有了TRIZ这个创新之旅航海图，美国F22猛禽团队神奇的将顿悟演化成标准化检索

任光彬 · 发表于海洋调查船 2022-12-14 12:52:16

【水伯】《消费者洞察指引》作者，stygoogle创始人；

移动网络时代唯一壁垒就是认知，周二有约给思想洗澡让认知破壁！

TRIZ（发明问题解决理论）

有了TRIZ这个创新之旅航海图，美国F22猛禽团队神奇的将顿悟演化成标准化检索

引语：中国太太的天生使命

怪不得中国出不了哥伦布那样的航海家；

因为中国太太天生就怀有一种改造男人的使命；

她不但要改造你，还要占有和支配你的全部时间。

来福刚准备出海，

中国太太就会问来福：“你到哪儿去？跟谁去？船上有女的吗？多大年纪？长什么样？有我漂亮吗？怎么认识的？”

来福只好说：“得，得，得，我不去还不行吗。”

在历史上，我们错过了大航海时代，但显然这都怪到了中国太太身上显然有失公允。而现在，很显然我们已经站在了“万众创新“时代的前夜。难道我们要继续沉睡，将责任都怪在中国太太身上吗？创新就像在海上航行，没有创新方法指导的创新，就像在没有航标的大海上航行！TRIZ（发明问题解决理论）就是创新之旅的航海图。有了这个航海图的精确导航，普通人也能像科学家、发明家一样进行发明创造，使创新之旅驶向成功的彼岸。现在让我们扬帆起航，共同体验「创新之旅航海图」对于“大众创业、万众创新”的指引作用。

一、TRIZ（发明问题解决理论），「创新之旅航海图」

前苏联发明家、TRIZ之父阿奇舒勒经过对两百多万发明专利的研究，总结了技术系统进化的四个阶段、八大法则和几十条路线，它们犹如创新之旅的“航标”，可以帮助我们每个人确定自己创新的“航向和坐标”，从而能够最大程度地保证“创新之旅”的高效实施。经过半个多世纪的发展，TRIZ理论已形成九大经典理论体系：包括技术系统进化法则、最终理想解(IFR) 、40个发明原理、39个工程参数及阿奇舒勒矛盾矩阵、物理矛盾和四大分离原理、物一场模型分析、发明问题的标准解法、发明问题解决算法(ARIZ) 、科学效应和现象知识库等。TRIZ理论体系不但拥有许多子系统，还包括科学而又富有可操作性的创造性思维方法，以及发明问题的分析方法与工具。

TRIZ 被认为是可以帮助人们挖掘和开发自己的创造潜能、最全面系统地论述发明创造和实现技术创新的新理论，被欧美等国的专家认为是「创新之旅航海图」。一些创造学家甚至认为：阿奇舒勒所创建的TRIZ理论，是发明了发明与创新的方法，是20世纪最伟大的发明。

我们通常遇到的问题都是具体的问题，我们所要寻求的解决方案也是具体的解决方案。我们在研究的过程中所采用的一般做法是，迅速利用自己的经验做一系列的试验，以图尽快解决这个问题。但事与愿违，这种试错的方法虽然在一些简单的问题上效果比较明显，在一些比较难一些的问题上却要往往花很长的开发时间，需要消耗较多的资源。TRIZ理论则另辟蹊径，TRIZ理论更注重问题的分析以及借用，从前人的解决方案中，从其它领域的类似的问题中去寻找答案。所以通过TRIZ理论所得到的解决方案通常是被证实可用的，所以可靠性高，易于操作，项目失败的风险也比较小。TRIZ理论采取如下通用解决问题的基本思路：

1） TRIZ理论先引导我们将遇到的具体问题有非常清楚的定义，问题定义得越清楚，则解决问题的可能性越大，如果这个问题还没有弄清楚，则需要将这个问题研究透彻后再着手解决；

