第6課最終理想解方法最終理想解方法【案例導(dǎo)入】直覺(jué)地圖：從家到單位（學(xué)校）的路線目錄6.1技術(shù)系統(tǒng)的理想度6.2理想系統(tǒng)6.3最終理想解6.4理想化方法的應(yīng)用1.技術(shù)系統(tǒng)的理想度技術(shù)系統(tǒng)的理想度阿奇舒勒在研究中發(fā)現(xiàn)，所有的技術(shù)系統(tǒng)都在沿著增加其理想度的方向發(fā)展和進(jìn)化。因此，在發(fā)明創(chuàng)新中，應(yīng)以提高理想度的方向作為設(shè)

計(jì)的目標(biāo)。人類不斷地改用技術(shù)系統(tǒng)使其速度更快、更好

和更廉價(jià)的本質(zhì)就是提高系統(tǒng)的理想度。以理想度這個(gè)概

念為基礎(chǔ)，引出了理想系統(tǒng)和最終理想解的概念。技術(shù)系統(tǒng)的理想度6.1.1功能美國(guó)通用電氣公司的工程師邁爾斯于19世紀(jì)40年代首先提出了功能（function）的概念，并把它作為價(jià)值工程研究的核心問(wèn)題，他將功能定義為“起作用的特性”，他認(rèn)為顧客購(gòu)買的不是產(chǎn)品本身，而是產(chǎn)品的功能。亦即，功能是對(duì)產(chǎn)品具體效用的抽象描述，它體現(xiàn)了顧客的某種需要，應(yīng)該是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)首先考慮的因素。技術(shù)系統(tǒng)的理想度功能的由來(lái)有兩種：

一種是人們的需求（主動(dòng)地提出功能），

另外一種是人們從實(shí)體結(jié)構(gòu)中抽象出來(lái)的（被動(dòng)地挖掘出功能）。如汽車、飛機(jī)的出現(xiàn)，最初不是人們想要利

