TRIZ创新方法系列讲座③锦囊妙计（上）——技术矛盾与40个发明原理

颜惠庚 李 弘

（常州市技术创新方法研究会，江苏 常州 213031）

颜惠庚、赵昊昱主编《TRIZ创新方法丛书 技术创新方法提高——TRIZ 流程与工具》，化学工业出版社，2012年出版

矛盾理论是整个TRIZ 理论的基石。TRIZ 创始人阿奇舒勒认为：“每个伟大发明的结果就是解决一个或多个矛盾”。因此，从某种意义上来讲，技术创新的本质就是发现并解决技术系统中存在的矛盾。如此以来，就把技术创新从神秘莫测的顿悟或灵感转换为一种有据可依的解决矛盾的过程，从而大大降低了发明创造的门坎。不仅如此，TRIZ 理论提供了从发现矛盾到解决矛盾的逻辑途径及其相应的工具。

所有这一切都是建立在大量（250 万份中选出的4 万余份代表性）世界顶级专利的分析与研究基础之上，其可靠性、实证性是毋庸置疑的。当技术创新（发明创造）变得像做数学题一样简单的时候，我们不得不感叹阿奇舒勒的睿智！正是由于他的伟大发明使得人人都成为发明家的愿望成为一种可能。

以下将具体讨论技术矛盾和物理矛盾的概念、39 个通用工程参数、40 个发明原理、矛盾矩阵表的使用。

1 技术矛盾和物理矛盾的概念

矛盾在人们的生活中无处不在、无时不在。例如：一方面希望轿车在公路上以较高的时速前进，以节约时间；但是另一方面路况、交通状况以及安全问题往往限制了行驶的车速。再如，大家日常使用的手机，一方面希望手机的体积变小，方便携带；另一方面又希望手机的显示屏比较大，便于操作和观看。这些例子都是生活中的矛盾，其实在企业生产过程中同样也存在各种各样的矛盾。

通常企业生产中的矛盾可分为管理矛盾、技术矛盾和物理矛盾。管理矛盾一般都是子系统之间产生的相互影响，基本上都可以转化为技术矛盾和物理矛盾进行解决。人们在运用TRIZ 理论解决问题的过程中，主要是解决系统中的技术矛盾和物理矛盾。

1.1 技术矛盾

技术矛盾就是技术系统中某个参数（或特性）的改善会引起另一个参数（或特性）的恶化。比如前面例子中的汽车的速度与安全性，就是一对技术矛盾。

再如，在桥梁的设计过程中，希望桥的承载能力越大越好，为了获得更大的承载力，可以使用更多的建筑材料。然后，由此桥的自身重量也将可能超过桥的强度所允许的范围，降低了桥的安全性。所以桥的承载能力（强度）和桥自身的重量构成了一对技术矛盾。而强度和重量就是该技术矛盾中的两个参数。

技术矛盾通常是由技术系统中两个不同参数之间的矛盾而产生的，但这两个参数又相互依赖，相互制约，阿奇舒勒发现，只要技术矛盾的参数相同，解决该技术矛盾所用的发明原理也相同。为了方便使用、减少歧义，TRIZ 将各种矛盾的因素（即参数）进行了总结归纳、并规范定义成39 个通用工程参数，这39 个通用工程参数可以涵盖几乎所有的工程技术系统问题。

除此之外，阿奇舒勒通过对海量专利的研究，分析、比较、统计，归纳出通用工程参数的矛盾与发明原理之间建立的对应关系，整理成一个39×39 的矩阵表，便于使用者查询，这就是后面将要介绍的矛盾矩阵，如此可见，发明可以不依赖灵感，解决创新发明问题就像查数学用表一样简单。

1.2 物理矛盾

技术系统中的同一个工程参数具有相反的需求，就构成了物理矛盾。

例如：对于手机的尺寸这一个参数，从便于携带的角度看，希望它体积要小；从提高视觉效果的角度看，又希望它大，就出现了一对物理矛盾。同样，雨伞在使用时要大不用时又要小；钓鱼杆在钓鱼时要长，在不钓鱼时又要短。这种技术系统中同一个参数在不同空间、时间、状态或条件下产生的矛盾称为物理矛盾。

