趙燕偉，何 路，洪歡歡，黃 祥

(1.浙江工業(yè)大學(xué)特種設(shè)備制造與先進(jìn)加工技術(shù)教育部/浙江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州310014;2.廣東省創(chuàng)新方法與決策管理系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510006)

隨著全球化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品面臨的挑戰(zhàn)日益加劇，通過創(chuàng)新來提高產(chǎn)品競爭力是世界各國企業(yè)的首選.創(chuàng)新需要先進(jìn)的理論方法作為指導(dǎo)，國內(nèi)外被人們所熟知的創(chuàng)新方法有發(fā)明問題解決理論(Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ)、公理化設(shè)計(jì)(Axiomatic Design，AD)、約束理論(Theory of Constraints，TOC)、普適設(shè)計(jì)方法學(xué)(Universal Design Theory，UDT)、質(zhì)量功能配置(Quality Function Deployment，QFD)、可拓理論(Extension Theory，ET)等，這些主流創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法多數(shù)是在不同條件下相互獨(dú)立所提出的.雖然全世界對(duì)創(chuàng)新方法的研究已有較長歷史且一些成果在工程領(lǐng)域也得到了應(yīng)用，但每種理論在不同應(yīng)用領(lǐng)域都有優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)理論仍需不斷完善［1］.在系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)環(huán)境下，產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程不再是單一的，需要融合多種類、多領(lǐng)域、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)計(jì)活動(dòng)和設(shè)計(jì)知識(shí).創(chuàng)新的本質(zhì)其實(shí)是解決創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中的矛盾問題.可拓理論與TRIZ理論都以解決設(shè)計(jì)中矛盾問題為主，已證明在各自的應(yīng)用領(lǐng)域有很好的輔助創(chuàng)新效果，但兩者各有不足之處.因此在可行條件下，研究如何將TRIZ與可拓理論相結(jié)合，通過不同工具的組合集成，發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新模型，這將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論研究價(jià)值.

本文將介紹TRIZ與可拓學(xué)的核心思想、理論體系、各自在不同領(lǐng)域的應(yīng)用以及基于兩種理論開發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助軟件，分析兩者的差異性，結(jié)合各自的優(yōu)缺點(diǎn)研究兩者可以組合集成的切入點(diǎn)，系統(tǒng)地闡述集成TRIZ理論與可拓理論的研究并用于創(chuàng)新設(shè)計(jì)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對(duì)TRIZ與可拓理論集成創(chuàng)新方法研究進(jìn)行總結(jié)與展望.

1 TRIZ與可拓學(xué)研究現(xiàn)狀

1.1 TRIZ簡介

TRIZ是由前蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒于1946年創(chuàng)立的基于知識(shí)的理論，其理論方法是在研究分析了全世界250萬份高水平專利的基礎(chǔ)上抽象出來的，“其目的是研究人類進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造、破解技術(shù)矛盾過程中所遵循的科學(xué)原理和法則”［2-4］.TRIZ是以技術(shù)系統(tǒng)的演化規(guī)律為理論基礎(chǔ);以物質(zhì)－場分析、矛盾分析、ARIZ算法、理想解分析等為問題的分析工具，具體應(yīng)用工具包括標(biāo)準(zhǔn)解和知識(shí)效應(yīng)庫、工程參數(shù)、40條發(fā)明原理、4條分離原理、矛盾矩陣等［5］.技術(shù)系統(tǒng)演化規(guī)律用以分析和認(rèn)定當(dāng)前產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)，并能夠預(yù)測未來產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，有利于企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)具有競爭力的新產(chǎn)品;物質(zhì)－場模型有利于快速確定矛盾的核心問題;針對(duì)具體的技術(shù)沖突，可根據(jù)40條發(fā)明原理構(gòu)建矛盾矩陣，并通過工程實(shí)例尋求合適的解決方案;分離原理則用以相對(duì)比較復(fù)雜的物理矛盾;ARIZ算法主要解決復(fù)雜問題，其主要步驟是對(duì)初始問題進(jìn)行一系列的變形，對(duì)問題進(jìn)行深入分析和不斷的轉(zhuǎn)換，直至得到問題解決方案;知識(shí)效應(yīng)庫則能為設(shè)計(jì)者在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中提供豐富的解決方案.

