创新实践呼唤创新理论

    党中央提出“建设创新型国家的战略决策”极大地激发了全国人民进行科技创新的热情。科技创新活动是一项实实在在的科学活动，既需要政策和制度保证，以激发人们的创新热情，但仅有热情还不够，正确运用科学理论作指导，采用科学方法，才能达到“事半功倍”的效果。木文在简要论述创新理论及其方法发展的基础上，重点对当今国际上最新的创新理论—TRIZ进行较为系统的介绍，希望引起工程领域从事科技创新实践的所有相关人员的高度重视。
   
    创新作为一个概念，最初还是以技术创新(Technological lnnovation)的概念出现的。有关技术创新最早的概念是山美籍奥地利经济学家约瑟夫阿洛伊斯熊彼特(1883一1950年)于1912年以德文所著的《经济发展理论》一书中首先提出。熊彼特把创新概括为发明的首次应用。科技创新，即技术创新，国外称之为“Technological lnnovation "，以下通称为技术创新或创新。目前对技术创新最简单、最直观的表述是:技术创新是科技新成果(包括概念、发现、发明和其它成果)转变成一种新的或改进的能够带来经济收益的新技术、新工艺和新产品。传统的创新方法非常多，将近300种左右，常用的有试错法、头脑风攀法、形态分析法、)属性列举法等等。但这些传统的创新方法都过多依赖于人的心理因素，其过程具有很大的无序性、随机性和偶然性，以致于可操作性、重复性不强，难以寻找其规律，难以大规模地推广和复制，大多数人很难学习和掌握，只能是少数专家的“灵光一现”。创新，需要运用领域知识，去发现问题、解决问题。那么创新是否有规律可循?是否有理论作指导?答案是肯定的。当前，一个被俄罗斯、美国、日本、欧洲等发达国家用于指导技术创新的科学先进的理论—发明问题解决理论(TR1Z)已经得到广泛应用。在这些国家，该理论已成为指导人们进行发明创新、解决工程问题的方法论。

1 TRIZ产生背景
   
    TR1Z是“发明问题解决理论”的俄文首字母缩写。其创始人是前苏联伟大科学家和发明家根里奇阿奇舒勒(Genrich Altshuller )。阿奇舒勒于1926年10月出身于前苏联北部城市塔干什干，今乌兹别克共和国首都。由于卓越的发明才能，阿奇舒勒进入了前苏联海军专利评审机构进行专利评审工作。就在这一工作期间，以阿奇舒勒为首的研究团队开始对250万个高水平的发明专利进行研究。他们发现，每一个具有创意的专利，基木上都是在解决冲突和矛盾的问题，解决这些冲突和矛盾的基木原理被一再地使用，而且通常是在隔了数年之后。阿奇舒勒据此推论，解决发明问题过程中所寻求的科学原理和法则是客观存在的，大量发明而临的基木问题和矛盾也是相同的，同样的技术创新原理和相应的解决问题方案，会在后来的一次次发明中被重复应用，只是应用的技术领域不同而已。因此将那些已有的知识进行提炼和重组，形成一套系统化的理论，就可以用来指导后来者的发明创新。如果后来的发明家能够拥有早期解决方案的知识，那么他们的发明创新工作将会史为容易。1956年，阿奇舒勒发表了第一篇有关TR1G的论文，1961年出版了第一本有关TRIZ著作《怎样学会发明创造》,1970年创办了一所进行TRIZ研究推广的学校，培养了一大批TRIZ应用的专家。冷战期间，美国、德国等西方国家惊异于前苏联在兵器、航空、航大等军事工业等方而的创造能力，将TRIZ称之为“神奇点金术”，曾经围绕其展开过惊心动魄的间谍战。苏联解体后，TRIZ随其研究人员移居国外而真相大白，并迅速在欧美等发达国家中推广应用。经过实践的检验证明，已为众多知名企业和研发机构带来了重大的经济效益和社会效益。如今，在中国，该理论和方法刚刚开始推广和初步进入应用阶段。

2 发明问题解决理论（TRIZ）

    2.1  TRIZ基本原理
   
    阿奇舒勒提出了40条发明创新原理(由于篇幅所限，不能详细介绍)作为TRIZ的基木原理。这些基本原理来源于2个发现:
    (1)技术的演化不是一个随机过程，它与需求的演化相关，并且每个工程领域的演化都对其它工程领域产生影响。任何领域的技术变革、创新与生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡的过程，是规律可循的。
   
