TRIZ 設計方法

設計教學是科技創新的基礎。英國的財經部指出，創意是新點子的 激發，不管是新的發明或新的應用方式；創新是對新點子加以開發應用 (exploitation)，將新點子化為新產品、新服務、或是新的企業運作模式；

而設計就是創意與創新中間的橋樑，它將新點子予以具體化、務實化(the United Kingdom's economics and finance ministry, 2007)。因此，有效的設 計教學應該能鼓勵學生激發創意，並將創新的點子加以具體呈現。

一、TRIZ 的源起

TRIZ 為俄文 Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch 之縮寫，英 文譯為 Theory of Inventive Problem Solving（TIPS），其意義為「創新發 明問題解決理論」，是蘇聯發明家兼工程師Genrish Squlovich Altshuller

（1926～1998）與他的團隊，從專利文件的分析，所發展而成的一套方 法。例如：39 矛盾衝突（Contradictions）矩陣與 40 創新解題原則

（Principles）、76 標準解決方法（Standard Solutions）、物質—場分析

（Substance-field）、8 種演化類型（Evolution of TechnologicalSystems）、

技術效應等（Technological Effects）。目前 TRIZ 技法已漸為世界各國所 重視，紛紛為工業界採用，例如：美國克萊斯勒公司、福特公司、通用 公司、全錄公司等，也受學術界所引用，並發展相關軟體例如：IWB、

TechOptimizer 等，協助工程師應用 TRIZ 開發產品（鄭稱德，2002）。

二、TRIZ 的基本論點

Altshuller 從 1965 年到 1969 年的研究之後，發現只有 4 萬個專利 具有創新性，其他的都是改良而已，因此他將創新性問題劃分成五個等 級（Altshuller，1999）：

第一級-解決方法明顯：僅應用本身專業領域熟悉的知識（佔 32%）。 第二級-改進：要求系統相關領域內，不同方面的知識（佔 45%）。

第三級-現有系統本質上的改進（解決矛盾）：要求系統相關領域外 的知識（佔 19%）。

第四級-是基於改變基本功能和進行原理，用突破性概念和技術，發 展現有系統的新一代構想：要求不同科學領域的知識（低於 4%）。

第五級-發現：一個本質上全新系統的發明或科學發現（低於 0.3%）。 對於第一級，Altshuller （1999）認為不算是創新，而對於第五級，

他認為「如果一個人在舊的系統還沒有完全失去發展希望時，就選擇一 個完全新 的技術系統，則成功之路和被社會接受的道路，是艱難而又 漫長的，因此發明幾種增進的改進，是更好的策略」，他建議將這兩個 等級排除在外，TRIZ 工具對於其他三個等級創新作用更大。其中，第 二、三級稱為「革新」（innovative），第四級稱為「創新」（inventive）。

三、TRIZ 的解題步驟

應用 TRIZ 解決創意性問題的流程，首先從問題的分析開始。問題 分析主要包括了確認最後理想化結果、確立矛盾衝突區、系統功能分 析、及系統可用資源，其中的功能分析可依實務上的應用，細分為「技 術系統分析」與「技術流程分析」兩大類。所遭遇的問題經過確認後，

案的比較評估，以達成問題解決的目標，如圖 2-3。

圖2-3 Pugh’s Concept Selection Method

資料來源：曾念民(2004)

「問題分析」包含的四個項目，分別為 1. 系統功能分析；2. 最後 理想化結果；3. 系統可用資源；4. 確立矛盾衝突區，將這四點進行說 明（莊錦賜，2001；莊錦賜，無日期）：

1.系統功能分析：分析系統、次系統及其元素，以功能運作格 式加以分析修整，其目的在檢驗每一功能是否需要，又是 否為系統中其他元素所能取代。如此將可突破傳統設計，

降低成本及產品複雜性。

2.最後理想化結果：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，一般稱為理想性，它可用價值方程式 表示如下：

理想性（I）＝（Σ 利益）╱（Σ 成本＋Σ 損失）

目前引用雙正矩陣作為分析工貝，其步驟如下：

(1)列出競爭系統(2)找出對立系統(3)建構雙正矩陣

(4)敘述技術衝突(5)敘述欲達成之最後理想系統。

3.系統可用資源：確認可利用之事務、能源、資訊，及其他在 系統內或附近可取得之元素，與現有系統元素組合，加以 改善。

4.確立矛盾衝突區：其目的在找出真正問題發生原因，此處所 指之區域，一般為問題發生之操作時間與空間，換言之，

必需知道抵觸發生真正地方與真正時間。

四、TRIZ 的工具

TRIZ 的主要方法與工具共可分為四種：（一）39 矛盾矩陣與 40 創 新解題原則；（二）物質、場分析與76 項標準解決方法；（三）科學與 技術效應數據庫；（四）ARIZ（姜台林譯，2008；曾念民，2004；鄭稱 德，2002）。以下分別對這四種方式做一說明。

(一)39 矛盾矩陣與 40 創新解題原則

Altshuller 在觀察了大量的創造發明相關問題後歸納出一個 重大發現，那便是「技術矛盾」。所謂的技術矛盾的存在是因為 當嘗詴去改進一個技術系統參數A 時，會使得參數 B 惡化，例如 減少一個產品的厚度而使得它更輕薄，卻使得這個產品變得更易 損壞，如果改用更好的材料，卻又會使成本增加…等等之類的問 題。TRIZ 追求的是如何消除衝突，因此 Altshuller 針對最具創意 的40,000 研究中，歸納出 39 個參數所產生的技術矛盾特徵，並將

