楊 婷 畢 鑫 劉換嶺 王 葉 李 丹

東北林業(yè)大學(xué)信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱，150040

1 TRIZ理論

1.1 TRIZ理論簡(jiǎn)介

TRIZ理論是前蘇聯(lián)科學(xué)家阿奇舒勒（G.S.Altshuler）在60年前通過(guò)對(duì)大量的近250萬(wàn)份高質(zhì)量的發(fā)明專利的分析與研究后，總結(jié)出的各種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及進(jìn)化所遵循的規(guī)律模式，同時(shí)綜合不同科學(xué)領(lǐng)域在解決不同的物理矛盾和技術(shù)矛盾的創(chuàng)新方法而創(chuàng)建的一套完整新穎的發(fā)明創(chuàng)新的理論。其目的在于揭示創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，澄清和強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中存在的矛盾，其目標(biāo)是完全解決矛盾，獲得最終的理想解。它不是采取折衷或者妥協(xié)的做法，而且它是基于技術(shù)的發(fā)展演化規(guī)律研究整個(gè)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程，而不再是隨機(jī)的行為。TRIZ理論大大加快了人們創(chuàng)新的腳步，在創(chuàng)新進(jìn)程中幫助人們系統(tǒng)分析問(wèn)題本質(zhì)及矛盾，打破思維定勢(shì)，確定問(wèn)題探索方向，尋得發(fā)明創(chuàng)新原理。TRIZ理論的實(shí)用性和系統(tǒng)性強(qiáng)，實(shí)踐證明，運(yùn)用TRIZ理論，可大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程而且能得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品。

1.2 矛盾矩陣與40創(chuàng)新原則

阿奇舒勒通過(guò)對(duì)大量的發(fā)明專利的研究總結(jié)出工程領(lǐng)域內(nèi)常用的表述系統(tǒng)性能的39個(gè)通用參數(shù)，通用參數(shù)一般是物理、幾何和技術(shù)性能的參數(shù)，并提煉出TRIZ中最重要的、具有普遍用途的40個(gè)發(fā)明原理。阿奇舒勒將39個(gè)通用工程參數(shù)與40條發(fā)明原理有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系，整理成39×39的矛盾矩陣表。矩陣的第一列表示待改善的優(yōu)化參數(shù)，第一行表示會(huì)帶來(lái)的惡化參數(shù)，在確定優(yōu)化參數(shù)和惡化參數(shù)后，便可在矩陣表中找到一組對(duì)應(yīng)的創(chuàng)新院里序列號(hào)，這些原理構(gòu)成了矛盾可能解的集合。

1.3 矛盾矩陣與40個(gè)發(fā)明原理在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用思路及步驟

在利用矛盾矩陣和40個(gè)發(fā)明原理解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，應(yīng)首先確定技術(shù)系統(tǒng)的功能，提出待解決的問(wèn)題，然后將具體問(wèn)題轉(zhuǎn)化為普遍意義的優(yōu)化和惡化參數(shù)，再根據(jù)矩陣表確定相對(duì)應(yīng)的解決矛盾的發(fā)明原理，聯(lián)系實(shí)際分析，找出問(wèn)題的解。

為使解決問(wèn)題的方法更具有規(guī)范性和可操作性，給出步驟如下：

（1）確定目標(biāo)產(chǎn)品技術(shù)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的主要功能；

（2）通過(guò)對(duì)目標(biāo)技術(shù)系統(tǒng)的部件、組成及功能的具體分析，將技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分解，劃分超系統(tǒng)、系統(tǒng)、子系統(tǒng)等各級(jí)別系統(tǒng)；

（3）描述技術(shù)系統(tǒng)中存在的實(shí)際具體問(wèn)題；

通過(guò)申報(bào)績(jī)效目標(biāo)，跟蹤項(xiàng)目運(yùn)行，監(jiān)控資金使用來(lái)改進(jìn)項(xiàng)目管理，最終形成項(xiàng)目績(jī)效目標(biāo)——項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)決策——項(xiàng)目績(jī)效評(píng)價(jià)的良性循環(huán)機(jī)制。因此科研項(xiàng)目績(jī)效評(píng)價(jià)并非一種靜態(tài)評(píng)價(jià)，而是從預(yù)算編制、預(yù)算執(zhí)行到項(xiàng)目驗(yàn)收的全過(guò)程動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。

（4）將實(shí)際問(wèn)題抽象，確定目標(biāo)技術(shù)系統(tǒng)中應(yīng)改善提高的特性，對(duì)應(yīng)矛盾矩陣表中的優(yōu)化參數(shù)；