1.1.1 TRIZ理論的研究與完善

古典的TRIZ誕生于前蘇聯(lián)計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代，由于其本身存在較多的不足，在工程領(lǐng)域并未得到廣泛應(yīng)用，因此國內(nèi)外許多專家致力于研究TRIZ理論以及對(duì)其工具的改進(jìn).文獻(xiàn)［6-8］系統(tǒng)地分析了古典TRIZ的不完善之處，并提出由物質(zhì)－場模型改進(jìn)后的新的功能模型表示法Karasik Y B［9］認(rèn)為TRIZ中矛盾矩陣的構(gòu)造上有不足和缺陷，矛盾矩陣僅僅討論兩個(gè)參數(shù)之間的矛盾，而實(shí)際的工程問題往往涉及到一個(gè)參數(shù)與多個(gè)參數(shù)之間的矛盾，使得TRIZ古典理論不能在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.文獻(xiàn)［10-12］針對(duì)矛盾矩陣構(gòu)造的缺陷，在分析了1985年到2002年的15萬個(gè)專利的基礎(chǔ)上，新增了9個(gè)工程參數(shù)，并補(bǔ)充了37個(gè)組合創(chuàng)新原理，提出了更符合實(shí)際工程應(yīng)用的新矛盾矩陣.文獻(xiàn)［13］針對(duì)創(chuàng)新原理應(yīng)用效率低的不足，對(duì)TRIZ創(chuàng)新原理的組合應(yīng)用問題進(jìn)行了探討.在國內(nèi)，龔益鳴［14］詳細(xì)介紹了TRIZ理論中在的“s曲線”在技術(shù)預(yù)測方面的應(yīng)用.檀潤華［15］提出了未來需求預(yù)測原理，定義了困難功能元的概念及效應(yīng)綜合方法.戴慶輝［16］運(yùn)用實(shí)例概括了概念設(shè)計(jì)中物質(zhì)－場分析的把握重點(diǎn).世界各國學(xué)者對(duì)TRIZ理論進(jìn)行了研究，補(bǔ)充和完善了TRIZ理論及其工具，為TRIZ理論廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ).

1.1.2 基于TRIZ理論的設(shè)計(jì)方法在各領(lǐng)域的應(yīng)用

Fresner J等［17］提出了運(yùn)用TRIZ提高材料和能源利用效率，同時(shí)減少工業(yè)廢物排放的方法等.李英利［18］等根據(jù)40條發(fā)明原理并結(jié)合工程實(shí)際，恰當(dāng)?shù)貙⑵鋺?yīng)用在化工行業(yè)中.顧新建等［19］結(jié)合案例庫和專利庫，將環(huán)境因素加入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，提出一種集成TRIZ的產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)方法.馬力輝［20］根據(jù)TRIZ進(jìn)化模式和TOC中的必備樹(PRT)分別確定產(chǎn)品的進(jìn)化目標(biāo)和設(shè)計(jì)障礙，并構(gòu)建了基于障礙分析的沖突確定流程和模板以確定設(shè)計(jì)沖突.何川博士等［21］將TRIZ理論與產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方法相結(jié)合，提出了基于TRIZ的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)智能決策支持系統(tǒng)理論與方法.姜亮博士［22］以TRIZ的沖突解決原理為基礎(chǔ)構(gòu)建了技術(shù)創(chuàng)新本體.張付英博士［23］在機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面，應(yīng)用TRIZ進(jìn)行創(chuàng)新問題的建模、求解.還有很多學(xué)者對(duì)TRIZ理論進(jìn)行大膽改進(jìn)并運(yùn)用到各自的領(lǐng)域，并取得一定的成果，如在統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的發(fā)明思想U(xiǎn)SIT、用TRIZ理論的通用解求問題的特殊解、運(yùn)用矛盾矩陣對(duì)機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行故障的分析、綠色優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面［24-27］.