除了技術矛盾，TRIZ 還定義了另外一種矛盾—物理矛盾，所

(二)物質—場分析（Substance – Field Analysis）

Altshuller 提供了另一個用於分類創新問題和運算子的系統，

稱之物質－場理論（Substance and Field Theory），或簡稱

「Su-Field」。物質—場分析是 TRIZ 對於現有技術系統相關問題，

建立模式的重要工具。技術系統中最小的單元由兩個元素，以及

發明者首先要根據物質—場模型，識別問題的類型，然後選 擇相應的標準方法集，每一次質－場分析所做的調整與修正，就 意味著系統的轉變或變型，因此Atshuller 建議系統欲進行改善 時，可以從類似質－場分析中以類比的方式產生之（姜台林，

2008；曾念民，2004；鄭稱德，2002）。

(三)科學與技術效應數據庫（Scientific and Technical Effect Database）

從1965 年起，Altshuller 與他的工作夥伴開始以繪製質－場 分析模型的方式，探討系統功能合作（Synthesis）的問題。當一個 技術系統的需求被分解到最簡化的質－場模型時，它就必頇使用 它僅使用現有的資源去實現或執行它的功能。針對這樣的情況，

Altshuller 發展了一個科學效應的抽象模式，在這個模式中，效應 被描述為兩個或兩個以上參數在一定的操作條件下所產生的彼此 交互作用。為了可以有效的整理這些科學效應，Altshuller 在 1965~1970 年間與他的工作夥伴開始以「從技術目標到實現方法」

著手建立所謂的效應數據庫（曾念民，2004；鄭稱德，2002）。

效應數據庫是集中了包括物理、化學、地理和幾何學等方面 的專利和技術成果，研究人員如果需要實現某個特定功能，該庫 可以提供多個可供選擇的方法。在傳統的專利庫中，成果都是按 題目或發明者名字進行組織的，那些需要實現特定功能的發明 者，不得不根據與類似技術相關聯的人名，從其他領域（如物理、

化學等）尋求解決方法。當一位發明家對他專業領域之外的事物

(四)ARIZ（Algorithm to Solve an Inventive Problem）。

由於現代發明家對於某些沒有明顯矛盾分明的複雜問題，不 能直接依靠矛盾矩陣或物質—場分析解決，必頇分別對其進行分 析與建構矛盾。Altshuller 整理出一套可供發明家遵循解決包含矛 盾衝突創意性問題的系統，這套規則系統稱為「ARIZ」（曾念民，

外近五年學者對於 TRIZ 各方面的研究進行各方面的初探，可以發現過

本研究利用已故的前蘇聯發明家兼工程師Genrish Squlovich Altshuller 所提出的

TRIZ 法，以文獻資料分析法，加以整理、探討，並分析 TRIZ 與工業設計構想發展間

表2-3 TRIZ 應用相關研究(續)

表2-4 TRIZ 與其他理論結合之研究

表2-4 TRIZ 與其他理論結合之研究(續)

各項論點發展一綠色創新設計輔助軟體Eco-Design Tool，並以物元變換具備擅長解決

矛盾事物的特性，由TRIZ 矛盾矩陣與發明法則協助新設計實體的產生。

表2-5 近五年有關 TRIZ 國科會研究成案報告

表2-5 近五年有關 TRIZ 國科會研究成案報告(續)

TRIZ theory and automotive safety systems development

本研究目標有兩種。首先，我們證實TRIZ可以很成功的應用在汽車安全

系統發展的過程中，而這在以前是從來沒被應用過的。其次，我們使用TRIZ

做為科技預測工具用來預料未來汽車安全發展的趨勢。這項任務是通過專利

調查和S曲型來實施。經由S曲線，它幫助我們辦認汽車安全系統的當前發展

階段並且辦明應該朝哪個新方式前進。

Yu (2005) An innovative engineering design model by the aid of TRIZ methodology and CAE technology

本研究提倡過程、方法和新科技的成果有關的加強改進產品發展。包括

工程設計、TRIZ和CAE領域的理論。 (1)一種結合TRIZ和FEA設計對象分析

的解決問題方法。(2)研究有效的參與問題的解決而完成的兩種專題研究。

表2-6 近五年有關 TRIZ 英文文獻整理(續)

作者/年份 標題/內容簡述

Morgan (2007)

Environmental opportunities in conceptual design: Enhancing the TRIZ database with ENERGY STAR products and functional

models

WOULD YOU BUY A PURPLE ORANGE?: TRIZ and strategic inventing offer complementary ways to generate new

product concepts

TRIZ是一個在創新觀念世代能被廣泛接受的方法論，強調預測性方法和發展趨 勢，而策略發明在觀念世代是一個更加強調差異和專利保護的補充(或互補)工具。本 研究將TRIZ創新發明理論和策略發明理論進行結合，詴產生新的產品概念。

Zhang & Liang (2007)

A conceptual design model using Axiomatic Design and TRIZ

本研究結合原則性設計和TRIZ 創新發明理論，詴提出一種新穎的概念

A framework for OTSM-TRIZ-based computer support to be used in complex problem management

表2-6 近五年有關 TRIZ 英文文獻整理(續)

作者/年份 標題/內容簡述

Hua, Huang, Wang(2007)

A method of product improvement by integrating FA with TRIZ software tools

本研究集合FA和TRIZ軟體工具的方法詴提出一個協助工程師尋找產品發展科技

經由上表「近五年 TRIZ 研究概況分類」分類，可以得出以下要點：

（1）搜集之近五年文獻數量各個來源略為平均；（2）國科會研究角度 大多偏向 2 種以上（3）研究角度為「建構理論」的文獻最多；（4）研 究角度為「問題解決」的文獻最少。本研究目的嘗詴利用 TRIZ 設計方 法，發展出問題解決教學活動，根據上述第四要點：「研究角度為「問 題解決」的文獻最少」，可藉此要點顯示出本研究是具有研究價值的。