第三节
资源与属性

1.什么是资源

资源是一切可被人类开发和利用的物质、能量和信息及其属性的总称。任何可用于解决发明问题的事物及其属性都是资源。如传统意义上的资源“人、财、物”及其各种物质特性，现代的信息、知识、大数据等。

TRIZ学者趋同的观点是：“资源是可获得的，但是又是闲置的（通常是）不可见的物质、能量、信息以及其他在系统中能够用来解决问题的一切事物及其特性，包括人财物、时间、空间和看待问题的视角以及界面等”。

（1）环境中的资源

①空间——地球或其他星球（质量、密度、地磁、引力、亮度等），空气（成分、密度、温度、压力、重力等），水（海洋、河、雨、雪等）；

②时间——周期性循环（太阳、月亮、行星、恒星、潮汐等），声速（密度变化），光速等；

③界面——声衰减（频率特性），氮循环，碳循环等。

（2）与人相关的资源

①空间——人的身高、形状、容积、体重、生理机能；

②时间——身体不同部位的自然频率，脉搏、脉搏变化，眨眼速度、呼吸速度等；

③界面——发热、温度变化，动力（峰值0.75马力，均值0.33马力），出汗，吸氧，产生CO ₂ ，生产尿素、水、垃圾，视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等。

（3）系统内部/外部资源

技术系统内部往往有解决问题的资源——任何没有达到理想状态的系统内部都有可用资源。要注重优先在有问题的系统内部寻找解决问题的资源，尽量不要依靠引入新的外部资源来解决问题。技术系统外部也有很多资源，如技术系统工作的外部环境和超系统中的资源。

（4）有害物质资源

任何事物或系统的内、外部资源都有它的最大可用性，包括有害的事物。有害的事物是放错了地方的有用资源。技术系统中某些我们极力想消除的有害因素，往往是研发资源，即可以利用有害因素本身的某些特性，来更彻底地消除有害因素本身。例如，发生山火时，风可助火势蔓延，是有害因素，但是如果用风力灭火机产生的高速气流就可以迅速吹散可燃物，降低燃点，快速灭火。

（5）理想资源

自然界中有广泛的理想资源，例如重力、地磁、地热、空气、风、阳光、海水、潮汐、高空中的低温、动植物基因等环境资源。理想资源有三个特点：①无处不在，无时不有；②取之不尽，用之不竭；③几乎不花钱。

要善于发现并提倡优先使用“理想资源”，利用它们实现理想化设计的目标。使用了理想资源的技术系统，都具有简单、可靠、绿色、环保等特点，可以大大提高该技术系统的理想度。

U-TRIZ对资源做了更为细致的定义和分类，认为资源就是物质的属性。所有的物质、能量或信息之所以能够成为资源，是因为其自身具有各种特殊的属性。利用这些属性，可以构建任何一种技术系统，也可以改进任何一种技术系统。

2.物质的属性与资源

技术领域内任何问题产生的根本原因都与其所涉及的物质、属性及其相互作用所产生的有害功能密切相关。所谓创新，就是掌握充分利用呈现在我们眼前的物质的属性，或者寻找或激发潜在的物质属性，并把它们合理分配、置换到相应的物质上。因此，对属性的认知和操作是U-TRIZ的精髓。

属性是物质明显区别其他物质的必然的、本质的、不可分离的性质，是定义各种类物质所需要的基本概念，是实现功能的基本要素——属性直接与功能相关。充分利用属性，可以构建或调节操作任何技术系统的功能。广义来说，物质的一切属性都是解决发明问题的创新资源。

物质属性有多种，大致可以分为形、态、构、质、色、味、属、用、变、存等几个方面。形——形式、外观等；态——状态、相态等；构——结构、构造等；质——质地、成分等；色——颜色、色彩等；味——味道、风味等；属——类属、门类等；用——用途、功用等；变——变化、制作等；存——存储、存续等。