1.1.3 基于TRIZ的創(chuàng)新軟件

國內(nèi)外學(xué)者探討了TRIZ的優(yōu)勢與缺陷，逐步完善了TRIZ理論，并在多個(gè)領(lǐng)域成功應(yīng)用TRIZ理論解決矛盾問題，多款基于TRIZ理論的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新軟件的開發(fā)更是大幅提高創(chuàng)新設(shè)計(jì)的效率與成功率.國外具有代表性的軟件有以下幾個(gè):Goldfire Innovator［28］是國際上第一款以創(chuàng)新方法學(xué)作為理論基礎(chǔ)，提供全面創(chuàng)新解決方案的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)系，為培養(yǎng)創(chuàng)新性思維、掌握創(chuàng)新方法技能、提高問題解決能力奠定基礎(chǔ).由美國Invention Machine公司研發(fā)的TechOptimize根據(jù)TRIZ理論而開發(fā)，該軟件包含豐富的科學(xué)知識(shí)和工程實(shí)例，為設(shè)計(jì)者創(chuàng)造性的解決實(shí)際問題提供幫助.Ideation International公司的Innovation Workbench(IWB)［29］由項(xiàng)目定義、創(chuàng)新現(xiàn)況調(diào)查、機(jī)能模塊建置、概念展開和評(píng)估結(jié)果組成，能幫助設(shè)計(jì)者解決技術(shù)難題.億維訊公司的Pro/Innovator［30］將TRIZ理論、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)、攻關(guān)訣竅和創(chuàng)新實(shí)例庫等實(shí)用工具集合于一體，可完成對(duì)企業(yè)內(nèi)部研發(fā)知識(shí)從挖掘、獲取、重構(gòu)，到共享、創(chuàng)新、更新的全部知識(shí)工程任務(wù).此外還有德國TriSolver公司的TriSolver軟件［31］，比利時(shí)CREAX NV-Mlk的Creax Innovation Suite［32］，荷蘭的Insytec B.V公司的TRIZ Explore也是基于TRIZ的計(jì)算機(jī)輔助軟件.

TRIZ理論在20世紀(jì)90年代傳入中國，相關(guān)研究主要集中在高等院校.其中，河北工業(yè)大學(xué)的檀潤華教授［33-34］帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)對(duì)TRIZ理論進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究后，開發(fā)了國內(nèi)第一個(gè)自主版權(quán)的基于TRIZ理論的軟件Invention Tool.天津大學(xué)的余光莉［35］分析了傳統(tǒng)TRIZ理論在應(yīng)用上缺陷，針對(duì)我國中小型企業(yè)和個(gè)人用戶對(duì)創(chuàng)新信息和技術(shù)資源的需求，開發(fā)了基于互聯(lián)網(wǎng)交互式、積累式的WEBTRIZ系統(tǒng).合肥工業(yè)大學(xué)劉曉平［36］利用TRIZ中的沖突問題的結(jié)構(gòu)表示對(duì)問題進(jìn)行分析，開發(fā)了一個(gè)基于TRIZ的CAI原型系統(tǒng).山東大學(xué)的陳文廣［37］對(duì)物質(zhì)場模型和效應(yīng)進(jìn)行了分析研究，開發(fā)了基于物場分析和效應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新系統(tǒng).這些研究有利于推進(jìn)TRIZ理論的本土化進(jìn)行.

1.2 可拓學(xué)簡介

可拓學(xué)是由我國學(xué)者蔡文教授于1983年提出的原創(chuàng)性橫斷學(xué)科，以現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)的矛盾為研究對(duì)象，用形式化的模型研究事物拓展的可能性與開拓創(chuàng)新的規(guī)律與方法，從定性和定量的角度分析研究并解決矛盾問題［4］.可拓學(xué)為設(shè)計(jì)者提供一種符號(hào)化、模型化的理論與方法，有利于計(jì)算機(jī)操作，為人們認(rèn)識(shí)和分析現(xiàn)實(shí)世界、解決現(xiàn)實(shí)中的矛盾問題，提供了新的方法論.可拓學(xué)主要包括可拓論、可拓方法和可拓工程3部分.矛盾問題是可拓學(xué)的研究對(duì)象，通過可拓論建立可拓模型，并運(yùn)用4種拓展方法對(duì)問題的條件或目標(biāo)進(jìn)行拓展變換，再利用可拓學(xué)中的5種基本變換和4種運(yùn)算，以形成解決矛盾問題的策略.許多學(xué)者致力于可拓學(xué)的研究，并不斷完善與發(fā)展可拓學(xué)理論.蔡文教授在可拓學(xué)中對(duì)矛盾問題有了基本的界定，從集合的角度初步確定了矛盾問題以及物元理論模型［38-49］.楊春燕［41］、陳巨龍［42］、彭強(qiáng)［43］等對(duì)可拓學(xué)有了更進(jìn)一步的研究，完善了可拓學(xué)解決矛盾的方法體系，并把可拓方法應(yīng)用到工程領(lǐng)域中.杜國平、馬亮［44］對(duì)可拓學(xué)中特有的可拓邏輯進(jìn)行了研究探討，拓展了邏輯學(xué)的研究，并提供了全新的研究視角.楊春燕［45］針對(duì)策劃中的矛盾問題，提出了可拓策劃的理論和方法，構(gòu)建“化對(duì)立為共存”的策劃模型.譚建榮、馬輝等［46］通過設(shè)計(jì)事元、物元對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)單元進(jìn)行描述，給出了面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的設(shè)計(jì)知識(shí)重用模型.

