TRIZ 理論

3-1 TRIZ 發展背景

TRIZ 為俄文 Teoria Reshenia Isobretatelnych Zadatch 縮寫，意思為「創意性問題解決 理論」（Theory of Inventive Problem Solving），由俄國發明家 Genrich Altshuller 於 1940 年代

從20 萬件專利中挑出其中 4 萬件被認為具有創新方法的專利，歸納問題的基本型態與

解決問題的基本原則發展而成的創新系統方法。從專利分析中他發現每一個具有創意 的發明基本上都是在解決需求上的衝突，也就是他所謂的「科技矛盾」(Altshuller, 2006)。

他從這些分析中歸納出約1500 個科技矛盾，並進一步整理出可以解決這些問題的基本

原則(Altshuller Institute for TRIZ Studies)。1990 年代初期由於前蘇聯的經濟惡化促使大量的 TRIZ 專家移民美國與以色列等國家，並致力推廣 TRIZ，從此開啟 TRIZ 在國際發展的新 頁(Ideation International)。

時至今日TRIZ 已經是一個國際性的創新理論，眾多研究團體投入分析數以百萬

計的專利以找出問題與解決方案的模式(The TRIZ Journal)，很多企業已將 TRIZ 應用於各 種不同層面，作為各種科技創新及技術發展趨勢的分析工具。

3-2 TRIZ 理論的基礎

3-2-1 系統性矛盾

解決一個問題的過程中，我們常面臨一些系統參數間的衝突現象，例如為增加汽 車的速度而使用更大的引擎以提供更大的馬力，但相對地更大的引擎卻也增加汽車的 重量而不利加速性能。這樣的情況有如翹翹板一般，當翹翹板的一端上升時，另一端 同時跟著下降，這是一個無法改變的自然現象。在這樣的系統中我們頂多只能在權衡 下取得一個較佳的折衷方式（工程解決方案），如果我們要讓翹翹板的兩端能同時上 升，我們需要一個不同的系統（至少是重大的系統改變）—創新發明。Altshuller 從他 的研究中發現如果能夠善用系統內部的矛盾，將其原本對系統的有害特質轉化為有利

的條件，則往往可以發展出具有創新意義的發明。

分析系統中的矛盾關係成為TRIZ 發展與操作的重要關鍵，傳統的問題解決方法傾

向於採用直觀的思考並發現可能的解決方案，然而TRIZ 則著重在問題（矛盾）的歸納，

並從過去的經驗法則找出可能的解決方法。

圖4 比較傳統直觀的問題解決方式和 TRIZ 的一般性法則運用差異(Spain, 2003)。如

果想像一個問題與它的解決方案之間被一面牆所遮擋（如圖4a），那麼傳統的腦力激

盪則是意圖透過對牆壁的鑽掘希望能夠露出足夠的洞口讓我們看到解決方案（圖 4b），這樣的方法使得不同問題間的解答途徑往往缺乏重複性。而 TRIZ 則著眼於問題 的歸納，找出問題的一般型態，然後透過一般性的可能解決方案獲得最終的解答（圖 4c）。類似數學問題（圖 4d），我們著重於問題的概念化與公式化，而不是隨機地嘗 試不同的解答。

Specific Problem 3x 2 +5x+2=0

Actual Solution Abstract

Problem ax 2 +bx+c=0

Abstract Solution

2a 4ac b b x

-2−

= ±

3 1, 2 x=− − Actual

Problem

Actual Solution TRIZ

Generic Problem

TRIZ Generic Solution

Actual Solution Actual

Problem

Brain-storm Actual

Solution Actual

Problem

圖4 問題解決方式比較

資料來源：(Spain, 2003)

3-2-2 發明的層級

基於TRIZ 的理論發展特性，TRIZ 可以被定義為：一個以「知識庫系統」為基礎的

「系統性」發明問題解決方法(Savransky, 2000)。TRIZ 所提供的一般性問題解決方法是 經過大量的專利分析整理，加以將自然與工程科學效應知識分類與重組而形成「啟發 性的問題解決方案」。而這些啟發性的問題解決方案是透過系統性的結構以明確的步 驟使人們更有效率地將這些已知的解決方案應用於現有問題分析上。

Altshuller 從他認為具有創新方法的 40000 份專利中，將這些專利的問題解決方法分 類成五個層級（表2）(Terninko et al., 1998)。

表2 創新發明層級

資料來源: (Terninko et al., 1998)

層級 說明 比率

(1964 ~ 1974)

Level 1 採用專業領域內明顯的解決方法 32%

Level 2 在一些折衷情況下改善現有系統 45%

Level 3 從本質上改善現有系統 18%

Level 4 採用不同科學領域知識所產生的新世代 設計

4%

Level 5 新科學的發現 1%

Level 1： 嚴格上講，此層級的發明並非真正的發明，它是對既有系統的有限延伸 或改善（例如增加牆壁的厚度以增加房屋的隔絕效果）。一般而言這些

發明可能是很好的工程表現，但是並未對系統所面對的矛盾問題有所瞭 解和解決。

Level 2： 此層級的解決方案嘗試降低一些系統上的矛盾，但其仍然必須接受一些 妥協（折衷）。雖然此層級的發明僅需單一領域技術的解決方案或將該 領域的其它技術知識加入其創新元素中，但它確實對系統產生一些改 變，並且增加一些新功能。

Level 3： 透過引進一些新的元素以達到有效解決現有系統的矛盾關係，這樣的發 明通常是從其它產業領域尋找合適的觀念或原理，並將其整合至原來問 題系統所在的產業；其所造成的影響是對原系統所在產業環境的改變。