物理矛盾可以根据系统所存在的具体问题，选择具体的描述方式进行表达。总结归纳物理学中常用参数，主要有三大类物理矛盾，即几何类、材料及能量类、功能类。每大类中的物理矛盾的具体参数见表1。

表1 常见物理矛盾的具体参数

一句话总结：技术系统中，两个不同参数之间产生的矛盾叫技术矛盾，同一个参数有不同的要求而产生的矛盾叫物理矛盾。

2 39 个通用工程参数

阿奇舒勒通过对大量专利的详细研究，从工程领域中总结提炼出常用的表达系统性能的39 个通用工程参数。这些参数一般都是物理、几何和技术性能的参数。在问题的定义和分析过程中，可选择相应的工程参数来表达系统的性能，这么做的目的是为了将具体的实际问题转换为TRIZ 通用问题（这就如同用二元一次方程来解题时，需要用x、y 来表示变量一样）。

只有准确理解39 个通用工程参数的意义，才能准确表达系统中存在的问题（矛盾）。表2是阿奇舒勒总结出来的39 个通用工程参数的具体名称。

表2 39 个通用工程参数

在实际问题分析的过程中，为清楚表述系统存在的问题，正确地选择工程参数是一个难度较大的工作，选择工程参数不但需要具有关于技术系统的全面专业知识，还要对TRIZ 的39 个通用工程参数有正确理解。

