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第四节
矛盾与参数

矛盾是对立统一的双方面。对立统一规律揭示了事物发展变化的源泉和动力,它贯穿于唯物辩证法等其他规律和范畴之中,是唯物辩证法科学体系的实质和核心。

世界上任何事物的内部和事物之间都包含矛盾的两方面。例如:生物内部存在同化与异化的矛盾,生长与老化的矛盾;物理上物质的凝结与蒸发;战争中的进攻与防守等。

没有矛盾,就没有技术系统的存在,或者说技术系统就无法实现发展与进化。

阿奇舒勒通过分析、研究世界范围内的大量发明专利后,确定了经典TRIZ中最核心的内容——矛盾。他发现发明专利中有一个共同点:如果系统中存在着问题,那么几乎所有的问题中都蕴含着矛盾,而解决矛盾的结果就可以形成一项新的发明专利。这样的问题被阿奇舒勒称为“发明问题”。阿奇舒勒指出,发明问题中至少包含一个以上的矛盾,解决问题就是要消除矛盾。这是经典TRIZ具有划时代意义的一个重要结论。

1.矛盾的基本形式

在经典TRIZ理论中矛盾划分为三种类型:管理矛盾、技术矛盾、物理矛盾。

1)管理矛盾——一个介于需求和满足它的能力之间的矛盾。发明问题在某个领域长期存在,知道需要做什么去改善现状,但是不知道该如何去做。例如,一个不合适的系统参数应该被改进(如提高计算机性能);管理上有一定的缺陷应该避免(如投资效率不高),但是不清楚如何避免;做出的产品有缺陷,但是不清楚原因等。这些矛盾通常被称作管理矛盾。管理矛盾经过分析后可以转化成下面两种矛盾。

2)技术矛盾——两个参数/功能/属性/质量等彼此之间的矛盾,即如果试图改进技术系统的某一个参数A,而引起了系统的另一个参数B不可接受的恶化,则说明系统内部存在着技术矛盾。所有的人工系统、机器、设备、组织或工艺流程,其特点是相互关联的参数的综合体,如生产率、能耗、数量、规模、运行效率、清偿能力等,尝试去改善一个参数往往会造成其他参数的恶化,从而形成技术矛盾。技术矛盾产生的根源在于技术系统内部的参数/功能/属性不协调所形成的对立。

3)物理矛盾——两种截然不同的需求A和非A制约一个参数P的矛盾。即对技术系统中的某一个组件/元件的参数P(或属性)提出了截然不同(包括完全相反)的需求A和非A时,该系统存在物理矛盾。A和非A两种需求如同拔河一样,此消彼长,一方的获益建立在另一方的损失之上。

与技术矛盾相比,物理矛盾在解决实际问题时使用得更为广泛。物理矛盾产生的根源来自于技术系统外部对技术系统内部某元件的参数或属性的截然不同的对立需求。现实存在的问题中,几乎不存在找不到物理矛盾的情况。

4)三类矛盾之间的相互转化。通常管理矛盾包含了若干技术矛盾和物理矛盾。经过分析,管理矛盾可以转化为技术矛盾和物理矛盾。技术矛盾可以转化为物理矛盾。转化路径:管理矛盾→技术矛盾→物理矛盾。

理论上矛盾可以相互转化。但由于上述转化路径在解决矛盾上趋于越来越彻底,因此反向转化极少。较为常见的是把技术矛盾转化为物理矛盾。具体转化方法参见第七章第二节。

2.构成矛盾的参数与属性

以属性为核心是U-TRIZ的重点。

参数是物质属性在某个时空状态下的显性度量,因此参数是物质属性的显性的、可度量的表现形式。参数之间的矛盾,实际上也是物质属性之间的矛盾。

TRIZ中物质的通用工程参数有39(后增至50)个。它们是一系列我们常见的、通用的几何、物理或实用参数,如:物体的重量、尺寸、面积、体积、速度、功率,以及时间损失、消耗能量、强度、温度、可靠性、通用性、生产率等。改进后的TRIZ汇总了50个特性参数,增加了诸如:运行效率、信息的遗漏、有害的扩散、噪声度、安全度、易损坏度、美观度、装置的复杂度,以及在前几年新增加的两个参数:正向不确定参数、负向不确定参数。

以上参数称作“通用工程参数”,是事物在特定状态下所表现出来的属性参数,是千千万万专用参数的提炼和归纳。其他的叫法如“通用特性参数”、“通用技术参数”等都基本同义。

