发明问题解决算法教育ppt课件.ppt

发明问题解决算法PPT讲座,第一节 ARIZ概述,ARIZ是俄文发明问题解决算法的缩写(英文缩写为AIPS)，是发明问题解决过程中应遵循的理论方法和步骤。ARIZ是基于技术系统进化法则的一套完整的问题解决程序，是TRIZ理论的核心分析工具之一，集成了TRIZ理论中大多数观点和工具。最初由阿奇舒勒于1977年提出，随后经过多次改进才形成比较完善的理论体系，即ARIZ一85。对于某些复杂问题，由于定义冲突或建立物场模型较为困难，因而不能直接应用冲突矩阵或物场分析求解。在这种情况下，可以考虑使用ARIZ来解决问题。ARIZ采用一套逻辑过程逐步将初始问题程序化，其目标是建立相应的物理冲突或技术冲突，并解决这些冲突。该算法主要针对问题情况复杂、冲突及其相关部件不明确的技术系统。,下一页,返回,第一节 ARIZ概述,它通过对初始问题进行一系列变形、再定义等非计算性的逻辑过程，实现对问题的逐步深入分析和转化，而最终解决问题。该算法尤其强调问题冲突与理想解的标准化，一方面技术系统向理想解的方向进化，另一方面如果一个技术问题存在需要克服的冲突，该问题就变成一个创新问题。应用ARIZ取得成功的关键在于没有理解问题的本质前，要不断地对问题进行细化，一直到确定了物理冲突为止。一、ARIZ的理论基础ARIZ的重要思想是将非标准问题通过各种方法进行变换，转化为标准问题，然后利用TRIZ中的标准解来获得相应的解决方案。其理论基础由以下3条原则构成。,上一页,下一页,返回,第一节 ARIZ概述,1.转化原则ARIZ是通过确定和解决引起问题的技术冲突，对发明问题进行转化的一套连续的程序。具体的过程为，首先利用ARIZ将系统中一个状况模糊的原始发明问题“缩小”化;其次是定义系统的技术冲突和物理冲突，并为冲突建立对应的“问题模型”;最后是分析该问题模型，定义问题所包含的时间和空间，利用标准解或物场分析方法，从而获得系统的最终理想解。2.抑制或激发原则设计者一旦采用了TRIZ来解决问题，就必须克服其惯性思维，以激发其想象力。因为TRIZ是一个作用广泛、应用灵活的分析工具，而惯性思维很可能将设计者引入到一个牛角尖中，为创造性问题的解决带来很大的障碍。,上一页,下一页,返回,第一节 ARIZ概述,ARIZ的固定步骤次序和非专业术语的使用，有助于抑制惯性思维、激发想象力，从而避免了常见的错误;同时可以激发设计者突破专业领域的限制，增加解决问题的信心和能力，引导其思维向着有利于问题解决的方向发展。从这个意义上讲，ARIZ是学习和掌握TRIZ理论所不可缺少的工具。固定步骤能够帮助ARIZ的使用者，为掌握ARIZ提供具体而详细的路径。大量的工程实例表明，利用非专业术语可以大大提高设计的成功性。例如，在设计破冰船时，设计小组最初一筹莫展，因为他们一直想制造一艘能够打破坚冰的新型船。后来有人提出用“物体”代替“破冰船”这一术语，解决措施随之出现，即这一“物体”也可能只需穿过冰面，而不需要打破坚冰。,上一页,下一页,返回,第一节 ARIZ概述,3.发展原则ARIZ并非一个僵化不变的体系，而是一个不断地吸取新知识的体系。从1977年诞生后，TRIZ的专家们一直在不断地对其进行修订和完善。如今，ARIZ仍然随着科技的发展而与时俱进，新的知识库可以大大拓展ARIZ解决发明问题的能力，某些解决方案已经成为扩充的ARIZ的一部分。而经过发展、扩充后的ARIZ也不断促进技术的进步，二者形成一种良性循环。二、ARIZ的基本特点TRIZ理论的研究者从不同的角度给出了ARIZ的一些特点，这些特点主要是:,上一页,下一页,返回,第一节 ARIZ概述,(1)ARIZ是一种引导我们进行全面思考的工具，但是并不能用它来代替思维过程。在利用ARIZ进行思考时，一定要非常仔细地阅读ARIZ中的每一个步骤，并按照其引导进行思考。同时，把你在思考过程中想到的所有想法都记录下来，包括那些表面上看起来可笑的、荒诞不经的“胡思乱想”。(2)ARIZ不是一个方程式，直接将问题作为变量带进去是得不到答案的。ARIZ是一个包含了多个步骤的、相对复杂的解题流程。在这个流程中，阿奇舒勒将经典TRIZ中的多种解题工具、重要理论概念和一些实用的创造性思维方法有机地结合起来，通过分析问题的技术冲突来转换发明问题，并最终解决问题。因此，它能够使一个人拥有很多发明家的经验，并不断提高运用这些经验的能力。