用其運(yùn)載人或物，而是隨著時(shí)代的發(fā)展，

人們逐漸發(fā)掘出其功能。技術(shù)系統(tǒng)的理想度因此，廣義的功能定義為：研究對(duì)象能夠滿足人們某種需要的一種屬性。例如，冰箱具有滿足人們“冷藏食品”的屬性；起重機(jī)具有幫助人們“移動(dòng)物體”的屬性。企業(yè)生產(chǎn)或用戶購(gòu)買的，實(shí)際上都是產(chǎn)品的功能。任何產(chǎn)品都具有特定的功能，功能是產(chǎn)品存在的理由，產(chǎn)品是功能的載體；功能附屬于產(chǎn)品，又不等同于產(chǎn)品。在TRIZ中，功能是產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)特定工作能力抽象化的描述，它與產(chǎn)品的用途、能力、性能等概念不盡相同。功能一般用“動(dòng)詞+名詞”的形式來(lái)表達(dá)，動(dòng)詞（主動(dòng)動(dòng)詞）表示產(chǎn)品所完成的一個(gè)操作，名詞代表被操作的對(duì)象，是可測(cè)量的。技術(shù)系統(tǒng)的理想度技術(shù)系統(tǒng)的理想度例6-1鋼筆的用途是寫(xiě)字，而功能是存送墨水；鉛筆的用途是寫(xiě)字，而功能是摩擦鉛芯；毛筆的用途是寫(xiě)字，而功能是浸含墨汁。技術(shù)系統(tǒng)的理想度功能的描述應(yīng)符合以下要求：（1）簡(jiǎn)潔準(zhǔn)確。簡(jiǎn)潔、明了地描述某一功能，準(zhǔn)確地反映該功能的本質(zhì)，與其他功能明顯地區(qū)別開(kāi)來(lái)。例如，傳動(dòng)軸的功能是“傳遞扭矩”，變壓器的功能是“轉(zhuǎn)換電壓”。對(duì)動(dòng)詞部分要求概括明確，對(duì)名詞部分要求便于測(cè)定。（2）定量化。盡量使用可測(cè)定數(shù)量的語(yǔ)言來(lái)描述功能，以便表述功能實(shí)現(xiàn)的水平或程度。當(dāng)然，在許多情況下是很難對(duì)功能進(jìn)行定量化描述的。（3）抽象化。功能的描述應(yīng)有利于打開(kāi)設(shè)計(jì)思路，描述越抽象，越能促進(jìn)設(shè)計(jì)人員開(kāi)動(dòng)腦筋，尋求各種可能實(shí)現(xiàn)功能的方法。技術(shù)系統(tǒng)的理想度例6-2設(shè)計(jì)夾具時(shí)，可以有多種夾緊方式，如果描述為“機(jī)械夾緊”，則會(huì)使人想到“螺旋夾緊”、“偏心夾緊”等方法。如果抽象一點(diǎn)，描述為“壓力夾緊”，則會(huì)使人想到氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)等許多方式，設(shè)計(jì)方案會(huì)更豐富。技術(shù)系統(tǒng)的理想度（4）考慮約束條件。要了解可靠地實(shí)現(xiàn)功能所需要的條件，其中包括：功能的承擔(dān)對(duì)象是什么？為什么要實(shí)現(xiàn)？由什么要素來(lái)實(shí)現(xiàn)？在什么時(shí)間、什么位置實(shí)現(xiàn)？如何實(shí)現(xiàn)？實(shí)現(xiàn)程度如何？雖然在描述功能時(shí)這些條件都省略了，但是決不能忘卻這些條件。技術(shù)系統(tǒng)的理想度6.1.2功能的不同每個(gè)技術(shù)系統(tǒng)之所以被設(shè)計(jì)、制造，就是為了提供一個(gè)或多個(gè)有用功能（UF）。一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)可以執(zhí)行多種功能，在這些有用功能中，有且只有一個(gè)最有意義的功能，這個(gè)功能是技術(shù)系統(tǒng)存在的目的，稱為主要功能（PF），主要功能也被稱為首要功能或基本功能。一個(gè)系統(tǒng)往往具有多個(gè)有用功能，但是到底哪個(gè)有用功能才是主要功能，需要具體問(wèn)題具體分析。另外，為了使主要功能得以實(shí)現(xiàn)，或提高主要功能的性能，技術(shù)系統(tǒng)往往還會(huì)有多個(gè)輔助性的有用功能，稱為輔助功能（AF）或稱伴生性功能。同時(shí)，每個(gè)技術(shù)系統(tǒng)也會(huì)有一個(gè)或多個(gè)我們所不希望出現(xiàn)的效應(yīng)或現(xiàn)象，稱為有害功能（HF）。技術(shù)系統(tǒng)的理想度例6-3坦克的主要功能是消滅敵人。