TRIZ理论中的STC算子的应用研究

TRIZ理论中为克服在创新和发明过程中存在的思维惯性，阿奇舒勒构建了九屏幕图、小人法、最终理想解、金鱼法和STC算子五种方法。文章将围绕STC算子法的解题思路、解题流程及注意事项等方面展开讨论，旨在帮助TRIZ应用者更好地克服思维惯性，解决技术问题。

一、STC算子概述

STC算子法是一种非常简单的工具，通过极限思考方式想象系统，将尺寸、时间和成本因素进行一系列变化的思维实验，用来打破思维定势。STC的含义分别是：S—尺寸、T—时间、C—成本，从尺寸、时间和成本三个方面的参数变化来改变原有的问题。通常工程师在解决技术问题时对系统已非常了解和熟悉，一般对研究对象有一种“定型”的认识和理解，而这种“定型”的特性在时间、空间和资金方面尤为突出。此种“定型”会在工程师的思维中建立心理障碍，从而妨碍工程师清晰、客观地认识所研究的对象。这种障碍对工程师的影响表现在：一是工程师所建立的思维结构可能与所解决问题的方法相差甚远；二是这种心理障碍会主观地过滤掉某些“所谓的与技术问题无关，但实际上非常重要的信息”，并在此基础上加入“某些与技术问题实际上无关的信息，而又被工程师主观地认为很重要的信息”，造成了解决问题的思路和寻找可利用的资源时走上了一条“不归路”。

应用STC算子的目的：一是克服长期由于思维惯性产生的心理障碍，打破原有的思维束缚，将客观对象由“习惯”概念变为“非习惯”[1]概念，在很多时候，问题的成功解决取决于如何动摇和摧毁原有的系统以及对原有系统的认识；二是通过尺寸、时间和成本三个纬度的分析，迅速发现对研究对象最初认识的误差；三是通过认识误差的分析，重新定位、界定研究对象，使“熟悉”的对象陌生化；四是用STC算子思考后，可以在分析问题的过程中发现系统中存在的技术矛盾或物理矛盾，以便在后续的解题过程中予以解决，很多时候改变原来的思路就可以找到问题的解决方案。

二、STC算子思考问题的流程

STC算子法就是对一个系统自身不同特性（尺寸、时间、成本）单独考虑，而不考虑其他的两个或多个因素。一个产品或技术系统通常由多个因素构成，单一考虑相应因素会得出意想不到的想法和方向。

1.STC算子思考问题的流程

应用STC算子通常按照下列步骤进行分析。需要注意的是尺寸、成本和时间的内涵。尺寸：一般可以考虑研究对象的三个维度，即长、宽、高，但尺寸不仅包含上述含义，同时延伸的尺寸还包括温度、强度、亮度、精度等的大小及变化的方向，它不只是几何尺寸，而且还包含了可能改变任何参数的尺寸。时间：一般可以考虑是物体完成有用功能所需要的时间、有害功能持续的时间、动作之间的时间差等。成本：一般可以理解为不仅包括物体本身的成本，也包括物体完成主要功能所需各项辅助操作的成本以及浪费的成本。在最大范围内来改变每一个参数，只有问题失去物理学意义才是参数变化的临界值。需要逐步地改变参数的值，以便能够理解和控制在新条件下问题的物理内涵。应用STC算子通常按照下列步骤进行分析。

步骤1：明确现有系统

步骤2：明确现有系统在时间、尺寸和成本方面的特性

步骤3：设想逐渐增大对象的尺度，使之无穷大（S→∞）

步骤4：设想逐渐减小对象的尺度，使之无穷小（S→0）

步骤5：设想逐渐增加对象的作用时间，使之无穷大（T→∞）

步骤6：设想逐渐减少对象的作用时间，使之无穷小（T→0）

步骤7：设想增加对象的成本，使之无穷大（C→∞）

步骤8：设想减少对象的成本，使之无穷小（C→0）

步骤9：修正现有系统，重复步骤2～8，并得出解决问题的方向

这些试验或想象在某些方面是主观的，很多时候它取决于主观想象力、问题特点及其他一些情况。然而，即使是标准化地完成这些试验也能够有效消除思维定式。

2.STC算子思考问题时经常出现的错误

有效、正确使用TRIZ工具是解决技术问题的关键，在使用STC算子时，工程师容易出现以下错误，应当在使用过程中尽可能地避免错误的出现，为解决技术问题奠定良好的基础。一是在步骤1中，对技术系统的定义和界定不清楚导致在后续的步骤中与研究对象不统一，同时不应该改变初始问题的目标。二是在步骤2中，对研究对象的三个特性，尺寸、成本、时间的定义不清楚，造成后续分析问题时没有找到解决问题的方向。三是需要对每个想象试验要分步递增、递减，直到进行到物体新的特性出现，为了更深入地观察到新特性是如何产生的，一般每个试验分步长进行，步长为对象参数数量级的改变（10的整数倍）。四是不能在没有完成所有想象试验时，担心系统变得复杂而提前中止。五是STC算子使用的成效取决于主观想象力、问题特点等情况，需要充分拓展思维，改变原有思维的束缚，大胆地展开想象，不能受到现有环境的限制。六是不能在试验的过程中尝试猜测问题最终的答案。七是STC算子一般不会直接获取解决技术问题的方案，但它可以让工程师获得某些独特的想法和方向，为下一步应用其他TRIZ工具寻找解决方案做准备。