,上一页,下一页,返回,第一节 ARIZ概述,(3)从有效性和复杂性来看，冲突矩阵、分离原理和标准解系统等TRIZ工具与ARIZ正好相反。不加选择地使用这种极端强大，但是又非常复杂、难用的工具，会令使用者失望的。只有将ARIZ用于求解那些真正特殊的问题，才是合理的。根据阿奇舒勒的研究，在工程实践中所遇到的问题，只有不到5%是属于这种类型的。与其他TRIZ工具一样，利用ARIZ对问题进行求解，最后得到的只是一个概念解。如何利用这个概念解来解决实际问题，还需要设计人员具体问题具体分析，利用自己的专业领域知识，将获得的概念解逐步转化为可以实施的详细解决方案。,上一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,阿奇舒勒提出的ARIZ-85共有9个关键步骤，这些步骤是:问题分析;问题模型的分析;陈述最终理想解(IFR)和物理冲突;运用物场资源;知识库的应用;转化或替代问题;原理解评价;原理解最大化;解决方案的专家分析。在每个步骤中都含有数量不同的多个子步骤，在解决实际问题的过程中，并没有强制要求按顺序走完所有的9个步骤，而是一旦在某个步骤中获得了问题的解决方案，就可以跳过中间的其他几个无关步骤，直接进入到后续的相关步骤来完成问题的解决。图7-1所示为利用ARIZ分析问题的流程图。图7-1中前5个步骤将初始问题转化为具体的冲突，并解决这些冲突;如果在前五步问题没有得到解决，步骤六重新定义问题并跳回到第一步，再次求解问题;当问题被解决后，可以应用步骤一七来评价该解决方案。,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,步骤八由问题特解中抽取出可用于解决其他问题的通用解法;步骤九主要是针对TRIZ专家，由专家分析应用ARIZ求解该问题的过程，以便不断改进和完善ARIZ。下面以ARIZ一85的理论体系为主，来介绍ARIZ的理论方法和基本步骤。一、问题分析问题分析的主要目的是将一个模糊不清的问题转化为一个描述明确的问题模型。在利用ARIZ对问题进行分析时，应尽量保持系统的稳定性，达到消除系统缺陷与完成改进的目的。同时，又可以通过引入约束、激化矛盾，发现技术系统中隐含的冲突。本步骤又可以细分为以下7个子步骤:,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,“缩小”问题的确定;定义冲突的元素;技术冲突图解模型的定义;选择并分析技术冲突图解模型;强化技术冲突;建立问题模型;应用标准解系统。1.“缩小”间题的确定所谓“缩小”问题，是指将问题进行层层分解，剥离不必要的因素，只保留与该问题密切相关的因素，达到消除系统缺陷与完成改进的目的。把问题转化为“缩小”问题，可以在不改变系统的前提下，引导设计者在解决发明问题时明确冲突。在陈述“缩小”问题时，需要找到系统中的技术冲突，必要时可对系统做最小的改动。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,正如前文所言，技术冲突突出表现为一些改进措施可能在技术系统中产生有害或有益的影响，这两种影响都是改进措施直接导致的结果。当然，技术系统进化的目的就在于最大限度地引入或者改善有利作用，同时最大限度地消除或减小有害作用。例7-1 天文望远镜无线电波接收系统射电天文望远镜是通过接收来自于宇宙空间的无线电波，从而获得宇宙的相关数据。因此，射电望远镜需要配备体积较大的无线天线。避雷针(导体)可以保护射电望远镜的天线免受雷击。无线电波接收技术系统包括无线天线、无线电波、避雷针和闪电。在这个技术系统中，避雷针的数量和天线接收的无线电波的量之间存在冲突。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,“缩小”化该问题之后，可以发现这个技术系统存在两个主要冲突:技术冲突一(TC-1):如果系统有较多的避雷针，可以有效保护天线免遭雷击。但是，避雷针会吸收无线电波，从而减少了天线可接受的无线电波的数量。技术冲突二(TC-2):如果系统只有极少数的避雷针，将不会吸收掉大量的无线电波，但在这种情况下，避雷针可能不足以完全保护天线免遭雷击。必要时，可以对系统做最小的改动，在保护天线免遭雷击的同时又不吸收掉无线电波。2.定义冲突的元素冲突元素一般指工件和工具。工件是指问题中需要“加工处理”的元素，例如，需要对元素进行制造、移动、调整、改进、保护、探测及测量等。