同時(shí)，為了使這個(gè)主要功能得以實(shí)現(xiàn)，且能夠更好地實(shí)現(xiàn)，坦克還需要防護(hù)、機(jī)動(dòng)、瞄準(zhǔn)、自動(dòng)裝彈等有用功能的輔助。在實(shí)現(xiàn)有用功能的同時(shí)，坦克在運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)引起空氣污染，放出大量的熱，產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出噪聲，這些在TRIZ中都被看作是有害功能。技術(shù)系統(tǒng)的理想度6.1.3理想度對(duì)于一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，從它誕生的那一刻起就開(kāi)始了進(jìn)化的過(guò)程。在進(jìn)化過(guò)程中具體表現(xiàn)為：在數(shù)量上，技術(shù)系統(tǒng)能夠提供的有用功能越來(lái)越多，所伴生的有害功能越來(lái)越少；在質(zhì)量上，有用功能越來(lái)越強(qiáng)，有害功能越來(lái)越弱。技術(shù)系統(tǒng)的理想度與有用功能之和成正比，與有害功能之和成反比，理想度越高，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力越強(qiáng)?？梢哉f(shuō)，創(chuàng)新的過(guò)程，就是提高系統(tǒng)理想度的過(guò)程。下面的理想度定義公式就表示了技術(shù)系統(tǒng)的這種進(jìn)化趨勢(shì)。技術(shù)系統(tǒng)的理想度其中，I為理想度，U為技術(shù)系統(tǒng)的有用功能，H為有害功能，C為成本，i為變量“有用功能”U的數(shù)量，j為變量“有害功能”C的數(shù)量，k為變量“成本”H的數(shù)量。從上式可以看出，隨著技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化，系統(tǒng)的理想度不斷增大，最終趨向于無(wú)窮大。技術(shù)系統(tǒng)的理想度將上式中的有用功能用技術(shù)系統(tǒng)的效益來(lái)表示，將有害功能細(xì)化為系統(tǒng)的成本（如時(shí)間、空間、能量、重量）和系統(tǒng)產(chǎn)生的有害作用之和。明確指出了在技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化過(guò)程中，其效益不斷增加，有害作用不斷降低，成本不斷減?。▽?shí)現(xiàn)其功能所需要的時(shí)間、空間、能量等不斷減少，同時(shí)，系統(tǒng)的體積和重量也不斷減?。到y(tǒng)的理想度不斷增大，最終趨向于無(wú)窮大。根據(jù)定義，可以用三種方法來(lái)提高系統(tǒng)的理想度，即增加有用功能、降低有害功能或成本、將上述兩點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。2.理想系統(tǒng)理想系統(tǒng)當(dāng)技術(shù)系統(tǒng)的有用功能趨向于無(wú)窮大，有害功能為零，成本為零的時(shí)候，就是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的終點(diǎn)。此時(shí)，由于成本為零，技術(shù)系統(tǒng)不再具有真實(shí)的物質(zhì)實(shí)體，也不消耗任何資源。同時(shí)，由于有用功能趨向于無(wú)窮大，有害功能為零，表示技術(shù)系統(tǒng)不再具有任何有害功能，且能夠?qū)崿F(xiàn)其應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的一切有用功能。這樣的技術(shù)系統(tǒng)就是理想系統(tǒng)。理想系統(tǒng)是指，作為物理實(shí)體它并不存在，也不消耗任何的資源，但是卻能夠?qū)崿F(xiàn)所有必要的功能。即系統(tǒng)的質(zhì)量、尺寸、能量消耗無(wú)限趨近于零，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能趨近于無(wú)窮大。理想系統(tǒng)理想系統(tǒng)只是一個(gè)理論上的、理想化的概念，是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的極限狀態(tài)，是一個(gè)在現(xiàn)實(shí)世界中無(wú)法達(dá)到的終極狀態(tài)。