（5）在提升和改善產(chǎn)品的某一特性的同時(shí)，必然會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的一個(gè)甚至多個(gè)特性的惡化，因此需詳盡細(xì)致地確定篩選出設(shè)計(jì)系統(tǒng)被惡化的特性，對(duì)應(yīng)矛盾矩陣表中的惡化參數(shù)；

（6）將已確定的優(yōu)化參數(shù)和惡化參數(shù)對(duì)應(yīng)矛盾矩陣表中查詢；

（7）查找出矛盾矩陣表所推薦的發(fā)明原理編號(hào)，對(duì)應(yīng)40個(gè)發(fā)明原理，查找其對(duì)應(yīng)的具體發(fā)明原理的詳解；

（8）將矛盾矩陣表所推薦的發(fā)明原理逐個(gè)應(yīng)用到系統(tǒng)具體實(shí)際問(wèn)題上，考慮其原理在技術(shù)系統(tǒng)中的具體實(shí)現(xiàn)；

（9）如果所查到的發(fā)明原理都無(wú)法解決系統(tǒng)的實(shí)際問(wèn)題，需要重新篩選定義工程矛盾和參數(shù)，并再次應(yīng)用查找矛盾矩陣表；

（10）確立最理想的實(shí)際解決方案，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

2 TRIZ理論在林業(yè)創(chuàng)新中應(yīng)用實(shí)例

林業(yè)是國(guó)民生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)中的重要組成部分之一，是通過(guò)保護(hù)生態(tài)自然環(huán)境與生態(tài)平衡，保護(hù)和培育森林，由此以取得木材以及其他林產(chǎn)品，同時(shí)合理利用林木的自然屬性以發(fā)揮起防護(hù)作用的生產(chǎn)部門。在生物圈中，林業(yè)憑借其自身的自然資源豐富的優(yōu)越性，借助先進(jìn)科學(xué)的技術(shù)和管理手段，進(jìn)行森林資源培育、保護(hù)及利用，持續(xù)經(jīng)營(yíng)森林資源并充分發(fā)揮森林多種效益，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)和社會(huì)公益事業(yè)。無(wú)論是在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活中，還是在自然環(huán)境與生態(tài)平衡中，林業(yè)在均有其特殊的地位和重要的作用。由此可見(jiàn)，充分掌握和利用創(chuàng)新理論，提高林業(yè)科技創(chuàng)新水平具有重大意義。

2.1 噴灌系統(tǒng)案例分析

噴灌系統(tǒng)具有顯著的省水、省工、不受地形限制、灌水均勻等效果, 屬先進(jìn)的田間灌水技術(shù)。與傳統(tǒng)的地面灌水方法相比噴灌可節(jié)30%～50%, 同時(shí)噴灌還有節(jié)能、省工和灌水質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。噴灌的總體設(shè)計(jì)要考慮很多問(wèn)題，例如噴灌的接觸面積，作用的植物，以及其水量的可靠性等，總之應(yīng)根據(jù)地形、土壤、氣象、水文、植物配置條件，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)確定。因此列舉出需解決的問(wèn)題如下：

地形因素；（2）地塊形狀因素（3）耕作與種植方向因素（4）風(fēng)向和風(fēng)速因素（5）水源位置因素；

接著將以上具體實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化成具有普遍意義的參數(shù),確立優(yōu)化參數(shù)；并考慮篩選解決時(shí)會(huì)產(chǎn)生的矛盾，確立惡化參數(shù)，兩兩列出，運(yùn)用到矛盾矩陣中。例如若要避免地面高差可能造成管路內(nèi)的壓力勢(shì)能的疊加或抵消, 影響系統(tǒng)的供水動(dòng)力的問(wèn)題，便會(huì)使系統(tǒng)的運(yùn)行成本就會(huì)提高。因此我們便將這2個(gè)問(wèn)題分析歸納，找到對(duì)應(yīng)的矛盾參數(shù),即設(shè)計(jì)復(fù)雜性與物質(zhì)損耗，當(dāng)參數(shù)36 (操作的便利性) 改進(jìn)時(shí),參數(shù)23 (物質(zhì)的損失) 就會(huì)惡化；再利用矛盾矩陣表,找出矩陣表中兩參數(shù)所對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理，其編號(hào)分別為35、10、28、29。聯(lián)合實(shí)際，進(jìn)行原理的篩選和實(shí)現(xiàn)，從而找出合適的創(chuàng)新方法。