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,工具则是指直接作用在工件上的元素。工具可以是环境中一些较为特殊的部分，也可以是装配中使用的标准零部件。需要注意的是，工具一定是“直接”作用而非“间接”作用。例如，钻孔时，直接起作用的工具是“钻头”而非“钻床”;黑暗中起照明作用的是“光”而非“手电筒”或“灯泡”等。比如，在天线保护的例子中，工件:闪电和无线电波;工具:避雷针(导体)。3.建立技术冲突的图解模型通过研究，阿奇舒勒总结出一些典型的矛盾冲突模型，现将这些典型的矛盾冲突模型列于表7-1中。注意:如果非标准的图解模型更能够反映矛盾的本质，则允许使用那些非标准的图解模型。在例7-1天线保护的例子中，TC-1和TC-2图解模型均为成对作用3，其图解模型见图7-2和图7-3。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,图7-2的图解模型表示:在导体很多的情况下，导体对闪电的作用是足够的、有效的(用带箭头的实线表示)，但是对无线电波产生了有害作用(用带箭头的实波浪线表示);图7-3的图解模型表示:在导体很少的情况下，导体对闪电的作用是不足的(用带箭头的虚线表示)，同时导体对无线电波不产生有害作用(用打叉的带箭头实波浪线表示)。具体的解决方案应为:在不破坏系统的条件下，消除有害作用并保留有利作用。4.选择并分析技术冲突图解模型从多个技术冲突图解模型中，选择一个能够准确表达关键问题的模型。在例7-1天线保护的例子中，关键问题是接受无线电波。所以我们选用TC-2即少数避雷针，在这种情况下，导体(避雷针)的数量很少，所吸收的无线电波的量也非常少。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,选择并分析技术冲突图解模型的最终目的在于抓住主要矛盾，适当地忽略次要矛盾。5.强化技术冲突通过指出元素的限制状态或限制作用来强化技术冲突，从而发现技术系统中隐含的冲突或矛盾。大多数的问题都包含“多量元素”对“少量元素”、“强的元素”对“弱的元素”等类型的技术冲突。对于“少量元素”的冲突，只可以转化成“没有元素”或“缺少元素”。在例7-1天线保护的例子中，让我们考虑替代“少数装置”，在TC-2中有“缺失的装置”。6.建立间题模型,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,可以通过陈述“冲突的元素”“冲突的强化规则”以及“将附加元素(X)引入系统来解决问题的效果(保持、消除、改进等)”三部分内容来建立问题模型。比如在天线保护的例子中，已知:一个缺失的装置和闪电，缺失的装置不阻碍天线接收无线电波，但不能提供免遭雷击的保护。要求寻找X，具有以上缺失装置的特性(不阻碍天线接收)同时也能保护天线免遭雷击。7.应用标准解系统考虑应用标准解系统来解决问题模型，如果能够获得恰当的解，则可以直接跳到步骤七;否则应进入下面的步骤二。二、问题模型的分析,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,此步骤的主要目的是用来创建解决问题的空间、时间、物质和场等可用资源。主要包括定义操作区域(OZ)、定义操作时间(OT)、定义物质和场资源(SFR)3个子步骤。其中，OZ一般是在问题模型中由冲突所表明并呈现出来的范围;OT由冲突发生中的持续时间T1和冲突发生前的时间T2组成，瞬时的或短暂的冲突通常可在T2阶段进行有效地预防或消除;SFR是已经存在的物质和场(或者根据问题描述容易获得的)，主要有以下3种类型:(1)内部SFR，包括工具的SFR和工件的SFR。此种类型在解决“缩小”问题时应优先考虑，因为理想的方法是以最小的资源付出来获得所需求的结果。(2)外部SFR，包括特定环境中的已知SFR和隐含于问题中的SFR。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,如观察宇宙中的星系，宇宙是特定环境中已知的SFR;地球上的物体总是受到重力场的作用，重力场就是隐含于问题中的SFR。(3)超系统的SFR，包括其他系统的废旧资源以及极低成本的“外界”因素。三、陈述最终理想解(IFR)和物理冲突通过步骤三，可以使我们对最终理想解有一个形象化的描述，同时还将确定出阻碍实现最终理想解的物理冲突。