三、STC算子应用案例

锚是船只锚泊设备的主要部件，用铁链连在船上，抛在水底，可以使船停稳，很久以来海锚就是安全和希望的象征。海锚在航海史上拯救的船只不计其数，但随着现代造船工业的发展，吞吐量几万甚至几十万吨的巨型船只而言，海锚显得没有之前那么可靠。海锚的安全系数一般是指海锚提供的牵引力（系留力）与其自身重量之比。一般不低于10～12（结构最出名的军舰锚和马特洛索夫锚在其自重为1吨时锚的系留力为10吨）[2]。但是，这种理想效果只有当海底是硬泥的时侯才能达到。当海底是淤泥或者岩石时，锚爪是抓不住海底的。怎样才能明显提高锚在海底的系留力呢？下面按照STC算子的步骤逐步进行分析。

步骤1：明确现有系统

目前存在的问题是由于船只的自重随着技术水平的不断提升自重随之提升，这就要求海锚所产生的自留力也必须成倍数地增加。系统由有海锚、船只、绳索等组成，超系统包含海水等。研究对象较为明确就是海锚。但是，“海锚”这个词能立刻使人联想起一些特定的解决方式，比如，可以增加锚爪数量、做一些其他形状的锚爪、增大锚的重量等。因此在解决问题的过程中克服思维定式最简单有效的办法就是不使用那些专业术语。尽量使用那些不具有具体含义的词，比如，“事物”、“东西”、“对象”等，从功能的角度描述研究对象，如“需要能系留一百吨重的船只的物质”、“什么东西能够固定住一百吨重的船” 。

利用术语可以准确地将已知和未知的东西区分开来。可是当已知和未知间没有明显界限，思维角度更趋向于未知的时候，就应该放弃使用术语了。如果题目中没有“锚”这个术语，也就没有“锚爪”的概念了。

步骤2：明确现有系统在时间、尺寸和成本方面的特性

在该系统中，系统由船、锚等组成，超系统有海水、海底等，系统及超系统的参数将随着STC算子而改变。为了找到新方法的思路，首先需要对发生变化的成分（船）进行一些调整。假设船身长100 米，吃水量10 米（船的尺寸为100 米/10 米），船距海底1千米，锚放到海底需1小时的时间，需要找到产生质变的参数变化范围。

步骤3：设想逐渐增大对象的尺度，使之无穷大（S→∞）

尺寸→∞。船与锚是相对的关系，尺寸特性可以从相对的两个方面考虑，海锚尺寸的增大和船只尺寸的缩小。如果船的尺寸缩小为原来的1/1000，变为10 厘米/1厘米，是否能解决问题？船太小了（像木片一样），缆绳（如细铁丝一样）的长度和重量远远超过了船的浮力，船将无法控制或沉没。

步骤4：设想逐渐减小对象的尺度，使之无穷小（S→0）

尺寸→0。考虑海猫尺寸的缩小和船只尺寸的扩大。如果把船的尺寸增加为原来的100倍，变为10 千米/1 千米，问题解决了吗？这时船底已经接触到海底了，也就不需要系留了。把这一特性的质变运用到普通的船上将是什么情形？一是可以把船固定到冰山上；二是船停靠的时候下部灌满水；三是船体进行分割，将船的一部分脱离开并沉到海底；四是船下面安装水下帆，利用水起到制动的作用等，这些想法可以为解决问题提供方向。

步骤5：设想逐渐增加对象的作用时间，使之无穷大（T→∞）

时间→∞。当时间为10小时的时候，锚下沉得很慢，可以很深地嵌入海底；打下扎到海底的桩子。有一种旋进型的锚（已获得专利的振动锚）；电动机的振动将锚深深地嵌入海底（系留力是锚自重的20倍），但这种方法不适用于岩石海底。

步骤6：设想逐渐减少对象的作用时间，使之无穷小（T→0）

时间→0。如果把时间缩减为原来的1/100，就需要非常重的锚，或者除重力外，能够有其他力量推动锚的运动，使它能够快速降到海底。如果时间减为1/1000，锚就要像火箭一样投下去。如果减为1/10000，那么只能利用爆破焊接，将船固接到海底了。可以考虑为锚增加动力装置，也可以考虑利用某些状态的变化将锚“粘”在海底。

步骤7：设想增加对象的成本，使之无穷大（C→∞）

成本→∞，如果允许不计成本，那么可以使用特殊的方法和昂贵的设备。利用白金锚，利用火箭、潜水艇、深潜箱等工具来完成需要达到的目标。

步骤8：设想减少对象的成本，使之无穷小（C→0）

成本→0。如果不允许增加成本，或者很小的成本，那么必须利用免费资源。在该问题中海水是免费的资源，同时也是可以无限满足于系统的要求，可以利用海水来达到系留的功能，或者是改变海水的状态来完成功能。

问题的最终解决方法是用一个带制冷装置的金属锚，锚重1吨，制冷功率50KW·H，1分钟内锚的系留力可达20吨，10～15分钟内达1000吨。

四、结论与展望

STC算子虽然不能够直接提供解决问题的方案，但是可以为解决问题提供方向，尤其是面对问题“没有任何方向”时，可以利用该方向扩展思路、拓宽思维。STC算子通过进一步激化问题，寻找产生质变的临界范围，虽然STC算子规定了从尺寸、时间、成本三个特性改变原有的问题，但在实际使用过程中可不受三个纬度的约束，根据技术问题的特点和需求，在其他方面，如空间、速度、力、面积等方面展开极限思维，该方法本身是为了达到克服思维惯性的目的，使用者需要开拓思维，不能从一种思维惯性到达另外一种思维惯性。

责编/刘红伟

参考文献：

[1]曹福全. 创新思维与方法概论[M]. 哈尔滨：黑龙江高等教育出版社.2009.

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

基金项目：国家创新方法工作专项（2013IM021600）

作者简介：韩博，男，宁夏同心人，硕士，助理研究员，国际TRIZ协会三级，主要研究方向：科技政策与管理、技术经济和创新方法。