关于39 个通用工程参数的定义及解释如下。

(1) 运动物体的重量（Weight of moving object）

移动中的物体因受到重力，作用在其支撑面上的力量。物体会因为外力的作用而改变其本身的位置。

(2) 静止物体的重量（Weight of stationary object）

静止的物体因受到重力，作用在支撑面上的力量。物体并不会因为外力的作用而改变其本身的位置。

(3) 运动物体的长度（Length of moving object）

在观察到物体移动时，以一维的方式量测物体的长度、高度或宽度。位移可能因为内部或外部的力量而产生，可以是物体上两个几何点之间的直线长度或曲线长度。

(4) 静止物体的长度（Length of stationary object）

在观察到物体静止时，以一维的方式量测物体的长度、高度或宽度，可以是物体上两个几何点之间的直线长度或曲线长度。

(5) 运动物体的面积（Area of moving object）

以二维的方式量测物体上的任何平面或曲面，该物体会因其内部或外部力量导致其在空间中移动。

(6) 静止物体的面积（Area of stationary object）

以二维的方式量测物体上的任何平面或曲面，该物体不会因其内部或外部力量导致其在空间中移动。

(7) 运动物体的体积（Volume of moving object）

以三维的方式量测物体的任何现状的体积，该物体会因其内部或外部力量导致其在空间中移动。

(8) 静止物体的体积（Volume of stationary object）

以三维的方式量测物体的任何现状的体积，该物体不会因其内部或外部力量导致其在空间中移动。

(9) 速率（Speed）

完成作用或过程与时间的比值（Rate）。

(10) 力（Force）

使物体或系统产生部分或完全的、暂时或永久物理变化的能力（Capacity）。两个系统之间的相互作用或试图改变物体运动状态的任何作用。

(11) 张力、压力、应力（Tension，Pressure or stress）

作用于物体或系统的单位面积上的力，如压力、张力或应力。

(12) 形状（Shape）

物体或系统的外观或轮廓，并可因力量的作用而全部或部分与永久或暂时改变形状。

(13) 物体稳定性（Stability of object）

整个物体或系统对于与其他相关的物体或系统之间互动所造成改变的抵抗性，磨损、化学分解及拆卸都会降低稳定性。

(14) 强度（Strength）

在限定的条件和限制下，物体或系统吸收力量、速度及应力等因素而不被破坏的能力。

(15) 运动物体的作用时间（Duration of action of moving object）

物体在空间中改变位置并且执行其本身功能的时间长度。

(16) 静止物体的作用时间（Duration of action by stationary object）

物体在空间中静止并且执行其本身功能的时间长度。

(17) 温度（Temperature）

物体或系统所处的热状态，反映在宏观上系统热动力平衡的状态特征，可能造成物体、系统和产品有潜在却不需要的改变，包括其他热参数，如影响改变温度变化速度的热容量。

(18) 明亮度（Brightness）

系统被照明或其内部的照明强度。明亮度包含光线质量、照明程度和光的特性。

(19) 运动物体消耗的能量（Energy spent by moving object）

物体或系统在空间中以本身的方法或外力改变位置时，所需要的能源，是物体做功的一种量度。

(20) 静止物体消耗的能量（Energy spent by stationary object）

物体或系统在空间中以本身的方法或外力不改变位置时，所需要的能源，是物体做功的一种量度。

(21) 功率（Power）

执行工作时需要的功与时间的比值，即利用能量的速度。

(22) 能源的浪费（Waste of energy）

物体或系统施加无效力量的增加，特别是在没有动作或产品已生产完成的情况下，即做无用功的能量。

(23) 物质的浪费（Waste of substance）

物体或系统的材料减少或消失，特别是在没有动作或产品已生产完成的情况下。

(24) 信息的损失（Loss of information）

系统资料或输入的减少和消失。部分或全部、永久或临时的数据损失。

(25) 时间的浪费（Waste of time）

完成指定动作所需要增加的时间总和。改进时间的损失指减少一项活动所花费的时间。

(26) 物质数量（Amount of substance）

创造一物体或系统所需要的单一或个别组件数目，可以部分或全部、临时或永久地被改变。

(27) 可靠性（Reliability）

物体或系统在某一周期的时间或循环内，能够适当地执行所需要功能的能力。

(28) 量测准确度（Accuracy of measurement）

即测量精度，经由量测所得的量接近真实值的程度，减少误差将提高测试精度。

(29) 制造准确度（Accuracy of manufacturing）

物体或系统与设计规格的符合程度。

(30) 物体外部有害因素作用的敏感性（Harmful factors acting on object）

物体对受外部或环境中的有害因素作用的敏感程度。

(31) 有害副作用（Harmful side effects）

内在作用于物体或系统上并造成效率降低。

(32) 制造性（Manufacturability）

生产一物体或系统的方便或容易性。

(33) 操作性（Convenience of use）

操作物体或系统的方便或容易性，即采用较少的操作者、较少的步骤以及使用尽可能简单的工具来完成操作。

(34) 维护性（Reparability）

物体或系统在损坏后很容易回复到正常状态的特性。

(35) 适应性（Adaptability）

物体或系统随着外在条件（环境、功能等）的改变而重整或重新安排本身的能力，或应用于不同条件下的能力。

(36) 设备复杂性（Complexity of device）

用于组成对象或系统组件的数量和差异，包含组件之间的关系，说明了掌控对象或系统的困难度。

(37) 控制或测量的复杂性（Complexity of control）

系统复杂、成本高、需要较长时间建造及使用，测试精度高，监控或测试困难。

(38) 自动化程度（Level of automation）

物体或系统运作时不需与人类互动的能力。

(39) 生产率（Productivity）

单一操作完成的时间和完成全部操作所需时间之间的关系。

3 矛盾矩阵表及其使用方法

首先对TRIZ理论中关于技术矛盾的解题方法（逻辑）做一个简单介绍。

面对一个生产实际中遇到的具体技术问题时，通常需要先将其转化为一个标准的TRIZ 问题，然后再利用TRIZ 工具进行求解。这样的解题逻辑可以形容为将创新问题转化为“做数学题”的过程。除非你用40 个发明原理一个不漏地逐个进行思考。图1表示的就是技术矛盾的解题路径。

图1 技术矛盾的解题路径（TRIZ 桥）

解决技术矛盾问题，通常需要经过五个步骤：(1)确定技术系统名称；(2) 问题描述；(3) 定义技术矛盾；(4) 查矛盾矩阵表，得到对应的1～4 个发明原理；(5)根据发明原理产生创意。

问题描述的目的就是要揭示两个矛盾的技术参数。问题描述推荐的格式：我想改善参数A，但是我不能，因为这样会导致参数B 的恶化。两个相互矛盾的参数A、B 应该在39 个标准工程参数中选择，以便查矛盾矩阵表。如何把各种各样的参数转化为有限的39 个工程参数，是解决技术矛盾的难点。在应用时，可能不会马上找到合适的工程参数，而是可以从改善或恶化的某种特性会引起那个属性发生变化？例如在电路板焊接过程中经常会遇到虚焊，导致电路板出现次品。解题的思路为：焊接时多一点焊锡就可以了，但是问题来了，焊锡过多了会引起短路。焊锡多了可能影响的属性有焊锡的体积、焊锡的面积、焊锡与周边电路之间的尺寸（长度），这样就可以几对技术矛盾：静止物体的体积vs 静止物体的长度；静止物体的面积vs静止物体从长度，这样就可以查找矛盾矩阵表了。