但是，理想系統(tǒng)為設(shè)計(jì)人員指出了技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的終極目標(biāo)，是尋找和評(píng)價(jià)問(wèn)題解決方案的最終標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)實(shí)世界中，設(shè)計(jì)人員和發(fā)明家的使命就是通過(guò)不斷地改善系統(tǒng)的有用功能、消除有害功能和降低成本，使技術(shù)系統(tǒng)逐步向理想系統(tǒng)逼近。理想系統(tǒng)就“理想化”而言，其所涉及的范圍非常廣泛，可以是理想系統(tǒng)、理想過(guò)程、理想資源、理想方法、理想機(jī)器、理想物質(zhì)等。（1）理想系統(tǒng)就是既沒(méi)有實(shí)體和物質(zhì)，也不消耗能源，但是能實(shí)現(xiàn)所有需要的功能，而且不傳遞、不產(chǎn)生有害的作用（如廢棄物，噪聲等）；（2）理想過(guò)程就是只有過(guò)程的結(jié)果，無(wú)需過(guò)程的本身，從提出了需求后的一瞬間就獲得了所需要的結(jié)果；（3）理想資源就是存在無(wú)窮無(wú)盡的資源，供隨意使用，而且不必支付成本（如空氣，重力，陽(yáng)光、風(fēng)、泥土、地?zé)帷⒌卮?、潮汐等）；理想系統(tǒng)（4）理想方法就是不消耗能量和時(shí)間，僅通過(guò)系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)，就能夠獲得所需的功能；（5）理想機(jī)器就是沒(méi)有質(zhì)量、體積，但能實(shí)現(xiàn)所需要的功能（類似理想系統(tǒng)）；（6）理想物質(zhì)就是沒(méi)有物質(zhì)，但是功能得以實(shí)現(xiàn)。從以上描述可以看出，真正的理想系統(tǒng)是不存在的。但是，我們通過(guò)創(chuàng)新方法巧妙應(yīng)用，可以讓現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)無(wú)限趨近理想化系統(tǒng)，即一步步提高現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的理想化程度（即理想度）。3.最終理想解最終理想解產(chǎn)品創(chuàng)新的過(guò)程，就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)不斷迭代，理想化的水平不斷由低級(jí)向高級(jí)演化的過(guò)程，無(wú)限逼近理想狀態(tài)。當(dāng)設(shè)計(jì)人員不需要額外的花費(fèi)就實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)，這種狀況就稱為最終理想結(jié)果（IFR），或者，基于理想系統(tǒng)的概念而得到的針對(duì)一個(gè)特定技術(shù)問(wèn)題的理想解決方案，稱為最終理想解。最終理想解6.3.1最終理想解的定義最終理想解（IFR）的實(shí)現(xiàn)可以這樣來(lái)表述：系統(tǒng)自己能夠?qū)崿F(xiàn)需要的動(dòng)作，并且同時(shí)沒(méi)有有害作用的參數(shù)。通常IFR的表述中需包含以下兩個(gè)基本點(diǎn)：系統(tǒng)自己實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能；沒(méi)有利用額外的資源，并且實(shí)現(xiàn)了所需的功能。最終理想解最終理想解是從理想度和理想系統(tǒng)延伸出來(lái)的一個(gè)概念，是用于問(wèn)題定義階段的一種心理學(xué)工具，是一種用于確定系統(tǒng)發(fā)展方向的方法。它描述了一種超越了原有問(wèn)題的機(jī)制或約束的解決方案，指出了在使用TRIZ工具解決實(shí)際技術(shù)問(wèn)題時(shí)應(yīng)該努力的方向。這種解決方案可以看作是與當(dāng)前所面臨的問(wèn)題沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)的、理想的最終狀態(tài)。最終理想解例6-4高層建筑物玻璃窗的外表面需要定期清