2）利用因果分析和功能模型分析对问题进行分析，找到其它突破问题瓶颈的其它路径，或者找到问题出现的根源，然后将这个问题抽象成一个一般化的问题；

3）对于这个一般化的问题，根据TRIZ的工具，如标准解，发明原理，科学效应库，技术发展趋势等找到一般的解决方案，也就是说遇到类似的问题，一般可以有哪些种解决方法；

4）将这些一般化的解决方案引入到我们的具体项目中，转化成我们自己的解决方案。

Triz理论核心在于技术进化，精髓在于资源的发掘和利用，最高理想解就是系统不需要引入外界资源就能够自实现功能。因此Triz理论可以简单的理解为是基于千上万项的专利基础上，将解决复杂的工程问题手段简化成最基本的通用原理。就像给你一个一元二次方程

，你变形为

，再套到公式

，得出解一样。

以制造业丰田为例子，目前解决工程问题的步骤/逻辑是：

1）明确问题；2）现状调查；3）明确目标；4）查找真因；

5）制定对策；6）效果验证；7）明确成果和标准化。

这也是制造业熟悉的QC小组活动步骤，其中“QC7大手法”（检查表、柏拉图、鱼骨图等）都是作用在步骤2~4的方法，提倡的是不断去问为什么找到最本质的原因以解决问题，可以说，QC活动的精髓在于查找真因上面，找到问题的本质。就像近期顺风车杀人事件，表面上看是滴滴恶性事件的预防和救助流程上存在漏洞，但更深层次的是广大的农村留守儿童的心理教育问题这样的社会因素，这可能是最底层的原因。解决问题的逻辑是相似的，但是TRIZ理论内容大多数是丰富了步骤5：制定对策的内容（当然TRIZ在步骤1：明确问题方面也有很多工具，因果分析链，剪裁法，功能分析、九屏幕法等）。在制定对策方面，首先是将工程问题运用39个通用参数进行描述，明确问题是物理矛盾还是技术矛盾，运用40个发明原理来解决问题。40个发明原理是阿奇舒勒先生分析大量专利总结出最有价值的地方，也是很好的挖掘解决问题资源的方法。

二、「创造力」是可以后天习得的吗？

第十届诺贝尔经济学奖获得者，赫伯特·西蒙曾说被认为是从事科学发现这类工作所必须具备的顿悟，已被证明是「识别」这一我们所熟知的认知过程的同义语。就像一个资深的工程师在解决问题的时候总是能够想到各种各样的解决办法，这其中并不存在创造力或是其他玄而又玄的东西，他们只是熟知问题解决的过程。如果是这样，也就是说，所谓顿悟 = 识别；创造力是推动人类进化的重要动力，也是人类明显区别与其他生物物种的典型特征之一，总的来说，创造力当然是可以后天习得。

1、何为创造力

1950 年的秋天，南加州大学的着名的心理学家 Guilford 在《美利坚心理学家》期刊发表了一篇文章《论创造力（Creativity）》，正是这篇文章，开始了心理学界对创造力、创新、创新行为的研究。这一研究，就是 50 多年。关于创造力的定义，心理学界并未达成一致，大家公认的创造力定义指向三个点：个性特质、行为过程、成果产出。其中心理学家津巴多主编的《心理学与生活》中所采用的定义，选择了斯滕伯格的解释，即“个体产生新异的和合适的思想和产品的能力”。

2、创造力的衡量

我们知道如果不能衡量创造力的水平，就无法证明后天能否习得。靠谱一点的创造力的测评，是被大家所接受的发散思维（Divergent thinking），即对于一个问题可以产生许多不寻常的想法的能力。并通过流畅性，既独特想法的总数；特别性，即在适当的例子中，没有被别人说到的想法数；非普通性，例如少于 5% 的人给出的想法数。得益于这些研究方法，我们可以进行对创造力进行探索。

3、影响创造力的因素

1）个性特质

人格、智力水平、知识和能力外，个体的情感、动机、开放性、自我效能感和角色认同等也会对创造性产生影响。一个人特别聪明，或者爱学习，对陌生知识有好奇心的人，也倾向于拥有更高的创造力水平。

