的空间时，空间分离是可能的。时间分离是将矛盾双方分离在不同的时间，当系统矛盾双方在某一时间只出现一方时，时间分离是可能的。例如，将飞机机翼设计成可以调整角度的机翼，在不同的时间形成不同的角度以满足需要。条件分离是将矛盾双方分布在不同的条件时，矛盾双方可在不同的条件下分离[3]。整体与部分分离是将矛盾双方分布在不同的层次，当工程矛盾双方在某一系统层次只出现一方时可进行分离。

二、工程技术矛盾的特征

工程系统就是可以实现整体功能的系统。多个具有特定功能的子系统聚合成一个工程系统，子系统由更小的子系统构成。这样可以持续分解到由元件和操作步骤构成的工程系统。由于研究的需要，一个工程系统也可以看成是更大系统的子系统，系统的更高级别系统称之为超系统。目前推广的TRIZ理论提供了如何进行系统分析工程问题的方法，发现了工程矛盾根本之所在。

工程系统都是由多个零部件组成的。为了提高产品性能，需要对产品的某些元件进行重组或者改进。而改变一个元件的系统设计，可能会影响到其他元件的属性。如果由此产生负面影响，则说明出现了矛盾。常见的情形是，一个方面的改善往往会导致另一个方面的恶化。

对立统一规律是认识世界和改造世界的根本方法。辩证法的宇宙观，主要就是教导人们善于去观察和分析各种事物的矛盾运动，并根据这种分析提出解决矛盾的方法[4]。 工程系统之间或者内部诸要素之间存在着既对立又统一的关系，对立和统一是工程矛盾本身固有的两个基本关系和属性。工程矛盾虽然是客观现实中存在的矛盾，但它也是人们对工程系统的矛盾冲突进行主观认识的结果。

工程矛盾的同一性是指工程矛盾对立面之间内在的有机联系和一致性，体现对立面之间相互依存、相互转化的性质和趋势。首先，工程矛盾双方相互依存、互为条件，共处于工程系统中。在特定条件下，矛盾对方的存在就是自己存在的前提条件。如果失去对方，自己也无法存在。第二，工程矛盾的对立双方相互渗透、相互贯通、相互包含。矛盾双方都包含和渗透着对方的因素和属性。第三，工程矛盾双方在一定条件下可相互转化，有内在的统一性。工程矛盾的转化总是向着对立面进行转化和贯通。

工程矛盾的斗争性指的是工程矛盾所具有的对立面相互排斥的属性，体现为对立的工程矛盾双方相互差异、相互分离、相互否定、相互限制的趋势，如工程系统要素内部或之间产生的上与下、左与右、强与弱、大与小、多与少的矛盾，等等。

工程矛盾的同一性是相对的、有条件的，受工程系统特定条件的限制。只有当某种特定条件具备时，工程矛盾双方才具有同一性，才能共处于一个统一体中。而这种特定条件消失时，工程矛盾双方就失去同一性和贯通性，就不能共处于一个工程系统整体中。工程矛盾的斗争性是绝对的、无条件的，不管在任何条件下都会存在的。工程系统运动、发展的绝对性根源于工程系统内部矛盾斗争的绝对性。工程矛盾的同一之中有斗争，矛盾同一性不能离开斗争性而存在。同时，斗争之中有同一，斗争性也离不开同一性，不存在没有同一性的斗争性。工程矛盾两极的分离和对立只存在于系统要素相互依存和联系之中，反之也成立。工程矛盾的联结、依存和统一只存在于它们的相互分离、差异和对立之中。

三、工程矛盾的解决：从特殊性到普遍性再到具体

TRIZ矩阵的运用流程体现了工程矛盾从特殊性上升到普遍性、由普遍性的模式再回到具体情境之中的过程，即矛盾存在于具体工程现象之中。首先要分析问题，发现矛盾；第二步是根据TRIZ法表述矛盾，从待解决的问题中抽象出矛盾，并由此形成一个问题模型；第三步是对照TRIZ的问题解决工具得出解法，即利用TRIZ工具找到解决矛盾的方案模型；第四步是针对问题进行构思设计，从这个模型中具体化到最终解决方案。