虽然并不一定总是能够实现理想解，但是最终理想解却给我们指出了获得强有力的解决方案的方向。本步骤又可细分为以下几个子步骤:确定初步的IFR-1,强化的IFR-1，描述技术系统存在的物理冲突或技术冲突，确定最终的IFR-2及使用标准解法解决新问题等。1.确定初步的IFR-1,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,通过引入附加元素X，不会造成系统的复杂化，也不会产生任何有害效应。在一定的操作空间和时间内，还有助于消除原有系统的有害作用。2.强化的IFR-1根据步骤二，列出系统内所有的可用资源清单，选择一种资源作为附加元素。选用顺序为:内部的SFR、外部的SFR和超系统的SFR。考虑如何利用附加元素达到理想解，可以先设想附加元素具有相反的两种状态或属性，然后忽略其可实现性，遍历所有资源后，选择一个最可能实现理想解的资源作为附加元素。在例7-1天线保护的例子中，关于天线保护问题的模型中没有包含工具。根据分析，IFR-1需要与环境进行结合，因此X(元件)用“空气”来替代。3.描述技术系统存在的物理冲突或技术冲突,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,这里的物理冲突表示在操作区域内物理状态的相反需求，一个简短的物理冲突一般按照以下模式来阐述:为了执行相应的、有益的功能，元素(或其部分)应在操作区域内;为了防止相应的、有害的功能，又不应在操作区域内。在例7-1天线保护的例子中，空气柱在操作时间内应该是电传导的，以移走闪电;又应该是非导电的，以避免吸收无线电波。也就是说，自由电荷在雷击时必须在空气里，以提供电传导来移走闪电，其余时间又不能在那里，需要消除电传导性以避免吸收无线电波。4.确定最终的IFR-2其阐述模式为，在指定的操作时间和操作空间内，应该依靠自己提供相反的宏观状态或微观状态。比如，在例7-1天线保护的例子中，空气柱中的中性分子需要依靠自己在雷击时转化为自由电荷。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,闪电后释放电荷，需要依靠自己再转化为中性分子。5.使用标准解法解决新间题同理，如果到达此步骤时，采用标准解法能够解决新问题即最终理想解IFR-2，可以直接跳到后面的步骤七;若不能够解决这个新问题，则继续进入下一个步骤。四、运用物场资源步骤四由系统化的过程组成，这些过程将指引我们向着增加资源可用性的方向前进。具体方法是:通过对那些能够得到的、几乎免费的物场资源进行稍微的转换，使之成为可直接使用的资源。1.运用物场资源需要遵循的规则,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,(1)单一规则。呈现某种单一状态的任何物质粒子A只能执行一种作用，若要同时执行另外一种作用，则需要引入另外一种物质粒子B(2)分组规则为了使引入的(或原有的)物质粒子具有新的功能，可以通过一些途径或方法，使其中的一部分保持原来的状态，而其中另一部分改变状态，力图使其与存在的问题相适应。同时，因为改变了其中一部分物质粒子的状态，可能导致两部分不同状态的物质粒子相互作用，从而获得第三种附加的作用或物质粒子。(3)回归规则。当原有的(或引入的)物质粒子完成其功能，解决了相应问题之后，应当回归其原来的状态。2.运用物场资源的常见方法1)智能小矮人(Smart Little People,SLP)仿真,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,智能小矮人仿真是ARIZ中经常使用的一种引入物场资源的方法，它实质上是一种思考问题的方法。通过该方法将冲突要求想象成一幅小矮人执行功能的简图，其中小矮人代表问题模型中的可变元件。利用小矮人仿真，需要问题解决者的观察角度从宏观向微观转变，最终再从微观转变为宏观。在例7-1天线保护的例子中，为了解决技术冲突，采用小矮人仿真方法来创建一幅小矮人执行功能的简图。在图7-4中，选择的空气中的小矮人(方框中具有填充色的小矮人)，与未被选择的空气小矮人(方框外面没有填充色的小矮人)一样。每一个小矮人手拉手，因为他们的手都在忙碌着，所以不能捕捉到闪电粒子(图7-4中更小的闪电中的小矮人)，闪电粒子可以从空气中自由通过。