洗，清潔工作需要在高層建筑物的外面進(jìn)行，

是一種高危險(xiǎn)、高成本的工作，只有那些經(jīng)

過(guò)特殊培訓(xùn)和認(rèn)證的“蜘蛛人”才能夠勝任。能不能在高層建筑物的內(nèi)部對(duì)玻璃進(jìn)行清潔

呢？針對(duì)該問(wèn)題，其最終理想解可以定義為：在不增加玻璃窗設(shè)計(jì)復(fù)雜度的情況下，在實(shí)現(xiàn)玻璃現(xiàn)有功能且不引入新的有害功能的前提下，玻璃窗能夠自己清潔外表面。最終理想解通過(guò)這個(gè)例子可以看出，最終理想解是針對(duì)一個(gè)已經(jīng)被明確定義出來(lái)的問(wèn)題所給出的一種最理想的解決方案。通過(guò)將問(wèn)題的求解方向聚焦于一個(gè)清晰可見(jiàn)的理想結(jié)果，最終理想解為后續(xù)使用其他TRIZ工具來(lái)解決問(wèn)題創(chuàng)造了條件。最終理想解最終理想解的確定和實(shí)現(xiàn)可以按下面提出的問(wèn)題，分作6個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行：（1）設(shè)計(jì)的最終目的是什么？（2）IFR是什么？（3）達(dá)到IFR的障礙是什么？（4）出現(xiàn)這種障礙的結(jié)果是什么？（5）不出現(xiàn)這種障礙的條件是什么？（6）創(chuàng)造這些條件時(shí)可用的資源是什么？最終理想解上述問(wèn)題一旦被正確地理解并描述出來(lái)，問(wèn)題也就得到了解決。當(dāng)確定了創(chuàng)新產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)的最終理想解后，檢查其是否符合最終理想解的特點(diǎn)，并進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，以確認(rèn)達(dá)到或接近最終理想解為止。最終理想解應(yīng)同時(shí)具有以下4個(gè)特點(diǎn)：（1）保持了原系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)；（2）消除了原系統(tǒng)的不足；（3）沒(méi)有使系統(tǒng)變得更復(fù)雜；（4）沒(méi)有引入新的不足。最終理想解因此，設(shè)定最終理想解，就是設(shè)定了技術(shù)系統(tǒng)改進(jìn)的方向。最終理想解是解決問(wèn)題的最終目標(biāo)，即使理想的解決方案不能100％的獲得，但會(huì)引導(dǎo)你得到最巧妙和有效的解決方案。最終理想解以定義最終理想解作為解決問(wèn)題的開(kāi)端，有以下好處：（1）有助于產(chǎn)生突破性的概念解決方案。（2）避免選擇妥協(xié)性的解決方案。（3）有助于通過(guò)討論來(lái)清晰地設(shè)立項(xiàng)目的邊界。最終理想解方法這個(gè)強(qiáng)有力的工具不僅可以用在TRIZ中，也可以用于其他科學(xué)領(lǐng)域，它是研發(fā)人員確定理想目標(biāo)的有效方法——如何在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的前提下得到所需的功能。最終理想解6.3.2確定最終理想結(jié)果與傳統(tǒng)的尋找解決方案的問(wèn)題導(dǎo)向方法不同，用TRIZ工具定義最終理想結(jié)果（IFR），從解決問(wèn)題所追求的結(jié)果出發(fā)，是典型的結(jié)果導(dǎo)向方法，通過(guò)明確目標(biāo)，來(lái)判斷具體問(wèn)題的解決方案的空間和解決問(wèn)題的入手點(diǎn)。確定了解決問(wèn)題的最終理想結(jié)果，就好比在黑夜里航行的船舶看到了航標(biāo)燈，其好處是既知曉問(wèn)題解決的理想方向，又能得到合理解決問(wèn)