工程系统中存在着诸多矛盾运动形式，包括机械运动、声、光、热、电、磁、化分、化合，等等。这些矛盾运动形式以不同的方式结合在一起，导致了工程系统矛盾千差万别。工程系统都处于一定的具体情境之中，其矛盾都有特殊性。也就是说，工程系统的物质材料、结构形式和动力模式都有自己的独特性。人认识事物的出发点是认识事物的特殊性，工程研究就是要研究工程系统的特殊矛盾和特殊本质。任何工程系统都包含特殊的工程矛盾，工程矛盾的特殊性是指在某一工程系统中出现的具有区别于其他系统的自身独具的特殊性。工程矛盾的特殊性成为一个工程系统区别于其他工程系统的特殊本质。工程系统的各种运动形式相互依存、统一和斗争，共同构成工程系统整体。

工程矛盾的普遍性和特殊性的关系就是工程矛盾的共性和个性的关系。工程系统矛盾存在普遍性，工程矛盾的普遍性是指工程矛盾所具有的共性。TRIZ理论的核心思想认为，无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的演变发展都遵循客观的共同的进化规律和模式。这就是工程矛盾普遍性的表现。如果要认识工程矛盾，就必须分析工程矛盾所处的具体条件，找到系统诸要素之间的相互联系和差异。首先要认识许多不同工程系统的特殊矛盾，然后才可能逐步认识工程系统的一般属性，才可能进一步对工程系统运行规律进行总体概括，从而认识诸种事物矛盾的共同模式。当人们已经了解了工程系统矛盾的共同模式以后，就以这种共同模式为指导，通过一定的手段或者解决问题工具，找出解决矛盾的共同方法，再将它应用到具体工程系统的矛盾情境之中，得出具体的解决问题的办法。

于是，工程系统的研究就出现两个相反的认识过程：一个是由特殊到一般，一个是由一般到特殊。在工程研究中必须研究工程矛盾的特殊性，只有认识了工程系统所具有的特殊性，才有可能认识工程矛盾的普遍特征，认识工程矛盾的共同本质。由一般到特殊是将解决技术矛盾的普遍规律和方法运用于解决某个特殊的具体的工程矛盾问题。TRIZ理论正是沿着这样一种思路进行思考。很多人认为技术发明没有规律可循，只能依靠灵感，依靠试错法。TRIZ理论解决问题的方法确实提供了一种程序化的解决技术矛盾的方法。

工程人员致力于不断解决工程矛盾，有效把握工程技术的矛盾运动规律是工程技术不断进化发展的动力。工程技术创新设计的本质就是不断解决涌现出来的各种工程矛盾。因此，发现和解决工程矛盾就是工程技术创新设计的切入点。

纯粹哲学上的矛盾概念往往使人感到空泛而不具有应用价值。TRIZ理论的提出者在研究工程技术发明规律的时候，发现工程矛盾广泛存在于工程技术中，抓住工程矛盾这一关键就可以迅速找到技术发明创新的方法。难能可贵的是，TRIZ理论把一个概念化的哲学矛盾具体化，并能够有效应用于技术发明之中。通过TRIZ理论，可以研究哲学中的矛盾问题；反之，也可以通过哲学矛盾概念对TRIZ理论和实践进行深入研究。这一点正体现了个别与一般之间的互动关系。

参考文献：

[1] 谢咏梅.中国技术哲学的实践传统及经验转向的中国语境——纪念《从'积木式机床'看机床内部的矛盾运动规律》发表50周年[J]. 自然辩证法研究，2010(11):63-69.

[2] 刘桂涛，袁春静，戴义贵.TRIZ中技术矛盾解决矩阵的应用[J].机械设计与制造，2007(8):63-65.

[3] 中国21世纪议程管理中心.创新方法教程[M].北京：高等教育出版社，2012：151-154.

[4] 肖前，李秀林，汪永祥.辩证唯物主义原理(第2版)[M].北京：人民出版社.1991:233.