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,这表明，选择的空气与普通的空气一样，均为中性，因而不能导电，不能实现保护天线的功能。显然，该系统只有一种物质粒子，根据分组规则，可以将这种粒子分成两组，使其中一组粒子保持原状态，而其中另一部分改变状态。应用分组规则后的空气小矮人冲突模型如图7-5所示。在图7-5中，小矮人分成两组，一组小矮人仍然保持其原来的状态(中性)，与图7-4中相应的小矮人相同;另一组为方框中的小矮人，改变了状态他们没有手拉手。这一改变表明他们具备捕捉闪电离子的能力。由此可见，转变空气分子的状态可能会解决这个问题。剩下的问题就是如何改变选择的空气状态问题，即考虑如何使空气具备捕捉闪电的能力。根据物理的知识，可以考虑采用降低选择的空气气压，以便能够将其进行电离分解。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,利用SLP解决问题时，相应的简图非常重要。一幅优秀的简图应该是，即使没有文字也可以清楚地表达问题求解者的意图，并且能够提供相关物理冲突的附加信息，从而为问题的解决指明途径。2)由IFR退回的策略当我们能够想象到最终的解决方案时，寻找获得最终解决方案的路径便成为关键，此时从IFR“退回”或许有助于获得最终解决方案的路径。例如要求两个连接件互相接触，从IFR“退回”则可以认为，工件之间存在间隙，问题转变为怎样消除这些间隙。消除间隙的方法有很多种，它远比考虑怎样让工件保持接触要容易，或者远比让工件保持接触更能让问题求解者有思路。这种退回策略有助于我们更好地认清问题的本质，从而为解决这些问题铺平道路。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,在许多工程实际问题中，都有着类似的原理或途径，因此采用由IFR退回的策略，寻找获得最终理想解的路径是一种相当普遍的方法。3)使用真空区真空是一种非常重要的物质资源，其主要优点在于，当真空与其他物质资源混合时，既可能改变原有物质资源的状态或性能，又不会在技术系统中引入新的有害功能或作用。利用真空这个突出的优点，可以重新审视多种物质资源。可以将固体看成固体填充物与真空区域的混合体。当然，这种固体中的真空区域很可能已经被液体或气体填充。同理，可以将液体看成液体填充物和真空区域的混合体，只是这种真空区域往往已经被气体填充如其不然，水中就不可能存在鱼、虾等生物了。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,比如，在例7-1天线保护的问题中，稀薄的空气可认为是空气和真空区的混合物，物理学告诉我们:降低气体的压力可以降低气体放电所需的电压。现在，我们可以得到这样一个完整的概念解:一个透明的避雷导体由绝缘的密封管制成，将密封管内部的气体压力设定为某个数值。在该数值下，闪电的电场能够以最小的气体电离梯度使密封管中的气体产生放电现象。4)使用物质资源的混合物一般而言，采用当前可用资源已经不太可能解决发明问题时，通常需要问题求解者根据需要在系统中引入新的物质来解决问题。但引入新物质可能导致技术系统复杂化，一些有害的作用或功能也会随之而来。集成两个系统来组成一个新的系统，其实质是保留新系统的边界。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,若将一本书看做是多系统，那么这本书的每一页纸可被看做是单系统;要保持新系统(这本书)的边界，需要引入第二种物质，一种边界物质，即使这种物质是空隙。在利用真空的策略中，将真空作为第二种边界物质引入到新的系统中。当将某个单系统与真空混合时，边界变得模糊，此时新的特性出现了，这种新的特性可能是设计者所需要的结果。5)使用“原生”物质资源“原生”物质资源包括两种情况:一种是化学分子式相同，但相状态不同;另一种情况为由其他物质通过化学反应获得，则反应物是生成物的“原生”物质资源。例如，石墨和金刚石的化学分子式相同，但其相状态不同，因此可以认为石墨和金刚石互为“原生”物质资源。通过碳与氧的化学反应可以得到二氧化碳，因此碳和氧是二氧化碳的“原生”物质资源。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,利用“原生”物质资源可以大大开阔解决问题的思路。