Level 4： 引進完全不同的原理以達成原系統的主功能，由於基本原理的改變使得 原來系統的矛盾不復存在。此層級的發明所採用的原理與現象是在原領 域內鮮為人知的，因此此類方法的發明是來至自科學上的搜尋而非技術 上的。

Level 5： 由於新科學的發現並將其應用於問題解決上，它提供超出現有科學知識 範疇的理論應用。Level 5 的新發明將引發更多其它四個層級的發明，例 如雷射理論的發明導致日後在印表機產業與量測儀器的應用發明，所以 一個解決方案的發明層級是隨時間有所不同的。

由於Level 1 的解決方案僅是對既有領域知識的有效運用而非創新性的問題解決，

而Level 5 的發明則需透過對新自然科學的瞭解，且其提供的參考樣本太少而無法有效 辨識其發明相似處；所以Altshuller 把他的發明理論著重在 Level 2 ~ 4 的發展上。

3-2-3 理論應用

科技演進歷程、科技矛盾、最終理想解答與系統分析方法是TRIZ 理論的基礎目

標，在技術問題解答方面TRIZ 提供下面的系統方法與科技問題解決歷史歸納特徵供問

題分析，進而提供啟發性的問題解決方向：

z 矛盾矩陣

z 質場分析（Su-field analysis）與標準解法 z 科學與技術效應

z ARIZ

在實際的科技開發過程，企業除了必須對現有科技問題提出有效的解決方案外，

更需要瞭解目前使用的科技在其科技發展歷程中的階段，如此才能在「繼續發展現有 技術」或「開發新一代技術」間作最有效的評估與選擇(龔益鳴 and 丁明芳, 2004)。

TRIZ 認為科技系統有其萌芽期、成長期、成熟期、衰退期等生命週期階段，依循

這樣的發展歷程，一個科技系統在其生命週期S 曲線（圖 5）不同階段可以採取相對

的因應策略。TRIZ 從效能(performance)、經濟效益(profitability)、創新層級(level of invention) 與創新數量(# of inventions)等構面分析科技的發展階段，和其它 TRIZ 問題分析與解決工 具結合在一起，可以用來對各種系統的未來設計做出明智而審慎的分析與評估。從生 命歷程演進，TRIZ 提出一個科技系統可以依循的改進方向：

z 增加理想化程度

z 次系統非統一的演進化 z 變遷到更高層次的系統 z 增加彈性

z 縮短能量流程途徑

z 從巨觀層次變遷到微觀層次

雖然本研究目的在使用TRIZ 問題解決分析工具找出家庭自動化系統應該採用的

技術架構，但是針對本研究所歸納之個別科技應用領域，S 曲線分析對於後續研究工 作將可以成為一個相當有用的分析工具。

成

熟 衰退

萌芽 成長 性

能

時間

圖5 科技系統生命週期 S 曲線

生命週期分析

決策

改進目前技術 開發新技術

預測接下來的演進 歷程

解決系統矛盾

圖6 S 曲線於科技創新之應用

3-3 TRIZ 理論的分析工具

透過分析大量的發明方法，TRIZ 將各種可能的系統問題歸類成不同的矛盾關係，

進而整理出對於各矛盾關係的可能解決方法，透過這些方法的分析、整理與累積，TRIZ

提供一個系統化的方法讓我們從問題分析到最終解決方案得到一個連貫的演繹過程，

而不是漫無目標地嘗試錯誤。圖7 為 TRIZ 的創新問題演繹步驟。

處理一個系統問題時我們透過收集此問題的相關資訊，將問題切割以標示出系統 中造成這些問題的矛盾關係（亦即建立問題的一般性描述）。在獲得問題的矛盾關係 後，透過矛盾表找出相關的創新法則，將這些法則以類比方式透過實際的工程應用與 實驗套用至實際的系統中找到最後的實際解答。

圖7 TRIZ 創新發明步驟

3-3-1 問題分析

創新活動第一個步驟就是要清楚定義出該活動的目的與實際遭遇問題。在實施 TRIZ 操作前，我們必須先瞭解如何將一個特定問題的需求透過分析然後將其轉化為一 般性問題描述（standard problem），然後才能將問題對應至相關的解答題庫。在分析問 題過程若有一個制式化步驟協助我們完成問題描述，將會比採用一般性理解問題更為 有效。TRIZ 的問題分析步驟最常用的是 Problem Formulation 和 Substance-Field Analysis

（Su-field analysis）。

Problem Formulation 是透過一連串的有利功能（UF, Useful Function）與有害功能（HF, Harmful Function）的圖形連結找出系統的主要功能（PUF, Primary Useful Function）和主傷 害功能（PHF, Primary Harmful Function）的功能需求與利害關係。首先我們要先找出系統 的PUF 和 PHF，然後以圖 8 的功能關係繪出 PUF 至 PHF 的連結圖（或相反）。

圖8 UF 與 HF 關係表示法

當設計一個高效率礦砂處理熔爐時，設計者可能遭遇到的問題是高溫產生爐壁過 熱。為處理過熱問題，設計者需要以高壓方式將冷水唧送至爐壁內的管路以冷卻爐壁，

但若爐壁內的管路裂開則水會透過爐壁滲漏至熔爐內而導致爆炸。將以上問題以圖8

方式繪製而成圖9 的關係圖(Terninko et al., 1998)。從關係圖我們可以看出這個系統的問 題在於「高溫導致過熱」與「滲漏導致爆炸」，因此我們可以將可能的問題解決方向

方式繪製而成圖9 的關係圖(Terninko et al., 1998)。從關係圖我們可以看出這個系統的問 題在於「高溫導致過熱」與「滲漏導致爆炸」，因此我們可以將可能的問題解決方向