1.2.1 基于可拓學(xué)的創(chuàng)新方法在各領(lǐng)域的應(yīng)用

國內(nèi)外可拓學(xué)研究工作目前已形成由可拓論、可拓方法和可拓工程構(gòu)成的學(xué)科體系，并已在一些領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用的嘗試.

浙江工業(yè)大學(xué)的趙燕偉教授［47-48］研究了機(jī)械產(chǎn)品的要求與現(xiàn)有方法或產(chǎn)品不能滿足的矛盾問題，提出了可拓概念設(shè)計(jì)方法.張國全等［49］以復(fù)式布料系統(tǒng)為研究對(duì)象，運(yùn)用可拓理論，從行為動(dòng)作角度建立了可拓模型，深入研究概念設(shè)計(jì)的理論與方法.

王秋蓮［50］基于可拓理論，提出一種產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)知識(shí)表達(dá)和重用的方法，并在實(shí)踐中驗(yàn)證了所提方法的可行性和有效性.李聰波等［51］提出基于可拓理論的綠色制造實(shí)施方案設(shè)計(jì)方法.劉志峰等［52］通過研究基于模糊物元的綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，對(duì)降低環(huán)境污染具有重大的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值.

哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄒廣天教授［53］研究了建筑物的要求與現(xiàn)有設(shè)計(jì)或建筑物不能滿足的矛盾問題，提出了可拓建筑策劃與設(shè)計(jì)理論與方法.王濤等［54］運(yùn)用可拓學(xué)中的基元理論和可拓變換，提出描述空間矛盾的可拓模型.

樓健人［55］針對(duì)產(chǎn)品配置效率低、難以變型等矛盾問題，根據(jù)產(chǎn)品的配置設(shè)計(jì)和構(gòu)成特點(diǎn)，提出了產(chǎn)品層次可拓配置設(shè)計(jì)方法.蘇楠等［56-58］通過共軛分析法得到顧客需求基元，利用可拓變換和可拓聚類等從定性的角度來消解產(chǎn)品族可配置過程中的沖突問題.李江等［59］以物元模型為基礎(chǔ)，建立模塊物元和模塊族物元，并對(duì)模塊物元進(jìn)行可拓變換，提出了基于物元模型的產(chǎn)品可拓模塊化設(shè)計(jì)方法.龔京忠等［60］以產(chǎn)品族為基礎(chǔ)，提出了一種基于物元模型的產(chǎn)品快速配置設(shè)計(jì).

華東理工大學(xué)王行愚教授［61］利用可拓方法研究控制領(lǐng)域的矛盾問題，提出了可拓控制方法.廣東工業(yè)大學(xué)余永權(quán)教授［62］提出了可拓檢測方法.鐘詩勝等［63］提出了一種基于可拓知識(shí)表示的菱形求解策略，采用框架形式表示可拓約束圖的構(gòu)建、物元拓展推理、關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算和條件可拓集合的生成.唐林新等［64］對(duì)產(chǎn)品物元模型拓展得到多個(gè)產(chǎn)品物元模型，從方案適應(yīng)性的角度對(duì)設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的沖突通過物元變換加以消解.楊國為［65］給出了基于物元的與或網(wǎng)啟發(fā)式可拓搜索算法、可拓關(guān)系繼承推理和相關(guān)記憶可拓繼承推理算法.

