基于TRIZ与逆向思维法的目标性创新模型研究

魏鹏 张荟如 范志远

摘 要：丰富创新方法和提高创新效率是加快创新成为时代推动力所需工作的主要内容之一。为降低实际工程问题的解决难度，提高解决效率，弥补现有的问题解决方法在思路上对目标性和实用性的欠缺，开拓一种导向化的新理念，本文以逆向思维切入，倡导目标性创新思想，并结合现代国际TRIZ理论，创建基于TRIZ与逆向思维法的目标性创新模型，并通过线切割机床的贮丝筒创新设计实例验证了该模型的合理性。

关键词：TRIZ;逆向思维;目标性创新;模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.019

0 引言

创新理论及方法的发展日新月异，在技术创新方面，产生了渐进性创新（Incremental Innovation， II）等理念[1]，尽管存在有越来越多的创新方法，但大多数创新设计者在解决工程领域内遇到的实际问题时，仍缺少一定的目标性和方向性，导致出现针对性较差，创新周期较长等现象。对于刚参与创新的设计者，其常进行简单模仿性质的“创新”，甚至难以寻求到问题解决的切入点。此外，部分设计者针对需解决的问题盲目“创新”，以手机产品为例，其以单纯地增加产品所能实现的功能为导向，不考虑用户对于产品功能的实际使用效果，造成产品的功能盈余，生产成本亦随之增加，浪费资源。

由于设计者在创新过程中针对待解决的问题进行研究时，大都采用自身学术知识和工作经验积累，缺少对问题分析与解决的导向化工具，在创新过程中多出现上述的各种问题[2]。故有必要拓展一种新的问题解决思路，创建有导向化作用的模型，有利于提高解决实际工程问题的效率，增强目标性。本文提出目标性创新理念的同时，采用意大利洛伦佐·菲奥里内斯基等学者对系统设计方法的拓展思路[3]，将所用方法的各类优点进行集合演变，以具有突破性的逆向思维法为切入点，结合现代国际TRIZ中工程系统进化趋势理念以及问题解决的多样工具，创建一种新的思考模型。

1 TRIZ与逆向思维法

1.1 TRIZ

TRIZ理论发源于1946年，俄文缩写为“TRIZ”，英文为The Theory of Inventive Problem Solving，意译为“发明问题解决理论”，其由前苏联工程师、科学家跟里奇·阿奇舒勒为首的研究者针对大量专利文献进行研究、整理后的成果[4]。TRIZ理论揭示了发明创新的内在规律和原理，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解或问题解决方案。该理论中的功能分析、因果链分析、剪裁、功能导向搜索为顺序的思路应用较为广泛[5]，例如以功能分析为主导的小家电的设计研究过程，其作用突出[6]，但上述思路多采用顺序思维，设计者对关键问题不能很好地把握。

现代国际TRIZ理论分析和解决关键问题思路[7]模型大致如图1。

1.2 逆向思维法

逆向思维是打破常规思路，对事物的相反面进行考虑，从而寻找问题解决思路的一种思维方式[8]。其具有普遍性、批判性、新颖性三大特点，分为反转型、转换型、缺点逆用型三大类型[9]。虽有研究者对逆向思维方法从可拓学的角度建立了形式化模型[8]，但对于工程领域当中的实际问题的解决而言，没有很高的效率，需要对某领域的学科知识有一定的储备。

逆向思维模型在面对目标问题时，主要分析研究对象所涉及的相关事物，当采用反转型逆向思维法，要从其相关事物的功能、结构、因果关系三个方面作反向思维来发现待解决的关键问题;当采用转换型逆向思维法，要从研究对象的侧面入手，即同其结构、功能等具有紧密联系的侧面事物的结构、功能进行分析，进而发现问题;当采用缺点逆用型逆向思维法，要从相关事物的优缺点分析入手，重点突出其缺点对问题的影响程度，故本文针对上述逆向思维法的现有分类建立一种较为直观的，容易理解的模型如图2。

2 目标性创新理念

基于引言中的分析与讨论，本文提出一种具有针对性和导向性的目标性创新（Targeted Innovation， TI）理念。其指在产品进化过程中需要针对产品的某一特定需求进行满足的创新过程。待创新产品的需求主要为实现某种目标功能，其技术进化过程多在衰退期之前。此理念强调在创新的过程中，首先要确定创新目标，发掘表面问题的关键源头。如当某机械设备出现抖动、噪声等故障时，不是单纯的解决表面故障，而是确定创新和改良的目标是优化功能还是调整结构等，即确定关键问题，从而进行下一步工作。

3 基于TRIZ与逆向思维法的目标性创新模型

经上述分析，本文将逆向思维在思考问题时具有的突破性等优点模型化后，结合TRIZ理论的工程系统进化趋势、问题解决工具等，应用在目标性创新理念当中，填补现有的技术创新中存在的不足，促进创新过程的导向化。其中在问题分析的过程中，采用五问分析法（5W）[10]。

本文模型具体应用步骤如图3。

步骤1：总结待解决的问题，即确定创新目标，通过“五问法”寻求目标问题。

步骤2：对目标问题运用“五问法”找寻对应的研究对象。

步骤3：将研究对象做必要的市场调研后，进行工程系统进化趋势分析，判断其所处的趋势层次，确定明确的方案取向。

步骤4：把确定的研究对象运用逆向思维模型（图2）进行“五问法”分析，确定关键问题。

步骤5：将关键问题放入TRIZ理论的问题解決模型（图1）。

步骤6：确定初步解决方案。

步骤7：将初步方案进行验证，若方案不合理，需重复进行上述步骤，若合理则确定最终方案并实施。

4 工程实例

4.1 实例来源

尽管部分设计者解决难题时已具有导向化思路，但未形成较好的思路模型，下文将通过对往复式线切割机床贮丝筒创新设计[11]的实例，以模型的角度分析并加以验证模型的合理性。