以一棵树为例。从形来看，树具有占空性、形状、纹理等属性；从态来看，有静止、摇晃、固态、液态等属性；从构来看，有树冠、根系、主干、树枝、树叶等属性；从质来看，有致密、疏松、多汗等属性；从色来看，有绿色、红色、黄色等属性；从味来看，有清香、恶臭、甜、苦等属性；从属来看，有阔叶、针叶、乔木等属性；从变来看，树生长具有季节性，春天树枝发芽，夏天繁茂，秋天落叶，每年增加一个年轮，树叶具有光合作用、趋光性，树皮具有自修复性；从用来看，树干具有静止性、阻挡性和定位性，因此运动的人或车等都有可能撞到树干上，树干可以拴绳索，树枝具有支撑性或悬挂性，鸟儿可以在树枝上站立，风筝也会挂到树枝上，当然树枝也会托住下坠的人或物；树的所有子系统（根、干、枝、叶）都具有可燃性；树叶可以遮阳，木材的纤维性可以造纸；木材的支撑性和易加工性可以制作家具、玩具，建造房屋，做枕木、电线杆等。以上只是罗列了一棵树的部分常见属性，还可以有更多、更细分的属性分类方式。

金属一词说明了物质的一种属性。已知的80多种金属元素，性质相似，都具有光泽、还原性，良好的导电性、导热性和延展性，质地坚硬，常温下一般是固体（水银除外）。

同理，水果一词也是说明了一种属性。水果是对可以食用的植物果实和种子的统称，其属性是多汁（含水量高）、甘甜、营养丰富、提供膳食纤维和帮助消化等。

物质属性分为物质基本属性和物质特性，物质基本属性是不随时空条件而变化的，例如单位体积内的原子数量、质量等，而物质特性会随时空条件发生变化，例如物质的外形和相态可以随外界条件发生变化。通常，我们把物质基本属性和物质特性统称为物质属性。

物质的形态是重要的物质属性。按照物理学的定义，常见物质形态有四种。不同相态之间在一定的时空条件下相互转化。物质相态的相互转换如图2-11所示。

合理地利用技术系统组件的相态转换（相变）是实现发明创新的基本操作手段之一。

不同相态物质的属性有：

·固体的物质属性：物理性质包括味道、颜色、体积、密度、熔点、沸点、比热、室温形态（固、液或气）、硬度、多孔性、折射性等。力学性质包括弹性、塑性、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、断裂韧性及延展性（脆性材料的延展性低）及抗压入性。固体的热学性质包括热导性，是指一固体热传导的能力。固体的热学性质包括以热能方式储存能量的比热容。电学性质包括电导性、电阻性、阻抗及电容。压电性是指晶体在受到应力后会产生电压的特性。光学性有可见光穿透性和可见光反射性。光电性质有光电效应等。

·粉末的物质属性：U-TRIZ把粉末（颗粒）这一中间状态作为一种物态单独列出。粉末的属性与固体物质基本相同，但是其具有数量巨大、质心分散、接触空气的面积极大和氧化性较高等特有的属性，而且在工程领域使用范围极广。因此我们也将其作为一类物质形态来分析研究。

·液体的物质属性：液体的量通常用体积度量。一定量液体的体积由其温度和压强决定。在引力场中，液体对容器壁和任何液体中的物体产生压强。当液体的体积与密闭容器不相等时，液体会产生一个像一层弹性膜的表面，具有表面张力，液滴和气泡也由此产生。表面波、毛细现象、浸润、表面张力波的形成也都与表面张力相关。液体会受到剪应力及拉伸应力变形，而所产生的阻力则以黏度度量其流动性。当液体位于一个低于沸点的温度时，液体中的成分会蒸发，而气体的成分也会凝结，直到两者平衡为止。当液体的温度低于凝固点时，液体会开始结晶，转变为固体。增温或减压一般能使液体气化为气体。加压或降温一般能使液体固化为固体。溶合性是指两液体之间可能无法混溶或可以以任意比例混溶。液体各向同性。

·气体的物质属性：由于大多数气体无法直接观察，通常用四个物理特性参数“压强、体积、粒子数目（化学家用摩尔来表示）和温度”来描述其属性参数。气体具有可压缩性，可压缩系数是实际比容和理想比容之间的比例。黏性是有关相邻粒子之间影响程度的物理量。紊流是指流场有随机的、混沌的变化，包括少量的动量扩散，大量的动量对流，压强和速度在空间和时间上有快速的变化等特性。气体与表面的摩擦性是指当气体粒子沿着一物体表面流过时，有些粒子会因物体表面而速度变慢，好像粘在物体表面一样，这称为边界层。热力学平衡指当系统中没有能量转移时，系统和周围的温度相同。

·等离子体的物质属性：等离子体由许多带电粒子组成，总和大约为电中性的物质。等离子体和普通气体的最大区别是它是一种电离气体，由于存在带负电的自由电子和带正电的离子，有很高的电导率。和一般气体不同的是，等离子体包含两到三种不同组成粒子，即自由电子、带正电的离子和未电离的原子。

