TRIZ 簡介 Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch Theory of the Solution of Inventive Problems 方煒 台大生機系教授

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。

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

創新循環圖

TRIZ 與傳統設計策略比較

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。

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。

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

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。 舉例說明 雷射的應用例

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。

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。

類似軟體 Goldfire Innovator Goldfire Research Goldfire Intelligence TechOptimizer 4.0 Knowledgist 2.5 CoBrain 2.6

What’s new in Ver.4 TechOptimizer Prediction module The user interface of the Prediction module has been updated to provide increased flexibility in viewing the recommended solutions. Specifically, the Recommendations list can now be configured to display both the high-level and the detailed recommended solutions, appropriate for both new and advanced users respectively. In addition, the formats of the Problem and Concept formulations have been redesigned to be more intuitive for the user. Finally, the Prediction database has been updated with over 100 new examples.

What’s new in Ver.4 TechOptimizer Principles module The user interface of the Principles module has been updated to provide increased flexibility in viewing recommended solutions. By default, the Recommendations list displays the inventive principles that the user can browse. The user can also filter this list to display only those Principles that address specific engineering contradictions in the system. The process of specifying contradictions has been greatly simplified through the new interface design. In addition, all information pertaining to physical contradictions has been seamlessly integrated into the product workflow.

What’s new in Ver.4 TechOptimizer Effects module Invention Machine's unique and proprietary scientific effects Knowledge Base has been re-architected for faster Effect and Example retrieval. The Effects navigation tree structure has been modified to reflect the conceptual grouping of effects, thereby enhancing the user's browsing experience. Finally, over 900 new effects, examples, and animations have been added to this already-rich library for a grand total of over 8,000 laws/theorems/phenomena and their practical industry implementations.

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。

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。

TRIZ 進階 方煒 台大生機系教授

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 衝突問題 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 發明原理工具 效應工具 解答評估 新問題 TRIZ解題流程圖 實施

技術系統衝突之類型 技術衝突 (Technical contradictions) 物理衝突 (Physical contradictions)

TRIZ-8種技術演化類型 （1）增加理想性類型 （2）演化階段類型 （3）系統元件非均衡發展類型 （4）增加動態與可控制性類型 （5）增加複雜性再簡單化 （6）部份耦合與非耦合類型 （7）過渡至微觀水準與利用場觀念 （8）減少人之交互作用增加自動化

TRIZ技法演化過程

最後理想結果(IFR)分析 一個設計或製程發展，從某一起始點向最後理想結果之演進成效的量化表示方式以理想性稱之 Σ利益 理想性(I)＝ ( Σ成本+Σ損失 )

最後理想結果(IFR)四個特性 1.消除原系統缺點 2.保留原系統之優點 3.不會使系統複雜化(利用免費或可利用資源) 4.不導入新的缺點

技術系統 任何物品能執行某種機能者，一般稱為技術系統。 任何技術系統可能由一個或多個次系統構成。 在TRIZ方法論中，最簡單的技術系統是由兩元件所組成，而必須有一種能量從一元件作用到那一元件。

圖解技術衝突

技術衝突 技術衝突代表一系統中兩個子系統間之衝突。 在某一子系統建立有利功能，引起另一子系統產生有害功能。 在某一子系統消除有害功能，引起另一子系統有用功能之損壞。 強化有用功能或減少有害功能，引起另一子系統或全體系統產生無法接受之併發症。

功能模型分析符號 系統元件 系統成品 有用功能 外在系統 有害功能

技術衝突型態數學模式1 (X Y Z 元件性能參數) 元件散熱效能 外殼開洞 增進 Y 降低 元件結構強度 X Z

技術衝突型態數學模式2 (X Y Z 元件性能參數) 接合 液態膠 有洞零件 堵塞 Y Z X

技術衝突型態數學模式3 (X Y Z 元件性能參數) 裝載 合金容器 酸 腐蝕 X Y

衝突矩陣 Contradiction Matrix 39個工程參數 (1~20) 1. 移動件重量 2. 固定件重量 3. 移動件長度 4. 固定件長度 5. 移動件面積 6. 固定件面積 7. 移動件體積 8. 固定件體積 9. 速度 10.力量 11. 張力,壓力 12. 形狀 13. 物體穩定性 14. 強度 15. 移動物件耐久性 16. 固定物件耐久性 17. 溫度 18. 亮度 19. 移動件消耗能量 20. 固定件消耗能量

衝突矩陣 Contradiction Matrix 39個工程參數 (21~39) 21. 動力 22. 能源浪費 23. 物質浪費 24. 資訊喪失 25. 時間浪費 26. 物料數量 27. 可靠度 28. 量測精確度 29. 製造精確度 30. 物體上有害因素 31. 有害側效應 32. 製造性 33. 使用方便性 34. 可修理性 35. 適合性 36. 裝置複雜性 37. 控制複雜性 38. 自動化程度 39. 生產性

