第二章 田口法、TRIZ 與模糊理論
2.2 TRIZ
圖 2(a) A&B「強交互作用」 圖 2(b) C&D「弱交互作用」
2.2 TRIZ
TRIZ 是俄文的縮寫，翻成英文就是「Theory of Inventive Problem」，是 1946 年由當時二十歲的前蘇聯海軍專利局擔任專利審核員 Genrich Altshuller 為首所創立的[10, 20, 21]，由學界與業界成立的百人小組分析 20 萬件專利，挑 出 4 萬件與創新較有關的進行整理而成，這個整理出來的創新方法主要包含三 個部分。第一部分是將粹取的發明原理用矛盾矩陣(Contradictive Matrix)的方式 表達；第二部分分離原則(Separation Principle)；第三部分運用物質-場分析 (Substance to Field Analysis)的方式找出問題的關鍵，並提出解決方法[12]。另 外，針對看不出矛盾的複雜創新問題，Altshuller 也提出一套分析問題流程
“ARIZ”，協助設計者使用抽絲剝繭的方式逐步解決問題。圖 3 為 TRIZ 解決問之 概念圖。
圖 3 TRIZ 概念圖
什麼是創新的問題？如果我們將所面臨的問題分成二個區域，一個是已經 知道的問題，這類的問題通常都已經被解決，若是用新技術解決舊問題，則稱為 產品的改良，可提升原本既有的功能達到更好的效果。另一個則是新的問題，當 工程師在做研發或設計時遇到從前沒遇到或沒有看過的問題時，同樣的可以選擇 尋求新的科技或是舊有的技術解決問題，如表 3 所示。
例如使用新研發的塑膠材質減輕產品的重量是用心知識解決舊的問題，將 新的雷射技術用於處理美容或醫療界面臨的新問題，便是將新知識用於新問題 上。但是這二種選擇都各存在著風險或缺點。新技術往往花費昂貴而且效果有待 證實，若不是相關新科技的專家很難進行評估；而舊的技術要解決新的問題，設 計者會因為個人的專長領域或過去的設計經驗，傾向於特定的思考方向，這種心 理的慣性通常使得問題的解答陷入膠著且效果不彰。而 TRIZ 的優點就是幫助設 計者使用舊方法時，能跳脫自己的思維，得到更多元的解決方案，這種用舊方法 克服新的問題，產生新的功能就是發明及創新。表 3 舉出幾個用不同知識解決不 同問題的例子。
Design Problem TRIZ Problem
Design Solution TRIZ Solution
表 3 知識與問題的種類[22]
Known Problem New Problem
New Knowledge
New knowledge applied to known problems
Example ： New plastics provide strong and lightweight products.
New knowledge applied to new problems
Example：Various uses of lasers.
Existing Knowledge
Existing knowledge applied to known problems
Example：All tasks with generally known solutions.
Existing knowledge does not provide satisfactory solution.
This is nventive problems
對 TRIZ 這個方法而言，工程師在進行創新設計時所遇到的新問題，都可 以運用工程相關的參數表達，並把問題視為工程矛盾，解決矛盾便是達成創新設 計。雖然 TRIZ 已有一段歷史了，但是在現今社會仍然廣泛的被使用。
2.2.1 使用三十九個工程參數與矛盾矩陣求解
面對工程或是設計問題時，常會遇到為了要改善一些工程性質，而讓其他 工程性質惡化，Altshuller 指出所謂的創新大部分都是在解決這一類的問題，若 能針對這一類的矛盾問題解決，勢必能突破原有的技術[22]。Altshuller 在整理完 上萬件專利之後，歸納出 39 個與技術有關的工程參數以及各個參數之間產生的 矛盾如何解決，共有 40 個消除矛盾的發明原理(Inventive Principles)。附錄 A、
附錄 B 及附錄 C 分別為 TRIZ 之 39 個工程參數、矛盾矩陣及 40 個發明原理。