根据对“物质的属性与参数”的对比研究结果,“物质的参数应该是物质的属性在特定时空状态下的度量”。对于某些常见术语究竟是参数还是属性,简明的判断是:凡是带有“××性”的,都应该是属性,凡是带有“××率”、“××度”的,都应该是参数,没有写明的要具体分析后决定——如果是可测量的、有量纲的名称,就是参数,如果是没有量纲的、只是描述特性的形容词,就是属性。例如,“酸性”是一个描述物质属性的术语,至于其酸到什么程度,往往会用“酸度”来表示,通常用pH值来定义酸碱度。pH参数带有具体的量纲,其具体数字表示酸碱度的度量值,例如当某种溶液pH<7的时候,溶液呈酸性,当pH>7的时候,溶液呈碱性,当pH=7的时候,溶液呈中性。

之所以要严格区分属性与参数,是因为两个属性的相互作用既可以形成效应(并进一步形成功能),也可以形成矛盾,而两个参数的相互作用只能形成矛盾;另外,分析物质的属性,有利于突破参数的思维惯性,让我们站在物质最基本特性的角度来观察和分析问题,引导我们得到更为丰富和彻底的解决方案。因此,在面对一个问题情境时,分析技术系统中的各项技术参数,与分析技术系统中的组件/物质属性,具有完全不同的含义,也会导致完全不同的解题效果。参数和属性的主要区别见表2-8。

表2-8 参数和属性的主要区别

在实际应用U-TRIZ的过程中,初学者容易在两个方面感到混淆,一个是如上所述,分不清楚属性和参数,另外一个情况是分不清楚参数和参数的度量值。物质、属性、参数、度量值,其实是一条清晰的脉络,只要经常练习,不断加以区分,就会轻松驾驭。物质、属性、参数、度量值的表达与举例见表2-9。

表2-9 物质、属性、参数和度量值的表达与举例

在不同的时空条件下,物质的参数度量值会发生变化。例如在非水溶液或非标准温度和压力的条件下,pH=7可能并不代表溶液呈中性,这需要通过计算该溶液在这种条件下的电离常数来决定pH为中性的值。如373K(100℃)的温度下,pH=6为中性溶液。

3.经典TRIZ通用工程参数的价值取向

在经典TRIZ中,对通用工程参数本身含义的“积极”、“消极”等价值取向的识别与确定。因为这关系到如何确定一个参数的“改善”与“恶化”,关系到如何去识别与定义矛盾。因为这关系到如何确定一个参数的“改善”与“恶化”。积极参数的含义是,其度量值增大则为改善,减少则为恶化;消极参数则反之,其度量值减少则为改善,增大则为恶化。有些参数本身的积极或消极的含义是明确而唯一的,有些参数则比较“中性”,无法一概而论,要根据具体的问题情境来确定其是“积极”还是“消极”的,见表2-10。

表2-10 50个通用工程参数的价值取向识别

例如该表中的“制造精度”参数,在一般人理解上,似乎是精度越高越好,这应该是一个“积极”参数。但是事实并非如此,只能根据具体情况而定。当一个产品的精度指标不满足基本要求时,精度值越高越好;当精度值已经达到基本要求时,还盲目地提高某个精度指标以试图去满足别的指标,就是对设备和工时等资源的浪费了。因此,对已经满足了精度要求的零件继续提出提高精度的要求,不能理解为“改善”,而是要定义“恶化”。

另外,细心的读者会注意到“成本”这个常用术语并没有在表格中出现。这是因为成本是一个综合性的概念,与成本相关的参数很多,例如工时、材料、设备用量大,材料、设备、工厂升级换代,提高零件的制造精度、测量精度、测量难度、装置的复杂度、控制与测量的复杂度等等,都会导致成本增加。因此,应该把成本分解为与成本有关的通用工程参数。

4.从物质的通用工程参数到物质的属性参数

物质属性有很多,数量大约在三千左右。其中大家熟知的显性物质属性有:占空性、质量、尺寸、颜色、相态、导电性、酸碱性等。还很多不少物质属性是隐性的,不易为人们所察觉,如表面波、超流体、超固体、闪蒸、清晰点、零点能量、特殊态(水在液体时有5种不同状态,固体时有14种不同状态)等,掌握这些物质属性,对于开拓思路、多手段地解决问题是十分有益的,这也是为什么对物质属性的认识、分析与挖掘是如此之重要!