对经典TRIZ的基本内容加以分析，其中也有不少用了物质属性的内涵，只是因为没有物质属性的概念，无法加以具体说明而已。例如，场是静质量为零的物质，是能量的一种表现形式，通常把其视为物质的一种常见属性。在经典TRIZ物质场概念中，单个物质和技术系统中蕴含的能量形式都可以作为“场”来考虑，因此物质至少有“场”的属性。构成场的能量形式具有多样性，因此物质的场的属性也是多样的。

单个的系统组件/物质具有多种属性，复杂的技术系统（例如由许多零件组成的产品）也具有多元化属性。产品的某些属性是变化或可调的。组成产品的零部件/材料本身具有某些属性，其组装后的成品具有新的功能属性。一个零件加工前具有某种属性，加工后具有了新的属性，如回火改变了弹性或者韧性。

技术系统进化的方向性也是产品属性的具体体现。无论是向完备性进化，向提高能量的传递性进化，还是向提高协调性进化，包括动态性、不均衡性、宏观性、微观性、理想化等进化特征，其实都是具体的产品属性的表现。

在几何属性上，球面具有处处对称的属性，具有不可展开的属性（因此世界地图必然具有不准确性和近似性），具有任意切割截面为圆的属性；平行线具有平行线间距离处处相等的属性；点具有不占空间的属性，线具有直径为零的属性，面具有厚度为零的属性，等等。

物质的物理属性还有很多，如致密性、色泽、可溶性、沸腾性、抗变形性、透光性、导热性、延展性、导电性、吸水性、挥发性、导磁性、磁化性、热胀性、热缩性、冷缩性等；如果考虑物质的化学属性，则有金属性、非金属性、热稳定性、吸水性、脱水性、酸性、碱性、稳定性、电离性、水解性、氧化性、耐腐蚀性、耐热性、活泼性等；如果考虑物质的几何属性，则有诸如点、线、面、体、形状、尺寸、夹角、平行、垂直、相交、相切、同心、等分、等边、等腰、对称等；如考虑物质的生物属性，则有诸如繁殖性、消化性、排泄性、遗传性、反射性、反馈性、趋光性、环境敏感性等。由此而构成了一个具有多样化属性的物质系统，如图2-12所示。

作为示意，以上模型只标出了部分物质属性，不可能把物质的成百上千的属性都画在图中。该物质系统模型将作为后续功能分析中涉及到物质属性分析的一个基本模型。通常在画图时，我们只用圆圈或长方框表示出物质和一个（或几个）与问题分析最有关的属性，通常我们把属性标注在功能属性分析或因果属性分析的长方框之间的连线上，参见第八章。

一种物质可以具有多种属性。多种物质可以具有同一种属性（如占空性、质量等）。不同种类的物质具有不同的属性（相态、导电性、酸碱性等）。同类的物质具有相同的属性，但是度量值不同（属性的度量即参数，如导电率、强度、重量等）。

现代科学证明，所有的科学效应都可以分解为两个物质属性的相互作用。而效应作为一种基本的功能单元，一旦施加在被作用物体（作用对象）上，即形成了元件或子系统乃至系统的功能——由于一般默认效应施加在作用对象上，因此我们可以笼统地说，两个物质的属性形成一个功能。因此，深入研究物质的属性，对于改进或重构技术系统的功能（实现创新）具有极其重要的意义。

在U-TRIZ中，属性是需要经常考虑的重要概念，是分析问题、解决问题的基本资源。资源是物质和物质属性的总称，是构建所有技术系统的基本要素，因此任何技术系统的构建和改进都离不开物质属性。属性更深刻地诠释了事物的本质。因此物质属性是对经典TRIZ中的资源概念的继承与发展。

3.客户需求的属性（功能属性）

前文已经提到，复杂的物质系统具有多元化属性。产品就是一种物质系统。构建产品的物质具有属性，产品本身亦具有多元化属性，这就是产品的功能属性。

产品的功能属性与客户对产品的需求，是同一事物的两个方面——产品的功能来自市场的需求，来自提出需求并将使用产品的客户。客户对产品的描述和感觉，或者说市场上对产品的具体需求的呼声，其所描述的产品特征就是产品功能的属性。例如客户往往会说，菜刀应该锋利一些，用上几年都不用磨刀，电饭锅蒸出来的米饭应该粒粒圆润，味香好吃等。在这里，客户所陈述的“锋利”、“圆润”、“好吃”等词汇，就是对产品的具体需求，也即产品所应该具有的功能属性。至于刀锋利到什么程度，米饭圆润、好吃到什么程度，则是具体的参数（度量值）所应描述和体现的问题。例如，客户可以对一台洗衣机提出具体需求，即提出洗衣机的功能属性，其中绝大多数功能属性都已经在市场上的产品中得以体现了，而某些客户提出的“洗衣机烘干后的衣物，应该具有阳光晒过的感觉和味道”则是一个全新的、需要设法去满足的功能属性，如图2-13所示。