当需要的物质不能够得到，或者引入这种物质将会给技术系统带来难以克服的困难时，就可以考虑使用它的“原生”物质资源。这种思路有时会带来意想不到的效果。如果能够将上述的(3),(4),(5)几个策略组合在一起使用，那么我们解决问题的能力将会得到进一步的提高。6)引入电磁场利用电场可以控制物质中的电子，再通过电子控制相应的物质;利用磁场可以控制铁磁材料。巧妙地利用电场或磁场，可以完成一些似乎难以完成的任务，从而实现自动控制。例如，在一种新型的研磨工具中，需要控制上万颗金字塔形状的钻石，使其尖头处于向上位置，以便获得最佳的研磨效果。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,如果利用手工来摆放这些钻石，这确实是一件难以完成的工作;如果利用磁场和磁粉结合，则摆放金刚石的工作将会变得非常容易。五、知识库的应用在多数情况下，步骤四可以直接提供问题的解决方案，因此可以直接跳至步骤七。但有时不能得到解决办法，这时应该进入步骤五，借助于TRIZ知识库中积累的经验，使要解决的问题冲突变得清晰明了。步骤五又可以细分为以下几个子步骤。1.应用标准解法来解决间题前面步骤的主要思想是利用现有的SFR(物场资源)来解决问题，即尽量避免引入新的物质和场资源;当仅仅使用可用的SFR或“原生”物质资源无法得到解决方案时，则需要引入新的物质和场资源。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,大多数标准解法中，都涉及引入附加物质资源的方法。2.应用ARIZ的非标准间题的解决方案解决间题在解决问题过程中，相互关联的矛盾冲突非常少，很多难题可以通过类推来说明包含相似矛盾的问题从而得到解决。因此可以利用以前用ARIZ获得的解决方案来解决当前的问题。3.应用分离原理来解决矛盾冲突只有完全匹配或接近于最终理想解(IFR)的解决方案才可以被采用。4.应用自然知识和现象库来解决矛盾冲突例7-2如何焊接金链的非常细小的链环?问题:这种金链非常细，1 m长的金链子重量只有1 g。现在需要找到一种方法，要求在1天内完成一条几百米长的金链焊接。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,这个问题可以分解成以下几个子问题:(1)如何将微剂量的焊料填充进链环的缝隙中。(2)如何在不损害金链的前提下，加热被填充在缝隙中的微剂量焊料。(3)如何清除其他多余的焊料。其中，最主要的问题是如何将微剂量的焊料填充进链环的缝隙中。因此，我们可以在科学效应库中进行查找，以便寻找可以提供这种功能的科学效应。六、转化或替代问题要解决一个问题，首先就要正确的理解该问题。在开始的时候，通常很难准确地将问题定义出来。随着对问题的分析不断深入，就会越来越接近问题的本质。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,因此，问题求解的过程就是对问题进行深入理解的过程，也是一个不断修正问题描述问题的过程。(1)若问题已经得到解决，需要将理论上的解决方案转化成实现IFR的原理图，并阐述其作用原理。(2)若问题没有得到解决，需要检查步骤一，若在步骤一中描述了多个问题的联合体，那么需要将其进行分解，并重新描述并确定主要的问题，以便及时准确地解决主要问题。在例7-2中，如何焊接金链的非常细小的链环?就将问题分解成了3个简单的问题，主要的问题是如何将微剂量的焊料填充进链环的缝隙中。(3)若问题仍未得到解决，则采用步骤一中第4个子步骤，通过选择另外的矛盾冲突来完成问题的转化。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,对于例7-1保护天线的例子来说，我们从两个图形化矛盾模型中选择的是TC-2。如果到目前为止，沿着TC-2所指出的方向仍然无法解决该技术冲突，则选择TC一1所指出的方向来求解该技术冲突。(4)若采用上述方法仍然不能够解决问题，则采用步骤一中第1个子步骤，重新定义“缩小”问题。在重新定义“缩小”问题时，应适当地扩大系统的范围，将以前属于超系统的某些部分定义到系统中来。这样一来，不仅可以将更多的资源纳入到系统中，而且还可以扩大问题的解空间。例7-3 煤矿用救生服的改造煤矿救生员的救生服上有一个冷却系统，这个冷却系统重20 kg。