4.4 冲突解决原理

4.4.1 TRIZ中的冲突分类

G. S. Altshuller将冲突分为三类，即管理冲突（Administrative Contradictions）、技术冲突（Technical Contradictions）、物理冲突（Physical Contradictions）。

管理冲突是指为了避免某些现象或希望取得某些结果，需要做一些事情，但不知如何去做。如希望提高产品质量、降低原材料的成本，但不知方法。管理冲突本身具有暂时性，而无启发价值。因此，不能表现出问题的解的可能方向，不属于经典TRIZ的研究内容。

技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏。技术冲突常表现为一个系统中两个子系统之间的冲突。技术冲突出现的几种情况如下所述。

（1）在一个子系统中引入一种有用功能，导致另一个子系统产生一种有害功能，或加强了已存在的一种有害功能。

（2）消除一种有害功能导致另一个子系统有用功能变坏。

（3）有用功能的加强或有害功能的减少使另一个子系统或系统变得太复杂。

物理冲突是指为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时出现了与此特性相反的特性。物理冲突出现的几种情况：

（1）一个子系统中有用功能加强的同时导致该子系统中有害功能的加强。

（2）一个子系统中有害功能降低的同时导致该子系统中有用功能的降低。

产品设计中的冲突是普遍存在的，发现并解决这些冲突使产品向理想化的方向进化。现举几例说明产品设计中冲突的存在。

【例4-3】通过燃烧更多的天然气可以加速烧开水的过程。但消耗更多的天然气与满足加速烧开水的过程之间存在冲突。

【例4-4】为了更快的到达目的地，可以通过汽车加速实现。但高速运行的汽车消耗更多的汽油。因此，汽车的高速与耗油之间存在冲突。

【例4-5】城市中需要尺寸较小的汽车，以占用较小面积方便停车。但在发生交通事故时，撞击可能使小汽车受到更大的伤害。因此，方便停车与造成伤害之间构成冲突。

对于不同的设计对象，根据其内部性能找出技术冲突，并用语言描述，之后应用发明原理解决冲突。

4.4.2 技术冲突解决原理

1．技术冲突表达

产品设计中的冲突是普遍存在的，应该有一种通用化、标准化的方法描述设计冲突，设计人员使用这些标准化的方法共同研究与交流将促进产品创新。

通过对250万件专利的详细研究，TRIZ理论提出用39个通用工程参数描述冲突。实际应用中，首先要把一组或多组冲突均用该39个工程参数来表示。利用该方法把实际工程设计中的冲突转化为一般的或标准的技术冲突。

39个工程参数中常用到运动物体（Moving Objects）与静止物体（Stationary Objects）两个术语。运动物体是指自身或借助于外力可在一定的空间内运动的物体。静止物体是指自身或借助于外力都不能使其在空间内运动的物体。

表4-1是39个通用工程参数名称的汇总。

为了应用方便，上述39个通用工程参数可分为如下三类。

（1）通用物理及几何参数：No.1～No.12, No.17～No.18, No.21。

（2）通用技术负向参数：No.15～No.16, No.19～No.20, No.22～No.26, No.30～No.31。

（3）通用技术正向参数：No.13～No.14, No.27～No.29, No.32～No.39。

负向参数（Negative Parameters）指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变差。如子系统为完成特定的功能所消耗的能量（No.19～No.20）越大，则设计越不合理。

正向参数（Positive Parameters）指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变好。如子系统可制造性（No.32）指标越高，子系统制造成本就越低。

2．发明原理

在对全世界专利进行分析研究的基础上，Altshuller等人提出了40条发明原理。实践证明这些原理对于指导设计人员的发明创造具有重要的作用。表4-2是40条发明原理的名称。