1.2.2 基于可拓學(xué)的創(chuàng)新軟件

可拓學(xué)是一門新興的學(xué)科，研究者主要集中在國內(nèi)，其理論研究和應(yīng)用研究都有待加深.可拓學(xué)經(jīng)過多年發(fā)展與完善，在諸多領(lǐng)域有所建樹，學(xué)者在各自不同的領(lǐng)域開發(fā)了基于可拓學(xué)的系統(tǒng)軟件，為可拓學(xué)的應(yīng)用研究提供有力的支持.李衛(wèi)華教授等［66］將可拓技術(shù)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)相結(jié)合，開發(fā)研制了可拓策略生成系統(tǒng).李小妹博士等［67］提出一種基于可拓學(xué)理論和可拓?cái)?shù)據(jù)挖掘技術(shù)的客戶價(jià)值可拓知識(shí)挖掘軟件，以實(shí)現(xiàn)客戶價(jià)值最大化.趙燕偉教授等［68］結(jié)合可拓理論，設(shè)計(jì)開發(fā)了機(jī)電產(chǎn)品可拓配置設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并初步驗(yàn)證可拓理論技術(shù)方法的可行性.劉巍、何煦嵐［69］根據(jù)物元分析和可拓學(xué)理論，來研究信息和知識(shí)的可拓性，將這應(yīng)用于刑偵領(lǐng)域，并開發(fā)了基于可拓信息的刑偵分析系統(tǒng).陳文偉教授的挖掘腦血栓與腦出血的變換規(guī)則軟件，李興森教授的人機(jī)交互的可拓策略輔助生成系統(tǒng)，基于知識(shí)的通用鞋品智能計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)等等［70］.

2 TRIZ與可拓學(xué)的內(nèi)在聯(lián)系

TRIZ理論和可拓學(xué)這兩種創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論雖然誕生于不同年代、不同國度，但均是以解決矛盾問題為核心，已有少數(shù)學(xué)者對(duì)兩者的內(nèi)在聯(lián)系和差異性進(jìn)行了相關(guān)的研究.

TRIZ理論與可拓學(xué)都以解決矛盾問題為核心，兩者的多個(gè)模塊具有相通之處.Chang等［71］將可拓方法和TRIZ方法相結(jié)合，并創(chuàng)新性地解決技術(shù)與環(huán)境的沖突問題，提出了生態(tài)創(chuàng)新方法和沖突問題協(xié)調(diào)的CAD軟件.翟章宇［72］、仇成［73-74］等學(xué)者在研究兩種理論的基礎(chǔ)上，從理論層面分析TRIZ理論和可拓學(xué)的內(nèi)在聯(lián)系.TRIZ理論與可拓學(xué)的內(nèi)在聯(lián)系主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面.

(1)基元理論與物質(zhì)場理論

可拓學(xué)為了形式化描述物、事和關(guān)系，建立了以物元、事元和關(guān)系元作為基元，把對(duì)象、特征和量值當(dāng)做一個(gè)統(tǒng)一體.在可拓學(xué)中，客觀世界就是一個(gè)基元世界，所有問題都可以用物元、事元、關(guān)系元復(fù)合的形式來描述，處理客觀世界的矛盾就是處理基元間的矛盾.TRIZ理論則認(rèn)為所有功能是通過物體間的相互作用來完成的，由兩個(gè)物質(zhì)和一個(gè)場所組成.只有包括這3種元素且三者以適當(dāng)?shù)姆绞浇M合，并完成相應(yīng)的作用才有一個(gè)完整的功能.當(dāng)三者缺任一元素，或未實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的作用，或者產(chǎn)生有害作用，則會(huì)出現(xiàn)不完整模型、效應(yīng)不足的完整模型和有害效應(yīng)的完整模型，這時(shí)就需要運(yùn)用物質(zhì)場模型解決矛盾問題.基元理論和物質(zhì)場模型都能直觀地描述并表達(dá)矛盾問題，基元理論中的物元包含物場模型的物質(zhì).基元理論用統(tǒng)一的三元組定性判斷和定量描述矛盾問題，而物質(zhì)場模型雖然能定性反映物質(zhì)間的作用，但并不能定量反映物質(zhì)間的矛盾程度.基元理論中物元的特征和量值可以補(bǔ)充物質(zhì)場模型中物質(zhì)所對(duì)應(yīng)的屬性，能有效反映物質(zhì)場模型中不完整模型、效應(yīng)不足模型和有害效應(yīng)模型.