假设洗衣机要“经久耐用”是客户提出的一个具体需求（功能属性）。具体在什么条件下，用多长时间才算经久耐用，是这个属性的度量值，也即一个具体的产品参数。一般把这些参数统称为产品规格。

所有的产品设计约束应该满足的市场需求是功能属性。所有的产品规格是参数。

其实客户对产品规格是不敏感的，客户的第一需求往往不是参数而是功能属性。这意味着，从产品研发、制造到上市，之所以满足了客户需求，是因为厂商为客户提供了功能属性良好的产品。

任何的市场需求，都会形成对产品的功能属性的要求。反过来，从市场对产品的功能属性的要求，逐步分解，一直到产品的各个零部件该如何设计，都是靠属性串接起来的。因此U-TRIZ独创的SAFC模型，以市场需求作为先导，以属性作为串接和牵引，将市场需求一步步地变成了产品的设计约束，把产品的技术属性、功能属性和市场需求完美地对接联系了起来。在第八章我们将阐述SAFC模型在这种对接中的机理和作用。

除了产品本身的功能属性必须满足之外，产品的使用环境（时空条件，超系统因素）也直接影响了产品的功能属性。例如汽车发动机里混进了外部的砂子，可以直接导致发动机爆缸；军用手枪的正常射程是80m有效距离，但是如果在水里射击，有效距离会缩短90%以上；军舰开赴北极圈内，炮塔有可能被不断飞溅的低温海浪冻成冰坨，无法转动和开炮。有时，我们也可以充分利用外部环境的变化来改变产品的功能属性，由此而解决问题，例如在排雷和排弹时，可在引信处不断地浇液氮，冻结引信，阻止爆炸。

4.准确区分物质的属性与参数

人们往往容易将物质的“属性”与“参数”混为一谈，认为属性就是参数，其实是不准确的。作者认为：参数是物质属性在某时空状态下的显性度量，即：P _s.t ＝f（A _tt ） _s.t ，其中，P _s.t 表示物质的显性参数，s.t表示时间与空间，A _tt 表示物质的属性（多数情况简写为A）。可度量出来的属性才是参数。每个参数背后一定是属性。属性表示物质的所属。

例如，埃菲尔铁塔具有尺寸（占空性，例如长、宽、高）、颜色等属性。铁塔的高（纵向占空性）是属性，塔高的度量是高度（参数），即其纵向占空性属性在某个时空条件（经纬度、气压、温度）下的度量，参数值随外界条件变化而变化，当温度从-10℃升到+40℃，埃菲尔铁塔的高度会“长高”近20cm。另外，铁塔颜色在晴天看起来是棕褐色，阴天是深褐色。因此，埃菲尔铁塔的颜色参数是它的颜色属性在某个时空条件下的显性度量。

A的数量很多，有些是显性的，但多数是隐性的，例如埃菲尔铁塔的属性有：铁塔是巴黎地标性建筑（显性）；铁塔两侧综合膨胀率不同（隐性）；颜色从建塔时涂装的“威尼斯红”（隐性）到此后使用了多种黄色油漆（隐性），再到今天的棕褐色（显性）油漆；油漆共有18层（隐性）；铁塔的重量每粉刷一次大约增重约50t（隐性）；铁塔的稳定性（隐性）等。

以物质的质量（属性）和重量（参数）的区分为例：在物理学定义中表示物体含有物质的多少叫质量。质量不随物体形状、状态、空间位置的改变而改变，是物质的基本属性，通常用 m 表示。在国际单位制中质量的单位是千克。重量是物体在引力场受到万有引力作用后力的度量。在地球引力下，重量和质量是等值的，但是度量单位不同，含义不同，一个单位是千克，一个单位是牛顿。物质的质量属性不随时空条件变化，而重量随着引力场条件变化。

属性与参数的对比参见表2-7。