下面将对部分发明原理的含义及应用实例进行详细介绍。

发明原理1：分割

（1）将一个物体分成相互独立的部分。

【例4-6】用多台个人计算机代替一台大型计算机完成相同的功能

用一辆卡车加拖车代替一辆载重量大的卡车

将大的工程项目分解为子项目

强势、弱势、机会、危险（SWOT）分析

多房间、多层住宅群

将企业的办公区与制造车间分开

将卡车分成牵引车头和拖车如图4-6所示。

（2）使物体分成容易组装及拆卸的部分。

美国陆军M270多管火箭炮：母弹内含644个M77式子弹，一门火箭炮一次12管齐射可抛出7728枚子弹，覆盖面积达24万平方米（如图4-7所示）。

发明原理2：分离（分开）

（1）将一个物体中的“干扰”部分分离出去。

【例4-7】在飞机场环境中，采用播放刺激鸟类的声音使鸟与机场分离

将空调中产生噪声的空气压缩机放于室外

别墅中的车库

（2）将物体中的关键部分挑选或分离出来。

【例4-8】飞机场候机大厅中的专用吸烟室

加工车间中的休息室

办公区中的透明（如玻璃）隔离室

分体空调如图4-8所示。

发明原理3：不对称

（1）将物体的形状由对称变为不对称。

【例4-9】不对称搅拌容器，或对称搅拌容器中的不对称叶片

将O形圈的截面形状改为其他形状，以改善其密封性能

非正态分布

对不同的顾客群采用不同的营销策略

非圆截面的烟囱改变气流的分布

倾斜的屋顶

（2）如果物体是不对称的，增加其不对称的程度。

【例4-10】轮胎的一侧强度大于另一侧，以增加其抗冲击的能力

管理者与雇员之间的双向对话

复合的多斜面屋顶

钢索加固的悬臂式屋顶

数据线接口与漏斗如图4-9所示。

发明原理4：套装

（1）将一个物体放在第二个物体中，将第二个物体放在第三个物体中，可进行下去。

【例4-11】儿童玩具不倒翁

套装式油罐，内罐装黏度较高的油，外罐装黏度较低的油

仓库中的仓库

雇员的层次结构：基本的、环境相关的、简单知识结构的、复合型的、卓越的

超市中的监视系统

在墙内或地板内设置保险箱

在三维结构中设置空腔

地板内部沟槽式加热方式

布在墙内的电缆

（2）使一个物体穿过另一物体的空腔。

【例4-12】收音机伸缩式天线

伸缩液压缸

伸缩式钓鱼竿

汽车安全带卷收器

音乐厅观众席内的可回收式座椅

带有空气加热系统的商场出/入口循环空间

可回收楼梯

推拉门

套娃与手写笔如图4-10所示。

发明原理5：预补偿

采用预先准备好的应急措施补偿物体相对较低的可靠性。

【例4-13】飞机上的降落伞

汽车安全气囊

应急电路照明

双通道控制系统

防火通道

避雷针

安全阀

抗SARS预案

谈判前考虑最坏情况及最不利的位置

备份计算机数据

运行反病毒软件

汽车安全气囊如图4-11所示。

发明原理6：复合材料

将材质单一的材料改为复合材料。

【例4-14】玻璃纤维与木材相比较轻并且在形成不同形状时更容易控制

钢筋混凝土结构

玻璃纤维加强结构

混合纤维地毯

机电一体化

多学科项目小组

高/低风险投资策略

飞轮与不粘锅如图4-12所示。

上述这些原理都是通用发明原理，未针对具体领域，其表达方法是描述可能解的概念。如不对称原理建议首先将对称形状、结构、物体变为不对称，之后增加不对称的程度，设计者根据该建议提出已有系统的改进方案，实现形状、结构或物体的创新。应用这些原理将有助于问题的迅速且高质量的解决。一些原理范围很宽，应用面广，既可应用于工程，又可用于管理等领域。

3．技术冲突矩阵

在设计人员或发明人如何选用发明原理作为产生新概念的指导是一个具有现实意义的问题。通过多年的研究、分析、比较，Altshuller提出了冲突解决矩阵，该矩阵将描述技术冲突的39个工程参数与40条发明原理建立了对应关系，很好地解决了设计过程中选择发明原理的难题。

冲突解决矩阵为40行40列的一个矩阵，其中第1行或第1列为按顺序排列的39个描述冲突的工程参数序号。除第1行与第1列以外，其余39行与39列形成一个矩阵，矩阵元素中或空、或有几个数字，这些数字表示在40条发明原理中的推荐采用原理序号。表4-3为矩阵简图。矩阵中第一列描述的工程参数为冲突中改善的一方，第一行所代表的工程参数是恶化的一方。