    (2)创造性问题来自矛盾，解决矛盾有2个方法:一是在冲突参数间寻找折衷方案，一是消除矛盾。TRIZ的目标是通过消除矛盾来解决问题。

    2.2  TRIZ体系结构

    2.2.1 创新的5个层次
   
    TRIZ在对数百万计的发明专利分析研究的基础上，将发明创新问题分为5个层次:第一，显而易见的解决方案(占所有专利的32%)；第二，次要的改善和消除一些矛盾(占所有专利的45%)；第三，重要的改善和需要应用物质-场分析法(占所有专利的18%)；第四，根本的改变、新概念和需要应用TRIZ算法(占所有专利的4%)；第五，前所未有的新发现(占所有专利的1%)。阿奇舒勒认为，第一层次的创新，只是对现有的系统提供一些改善，并没有引起明显地变革，因此不能算是真正的创新;第一层次的创新，需要使用40项发明原理分离与解决技术上的矛盾，需要应用来自同一领域不同方向的知识;第二层次的创新，需要使用76个标准解解决物理上的矛盾，矛盾的消除需要最大限度地利用系统内的资源并借助物理学、化学、几何学等工程学原理。第四层次的创新，需要使用TRIZ算法对初始问题进行变形以及再定义等一系列非计算性的逻辑推理，实现对问题的逐步深入分析和转化，最终解决问题。第五层次的创新，是人类开创性的，很难有明确的方法可循。因此，第一层次与第五层次的创新应该排除在TRIZ应用方法之外。创新的层次越高，使用的工具和方法也越具威力性，每一层次的创新发明也都有它自己定义的方式和解决问题的工具及方法。

    2.2.2  TRIZ体系组成
   
    TRIZ体系的核心主要山5个方面组成:

    2.2.2.1 创新思维方法与问题分析方法
   
    TRIZ中提供了如何进行系统分析问题的科学方法。如多屏幕法，资源一时间一成本(RTC)算子法，金鱼法等等。多屏幕法，能够帮助我们从结构、时间，以及因果关系等多维空间对问题进行全而、系统的分析，即该方法不仅研究问题的现状，而且考虑与之相关的过去、未来、子系统、超系统等多方而的状态;资源-时间-成本(RTC)算子法，是通过夸张的手法改变物体在资源、时间和成木等方而的参数，帮助我们想象各种可能，大大扩展思维，突破思维定势;金鱼法，首先从幻想式构想中分离出现实部分，对于不现实部分，通过引入其它资源，一些想法由不现实变为现实，然后继续对不现实部分进行分析，直到全部变为现实。

    2.2.2.2技术系统进化法则
   
    TRIZ中包含的技术系统进化法则主要有:提高理想度法则，完备性法则，能量传导法则，提高柔性、移动性和可控性法则，向微观系统升迁法则等。这些法则基本涵盖了各种产品核心技术的进化规律，每条法则又包含不同数目的具体进化路线和模式。由于篇幅所限，本文仅以两个法则为例，从应用的角度阐述其原理。
   
    (1)完备性法则。更加完备的系统是山中一系统向多系统的进化过程，如图1所示。双色铅笔、多色圆珠笔等等，是由功能完全相同的物体组成;带摄像功能的手机是由功能不同的物体组成;又如:在矿井事故救援中，救援人员的防护服早期设计由两套系统组成，一套是冷却系统，一套是供氧装置;此后的设计是将两套系统合一为一，将冷却系统中的水换成液态氧，液体汽化有制冷作用，液氧汽化后，就可供救援人员呼吸。新的设计大大减少救援装备的体积，质量，同时也有效地利用系统内的资源并降低了系统成本。依据这个进化原则，系统首先由多个同一性质的系统组成，增强系统的单一功能，然后多个功能不同的系统结合在一起实现多个功能，最终希望由一个系统执行多个功能。

    (2)提高柔性、移动性和可控性法则。作为计算机外围设备的键盘已经是随处可见。目前常见的键盘是一个刚性整体，体积也比较大，不方便携带。在美国海军陆战队配备一种可以折叠的键盘，便于行军中携带;在一些PDA产品中，键盘就是其柔性的外包装套的一部分，展开后就是一个键盘;而现在的很多设备中，键盘是液晶触摸屏的一部分。最近，以色列一家公司推出一种虚拟激光键盘(图2)，它通过将全尺寸键盘的影像投影到桌子平而上，用户在上而就可以象使用物理键盘一样直接输入文本。这些键盘的形式基本上代表其发展历程。简单分析一下，我们可以发现键盘的演变规律，即从一体化的刚性键盘到折叠式键盘、到柔性键盘、到液晶键盘、再到激光键盘。如果我们将键盘核心技术的这种演变过程抽象出来，会发现它是按照刚性-铰链式-柔性-气体-液体-场的发展路线。其实很多产品的发展也是沿着这条路线不断进化。如轴承，它从开始的单排球轴承，到多排球轴承，到微球轴承，到气体、液体支撑轴承，到磁悬浮轴承。切割技术，从原始的锯条，到砂轮片，到高压水射流，到激光切割等等。它们在本质上基本都是沿着与键盘相似的演变路线不断发展的。