从奥运火炬看TRIZ理论

1 北京奥运火炬祥云

    近日，北京奥运会火炬样式正式公布（图1）。这一火炬名为“祥云”，造型的设计来自中国传统的纸卷轴。从科技含量上，北京奥运会火炬在燃烧稳定性与外界环境适应性方面达到了新的技术高度，能在每小时65公里的强风和每小时50 毫米的大雨情况下保持燃烧。在工艺方面使用锥体曲面异型一次成型技术和铝材腐蚀、着色技术。燃料采用丙烷，更加符合环保要求，顺应“绿色奥运”的理念，北京奥运会的火炬外形制作材料还是可回收的环保材料。

图1 北京奥运火炬

    “祥云”火炬不仅外形设计具有浓烈的中国特色，其内部系统也是现代高科技的结晶，充分体现了北京2008年奥运会“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的举办理念。在北京奥运火炬的设计中，创造性地解决了很多技术难题，其中很多关键性的问题解决的方法与TRIZ理论中的经典理论也不谋而合。

2 TRIZ 理论

    2.1 TRIZ 理论体系

    TRIZ 是“发明问题解决理论”的俄文单词首字母的缩写。TRIZ 理论是1946 年由前苏联发明家G. S.Altshuller 在1946 年创立的。Altshuller 通过分析大量专利后发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡，是有规律可循的。在分析了世界近250 万份高水平的发明专利，总结出各种技术发展进化遵循的规律模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则，建立一个由解决技术，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，建立起TRIZ 理论体系（图2）。

图2 TRIZ 理论体系

    这一方法学体系是以辩证法、系统论和认识论为哲学指导，以自然科学、系统科学和思维科学的分析和研究成果为根基和支柱，以技术系统进化法则为理论基础，以技术系统（如产品）和技术过程（如工艺流程）、（技术系统进化过程中产生的）矛盾、（解决矛盾所用的）资源、（技术系统的进化方向——）理想化为四大基本概念，包括了解决工程矛盾问题和复杂发明问题所需的各种分析方法、解题工具和算法流程。

    2.2 基于TRIZ 理论的创新软件平台—— Pro/Innovator

    计算机辅助创新设计平台——Pro/Innovator继承了TRIZ理论中独特有效的技术创新问题解决技法，又将本体论所描述的对象关系应用于行业创新方案库的组织中，提供了快速及准确的获得创新知识有效途径。并融合了多领域技术难题解决的方法、现代设计方法学及计算机技术。从正确的描述问题、深入分析问题产生的根源、创造性解决问题，及评价解决方案，直至保护创新成果，实施知识管理等各个阶段提供了全面而系统的软件平台。图3 为Pro/Innovator 软件的各个模块及其问题解决流程。本文中所应用的软件平台即为Pro/Innovator。

图3 Pro/Innovator 软件模块及其问题解决过程的问题

    2.3 TRIZ 理论的创新原理

    TRIZ 理论的体系涉及的内容众多，这其中非常核心的内容之一就是TRIZ 创新原理。Altshuller 在分析了大量发明专利之后发现，很多发明其实所涉及的问题是类似的，而对于这类问题，背后所应用的方法都存在某种共性的东西。因此，Altshuller将其总结概括，形成一系列的方法、工具，这里主要就是：矛盾矩阵与创新原理等。这样使得我们在遇到技术难题的时候，不至于陷入千头万绪，大大提高了我们问题求解的效率。

    TRIZ 创新原理由39 个工程参数构成矛盾矩阵、40 个解决技术矛盾的创新原理以及11 个解决物理矛盾的分离原理等组成。针对工程中的技术难题，提炼出存在技术矛盾的矛盾对，或物理矛盾，映射到矛盾矩阵的相应位置，即可得到TRIZ理论所推荐的创新原理来创造性的解决技术难题。“祥云”火炬设计中的几个关键难题的解决也深刻地包含了TRIZ理论中的创新原理。

3  从TRIZ 理论看火炬设计关键技术难题

    奥运火炬除了外观设计，其内部燃烧系统是整个火炬的“心脏”。而图4 是用Pro/Innovator 软件建立的火炬燃烧系统的功能模型。图5是对火炬燃烧不稳定的问题在软件中进行问题分解，得到整个问题的因果关系和系统资源，来全面的考察问题，寻找解决方案。从上述两个图中看出，对于火炬燃烧系统来说，燃料选择和保证火炬稳定燃烧的问题是其最关键性的问题。

图4 火炬的功能模型

图5 问题分解模型