根據(jù)矛盾矩陣表中的40個(gè)發(fā)明原理，得到可能解決此矛盾的方法包括原理35 :性能轉(zhuǎn)換；原理10：預(yù)先作用；原理28：機(jī)械系統(tǒng)的替換;原理29：壓力。而上述表中對(duì)應(yīng)的多種發(fā)明原理。是阿奇舒勒根據(jù)專利的分析研究后，按照其被應(yīng)用的次數(shù)多少來(lái)排序的，由此根據(jù)權(quán)衡，我們選擇原理28（機(jī)械系統(tǒng)的替換) ，其中解題的具體原理為：

原理28（機(jī)械系統(tǒng)的替換)：利用物理場(chǎng)或其他形式、作用和狀態(tài)來(lái)代替機(jī)械的相互作用、裝置、機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)。

利用上述分析的發(fā)明原理，在對(duì)地形起伏不平進(jìn)行噴灌管道設(shè)計(jì)時(shí), 可將配水干管或分干管布置在高處, 運(yùn)用機(jī)械系統(tǒng)的替換原理以地形高差彌補(bǔ)支管水頭損失,使支管由高處向低處鋪設(shè), 避免支管沿程水頭損失過(guò)大, 超出支管任意噴頭間壓力差小于20%的范圍。同時(shí)，在改善優(yōu)化參數(shù)的情況下，減小了運(yùn)行成本的惡化參數(shù)。

多次重復(fù)上述過(guò)程,直至將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中問(wèn)題解決為止。

2.2 農(nóng)作物秸稈人造板案例分析

人造板是以木材或其他非木材植物為原料，加工成單板、刨花或纖維等形狀各異的組元材料，經(jīng)施加(或不加)膠黏劑和其他添加劑，進(jìn)行重新組合而制成的板材。人造板可極大提高木材的綜合利用率，1立方米的人造板可代替3～5立方米原木使用。人造板從單純改變木材形狀發(fā)展到改善木材性質(zhì)，甚至以農(nóng)作物秸稈作為原材料，不但涉及全部的木材加工工藝，還需要吸收結(jié)合紡織、造紙等多方面領(lǐng)域的技術(shù)，形成獨(dú)立的加工工藝，標(biāo)志著木材加工現(xiàn)代化時(shí)期的開(kāi)始。而農(nóng)作物秸稈人造板則是在此基礎(chǔ)上利用棉稈、麥稈、油菜稈等農(nóng)作物生產(chǎn)制造的特殊人造板。

同樣，在制作和設(shè)計(jì)農(nóng)作物秸稈人造板時(shí)要考慮三個(gè)核心問(wèn)題：

（1）板重問(wèn)題；（2）成本問(wèn)題；（3）原料問(wèn)題

我們可將上述問(wèn)題具體化為一般性問(wèn)題的參數(shù)，再利用矛盾矩陣表和發(fā)明原理進(jìn)行改造。例如需減小板重，即其對(duì)應(yīng)優(yōu)化參數(shù)為參數(shù)2（靜止物體重量），而需避免是板材穩(wěn)定性能的降低，對(duì)應(yīng)的惡化參數(shù)為參數(shù)13（穩(wěn)定性），查詢矩陣表得到解決矛盾的四個(gè)發(fā)明原理分別為：原理26：復(fù)制；原理39：惰性環(huán)境；原理1分割：原理40：復(fù)合材料；在對(duì)發(fā)明原理的具體分析并聯(lián)系實(shí)踐，原理40（復(fù)合材料) 更能在實(shí)際應(yīng)用技術(shù)中解決問(wèn)題，其中解題的具體原理為:

原理40（復(fù)合材料)：將單一的材料改為復(fù)合材料。

因此，在突破原來(lái)的由單一的稻草為原料的限制，充分利用農(nóng)作物的秸稈如棉稈、麥稈等替代木材產(chǎn)品，同時(shí)，通過(guò)不同農(nóng)作物纖維的配比，在確保板材性能穩(wěn)定性的前提下，降低了板材的密度，克服了板重的弊端。解決了在設(shè)計(jì)制造中所待解決的問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了資源的回收利用，促進(jìn)了可持續(xù)發(fā)展。

通過(guò)對(duì)上述其他問(wèn)題的類似分析解決，發(fā)明出農(nóng)作物秸稈的人造板。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上兩個(gè)實(shí)際案例的分析，可以看出，利用TRIZ理論的39矛盾矩陣和40個(gè)發(fā)明原理可幫助我們快速有效地拓寬思維，找出解決問(wèn)題的具體方法，從而提高自身的創(chuàng)新能力。因此，TRIZ理論在林業(yè)上的大力推廣使用，對(duì)于開(kāi)創(chuàng)創(chuàng)新理論，提高林業(yè)科技創(chuàng)新水平，推動(dòng)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

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