矛盾矩陣的重點主要有二個部分，首先矩陣的第一行是在設計過程中想要 改進的工程參數，當改進這些參數時，往往會犧牲其他工程特性，於是 Altshuller 將這些工程參數放在第一列，使得改善的參數與惡化參數能一對一的尋找解決方 法。當發現工程矛盾時，改善參數與惡化參數不相同，此時稱為技術矛盾，大多 數的情況下可經由查詢矛盾矩陣得到數個發明原理的代碼。但是當希望改善的參
數與惡化參數相同時，則稱為物裡矛盾。物裡矛盾的解決方案將於 2.2.2 中介紹。
2.2.2 分離原則
TRIZ 提供的第二個方法「分離原則」，可以被用來消除物理矛盾，分離原 則可分為三項主題：
(1)時間分離：例如建造大型建築時，基樁打入地底時必須是尖頭的，然而對建 築物來說，基樁必須平頭的才能保持穩定性。解決這問題的方法就將尖頭基樁 打入後再將基樁改成平頭，圖 4 為示意圖。
圖 4 用火藥除去基樁的尖頭 (2)空間分離：例如用金屬鍍膜隔絕空氣與金屬。
(3)系統級別分離：例如自行車變數器就是運用級別分離的設計。
2.2.3 物質-場分析
Substance to Field Analysis 簡稱 Su-Field Method，是 Altshuller 提供的第三 種方法。Su-Field 將每一個技術或系統分成「物質(S)」、「場(F)」二個部分。不 論是系統、系統產物或系統環境都可視為「物質」。機械力、熱力、化學力、電 力或磁力都可視為「場」。場與物質的關係可由利用圖五表示。
圖 5 Su-Field 模型 S1：原本使用的方法
S2：問題處理完的效果 F：輔助原始方法不足的地方
S1 指向 S2 的箭頭若使用實線，表示問題圓滿解決。若是效果不如預期 則用虛線表示；若處理方法(S1)會產生有害的結果則用鋸齒線表示。大部分的問 題都可表示成這三種箭頭，針對這三種設計中遇到的問題 TRIZ 都提出有系統的 方法解決。表 4 指出不同型式箭頭代表的意義。
表 4 Su-Field 模型中線條代表的意思
符號 意義
得到需要的效果 得到不足的效果 產生有害的效果
2.2.4 ARIZ
ARIZ 是 TRIZ 中為了處理較複雜的創新問題而發展出來解決問題流程，
其主要的原理就是綜合前三節所介紹的方法，使用抽絲剝繭的方式將問題解決，
其詳細步驟如下：
步驟一：使用創新情境問卷(Innovative Situation Questionnaire, ISQ)，協助設 計者確認問題與闡述問題。
步驟二：將設計計畫中有問題的部分，使用物質-場分析了解問題。
步驟三：建立最終理想的結果(Ideal Final Result, IFR) 。 步驟四：列出可用的內部與外部資源。
步驟五：瀏覽資料庫中的類似案例，找出類似的解決方案，解決一部分的 問題。
步驟六：分別使用矛盾矩陣及分離原理解決技術矛盾及物理矛盾，解決一 部分的問題。
步驟七：使用物質-場分析法，產生數個可用的概念。
步驟八: 運用可利用的資源實現步驟七產生的概念，解決剩下的的問題。
步驟九: 分析修改過後的設計，確認是否有新問題產生。
在 ARIZ 流程中的步驟一~三的目的是架構與分析原有問題，而步驟四~六 用來移除實體限制，最後的步驟七~九則是要找出問題的答案。
2.2.5 TRIZ 中各方法的使用時機
TRIZ 工具介紹的幾個方法會因為設計者面臨不同問題而被選用，個方法 使用時機陳列於表 5 之中。表 5 說明 Altshuller 在分析完上萬件專利之後，將被 解決的問題分成五個階層，並將問題的比例統計出來，如表所示“層級一”的問 題是具有明顯改善方式的問題，在 Altshuller 分析的數萬件專利中占 32%，解決 這一類的方法可以根據 TRIZ 提供的一些簡單例子便可解決問題，但並非真正的 創新；“層級二”的問題是具有部分矛盾的問題，在專利解決的問題中約占 45%，這一類的問題可使用 TRIZ 中的矛盾矩陣與分離原理處理；“層級三”的 問題是具有多處矛盾的問題，而且需要集結不同領域的知識，這類的問題約占 18%，使用物質-場分析可以幫助設計者解決問題；“層級四”的問題是屬於需要
顛覆既有概念的問題，這類的問題約占 4%，設計者可以運用 ARIZ 協助處理問 題；“層級五” 的問題是以前沒有發現過的新問題。
表 5 TRIZ 各創新工具使用時機
層級 問題內容 比例 可用的 TRIZ 工具
1 具有明顯的改善方式 32% 根據一些例子便可改善系 統，並非真正的創新。
2 次要改善，工程問題中有部分 矛盾需要消除
45% 矛盾矩陣表以及分離原理 3 重要的改善，需要集結化學、
幾何學或不同領域知識
18% 物質-場分析 4 改變/顛覆原始的概念 4% ARIZ
5 以前沒有的新發現 1%