創新發明的 系統化思考 方煒 台大生機系教授

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ASIT: Advanced Systematic Inventive Thinking 統一、聯合 乘法 除法 打破對稱 移走物件

ASIT: Advanced Systematic Inventive Thinking 第一個練習 Save Tony the fish 應用甚麼技巧? 統一、聯合 乘法 除法 打破對稱 移走物件 金龜車引擎散熱的設計應用甚麼技巧?

ASIT 源自 TRIZ

TRIZ Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch updated: 2005/10/9 208/10/8 TRIZ Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch Theory of the Solution of Inventive Problems Created: 2002/9/12

TRIZ IS….. The Russian acronym for the “Solving Problems Inventively” (pronounced “trees” ) Based on observable patterns found in patents and literature of how people solve problems A system of: patterns of how people solve problems tools to define problems in ways that allow us to utilize the patterns for solving new problems. Generich Altshuller, a patent examiner for the Russian Navy, made a lifetime career of studying the inventive patterns used in the world’s patents. He discovered that many of the same inventive principles were used over and over again in many different fields of technology. He reasoned that if this knowledge was available in a generic way, that the speed of industrial innovation could be greatly accelerated. He spent his whole life summarizing and analyzing these principles, and with today’s software tools, this information is available at your fingertips. Coupled with a state of the art, simple to use, functional analysis diagramming tool, it is now easy to identify major contradiction areas and immediately identify the potential solution concepts.

創新性物理學 大多數學生是以「中性」的觀點學習物理學， 意即學習物理學的理論，解釋和分析物理現象， 而不是積極的使用物理學來創新發明。 以創新性的觀點看待的物理學，稱為創新性物理學。

創新性物理學範例 假如沒有吊車，如何將重達一噸的變壓器從一公尺高的磚台搬運至地上呢？ 運用冰，將變壓器移至用冰塊堆疊起與磚台等高的平台，冰會融化，變壓器便會逐漸下降。

除了物理現象的發明性特徵， 我們也必須懂得幾何學和化學， 因為我們同樣可運用幾何學和化學創新和發明。

應用幾何學解決問題範例 傳統的皮帶是環狀，皮帶的外表面有研磨性物質，皮帶安裝在一機器上。當需要打亮物體時，只要對著移動的皮帶壓住物體。但是使用過一陣子，皮帶上的研磨物會磨盡，皮帶必須更新，這會失去很多的生產時間。 怎樣才能加倍皮帶的工作時間而不用增加皮帶的長度呢？

答案是Mobius Strip

Examples on patterns of how people solve problems

1945: Patent for processing peppers Force air inside of the peppers. Suddenly reduce the pressure. Seeds and stems separate from pepper body.

1950: Patent for removing the shell of cedar nuts Under high pressure, water is forced inside of the shells. When the pressure is suddenly reduced, the shells break away.

1950: Patent for removing shells from sunflower seeds Air is forced inside the shells. When the pressure is suddenly reduced, the shells break away.

AND 27 YEARS LATER….. 1972: Patent for breaking artificial diamonds Diamonds are placed into a pressure chamber. High pressure forces air into micro fractures. Releasing the pressure suddenly breaks the diamonds into crystals.

Pattern: Raise Pressure Slowly Then Suddenly Release It Removing stems from bell peppers Removing shells from sunflower seeds Cleaning filters Unpacking parts wrapped in protective paper Splitting diamonds along micro-cracks (+27 years after pepper patent) Producing sugar powder from sugar crystals And 200 more!!!

Pattern: Raise Pressure Slowly Then Suddenly Release It Or more generally: Store up energy and suddenly release it Or more generally yet: Store up a resource for later use

Let’s start

PILL INSPECTION WORKSTATION Vibratory feed move pills around an internal spiral to top of vibratory bowl where the pills are discharged and slide down an incline plane onto a conveyor. As the pills go by, the inspectors identify and remove the damaged pills. Damaged Pills Conveyor Trash Can

GOOD PILLS/BAD PILLS What is IDEALITY? What are the RESOURCES we have? Our first task is to state Ideality. While the most Ideal solution would be to eliminate the defects, for our purposes that is out of scope. Ideality would be that “the pills sort themselves.” We then need to look for resources to accomplish this.