除此之外，每个救生员还要携带一个重量为20 kg的呼吸器，这在很大程度上妨碍了救生员的工作。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,为了减轻重量，冷却系统和呼吸器可以合并成一个系统，这个新的系统使用液态氧。当液态氧变为气态氧的时候，需要吸收热量，从而产生救生服所需要的制冷效果，所生成的气态氧可以用于呼吸。经过改进以后，设备的重量只有20 kg。七、原理解评价本步骤的主要目的是检查获得的IFR解决方案的质量。评价标准在于，获得IFR耗费物质资源的多少。显然，物质资源耗费越少越好。本步骤又可以细分为以下4个子步骤:解决方案的检查，解决方案的初步评价，通过专利搜索来检查解决方案的新颖性、子问题预测等。1.解决方案的检查检查是否可以利用已有资源或“原生”物质资源来代替引入的物质和场。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,如果能够使用“原生”物质资源代替引入的物质和场，则可以不需要引入任何外来物质资源而改变系统及其状态。检查是否可以利用自我控制的物质。自我控制物质是通过特殊方法改变其状态以响应环境状况变化的物质，例如加热到居里点以上磁粉失去了磁性。利用自我控制的物质，允许不依靠外加设备来进行系统的改变或状态的更改。2.解决方案的初步评价在TRIZ中，可以将所得到冲突的解分为离散解和连续解两类。离散解是指彻底消除了技术冲突，或新解使得原有技术冲突已不存在;连续解是指新解消除了一部分技术冲突，但冲突仍然存在，不断消除冲突的同时产生一系列新的冲突，这些冲突构成冲突链。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,需要判断或预测解决方案是离散解还是连续解，如果是连续解，将可能引起哪些新的子问题?同时，还需要评估解决方案是否具备以下特征:(1)是否较好地实现了IFR-1的主要目的需求?(2)是否解决了一个物理冲突?(3)解决方案是否容易实现?(4)新系统是否包含了至少一个易控元素，如何进行控制?若解决方案不能满足上述初步评估，则需要回到步骤一重新进行“缩小”问题的定义。3.通过专利搜索来检查解决方案的新颖性可以通过搜索与解决问题相互关联的发明专利，来检查所使用的解决方案是否在已有问题解决过程中是初次使用。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,4.子间题预测新系统形成过程中会出现多种子问题，如果要解决它们，就需要预测这些子问题是否需要创新、计算、设计以及怎样克服这些困难等。请将未来在解决这些新问题时需要做的工作记录下来。八、原理解最大化一旦某个创新概念形成，它就像一把万能钥匙，不仅能够解决特定的问题，而且还可能适用于其他类似的问题。因此，有必要评估该方法是否可以应用于其他问题，从而获得资源的最大化利用。1.定义超系统的改变子系统改变可能会影响到超系统，因此有必要重新定义超系统。重新定义的超系统应该包括已经变化了的子系统。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,2.进行可行性分析分析改进后的超系统和子系统是否可以按照问题求解者设计的方式工作。3.进行拓展性分析分析获得的解决方案是否能够应用于其他相似的问题。在拓展分析中，主要考虑以下几个因素:(1)简要陈述解决方案的通用原理(2)考虑直接利用解法原理来解决其他问题。(3)考虑使用相反的解法原理来解决其他问题。(4)建立一个包含解决方案所有可能更改的形态矩阵，并仔细考虑从矩阵中所产生的每一种组合。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,(5)仔细考虑解决方案的更改将导致由系统尺寸或主要零件引起的变化，想象一下如果尺寸趋于零或延伸到无穷大的可能结果。九、解决方案的专家分析TRIZ专家通过该步骤来评估改进ARIZ，一般初学者可以忽略该步骤。如果对TRIZ的理解已经进入较深的层次，则可以通过该步骤对问题的解法过程进行透彻地分析。(1)将解决问题的实际过程与ARIZ理论的求解流程进行比较，并记下所有存在偏差的地方。(2)将解决问题的实际解法方案与TRIZ知识库(分离原理、标准解法、效应和现象知识库等)的信息进行比较，如果知识库中没有包含该解决方案的原理，则对该方案进行归纳整理，以便在修订ARIZ时进行扩充。