经典TRIZ中没有属性这个术语,对物质属性揭示很少,明确出现的物质属性是物场模型中的“场”,另外在资源的概念中,隐含了部分物质属性内容。企业研发人员比较容易学习和掌握经典TRIZ所定义的39(或50)个通用工程参数,因为这些显性参数就是研发人员日常关注的工作内容。但是,对于隐藏在这些显性参数背后的物质属性,研发人员往往缺乏清晰的认知。

在上一小节中给出了技术系统的“特性参数”,它们是千千万万专用工程参数的提炼和归纳,是事物在特定状态下所表现出来的通用属性参数,并非全部状态的属性参数。这些通用工程参数的优点是少而精,把专用参数尽可能地一般化了。但是在实际使用中,读者往往感到,从实际问题中准确地寻找到这些通用工程参数并不容易。这是因为,尽管高度一般化的39/50个通用工程参数有利于定义矛盾(问题模型),有利于查询矛盾矩阵表,但是它们无法反映出物质丰富的属性。三千个物质属性仅仅用39/50个通用工程参数表达出来,必然有很多物质状态、很多结构细节(如上列举的隐性属性)等是无法顾及的,例如7个基本物理量之一是电流,在阿奇舒勒时代电早就普及应用了,但是从数万份专利中归纳出来的39个通用工程参数中,居然没有明确的电参数,当然更缺乏信息时代的参数,这不能不说是一个重大缺憾。经典TRIZ的39个通用工程参数,包括后人汇总成的50个,其目的仅仅是为了查询矛盾矩阵表,其对专用参数所进行的高度一般化的处理结果,影响了对物质属性的精确判断与使用。因此,矛盾矩阵表解题命中率不高是必然的结果。

即使我们认为39(50)通用工程参数是提炼准确的,但是在实际分析问题、解决问题的过程中,也处处需要与物质属性打交道。作者研究发现,以矛盾矩阵表解题工具为例,在分析问题、解决问题的过程中,寻找的是参数,应用的是发明措施,但实际操作的是物质属性。例如,经典TRIZ解决发明问题的过程,往往是从寻找39个物质的“显性特性参数”而开始,以发现了可以解决问题的物质的“隐形属性参数”(如40个发明措施中“热膨胀”是物体的内能属性作用于物体的占空性属性的结果)而结束。与其我们费尽心机找合适的属性参数,还不如从一开始就同时关注物质的属性与参数,甚至直接对物质的属性加以操作,以便捕捉到更多的解题线索和更好的解题机会。在这里,我们把解决问题所需要的关键的物质属性的参数,叫作属性参数。

所有的发明措施、标准解、效应所构成的发明成果,最终落脚点都会落在物质的属性的变换上。无论在分析问题还是在解决问题的阶段,整个解题过程,就是寻找适用的物质属性的过程,就是让适用的物质属性与有问题的物质属性发生交互或置换的过程,就是对技术系统内外部的物质属性或属性参数进行“变、增、减、测、稳”精心操作的过程。

从目前TRIZ研究、应用的情况来看,“通用工程参数”的应用范围受到了一定的限制。因此,把“通用工程参数”重构为适用范围更广的“通用属性参数”是值得研究的内容。

参照国际上现代TRIZ的研究成果,结合对功能以及物质属性的深入理解,U-TRIZ给出了可以精确操作的(功能受体或作用对象的)36个通用属性参数,见表2-11。

表2-11 功能受体的36个通用属性参数

如果我们把36个通用属性参数与39个通用工程参数做一个简单对比的话,可以发现两种“通用参数”中有不少参数是相同的,如力、长度、面积、体积、重量、温度、速度、强度、亮度、功率等,但是也有更细致的区分,浓度和密度源于“物质的量”。同时也增加了许多诸如极化、摩擦、孔隙率、电导率、磁性能、颜色、湿度、透明度、频率、纯度等。另外,在39个通用工程参数中对术语的“定性”(如运动的、静止的),在36个通用属性参数中都去掉了。

除了参数术语变化之外,在使用目的上也有明显差别:39个通用工程参数是为了“消解技术系统的矛盾”而归纳出来的,36个通用属性参数是为了“实现技术系统的预设功能”而建立的。 v3rT1pKMc4b2X3q1HJpmfDYX7EBCgfWsEvHcca4+yQeH6LRL2QKJwKUfnKYesLMI

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