衝突矩陣範例1 惡化 改善 參數1 參數5 移動件重量 移動件面積

衝突矩陣範例2 惡化 改善 參數12 參數4 形狀 固定件長度

解決技術衝突的40個發明原則與範例 40 Inventive principles with examples Karen Tate and Ellen Domb

分割

提鍊

局部品質

非對稱性

組合

通用性

重疊放置

配重

事先的反制動作

事先的動作

先一步緩衝

等位能

反面處理

球體化，曲面化

動態性

部份或過量作動

移至新的維度

機械振動

週期性動作

有效動作的連續性

跳過

善意的偽裝 22. Blessing in disguise or turn Lemons into Lemonade

回饋

中繼器

自我服務

複製

以便宜的短期用物取代

替代機構

氣壓或液壓構造

可撓性薄板或薄膜

多孔性材料

改變顏色

均質性

去除再重新產生

改變參數

相變化

熱膨脹

強氧化劑

加入環境

複合材料

TRIZ40發明原理 1~20 Beforehand cushioning (先一步緩衝) Equi potentiality (等位能) The other way around (反面處理) Spheroidality (球體化) Dynamics (動態性) Partial or excessive actions (部份或過量作動) Another dimension (移至新的維度) Mechanical vibration (機械振動) Periodic action (週期性動作) Continuity of useful action (有效動作的連續性) Segmentation (分割) Taking out (提鍊) Local Quality (局部品質) Asymmetry (非對稱性) Merging (組合) Universality (通用性) Nested doll (重疊放置) Anti-weight (配重) Preliminary anti-action (事先的反制動作) Preliminary action (事先的動作)

TRIZ40發明原理 21~40 Skipping (跳過) Blessing in disguise (善意的偽裝) Porous materials (多孔性材料) Color changes (改變顏色) Homogeneity (均質性) Discarding and recovering (去除再重新產生) Parameter changes (改變參數) Phase transitions (相變化) Thermal expansion (熱膨脹) Strong oxidants (強氧化劑) Inert atmosphere (加入環境) Composite material (複合材料) Skipping (跳過) Blessing in disguise (善意的偽裝) Feedback (回饋) Intermediary (中繼器) Self-service (自我服務) Copying (複製) Cheap short-living (以便宜的短期用物取代) Mechanics substitution (替代機構) Pneumatics and hydraulics (氣壓或液壓構造) Flexible shells and thin films (可撓性薄板或薄膜)

物理衝突 為某一目的必須增加技術系統某參數狀態 如溫度，同時為另一目的必須降低技術系統 該參數狀態。 ？ 溫度低 溫度高

時間分離 解決物理衝突的原則1 TRIZ 40發明原理中相關者 9. Preliminary anti-action (事先的反制動作) 10. Preliminary action (事先的動作) 11. Beforehand cushioning (先一步緩衝) 15. Dynamics (動態性) 16. Partial or excessive actions (部份或過量作動) 18. Mechanical vibration (機械振動) 19. Periodic action (週期性動作) 20. Continuity of useful action (連續的有效動作) 21. Skipping (跳過) 22. Blessing in disguise (善意的偽裝) 29. Pneumatics and hydraulics (氣壓或液壓構造)

空間分離 解決物理衝突的原則2 TRIZ 40發明原理中相關者 1. Segmentation (分割) 2. Taking out (提鍊) 3. Local Quality (局部品質) 4. Asymmetry (非對稱性) 7. Nested doll (重疊放置) 17. Another dimension (移至新的維度) 24. Intermediary (中繼器) 26. Copying (複製) 30. Flexible shells and thin films (可撓性薄板或薄膜)

解決物理衝突的原則3a 構造分離(轉變至上位) TRIZ 40發明原理中相關者 5. Merging (組合) 22. Blessing in disguise (善意的偽裝)

解決物理衝突的原則3b 構造分離(轉變至次系統) TRIZ 40發明原理中相關者 1. Segmentation (分割) 27. Cheap short-living (以便宜的短期用物取代)

解決物理衝突的原則3c TRIZ 40發明原理中相關者 構造分離(轉變至對立系統) 6. Universality (通用性) 25. Self-service (自我服務)

解決物理衝突的原則4:改變物質形態(相變化) TRIZ 40發明原理中相關者 13. The other way around (反面處理) 28. Mechanics substitution (替代機構) 32. Color changes (改變顏色) 35. Parameter changes (改變參數) 36. Phase transitions (相變化) 38. Strong oxidants (強氧化劑) 39. Inert atmosphere (加入環境)

TRIZ解題模式 The World’s Problems Generic Solutions My Problem My Solution

標準問題 標準解答 如何降低 馬達轉速 利用齒輪箱 或傳動系統 我的解答 我的問題 齒輪箱以適當之尺寸 、重量、轉速、扭力 等加以設計以符合切 削加工之需求 設計一台旋轉式切削 機器---需具備低轉速 (100rpm)與高動力以 取代一般高轉速3600 rpm之AC馬達 TRIZ解題模式範例

