TRIZ中的发明问题解决算法――ARIZ
 
 用于系统化创新的发明问题解决理论TRIZ(萃智)包含许多发明问题解决工具,包括矛盾矩阵、创新原理、技术系统进化法则、发明问题标准解法,以及发明问题解决标准算法ARIZ等。按照TRIZ(萃智)对发明问题的五5级分类,一般较为简单的一到三级发明问题应用运用创新原理或者发明问题标准解法就可以解决,而那些复杂的非标准发明问题,如四、五级的问题,往往需要应用发明问题解决算法ARIZ做系统的分析和求解。
 
创新问题解决的思考过程中主要存在三个思维障碍:思维惯性(Psychological Inertia)、有限的知识领域、试错法(Trial and Error Method)。思维惯性使我们习惯沿用旧有的思考模式和思路尝试解决问题,因此,我们在解决创新问题时,必须设法有效摆脱思维惯性;另外一个障碍是知识面的局限――大多数我们所面临的问题甚至其中的九成已经在我们所不知的领域中解决了,但由于我们有限的知识领域,使我们无法方便自如地利用其他科学技术领域的解决方法和知识等资源,所以有必要建立以解决创新问题为目的的创新方案库;在创新真正系统化之前,试错法是大家不约而同地首先想到的用来解决创新问题的方法,但其效率之低下也是众所周知的。
 
TRIZ(萃智)认为,一个创新问题解决的困难程度取决于对该问题的描述和问题的标准化程度,描述得越清楚,问题的标准化程度越高,问题就越容易解决。TRIZ(萃智)中,创新问题求解的过程是对问题不断地描述,不断地标准化的过程。在这一过程中,初始问题最根本的矛盾被清晰地显现出来。如果方案库里已有的数据能够用于该问题有标准解;如果已有发数据不能解决该问题则无标准解,需等待科学技术的进一步发展。该过程是通过ARIZ算法实现的。
 
ARIZ(Algorithm for Inventive-Problem Solving)――发明问题解决算法,是TRIZ(萃智)理论中的一个主要分析问题、解决问题的方法,其目标是为了解决问题的物理矛盾。该算法主要针对问题情境复杂、矛盾及其相关部件不明确的技术系统。它是一个对初始问题进行一系列变形及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,最终解决问题。该算法尤其强调问题矛盾与理想解的标准化,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矛盾需要克服,该问题就变成一个创新问题。
 
ARIZ算法包含至少要包括六个部分:
第一部分:设计将问题公式化情境分析,构建问题模型;
第二部分:基于物场分析法的问题模型分析设计完成从问题到模型的转换;
第三部分:对模型进行分析定义最终理想解与物理矛盾;
第四部分:设计用来准确地消除矛盾物理矛盾解决;
第五部分:对答案进行仔细的、逐一的分析以便将答案应用于新的问题如果矛盾不能解决,调整或者重新构建初始问题模型;
第六部分:解决方案分析与评价进一步发展所求出的答案并应用于解决其它领域的问题;
 
首先是将系统中存在的问题最小化,原则是在系统能够实现其必要机能的前提下,尽可能不改变或少改变系统;其次是定义系统的技术矛盾,并为矛盾对立建立“问题模型”;然后分析该问题模型,定义问题所包含的时间和空间,利用物-场分析法分析系统中所包含的资源;接下来,定义系统的最终理想解。通常为了获取系统的理想解,需要从宏观和微观级上分别定义系统中所包含的物理矛盾,即系统本身可能产生对立的两个物理特性,例如:冷――热、导电――绝缘、透明――不透明等。
 
因此,下一步需要定义系统内的物理矛盾并消除矛盾。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。作为一种规则,经过分析原理的应用后如问题仍无解,则认为初始问题标准化定义有误,需调整初始问题模型,或者对问题重新进行重新更标准化的定义。
 
应用ARIZ取得成功的关键在于在理解问题的本质前,要不断地对问题进行细化,直至确定了问题所包含的物理矛盾。
 
如图所示为用ARIZ算法解决创新问题的流程。
 
 
下面是用ARIZ该算法解决一个有关摩擦焊接问题的实例。
 
问题:摩擦焊接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,再加以一定的压力两块金属就能够焊在了一起。一家工厂要用每节10米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。
 
解决该问题的过程如下:
 
  • 最小问题:对已有设备不做大的改变而实现铸铁管的摩擦焊接; 
  • 系统矛盾: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;
  • 对立领域和资源分析:对立领域为管子的旋转,而容易改变的要素是两根管子的接触部分;
  • 理想解:只旋转管子的接触部分;
  • 物理矛盾:管子的整体性限制了只旋转管子的接触部分;
  • 物理矛盾的去除暨及问题的解决对策:用一个短的管子插在两个长管之间,旋转短的管子,同时将管子压在一起直到焊好为止。

 
ARIZ算法以其优秀的易操作性、系统性、实用性以及易流程化等特性,ARIZ算法具有优秀的易操作性、系统性、实用性以及易流程化等特性成为,发明问题解决理论TRIZ(萃智)的重要支撑尤其对于那些问题情境复杂,矛盾不明显的非标准发明问题,它显得更加有效和可行。与TRIZ(萃智)理论一起,在全球创新科学研究与应用领域占据着首屈一指的地位。在经历了不断完善和发展的过程后,目前ARIZ已成为发明问题解决理论TRIZ(萃智)的重要支撑和高级工具。