以上所介绍的就是TRIZ 针对技术矛盾类问题所采用的解题路径，目的是让读者们了解矛盾矩阵表所起的作用（矩阵表见颜惠庚、李耀中主编《技术创新方法入门——TRIZ 基础》（化学工业出版社，2011）第200 页，有需求者请与《化工职业技术教育》编辑部联系）。下面将具体介绍矛盾矩阵表的使用方法。

3.1 矛盾矩阵表的结构与组成

在阿奇舒勒的矛盾矩阵中，归纳了39 个通用工程参数中任意两个参数之间产生矛盾时，提示最有可能化解该矛盾所用的发明原理（注：这是通过对数万份专利研究后得出的统计结果）。这39 个通用工程参数横向、纵向顺次排列，纵向代表希望改善的参数，横向代表可能导致恶化的参数，在工程参数纵横交叉的方格内的数字代表建议使用的40 个发明原理的序号。

矩阵共组成了1 521 个方格，其中有1 263 个方格内有数字。在没有数字的方格中，“+”方格处于相同参数的交叉点，系统矛盾由同一个因素导致，这是物理矛盾，不在技术矛盾应用范围之内。“-”方格表示没有找到合适的发明原理来解决问题，当然只是表示研究的局限，并不代表不能够应用发明原理。阿奇舒勒矛盾矩阵浓缩了对大量专利进行研究分析后取得的成果，将工程参数的矛盾与40 个发明原理有机地联系了起来。

3.2 矛盾矩阵表的使用方法

阿奇舒勒矛盾矩阵表的使用方法如下。

第一步：根据具体问题，确定欲“改善的参数”和可能导致“恶化的参数”。

第二步：在“改善的参数”列中找到欲改善的参数（左边或右边第一列），在“恶化参数”行中找出可能导致恶化的参数（顶行）。

第三步：找到上述二个参数相交的方格，其中的数字就是TRIZ 建议解决此矛盾的发明原理的序号。

案例3-1：欲“改善的参数”为参数“(27) 可靠性”，欲“恶化的参数”为参数“(33)操作性”。查找矛盾矩阵表，相应方格中的数字为17、27、8、40。17：一维变多维；27：一次性用品；8：配重；40：复合材料。这表示TRIZ 建议采用以下发明原理来解决“提高可靠性”的问题。

矛盾矩阵所提供的原理往往并不能直接使问题得到解决，而是提供了最有可能解决问题的探索方向。解决问题时，还必须根据所提供的原理及所要解决问题的特定条件，提出解决问题的多个方案，然后根据具体条件选择合适的实施方案。

3.3 技术矛盾解题案例

案例3-2：波音737 要进行加大航程的改型，就要采用功率更大的引擎，当然需要有更多的空气进入引擎，这就要求增大引擎整流罩的直径，但这样整流罩与地面的距离将减小，严重地影响了飞机起飞和着陆的安全。

图2 波音737

第一步：确定技术系统名称为发动机整流罩。

第二步：问题描述为我想增加发动机整流罩的直径，但我不能，因为这样整流罩与地面之间的距离会减小，飞机起飞和着陆不安全。

第三步：定义技术矛盾“改善的参数”为参数“(5)运动物体的面积”，“恶化的参数”为参数 “(3) 运动物体的长度”。

第四步：查找矛盾矩阵表。

图3 查找矛盾矩阵表

第五步：产生创意，如表3所示。

表3 发明原理与产生创意

最佳解决方案——4 号原理：增加不对称性将飞机整流罩做成不对称的扁平形状，纵向的尺寸不变，横向尺寸加大。这样，飞机整流罩的面积虽然加大了，但整流罩与地面的距离仍保持不变，因而飞机的安全性不会受到影响。

图4 改善后的整流罩