題的入手機(jī)會(huì)，導(dǎo)向性非常明確，這是

以往多數(shù)的創(chuàng)新方法所不具備的優(yōu)點(diǎn)。

圖6-6結(jié)果導(dǎo)向做法最終理想解在解決實(shí)際工程問(wèn)題的實(shí)踐中，確定問(wèn)題的最終理想結(jié)果（IFR），對(duì)一般人來(lái)說(shuō)，還是比較困難的。不能正確定義問(wèn)題的最終理想結(jié)果和合理使用此工具，會(huì)嚴(yán)重影響問(wèn)題的解決。那么，如何快速、準(zhǔn)確地確定最終理想結(jié)果呢？最終理想解IFR是對(duì)發(fā)明問(wèn)題的最好解決方案模型，它使系統(tǒng)完全消除了問(wèn)題，并且沒(méi)有讓系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生惡化，且對(duì)系統(tǒng)的改變最小。由此，我們可以了解三個(gè)信息：（1）IFR是最好的解決方案模型，可以用來(lái)引導(dǎo)和把握問(wèn)題的解題方向；（2）通過(guò)IFR模型，既要解決系統(tǒng)存在的問(wèn)題，又不能使系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生惡化，也就是要消除矛盾；（3）對(duì)系統(tǒng)做最小改變，也就是限制在最小問(wèn)題上，不考慮對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大改變，這不符合IFR的理念。最終理想解在IFR的定義過(guò)程中，要注意區(qū)別IFR與系統(tǒng)的最終目標(biāo)。系統(tǒng)的最終目標(biāo)是指所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)成的結(jié)果。例如，客戶需要清潔衣物又不能過(guò)于勞累，所以設(shè)計(jì)了洗衣機(jī)，則洗衣機(jī)的最終目標(biāo)就是清潔衣物，至于生產(chǎn)商用什么工作原理、什么系統(tǒng)組成來(lái)滿足客戶的需求，則會(huì)有不同的系統(tǒng)（產(chǎn)品）產(chǎn)生。所以，最終目標(biāo)往往是客戶很模糊的需求，需要認(rèn)真加以甄別，有相應(yīng)的工具和流程。最終理想解為了打破慣性思維，建議在定義IFR時(shí)把握兩個(gè)原則：（1）從系統(tǒng)的作用對(duì)象（又稱制品、目標(biāo)）入手來(lái)進(jìn)行定義；（2）確定的IFR中可以應(yīng)用“自身”或“自我實(shí)現(xiàn)”這樣的字眼。例如，清潔衣物，可以考慮用“灰塵等污物自己脫離衣物”來(lái)作為IFR。當(dāng)然，如果能做到這一點(diǎn)，系統(tǒng)就是非常理想的系統(tǒng)，但這往往是不可能的，否則系統(tǒng)就沒(méi)有存在的必要了。最終理想解既然IFR不容易實(shí)現(xiàn)，為什么還要這樣定義呢？這里主要是基于以下考慮：（1）在解決問(wèn)題之初，先拋開(kāi)各種客觀限制條件，把IFR作為終極追求目標(biāo)；（2）針對(duì)問(wèn)題情境，結(jié)合IFR設(shè)立各種理想模型，就是最優(yōu)模型結(jié)構(gòu)來(lái)分析問(wèn)題；（3）這樣定義的IFR在后續(xù)的分析中容易達(dá)成共識(shí)，不會(huì)因多變而干擾解題過(guò)程。最終理想解在定義IFR的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，在IFR與系統(tǒng)問(wèn)題現(xiàn)狀之間探索選擇次理想結(jié)果，推動(dòng)找到解決問(wèn)題的入手點(diǎn)。還是拿清潔衣物來(lái)舉例，既然讓灰塵等污物自己脫離衣物纖維這一IFR無(wú)法實(shí)現(xiàn)，那么就嘗試改變工具（或執(zhí)行機(jī)構(gòu)），這樣，次理想結(jié)果就是衣物纖維自己能與灰塵等污物分離。最終理想解通常應(yīng)該注意：（1）技術(shù)物體比天然物體易于改變；（2）工具比制品易于改變；（3）如果系統(tǒng)中沒(méi)有易于改變的要素，即應(yīng)指出“外部介質(zhì)”，可以借助“中介物”。此時(shí)，可以需要考慮例如衣物纖維能不能像荷葉那樣，具有自潔能力，“出污泥而不染”，灰塵等污物無(wú)法附著在衣物纖維上，故而可以實(shí)現(xiàn)清潔衣物的目的。最終理想解還有，當(dāng)衣物纖維不具備自清潔功能時(shí)，可以進(jìn)一步尋找下一個(gè)次理想結(jié)果，例如定義為衣物纖維借助外力實(shí)現(xiàn)與灰塵等污物分離，這時(shí)問(wèn)題就轉(zhuǎn)變?yōu)槔檬裁戳Γɑ驁?chǎng)）來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者的分離，達(dá)到清潔衣物的目的。就這樣，通過(guò)逐步后退一小步來(lái)收斂問(wèn)題的不同理想結(jié)果（次理想解），使容易發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的機(jī)會(huì)。在IFR的定義過(guò)程中，通過(guò)收斂過(guò)程，把不明確的問(wèn)題通過(guò)IFR的多次定義、分析，將問(wèn)題不斷明確化，尋找到解決問(wèn)題