(2)可拓變換理論與40條發(fā)明原理

可拓變換由5種基本變換組成，分別是置換、增刪、擴(kuò)縮、分解和復(fù)制，共同組成解決矛盾問題的核心，可拓變換具有存在性、傳導(dǎo)性、不唯一性和可組合的性質(zhì).通過變換可以把一個(gè)對(duì)象變?yōu)榱硪粋€(gè)對(duì)象或者分解為若干對(duì)象，使不可知問題轉(zhuǎn)化為可知問題.TRIZ理論的40條發(fā)明原理是在分析了全世界大量專利的基礎(chǔ)上提出的，適用于不同領(lǐng)域的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，40條發(fā)明原理實(shí)質(zhì)上就是實(shí)施某種變換.周賢永［75-76］已對(duì)TRIZ的40條發(fā)明原理進(jìn)行可拓學(xué)的形式化表述，使得每條原理的操作對(duì)象、變換過程及其核心變換方法能清晰地表述出來，為人們提供了實(shí)施發(fā)明原理的切入點(diǎn).從可拓形式化40條發(fā)明原理可以得到，部分發(fā)明原理本質(zhì)上就是標(biāo)準(zhǔn)的可拓變換，其他的發(fā)明原理可以通過多種可拓變換的組合或者對(duì)某種可拓變換進(jìn)行特殊應(yīng)用得到.TRIZ理論中用于解決物理矛盾的分離原理與可拓變換也有異曲同工之處.

3 TRIZ與可拓學(xué)的差異性比較

TRIZ和可拓理論是兩種產(chǎn)生于不同國度與年代的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論，兩者的差異性必然存在，主要體現(xiàn)在理論基礎(chǔ)的差異、方法系統(tǒng)的差異、矛盾分類與研究對(duì)象的差異.

楊國為［77］對(duì)TRIZ理論和可拓學(xué)兩種設(shè)計(jì)理論在解決矛盾問題中進(jìn)行了對(duì)比研究，認(rèn)為可拓學(xué)矛盾涵義較TRIZ的設(shè)計(jì)矛盾沖突更為廣泛，可拓學(xué)可用形式化的模型表述并解決矛盾問題，但他沒有深入分析研究兩者在解決實(shí)際工程矛盾的差異性.仇成等［73］從矛盾分類、研究對(duì)象、分析工具、哲學(xué)基礎(chǔ)等角度詳細(xì)比較了可拓學(xué)與TRIZ理論的異同，通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)可拓學(xué)系統(tǒng)地給出了矛盾問題解決過程抽象的、一般的規(guī)則，從研究對(duì)象和研究目標(biāo)來看，可拓創(chuàng)新方法在研究對(duì)象和研究目標(biāo)上具有較TRIZ更為寬廣和系統(tǒng)化的理論基礎(chǔ)，更具一般性和概括性，但TRIZ更具操作性，能夠切實(shí)處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的矛盾沖突.李蘇洋、楊春燕等［78］也從兩者的宗旨和理論體系、矛盾問題分類、解決矛盾問題流程不同等來分析可拓學(xué)與TRIZ理論的差異性;臺(tái)灣學(xué)者張祥唐、陳家豪［79］則認(rèn)為可拓方法著重于思考的推演，TRIZ方法則以工程實(shí)例為基礎(chǔ)來輔助設(shè)計(jì)者創(chuàng)新.

4 TRIZ與可拓學(xué)的集成研究

可拓學(xué)與TRIZ理論是在不同的年代、不同的國度，經(jīng)過眾多研究者的長期努力發(fā)展起來的.兩種理論在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用都有其獨(dú)特的優(yōu)勢，同時(shí)在設(shè)計(jì)的不同階段都有局限性.目前，只有為數(shù)不多的研究者開始探索對(duì)比兩者的優(yōu)劣勢，并且大多研究只是在理論層面進(jìn)行單純的對(duì)比分析.因此，深入分析探究可拓學(xué)和TRIZ各自的特點(diǎn)，在某些方面的優(yōu)勢互補(bǔ)，將兩者集成具有深遠(yuǎn)的理論和實(shí)際意義.