TRIZ 解題程序 步驟名稱 內容說明 步驟一： 確認並說明問題 操作環境 資源需求 主要有利功能 相關有害效應 理想結果 步驟五： 確認與提出所有可能解題概念 利用發明原則提出解題概念 步驟二： 擬定問題 找出技術性之衝突 把多個無法解決技術性之衝突轉化為物理性之衝突 輸入：以功能方式描述相關之有利或有害之功能及兩者關係 輸出：問題之敘述 步驟六： 評估解題概念 擬定標準確認理想解題概念 步驟三： 問題敘述之分類 問題敘述將以下列三種方式分類： 解決問題之重要性 改善系統之重要性 問題太一般化而不被考慮 步驟七： 實施理想解題概念 工程計算 工程設計 原型製作 系統、產品測試 步驟四： 確認適當發明原則 對每一問題敘述依技術衝突表確認適當發明原則

發明等級區分

範例:發明原理29-氣壓或液壓 1.問題 惡化 參數1 2.衝突矩陣 改善 參數5 3.解答 美國專利 US04648571 目標 提升機翼升力 方法 增加機翼面積 新問題 機翼重量增加 惡化 改善 參數1 移動件重量 參數5 移 動 件 面 積 原理2:提煉 原理17 :移至新維度 原理29 :氣壓或液壓 原理4 :非對稱 3.解答 美國專利 US04648571

美國專利US4648571:TRANSVERSE THRUST LIFT AUGMENTATION SYSTEM

範例：自行車座椅設計 惡化 目標 1.問題 參數12 方法 改善 2.衝突矩陣 參數4 3.解答 舒適的座椅 增加座椅寬度 新問題 腳踏動作不方便 2.衝突矩陣 惡化 改善 參數12 座椅形狀 參數4 固 定 件 長 度 原理13:反置 使移動件固定固定件移動 原理14 :球體化 原理15 :動態性 分割物體成可相對移動 原理7 :重疊放置 3.解答 Figure : ABS Sports ‘Dual Action Seat’ 

範例：渦輪機凸緣接合(1) Things we are trying to improve: A LARGE NUMBER OF BOLTS AND A SMALL NUMBER OF BOLTS Or: GOOD SEALING AND LOW WEIGHT Altshuller Contradiction Matrix: Things we are trying to improve: Weight of Stationary Object Ease of Operation Device Complexity Things which tend to get worse: Stability of Composition Reliability Inventive Principles: Another Dimension Taking Out Flexible Shells and Thin Films

範例：渦輪機凸緣接合(2) US patent 5230540 Inventive Principles: Typical flange cross-section US patent 5230540 Inventive Principles: Another Dimension

範例:CNC刀把設計 問題: 刀把剛性與 定位精度衝突 解決: 引用彈性鋼球

理想化範例 賽車重覆使用自鎖螺帽設計(1) 輪圈之理想螺帽設計演進圖

4.Solutions involving glueing 賽車重覆使用自鎖螺帽設計(2) 1.Wire locking 2.Spring washer 3.Double/jams nuts 4.Solutions involving glueing 5.Nylon inserts 7.Segmented nuts 6.Non-round nuts 典型自鎖螺帽設計

‘one nut that thinks it is two’ 賽車重覆使用自鎖螺帽設計(3) Double-nut : one to lock the wheel, the other to lock the first nut. the double nut need to perform two separate tightening operations The Inventive Principle ‘Merging’ US patent 5,662,443 ‘one nut that thinks it is two’

賽車重覆使用自鎖螺帽設計(4) US5662443 An article engagable and retainable about a threaded shaft, which in one embodiment is a self locking nut a first end, an opposing second end, and a threaded bore with an axial dimension for receiving the threaded shaft. A plurality of resilient posts extend along the body member and are inclined inwardly toward the bore axis to provide a prevailing torque on a threaded shaft disposed in the threaded bore. A pair of resilient arms with end portions extend from each resilient post. Each resilient arms is inclined toward the second end of the body member to provide a prevailing torque on the threaded shaft disposed in the threaded bore. The resilient posts and resilient arms contribute to retaining the body member about the threaded shaft. The lock nut has a relatively low first installation torque and a relatively consistent torque performance with reduced statistical spread over several nut installation and removal cycles, which meet an established torque specification.

賽車重覆使用自鎖螺帽設計(5) ‘No Nut’ Physical contradiction: the axle must hold the wheel (when the car is in motion) AND the axle must not hold the wheel (when we want to remove the wheel). Inventive Principles(separated by time): ‘Dynamics’, ‘Preliminary Action’, ‘Partial or Excessive Action’ ‘ Dynamics’ suggested a solution in which a shape memory effect material is used in the axle design. The shape memory axle locks the wheel in place at ambient temperature, and, on application of a localised heat source during the pit-stop, would transition to another – non-wheel-locking – position.

More readings http://www.triz-journal.com/ http://www.triz-journal.com/archives/index.htm http://www.innovation-triz.com/papers/ Contradiction Matrix and the 40 Principles for Innovative Problem Solving How to Help TRIZ Beginners Succeed 40 Inventive Principles With Examples