2）领导的管理风格与组织氛围，及地域文化特征，也会影响个体的创新能力

如高权力距离、集体主义，及社会文化儒家思想的阶级二重性，都是削弱创造力的影响因素。通过创造开放的社会有利于培育创新人才，

3）工作特征

工作自主性、工作压力，工作复杂性或挑战性会影响个体创造力。当个体从事挑战性或复杂性工作时，能够产生较强内在动机，增强员工对其工作的兴趣，从而产生高创造性。在复杂的创造性工作中，必需具备较高的自主决策和资源分配权等，以使其具备较高的个人自主性，从而充分施展创造性。

4、创造力的习得

1）被动习得。

被动习得应该从国家教育、组织管理的层面来说，要创建多元化的评价体系，不能只依照高考分数这样单一的评价指标对个体进行衡量。还要鼓励怀疑权威，进行创新。同时对创新失败给予更多的宽容性和支持以促进个体创新动机。等等……

2）主动习得

作为个体，除了有好奇心、怀疑感、自信之外，还要创新思维方法。英国心理学家华莱士所提出的四阶段论,认为任何创造过程都包括准备期、酝酿期、豁朗期和验证期四个阶段。许多脑力劳动的人都有过这样的经历，一直在研究的一个问题始终无法突破，然后开始忙碌其他的事，突然在一个不经意的瞬间找到了解决此前问题的答案。例如耐克创始人鲍尔曼，有一天在家和妻子一起吃饭，吃到威化饼，觉得松软可口，特别惬意。突然，他猛然被触动，突发奇想如果把跑鞋制成威化饼的样子,会是什么样的结果呢？他马上拿着妻子做威化饼的特制铁锅飞奔到办公室做起了研究；之后，制成了第一双耐克鞋样；自此著名的耐克鞋诞生了；

三、应用TRIZ理论将创造性工作转变为标准化检索

创新方法决定创新效率。传统的创新技法是造成创新效率低下的主要原因，“少慢差费”则是创新效率低下的最主要表现。其实，只要我们掌握新的创新方法，创新也可以变得“多快好省”。 TRIZ理论现在很多世界知名企业都已经在研发设计流程中实施，TRIZ帮助他们提高产品研发效率，降低研发成本，提高企业整体创新能力。这些世界知名企业的创新高手都是从机械式的工作过程中提炼出创造性的结论，平凡而重复的工作在这些人手里，每次都是新鲜的，每次都会有新的感悟，不会枯燥无味。用心去做，从机械式的工作中积累不平凡的创造性成果。TRIZ理论目前的用途可以总结为：解决技术问题，产生创新的解决方案；规避或者增强专利，进行专利布局，用于新产品规划；进行环保设计解决产品生产与回收的矛盾问题等。无论哪种应用，其典型的过程分为三个步骤：问题识别、问题解决、概念验证。

1、问题识别阶段

问题识别阶段的工具有创新标杆、功能分析、流分析、因果链分析、进化趋势、裁剪、特性传递以及关键问题分析。

1）创新标杆：如果我们遇到的问题是设计一个全新的系统而不是改善一个旧的系统，而且没有确定采用什么样的技术，创新标杆可以帮助我们寻找并分析各种可能的技术路径，并且通过评估来决定哪种技术路线或者哪几种技术路线的组合可能会达到项目的目标。

2）功能分析：一种识别系统和超系统组件的功能、它们的特点及其成本的分析工具。

3）流分析：如果我们研究对象是流，比如能量流、物质流或者信息流，在这些流中可能会有一些缺点，比如瓶颈、流的过度转换、流产生的有害作用等。

4）因果链分析：是一种识别分析工程系统的关键缺点的分析工具。从已有的问题或者项目的目标的反面出发，逐级、详细分析造成问题的深层原因，通过建立目标缺点的因果链的逻辑关系寻找更多产生问题的原因，利用他们可以找到更多解决问题的入口。

5）剪裁：一种分析问题的工具，将一个或一个以上的组件去掉，而将其所执行的有用功能利用系统或者超系统中的剩余组件来替代的方法。

6）特性传递：一种为提高工程系统从互补工程系统传递所需的特性的分析工具。任何工程系统有优点也有缺点，特性传递将其他工程系统的优点转移到本工程系统，以弥补本工程系统的缺点。