PILL INSPECTION WORKSTATION Vibratory feed move pills around an internal spiral to top of vibratory bowl where the pills are discharged and slide down an incline plane onto a conveyor. As the pills go by, the inspectors identify and remove the damaged pills. Damaged Pills Conveyor Trash Can

AN ELEGANT SOLUTION-- THE PILL INSPECT ITSELF Change the escapement for the vibratory bowl so that the pills are ejected standing on their edge. Move the conveyor 3 inches. Pills that are round will roll at a velocity that allows them to jump to the conveyor. The pills that are chipped will slide or will roll at a lower velocity and fall into the trash. Resource: Velocity of the sliding or rolling pills Function (inspection of pills) is performed without the system (human inspectors or video inspection system). Trash Can

使用創意開發軟體的效益 ■ 提升產品、製程創新研發實力 ■ 縮短研發時程 ■ 降低成本 ■ 創造、分享與管理研發知識

類似軟體 Goldfire Innovator Goldfire Research Goldfire Intelligence TechOptimizer Knowledgist CoBrain

TechOptimizer 是一套以科技知識作為基礎的電腦輔助創新軟體，主要用來協助工程人員及科學家解決工程問題。 包含七大模組(ver. 3, 2002)，提供了產品及製程創新時的完整解決方案(創新循環圖) 2005發展至ver.4

TechOptimizer 已被證明可以用在許多不同工程領域的問題上， 是解決工程問題時的一套不可或缺的創意工具。

G. Altshuller 自1946年著手發展The Theory of Inventive Problem Solving（TRIZ），他分析專利以了解發明的原理，現被尊稱為TRIZ之父。TRIZ的發展使發明不只是藝術，而成為有原理可循的科學。 TRIZ不是一個空玄的理論，人們早已應用TRIZ真正地發明創新產品。TRIZ的理論包含很廣，至今仍然持續的發展。 Invention Machine Cooperation將TRIZ的部分理論轉變成Invention Machine TechOptimizer的三個專家系統 (ver. 1)：Principle、Prediction和Effects，以提供解決問題及產品創新改良的方法。

創新循環圖

TRIZ 與傳統設計策略比較

TRIZ理論基礎 衝突理論(Contradiction) 系統演化論(Evolution of System) 理想性法則(Law of Ideality)

TRIZ解題流程圖 問題分析 1.功能分析 2.最後理想結果分析 3.資源分析 4.確立抵觸區 選擇TRIZ工具 已知作什麼 不知如何進行 1.功能分析 2.最後理想結果分析 3.資源分析 4.確立抵觸區 選擇TRIZ工具 Principles工具庫 系統演化預測工具 Effects工具庫 解答評估 實施 新問題 衝突問題發生 系統須要改善 已知作什麼 不知如何進行 TRIZ解題流程圖

七大模組 產品分析模組 製程分析模組 特徵轉換模組 科技知識庫模組 發明法則模組 系統演進法則模組 專利分析模組

Product Analysis：產品分析模組提供許多工具協助使用者定義產品的功能模型。針對功能模型，此模組會提出許多增加產品價值的方法。產品分析模組能協助使用者釐清系統的關鍵功能，並正確地陳述問題。只要將您的產品/系統建構成功能模型，並設定有用功能及有害功能，接下來，軟體便會幫您自動辨識出所有需要克服的問題。 Process Analysis：製程分析模組分析製造系統中的操作單元。此模組融合了價值分析，成本分析，及功能分析等方法，讓使用者能夠有效地解決製程規劃及重新設計等問題。檢查每一個加工步驟並量化其對操作程序的影響。以圖形化方式呈現加工步驟及步驟間的相互關係。 Feature Transfer：在特徵轉換模組中，使用者可以將其他產品的特色，透過系統化的步驟整合到自己產品中。特徵轉換模組亦可作為評估競爭科技的重要工具。

前三模組 旨在協助使用者了解並能準確定義元件或系統的問題。 Product Analysis 與 Process Analysis 以分析產品或製程涉及的工程系統元件 (elements of engineering system)和外界系統元件(Super-system elements)的功能 (Function)為基礎，進而分析整個系統。 Feature Transfer 模組提供由類似物件/系統中選取最佳特性並予以組合入同一物件的工具。 何謂類似物件/系統？係指可達同一功能，但優點與缺點各具互補性的物件/系統所成的集合。

Effects：科技知識庫包含七千五百個以上物理、化學和幾何上的定律及現象，與應用這些定律現象的實際例子。上述科技知識均附有動畫解說，讓使用者更容易學習運用。此外，科技知識庫係以功能作分類，讓使用者更方便找到滿足需求功能的所有跨領域知識。 Principles：此模組提供了40個發明法則，幫助您以雙贏方式解決工程矛盾。這些發明法則，是經由分析二百五十萬篇以上的專利所萃取出來的發明智慧。每一個發明法則，均含有多個來自不同工程領域的實際應用案例說明。 Prediction：系統演進法則模組可處理系統元件交互作用時所產生的工程問題。透過系統演進法則，更可獲知產品 / 技術目前的演進位置，並進而預測下一代的產品/技術。軟體提供許多科技演進所遵循的共同趨勢。這些趨勢是經由分析數百萬件專利及工業產品所歸納產生。