從應(yīng)用方面來看，TRIZ方法是從大量專利中提取歸納而來，對(duì)解決工程問題中的矛盾問題具有較強(qiáng)的可操作性，但其理論體系比較零散，而且嚴(yán)重依賴于設(shè)計(jì)者的思維、觀念、經(jīng)驗(yàn)等主觀因素.不同的工具僅僅反映產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的某個(gè)方面［80］，這些特點(diǎn)使得TRIZ理論難以廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域.TRIZ主要是以解決技術(shù)矛盾為主，但是技術(shù)矛盾指系統(tǒng)中的問題是由兩個(gè)參數(shù)導(dǎo)致互相制約的矛盾，即一個(gè)參數(shù)的改善會(huì)引起另一個(gè)參數(shù)的惡化，矛盾矩陣所討論的只是兩個(gè)參數(shù)之間的沖突，而工程實(shí)際中的矛盾往往比較復(fù)雜，一個(gè)參數(shù)可能會(huì)與多個(gè)參數(shù)同時(shí)發(fā)生沖突.這也是TRIZ的局限性所在，在復(fù)雜產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中一個(gè)參數(shù)的改善可能引起多個(gè)參數(shù)的惡化，其中的一部分只是微小的惡化(或許可忽略不計(jì))，另外的是較大的惡化，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)有著明顯的影響，即參數(shù)之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性所致.經(jīng)典的TRIZ理論主要應(yīng)用于工程領(lǐng)域，對(duì)于非工程領(lǐng)域的應(yīng)用很少涉足，文獻(xiàn)［81］通過整理產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造銷售過程中的各種管理經(jīng)驗(yàn)，將TRIZ中的39個(gè)通用參數(shù)轉(zhuǎn)化為具有管理內(nèi)涵的參數(shù)，并應(yīng)用于管理過程中的矛盾問題解決;Yang G W等［82］針對(duì)TRIZ理論核心工具在非工程領(lǐng)域應(yīng)用不方便的問題，根據(jù)可拓學(xué)理論構(gòu)建了23個(gè)新的工程參數(shù)、32條新的發(fā)明原理，組成了一個(gè)新的矛盾矩陣，并將這新的核心工具應(yīng)用于鞋品概念設(shè)計(jì)這個(gè)非工程領(lǐng)域.正如Chen＆Liu的研究［83］所強(qiáng)調(diào)的那樣，人們?cè)趯?duì)系統(tǒng)做出某些改善時(shí)，經(jīng)常無法察覺這一改善將具體引發(fā)何種新問題.賀曉明［84］認(rèn)為TRIZ在幫助設(shè)計(jì)者獲得創(chuàng)新設(shè)計(jì)問題的創(chuàng)新解的過程中，有多個(gè)局限性，具體為:(1)TRIZ并未提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程中針對(duì)具體產(chǎn)品需求獲取的方法;(2)TRIZ在系統(tǒng)性地生成概念初始方案方面沒有辦法;(3)TRIZ的物質(zhì)場分析模型等工具可以用于對(duì)簡單問題的分析和定義，其他復(fù)雜問題就無能為力了;(4)TRIZ沒有提出針對(duì)創(chuàng)新方案的評(píng)價(jià)機(jī)制，使得最終方案的確定只能依賴于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn);(5)TRIZ的工具很多，但并未提出產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題的系統(tǒng)流程，不能通過TRIZ對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行引導(dǎo)和控制.

可拓學(xué)用形式化的模型分析和解決矛盾問題(不相容問題和對(duì)立問題)，因此所研究的矛盾問題更具普遍意義.自然界中的矛盾問題都能用可拓學(xué)中的基元理論來表達(dá)，可拓變換是解決矛盾問題的手段，通過置換、增刪、擴(kuò)縮、分解、復(fù)制這5種基本變換以及積變換、與變換、或變換、逆變換4種基本運(yùn)算能將不可知問題變?yōu)榭芍獑栴}.運(yùn)用可拓學(xué)中的拓展分析處理TRIZ中定義的矛盾具有明顯的優(yōu)勢.可拓學(xué)中所特有的基元表述方式和拓展分析方法對(duì)矛盾系統(tǒng)涉及的初始問題進(jìn)行等價(jià)交換，使得整個(gè)問題分析過程在本質(zhì)上始終是初始問題而不是新問題，給出分析和解決問題相對(duì)固定的模型，更具一般性和適用性，而且主要采用數(shù)理分析的研究方法.用可拓學(xué)中的拓展分析方法和基元形式化表述矛盾問題，能對(duì)矛盾系統(tǒng)中的相關(guān)要素進(jìn)行靈活變換與拓展，可有效降低TRIZ問題分析和解決過程中存在的高度抽象性和模糊性.