7）关键问题分析：通过前面几个工具的分析往往会产生一系列的问题列表，但这些问题并不是每一个都要解决的，也不是每一个都能够解决的，有时候往往只解决了其中的某一个问题就可以将整个问题解决，达到项目目标。

2. 问题解决阶段的工具

问题解决阶段的工具主要是经典TRIZ中的内容，包括发明原理的应用、标准解、ARIZ等。

1）功能导向搜索：是使用基于功能的语言在世界范围内寻找其他领域的成熟的解决方案来解决问题的工具，通过它可以将其他领域成熟的解决方案引入到我们这个领域解决我们所遇到的具体问题。

2）发明原理的应用：如果关键问题可以转化为技术矛盾或者物理矛盾的问题模型，可以用相应的工具处理，然后可以找到相应的发明原理，并在其启发下产生解决方案。

3）标准解的应用：标准解系统是76个典型的解决方案的集合，如果关键问题以物-场模型的形式进行描述，则需要用此工具来解决。

4）科学效应库：是大量科学效应的集合，知道的科学效应越多，产生的巧妙的解决方案也会越多。

5）克隆问题的应用：如果遇到的物理矛盾是相似的，那么它的解决方案也是类似的。

6）ARIZ：即发明问题解决算法，在经典TRIZ理论中，如果不能将关键问题转化为一个问题的模型。在ARIZ中有少量的分析工具，可以将最初的问题转化为不同的问题的模型，并且将问题解决的可能性会大大提高。一般适用于解决不允许对已有工程系统作较大变动的问题。

3. 概念验证阶段的主要工具

1）超效应分析指的是利用新的解决方案中所引入的新资源，或新特性继续改善工程系统，充分利用新的解决方案所带来的好处。

2）概念评估指的是对产生的一系列解决方案根据项目的具体要求，比如容易实施的程度、成本、实施周期等标准，来评估哪个方案将会最终实施。

四、美国是如何采用TRIZ理论指导F22猛禽的F119航空发动机研发

1987年由美国空军首先发起的IHPTET计划，是迄今为止最成功的航空发动机技术预研计划。该计划的总目标分为三个阶段，主要关注提高发动机推重比、循环温度，同时也对降低生产成本和维修成本提出了更高要求。在IHPTET计划结束后，美国从2006年又开始实施了VAATE计划，其宗旨是在提高发动机性能的同时，更加强调降低生产和维修成本。VAATE计划的发展重点是经济可承受性，总目标是到2017年开发出革命性和创新性的技术，使先进军用发动机的经济可承受性在F119发动机的基础上提高10倍，推重比提高20%～30%，耗油率降低25%～30%，研制、生产和维修成本降低50%的研究目标。

1、高推重比发动机面临的主要矛盾

未来高推重比发动机最重要的技术特征包括：超声速巡航能力、长寿命和低成本、宽包线和长航时等。超声速巡航能力是未来高推重比发动机仍需具备的技术特点，且巡航速度应比第四代战斗机有所增加；长寿命主要体现在发动机的使用可靠性及气动、热力、机械负荷的轻重上；可靠性则要求发动机具有更少的零部件数、更精准的控制规律、更强的抗畸变能力等；低成本主要是指研制、生产和使用成本更低；宽包线和长航时特征要求发动机能突破现有的工作包线，可工作于更高的马赫数和高度，同时具有良好的耗油率特性，实现较长的续航时间。在高推重比涡扇发动机具体方案设计中涉及以下两个主要矛盾：

1）高风扇压比与低压系统复杂性

提高发动机推重比有两条途径：一是降低发动机重量、缩短发动机长度、减少零件数、采用轻质材料(特别是复合材料）和选定合适的转动部件切线速度；二是提高发动机单位流量产生的推力，即提高喷管出口的排气压力和排气温度。提高风扇压比可提高排气压力，提高燃烧室出口温度可提高排气温度。随着发动机推重比的提高，风扇压比会越来越高，为驱动风扇旋转，低压涡轮的做功能力必须越来越强。这就导致低压涡轮级数增加，进而增加低压涡轮的复杂性。同样，风扇压比的增加，也会增加风扇的级数和复杂性。因此，在高推重比发动机中，必然存在高风扇压比与风扇和低压涡轮系统（低压系统）复杂性之间的矛盾。推重比越高，矛盾越尖锐。