应用该矩阵的过程为：首先在39个标准工程参数中，确定使产品某一方面性能、质量等提高的工程参数A，同时确定由于A的变化使系统恶化的工程参数B的序号，之后将参数A及B的序号从第1列及第1行中选取对应的序号，最后在矩阵中两序号对应行与列的交叉处确定某一特定矩阵元素，该元素所给出的数字为推荐采用的发明原理序号。如希望质量提高与导致恶化的工程参数序号分别为No.5及No.3，在矩阵中，第5行与第3列交叉处所对应的矩阵元素如表4-3中的椭圆所示，该元素中的数字14、15、16及4为推荐的发明原理序号。冲突矩阵详见附录1。

4．技术冲突解决过程

Altshuller的冲突理论似乎是产品创新的灵丹妙药，实际在应用该理论之前的前处理与应用之后的后处理仍然是关键的问题。图4-13表明了问题求解的全过程。

当针对某领域的具体问题确认了一个技术冲突后，首先用该领域中的特定术语描述该冲突，从而形成领域问题。之后，将冲突的描述翻译成39个标准工程参数中的术语，形成TRIZ问题。由确定冲突的两个标准工程参数在冲突解决矩阵中选择可用发明原理，即TRIZ解。一旦某一或某几个发明原理被选定后，根据领域问题、应用发明原理及与之对应的成功案例，通过类比产生一个或多个特定解或领域解。对于复杂的问题一条原理是不够的，原理的作用是使原系统向着改进的方向发展。在改进的过程中，设计者或发明人对问题的深入思考、创造性、经验都是需要的。

可把上述技术冲突解决原理具体化为12步：

（1）定义待设计系统的名称。

（2）确定待设计系统的主要功能。

（3）列出待设计系统的关键子系统、各种辅助功能。

（4）对待设计系统的操作进行描述。

（5）确定待设计系统应改善的特性、应该消除的特性。

（6）将涉及的参数要按标准的39个工程参数重新描述。

（7）对技术冲突进行描述：如果某一工程参数得到改善，将导致哪些参数恶化。

（8）对技术冲突进行另一种描述：假如降低参数恶化的程度，要改善参数将被虚弱，或另一恶化参数被加强。

（9）在冲突矩阵中由冲突双方确定相应的矩阵元素。

（10）由上述元素确定可用发明原理。

（11）将所确定的原理应用于设计者的问题。

（12）确定多个领域解并通过评价选定领域解。

通常所选定的发明原理多于1个，这说明前人已用这几个原理解决了一些特定的技术冲突。这些原理仅仅表明解的可能方向，即应用这些原理过滤掉了很多不太可能的解的方向。尽可能将所选定的每条原理都用到待设计过程中去，不要拒绝采用推荐的任何原理。假如所有可能的解都不满足要求，对冲突重新定义并求解。

应用TRIZ解决技术冲突的基本思想见图4-14。传统的冲突解决方法是折中法，即参数A较好，参数B也不太差。应用TRIZ是要彻底消除冲突，发明原理用来启发设计者找到消除该冲突的方向或方案。

【例4-15】开口扳手改进设计

图4-15是一种开口扳手的示意图。图中，扳手在外力的作用下拧紧或松开一个六角螺钉或螺母。由于螺钉或螺母的受力集中到两条棱边，容易产生变形，而导致螺钉或螺母的拧紧或松开困难。

开口扳手已有多年的生产及应用历史，在产品进化曲线上应该处于成熟期或衰退期，但对于传统产品很少有人去考虑设计中的不足并且改进其设计。按照TRIZ理论，处于成熟期或衰退期的改进设计，必须发现并解决深层次的冲突，提出更合理的设计概念。目前的扳手可能损坏螺钉/螺母棱边提示设计者，新的设计必须克服目前设计中的该缺点。现应用冲突矩阵解决该问题。

首先从39个标准工程参数中选择并确定技术冲突的一对特性参数。

质量提高的参数：物体产生的有害因素（No.31）；

带来负面影响的参数：制造精度（No.29）。

由冲突矩阵（附录1）的第31行及第29列确定可用发明原理为：

No.4不对称；

No.17维数变化；

No.34抛弃与修复；

No.26复制。

对No.17及No.4两条原理的分析表明，扳手工作面的一些点要与螺母/螺钉的侧面接触，而不仅是与其棱边接触就可解决该冲突。美国专利US Patent 5406868正是基于这种原理设计的，如图4-16所示。