4.2 实例分析

运用本文模型对实际问题进行分析，其步骤如下：

步骤1：往复式线切割机床设计前存在贮丝筒换向时出现筒身扭曲等现象，通过“五问法”找寻目标问题。“为什么贮丝筒换向时造成以上问题？因为贮丝筒系统存在扭转冲击。”故贮丝系统的扭转冲击问题即为目标问题。

步骤2：通过“五问法”找寻研究对象。“为什么贮丝筒存在扭转冲击问题？因为贮丝筒系统存在某种弊端。”故研究对象为贮丝筒系统。

步骤3：调研询问得知，其使用者多采用控制电机运转或选用弹性联轴器缓解问题。TRIZ理论的工程系统进化趋势分析发现，该系统为成长期向成熟期过渡，并向系统协调性进化趋势发展，进而向提高价值进化趋势发展。

步骤4：将贮丝筒系统代入逆向思维模型分析，可利用反转型逆向思维法，对其现有结构、功能、存在问题的因果关系作反向思考，产生问题的不一定是整个系统，而是系统内的结构。此系统结构组成有电机、电机主轴、联轴器、贮丝筒及其他。通过“五问法”分析，“为什么系统存在扭转冲击？因为电机将扭矩传递给了电机主轴。为什么扭矩传递到了主轴就会引起扭转冲击？因为主轴又将扭矩传递给了联轴器，进而传递给了贮丝筒。为什么将扭矩传递给贮丝筒就会引起各类问题？从动量角度分析关键是因为贮丝筒的现有结构设计传递的力较大，引起扭转冲击的问题”，则确定关键问题。

步骤5：将关键问题引入TRIZ理论的问题解决模型，进行技术矛盾分析，确定待改善的工程参数为“物体产生的有害因素”，细致分析恶化的工程参数为“时间损失”或“强度”，对应矛盾矩阵表查询合适的发明原理为“15动态化”、“35物理或化学参数的变化”、“22变害为利”、“02抽取”。

步骤6：结合相关发明原理，确定初步解决方案为新设计的结构可使得贮丝筒及其轴系能与系统内其他部件的結构分离，在进行反向转动时可自适应调节位置，吸收有害的能量冲击。

步骤7：将初步设计方案进行试制检验，在DK7745机床上运行效果良好[11]。

往复式线切割机床贮丝筒创新设计的目标性创新模型流程如图4。

通过对往复式线切割机床贮丝筒创新设计过程在本文探讨的模型中分析，该模型的合理性得到了相对客观地验证。

5 结语

本文在目前创新理论及方法的基础上，结合能够打破常规思路的逆向思维法和TRIZ理论孕育出具有目标性的创新模型，能够帮助设计者，尤其是刚进入创新领域的新手，在面对部分难题时，避免思维上的局限，快速找寻目标问题和研究对象，确定关键问题，进而运用TRIZ理论的问题解决方法，找到解决方案，提高实际工程问题的解决效率。通过对特种加工领域内的线切割机床的贮丝筒创新设计过程进行分析，检验了本文所探讨模型的合理性。

参考文献：

[1]刘宝铭，孙建广，檀润华.TRIZ理论在破坏性创新中的应用[J].科技管理研究，2010，30（21）：1-4.

[2]任工昌，山旭.TRIZ与情景分解法在破坏性创新中的应用[J].现代制造工程，2018（08）：16-19.

[3]Lorenzo Fiorineschi，Francesco Saverio Frillici，Federico Rotini，Marco Tomassini.Exploiting TRIZ Tools for enhancing systematic conceptual design activities[J].Journal of Engineering Design，2018，29（06）.

[4]唐琳琳，王伟臻.TRIZ理论研究及应用综述[J].产业与科技论坛，2011，10（16）：108-109.

[5]孙永伟.TRIZ打开创新之门的金钥匙[M].北京：科学出版社，2015：20-22，191-197.

[6]朱秀娟，李克天.TRIZ理论和功能分析在小家电设计中的应用研究[J].现代制造工程，2016（08）：95-100.

[7]赵敏，史晓凌，段海波.TRIZ 入门及实践[M].北京：科学出版社，2009：290.

[8]李志明，杨春燕.逆向思维的形式化模型及其应用[J].数学的实践与认识，2014，44（09）：44-54.

[9]刘宝顺，姜跃超，张军雯.探究逆向思维法在产品设计中的应用[J].设计，2016（17）：28-29.

[10]王琳.从丰田“五问法”看企业安全管理[J].吉林劳动保护，2016（04）：43.

[11]黄兆飞，谢三山，王凯，赵武英.基于TRIZ的往复式线切割机床贮丝筒创新设计[J].机床与液压，2018，46（07）：97-101.

课题基金名称：CBN/铁基球形复合磁性磨粒制备机理及其难加工材料曲面光整性能研究;姓名：张桂香;编号：5167051462。

作者简介：魏鹏（1998-），男，山东诸城人，本科在读，主要研究方向：工程创新理论及方法、机械设计制造。

*为通讯作者