,上一页,下一页,返回,第二节 ARIZ-85的基本步骤,以上通过一些工程实例介绍了发明问题解决算法ARIZ-85的应用过程。尽管ARIZ是面向TRIZ专家采用的工具，但是对于有志于学习和应用TRIZ的研发人员来说，理解并掌握ARIZ也是十分重要的。该算法所提供的解决问题的思路和方法，为研发人员提供了全新的思维方式。如果TRIZ是脚手架，则ARIZ就是建造高楼大厦的蓝图。人们正是通过应用TRIZ这个工具，踩着ARIZ的节拍，将创新的理想一步一步地变成现实。,上一页,返回,第三节 利用ARIZ解决创新问题,按照TRIZ理论的基本观点，对同一问题的解决可能有多个不同的方案，解决方案的难易及可行性与对问题的描述方法息息相关。把实践中的冲突描述为缩小的问题，将指引问题求解者朝着最终理想解的方向前进，从而找出既简单又有效的方法，以最小的代价使问题得到解决，发明问题解决算法就是为实现这一目的而开发的。ARIZ采用循序渐进的方式，从陈述问题开始，一步一步地对问题进行深入地分析，对问题的结构进行解析，将模糊的初始问题转化为简单的问题模型，从而找到问题中包含的主要冲突，最终实现对问题的求解。下面通过一些工程实例简要说明ARIZ的应用。例7-4某造纸厂用圆木作造纸原料。原木卸在海边的传送带上，并运往砍削机进行加工。,下一页,返回,第三节 利用ARIZ解决创新问题,为了使切削流程顺利完成，对圆木输送到砍削机时的轴线方向做了规定。由于圆木卸下时杂乱无章地堆砌在传送带上，所以需要在传送过程中增加一个对圆木进行定向的工序，要求使圆木轴线方向与传送带的轴线方向一致。这一操作如果由机器人来完成，则机械结构复杂，占据大片面积，可靠性也不高。那么有没有简单可靠、成本低廉的解决方案呢?现在对这一问题用ARIZ方法做如下分析:缩小的问题:不对系统做主要改动，实现圆木定向。系统冲突:定向需要将圆木按要求方向加以排列的机构，但这将使系统复杂化。问题模型:应利用系统中已有的要素实现定向功能。,上一页,下一页,返回,第三节 利用ARIZ解决创新问题,冲突区域及资源分析:冲突区域是传送带表面，系统在该区域的唯一资源是传送带。理想最终结果:传送带自身能够实现圆木的定向排列。物理冲突:为了实现圆木定向，传送带表面上的不同点应有不同的速度;为了传送圆木，传送带表面应以同一速度运动。消除物理冲突:将互相矛盾的要求分隔在不同的层面上，整个传送带以生产所需的速度向前运动，而它的部件则以不同的速度运动。工程方案:将传送带设计成3个部分。中间的主体部分以生产速度运动，把圆木送往砍削机，两边的传送带则向相反的方向错动。通过摩擦力对圆木的作用，来调整圆木的姿态，使其轴线方向与传送带轴向一致，以便达到定向的目的，如图7-6所示。,上一页,下一页,返回,第三节 利用ARIZ解决创新问题,例7-5 摩擦焊是连接两块金属的最简单的方法。将一块金属固定并将另一块对着它旋转，只要两块金属之间还有空隙就什么也不会发生，但当两块金属接触时，接触部分就会产生很高的热量，金属开始熔化，再施加一定的压力，两块金属就能够焊在一起。一家工厂要用每节10 m的铸铁管建成一条通道，这些铸铁管要通过摩擦焊接的方法连接起来。但要想使这么大的铁管旋转起来需要建造非常大的机器，并要经过几个车间。如何解决这一问题呢?现在对这一问题用ARIZ方法做如下分析:缩小的问题:对已有设备不做大的改变而实现铸铁管的摩擦焊接。系统冲突:管子要旋转以便焊接，管子又不应该旋转以免使用大型设备。问题模型:改变现有系统中的某个构成要素，在保证不旋转待焊接管子的前提下实现摩擦焊接。,上一页,下一页,返回,第三节 利用ARIZ解决创新问题,冲突领域和资源分析:冲突领域为管子的旋转，而容易改变的要素是两根管子的接触部分。理想最终结果:只旋转管子的接触部分。物理冲突:管子的整体性限制了只旋转管子的接触部分。物理冲突的去除及问题的解决对策:用一根短的管子插在两根长管之间，旋转短的管子，同时将管子压在一起直到焊好为止。,上一页,返回,谢谢观赏,图7-1 ARIZ分析问题的流程图,返回,表7-1 典型矛盾冲突模型,返回,下一页,表7-1 典型矛盾冲突模型,上一页,返回,图7-2 使用多数避雷针模型,返回,图7-3 使用少数避雷针模型,返回,图7-4 中性的空气智能小矮人,返回,图7-5 被选择的非中性的空气智能小矮人可以捕捉闪电,返回,图7-6 对圆木定向的传送带,返回,