4.4.3 物理冲突解决原理

物理冲突是TRIZ要研究解决的关键问题之一。当对一子系统具有相反的要求时就出现了物理冲突。例如，为了容易起飞，飞机的机翼应有较大的面积，但为了高速飞行，机翼又应有较小的面积，这种要求机翼具有大的面积与小的面积同时存在的情况，对于机翼的设计就是物理冲突，解决该冲突是机翼设计的关键。与技术冲突相比，物理冲突是一种更尖锐的冲突，设计中必须解决。

现代TRIZ在总结物理冲突解决的各种研究方法的基础上，提出了采用如下的分离原理解决物理冲突的方法：

● 空间分离；

● 时间分离；

● 基于条件的分离；

● 总体与部分的分离。

通过采用内部资源，物理冲突已用于解决不同工程领域中的很多技术问题。所谓的内部资源是在特定的条件下，系统内部能发现及可利用的资源，如材料及能量。假如关键子系统是物质，则几何或化学原理的应用是有效的，如关键子系统是场，则物理原理的应用是有效的。有时从物质到场，或从场到物质的传递是解决问题的有效方案。

空间分离原理

所谓空间分离原理是将冲突双方在不同的空间分离，以降低解决问题的难度。当关键子系统冲突双方在某一空间只出现一方时，空间分离是可能的。应用该原理时，首先应回答如下问题：

是否冲突一方在整个空间中“正向”或“负向”变化？在空间中的某一处冲突的一方是否可不按一个方向变化？如果冲突的一方可不按一个方向变化，利用空间分离原理是可能的。

【例4-16】潜水艇利用电缆拖着千米之外的声呐探测器（如图4-17所示），以在黑暗的海洋中感知外部世界的信息。被拖的声呐探测器与产生噪声的潜水艇在空间处于分离状态。

拖曳声呐的使用大幅强化潜艇对于全方位与不同深度的侦测能力，尤其是潜艇的尾端。这是因为潜艇的尾端同时也是动力输出的部分，由于水流的声音的干扰，位于前方的声呐无法听到这个区域的信号而形成一个盲区。使用拖曳声呐之后就能够消除这个盲区，找出躲在这个区域的目标。

时间分离原理

所谓时间分离原理是将冲突双方在不同的时间段分离，以降低解决问题的难度。当关键子系统冲突双方在某一时间段只出现一方时，时间分离是可能的。应用该原理时，首先应回答如下问题：

是否冲突一方在整个时间段中“正向”或“负向”变化？在时间段中冲突的一方是否可不按一个方向变化？如果冲突的一方可不按一个方向变化，利用时间分离原理是可能的。

【例4-17】折叠式自行车在行走时体积较大，在存放时因已折叠体积较小。行走与存放发生在不同的时间段，因此采用了时间分离原理（如图4-18所示）。

基于条件的分离

所谓基于条件的分离原理是将冲突双方在不同的条件下分离，以降低解决问题的难度。当关键子系统冲突双方在某一条件下只出现一方时，基于条件分离是可能的。应用该原理时，首先应回答如下问题：

是否冲突一方在所有的条件下都要求“正向”或“负向”变化？在某些条件下，冲突的一方是否可不按一个方向变化？如果冲突的一方可不按一个方向变化，利用基于条件的分离原理是可能的。

【例4-18】水与跳水运动员所组成的系统中，水既是硬物质，又是软物质，这取决于运动员入水时的相对速度。相对速度高，水是硬物质，反之是软物质。因此，在运动员需要高速入水的条件下可以释放气泡，降低水的硬度（如图4-19所示）。

总体与部分的分离

所谓总体与部分的分离原理是将冲突双方在不同的层次分离，以降低解决问题的难度。当冲突双方在关键子系统层次只出现一方，而该方在子系统、系统或超系统层次内不出现时，总体与部分的分离是可能的。

【例4-19】自行车链条微观层面上是刚性的，宏观层面上是柔性的（如图4-20所示）。

【例4-20】自动装配生产线与零部件供应的批量化之间存在冲突。自动生产线要求零部件连续供应，但零部件从自身的加工车间或供应商运到装配车间时要求批量运输。专用转换装置接受批量零部件，但连续的将零部件输送给自动装配生产线。

4.4.4 分离原理与发明原理的关系

Mann通过研究提出，解决物理冲突的分离原理与解决技术冲突的发明原理之间存在关系，对于一条分离原理，可以有多条发明原理与之对应。表4-4是其研究结果。