2）发动机马赫数与耗油率

未来高推重比涡扇发动机要实现宽包线、长航时的技术特征，一方面要求发动机在超声速工作时，具有较大的单位流量推力。单位流量推力越大，飞行马赫数越高。这时发动机除了需要工作在很高的涡轮转子前温度外，还必须工作在最小涵道比模式，即准涡喷状态；另一方面要求发动机在亚声速工作时，具有较低的耗油率特性，这样飞机的航程和航时才更长。为实现低耗油率特性，除要求发动机各部件工作效率高、损失低外，更重要的是希望发动机工作在较大涵道比模式，即涡扇状态。因此，为实现未来高推重比涡扇发动机宽包线、长航时技术要求，必然存在发动机马赫数与耗油率间矛盾。推重比越高，矛盾越尖锐。

2、TRIZ创新理论的具体应用

对于一个具体问题，当人们无法直接找到对应解时，可以先将问题转换为一个TRIZ问题，然后利用TRIZ中的理论、工具和方法找到通用解，然后将通用解演化成具体问题答案。

1）TRIZ通用技术参数

TRIZ提出用39个通用技术参数描述问题（表1）。通过这些参数的排列组合，可以建立起实际问题与TRIZ理论之间的桥梁。

需要对系统进行改进时，这些技术参数的变化可分为两类：

(1)欲改善的参数：指系统改进时将提升和加强的特性所对应的工程参数。

(2)被恶化的参数：指系统改进时，在某个技术参数获得提升的同时，导致其它参数变差的技术参数。

欲改善的参数与欲恶化的参数就构成了技术系统的矛盾，TRIZ创新理论就是通过克服这些技术矛盾，推进系统向理想化进化。

2）TRIZ原理

通过对大量专利的研究，TRIZ创新理论提炼出40个最重要且具有普遍用途的发明原理，见表2。

3）TRIZ矛盾矩阵

通过多年研究、分析和比较，TRIZ创新理论提出了矛盾矩阵，该矩阵将描述技术矛盾的39个通用技术参数与40个发明原理建立起了对应关系，很好地解决了改进过程中选择发明原理的困惑。矛盾矩阵为39×39的一个矩阵，其示意简表如表3所示。39个技术参数在行、列两个维度构成矩阵方格1521个，其中1263个方格有数字，这些数字就是TRIZ所推荐的解决对应技术矛盾发明原理的代号。

3、主要矛盾解决方案

1）系统复杂性问题

采用TRIZ创新理论解决高推重比发动机中高风扇压比与低压系统复杂性间的矛盾，其过程为：

(1)确定技术参数。为提高发动机推重比，必然要提高风扇压比，这是欲改善的特性。对应到通用技术参数，选择No.11压强，以此作为欲改善的参数。为减少低压系统的复杂性，又不希望低压部件的级数增加太多，因此风扇压比提高，必然引起系统更加复杂，这就是被恶化的特性。对应到通用技术参数中选择No.36系统的复杂性，以此作为被恶化的参数。

(2)查找TRIZ矛盾矩阵。根据欲改善的参数No.11压强和被恶化的参数No.36系统的复杂性，从矩阵表查找对应的方格，得到方格中推荐的发明原理序号共3个，分别是No.19、No.1和No.35。

(3)发明原理分析。No.19为周期性作用原理，即将连续动作改为周期性动作。No.1为分割原理，即把一个物体分成相互独立的部分。No.35为物理或化学参数变化原理，即改变物体的物理或化学参数，如浓度、温度、体积等。