中間三個模組 協助使用者解答問題和產生新觀念。 Effects 提供超過4000個專利資料的分析與物理、化學、數學、熱力、熱傳、工力、材力、流力等工程基礎知識之整理，並以動畫方式顯示效應(Effect)與實例(Example)。 Principles 是有效解決系統內矛盾的工具，軟體提供40個準則(Principle)，並以動畫和實例協助使用者了解如何應用這些準則。 Prediction 是改進系統效能的觀念創新工具，也可用來預測未來科技的發展。由專利成果的分析，本軟體整合工程技術發展的軌跡，認為其有一定的準則：系統元件的選擇，元件的改進，系統的動態化和系統的自行發展。Prediction 提供14個科技發展的準則，49個改進系統效能的方法。

Launch Internet Assistant：專利分析模組提供允許您直接下載美國、日本及歐洲等專利，並依公司別或技術別作統計分析。此外，本模組亦可同時對數個搜尋引擎進行網際網路資料查詢提供專利資料的下載、儲存、分析與圖形化顯示。

最後一個模組 提供快速搜尋網際網際資訊與專利，並有專利統計分析的功能，協助判斷競爭對手及產品趨勢。

發明家 不需比物理學家更懂得物理學， 不需比化學家更懂得化學， 不需比幾何學家更懂得幾何， 但他需了解各種物理、化學與幾何效應和現象。 更重要的是要以發明應用為目的， 然而，沒有人了解所有的原理、效應和現象 。 Invention Machine TechOptimizer的Effects模組便以創新性方式整理物理學、化學和幾何學等的原理、效應和現象 。

Effects模組提供關鍵字搜尋，搜尋整個知識庫內有包含關鍵字敘述的效應。 Effects 模組(ver.3)的使用 Effects模組提供關鍵字搜尋，搜尋整個知識庫內有包含關鍵字敘述的效應。

TRIZ解題流程圖 問題分析 1.功能分析 2.最後理想結果分析 3.資源分析 4.確立抵觸區 選擇TRIZ工具 已知作什麼 不知如何進行 1.功能分析 2.最後理想結果分析 3.資源分析 4.確立抵觸區 選擇TRIZ工具 已知作什麼 不知如何進行 衝突問題發生 系統須要改善 系統演化預測工具 Principles工具庫 Effects工具庫 解答評估 新問題 TRIZ解題流程圖 實施

輸入搜尋單字 搜尋結果分五類整理

Effects模組資料庫 搜尋結果可依 等方式組織知識，讓你有效率地使用這些知識創新發明。 功能組（Function Groups） 功能（Functions） 資源組（Resource Groups） 資源（Resources） 實例（examples） 等方式組織知識，讓你有效率地使用這些知識創新發明。 每一組織方式皆可設定搜尋條件，過濾所要搜尋的知識庫，使你的搜尋更有效率。

範例 你想偵測電磁波或光，但是不知道用什麼方式 首先在左側視窗設定以功能組（Function Group）方式組織知識 然後選擇「Field:Detect」 再選擇「detect electromagnetic waves or light」 在右側視窗可見到軟體列出共三十六個相關的物理效率和實例，若點選列出的任一項目，則會進入每一項目的詳細描述。

用創新性的觀點敘述各種Effects 包含： Effect(效應)的名稱，效應的解釋說明 效應應用在發明的實例，數學公式 效應優點，問題的陳述 解決方法，效應限制條件 參考資料。 Effects模組提供動畫，以巨觀和微觀的方式展示所有的效應和實例，使用者可以更快了解每一個效應和實例。若是有不懂的專門術語，Effects模組皆有超連結（hyperlink）解釋說明定義。

Functions group 的三大類別 Fields Parameters Substance

Resource group 分兩類 Fields Substance

Effects and Examples 藍色: Effects 紅色: Examples

查不到關鍵字的訊息 這代表查不到資料，軟體建議你 重新輸入更合適的關鍵字， 或者透過Edit 功能表中的Find 選項 來進行查詢。

Edit 功能表中的Find 選項 輸入待查詢單字或字詞

Edit 功能表中的Find 選項 找到的部分會反黃顯示

更多介紹請參見Part 2