TRIZ理論中所定義的物理矛盾與技術(shù)矛盾，其根本原因就是現(xiàn)有的方法不能解決所面臨的問題，其本質(zhì)上就是某種主觀需求與客觀實(shí)際情況之間存在的一種不兼容性.而可拓學(xué)正好是解決任何領(lǐng)域的不兼容問題.可見在建立解決矛盾問題模型中集成該兩種理論是可行的.根據(jù)可拓學(xué)中界定問題的方法，對(duì)于技術(shù)系統(tǒng)中提出的要求可以描述為某個(gè)目標(biāo)G，而現(xiàn)有的方法或者客觀存在的規(guī)律與條件可以描述為某個(gè)條件L.因而，TRIZ中的發(fā)明問題可以轉(zhuǎn)化為可拓學(xué)中的基本模型:P=G*L.

從研究對(duì)象和研究目標(biāo)來看，可拓學(xué)具有更寬廣和系統(tǒng)化的理論基礎(chǔ)，可拓方法著重于思考的推演，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供一系列靈活的思維變換方法和合理的表達(dá)模型，有利于計(jì)算機(jī)操作，更具一般性、概括性;但TRIZ以工程案例為基礎(chǔ)，能清晰地反應(yīng)在創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中各項(xiàng)特征，以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來指導(dǎo)設(shè)計(jì)者，在創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程中有更強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，更具操作性.因此，若能將可拓學(xué)形式化的語言表述問題和解決矛盾問題的方法與TRIZ在工程實(shí)例中歸納總結(jié)出的解決矛盾問題的方法進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，則會(huì)形成表述問題更清晰，解決矛盾問題更具操作性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法.

5 總結(jié)與展望

本文從理論層面和方法體系比較了可拓學(xué)和TRIZ理論，分析得出兩者在解決矛盾問題上的聯(lián)系和區(qū)別，并對(duì)兩者集成進(jìn)行了初步的探索.可拓學(xué)與TRIZ理論都有相對(duì)成熟的理論與方法體系，都是以矛盾問題為研究對(duì)象，并開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新軟件來解決矛盾.TRIZ主要是解決設(shè)計(jì)中如何做的問題，對(duì)于設(shè)計(jì)中做什么的問題并未給出合適的工具，可拓學(xué)能提供設(shè)計(jì)者完整的思考路徑與模式，卻不能提供解決問題的有效方法，因而將可拓學(xué)與TRIZ理論進(jìn)行比較和整合，利用各自的優(yōu)勢，彌補(bǔ)兩者的不足.

基于TRIZ與可拓學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)集成創(chuàng)新方法的研究有如下趨勢:

(1)現(xiàn)有研究只是停留在兩者理論層面上的分析對(duì)比，需要對(duì)兩者進(jìn)行深入的優(yōu)勢互補(bǔ)性研究，從而實(shí)現(xiàn)兩者的有效集成.

(2)現(xiàn)有的矛盾問題消除系統(tǒng)，很大程度上依賴于設(shè)計(jì)者的直覺，缺乏統(tǒng)一的可行分析模型，這給問題的解決造成很大的阻礙.可拓學(xué)中的物元模型及拓展分析能將矛盾問題清晰地表示出來，建立矛盾問題的可拓模型，將為TRIZ理論各種工具的應(yīng)用指明了方向.若能建立統(tǒng)一的分析模型，將節(jié)約大量時(shí)間與工作量.

(3)已有研究均未直接探討如何用可拓理論對(duì)40條發(fā)明原理的核心變換，從而導(dǎo)致不能準(zhǔn)確地剖析各條發(fā)明原理的本質(zhì)變換，在操作對(duì)象和變換方法上仍存在模糊性.

(4)將兩者集成的創(chuàng)新方法應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新軟件(CAI).開發(fā)研制計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新軟件，這將大大提高創(chuàng)新設(shè)計(jì)的效率和成功率.

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