(4)发明原理应用。采用分割原理，具体技术措施是：采用核心机驱动风扇的结构形式来实现以上目标，如下图所示。即把高压比的风扇部件分成两个部件，前一个风扇部件由低压涡轮驱动，后一个部件由高压涡轮驱动，这样可大大降低低压系统的复杂性；低压涡轮可采用单级来实现，同时也可充分发挥高压涡轮的做功能力。该措施能有效解决高推重比发动机中，高风扇压比与低压系统复杂性之间的矛盾。

2）系统适应性问题

采用TRIZ创新理论解决高推重比发动机中，工作马赫数与耗油率间的矛盾，其过程如下：

(1)确定技术参数。为实现发动机宽包线、长航时的技术特征，即提高发动机工作马赫数，这是欲改善的特性。对应到通用技术参数，选择No.9速度，以此作为欲改善的参数。为提高发动机的工作马赫数，必然要提高转子前温度，其耗油率必然增大，这就是被恶化的特性。对应到通用技术参数中，选择No.19运动物体能量消耗，以此作为被恶化的参数。

(2)查找TRIZ矛盾矩阵。根据欲改善的参数和被恶化的参数，从矩阵表查找对应的方格，得到方格中推荐的发明原理序号共4个，分别是No.8、No.15、No.35和No.38。

(3)发明原理分析。No.8为重量补偿原理，通过与环境的相互作用实现重量补偿。No.15为动态特性原理，体现在3个方面：

①调整物体、环境的性能，使其在工作各阶段达到最优；

②分割物体，使其各部分可以改变相应位置；

③如果一个物体是静止的，可使其移动或可动。No.35为物理或化学参数变化原理，No.38为加速氧化原理。

(4)发明原理应用。采用动态特性原理，具体技术措施是：采用变涵道比的办法来实现以上目标（上图），当发动机在超声速工作时，减小涵道比或关闭涵道，使发动机工作在涡喷状态，满足飞机最大推力要求；当发动机在亚声速工作时，增大涵道比，使发动机工作在涡扇状态，满足飞机的最低耗油率要求。故采用变涵道比的方式，可有效解决高推重比涡扇发动机工作马赫数与耗油率间的矛盾。

以上两条技术措施在GE公司YF120发动机中得到了应用。该发动机不加力推力达125kN，超过了早期的F100发动机的加力推力，其耗油率比第三代发动机降低了30%。

4、TRIZ理论在航空发动机方案设计的应用启示

我国航空发动机从测绘仿制、引进消化吸收到自主创新设计，已艰难走过半个多世纪，为我军航空武器装备发展作出了很大贡献，但与世界先进的航空发动机技术相比，至少落后20～30年。如何科学、持续地提高航空发动机技术的发展速度，缩短与世界先进水平的差距，满足我国未来先进航空武器装备发展对动力装置的需要，是当前急需解决的重大问题。

从满足未来战斗机需求出发，熟练将TRIZ全流程引入到高性能发动机创新设计当中。在对实际问题本质性分析的基础上，确定技术参数，映射技术矛盾，运用39个工程参数中的4个参数描述该矛盾；由于矛盾矩阵确定采用No.1分割原理、No.15动态特性原理，对高性能发动机创新设计中两个关键问题进行TRIZ解析，创造性地提出了可变涵道比驱动风扇的涡扇发动机设计方案，完美实现了未来高推重比涡扇发动机宽包线、长航时的技术要求。如果能够掌握TRIZ这种标准化的创新方法，并运用于实际的设计创新活动中，必将加快航空发动机的产品创新，提高航空发动机的研制水平。

彩蛋：最终理想解;公众号：SFA-0002

TRIZ理论本身是一套系统性的方法学，并不是问题的答案，可以看作是发明问题的答案高效检索系统，至于能不能检索到，取决于使用者本身的积累。创始人阿奇舒勒这样比喻最终理想解：“把最终理想解比做一根绳子，登山者只有抓住这根绳子才能爬上陡峭的山坡；绳子本身不会向上拉他，只是为其提供支撑。”在TRIZ理论中，最终理想解是希望系统在发生最小改变的前提下实现最大程度的自我实现、传递及控制。

-End-

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