發(fā)明問題解決理論，即TRIZ理論，是基于研究技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展客觀規(guī)律的理論。我們把由該理論的創(chuàng)始人G.S.Altshuller和合作伙伴于1946年至1986年間主導(dǎo)開發(fā)的理論內(nèi)容稱為“經(jīng)典TRIZ”，把1986年之后由他的學(xué)生繼續(xù)研究開發(fā)所提出的新內(nèi)容稱為“現(xiàn)代TRIZ”。現(xiàn)代TRIZ極大地豐富了經(jīng)典TRIZ的內(nèi)容，彌補了經(jīng)典TRIZ在問題分析方法和專項應(yīng)用工具上的不足，經(jīng)概括，大致可以分為以下4類：1）分析工具，有功能分析、因果分析、資源分析和流程分析等；2）理論分支，有SIT，ASIT，USIT，WOIST，I-TRIZ和OTSM-TRIZ等；3）專用工具，有進化樹、定向進化和預(yù)期失效分析等；4）計算機輔助創(chuàng)新軟件，有GoldFire，IWB和Pro/Innovator等。

    其中，有關(guān)“進化樹”這種專用工具最早是于2006年被提出的，它是由G.S.Altshuller的學(xué)生Nikolay Shpakovsky等人根據(jù)經(jīng)典TRIZ中技術(shù)系統(tǒng)進化路線的發(fā)展而提出來的，實質(zhì)上是一種處理技術(shù)信息和專利信息的工具。

    本文研究的是，如何利用“進化樹”這種專用工具，整理和序化紛繁復(fù)雜的信息，以進化路線為枝干畫出結(jié)構(gòu)化的信息地圖即進化樹，尋找圖中技術(shù)系統(tǒng)在進化過程中被遺漏的變化方案，對產(chǎn)品進行創(chuàng)新設(shè)計，預(yù)測技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展方向，并進行專利規(guī)避。

1 經(jīng)典進化路線與進化樹

    1.1 經(jīng)典TRIZ的進化路線

    通過研究和對比多種技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展方向，G.S.Altshuller提出了八大技術(shù)系統(tǒng)進化法則。其中有系統(tǒng)處于生存階段的系統(tǒng)完備性法則、系統(tǒng)能量傳遞法則和系統(tǒng)可控性協(xié)調(diào)性法則，還有系統(tǒng)處于發(fā)展階段的子系統(tǒng)不均衡進化法則、向超系統(tǒng)進化法則、向微觀級進化法則和提高動態(tài)性法則，始終貫穿這7個法則的是提高理想度法則，它代表著所有技術(shù)系統(tǒng)進化的最終方向，是推動系統(tǒng)進化的主要動力。

    在經(jīng)典TRIZ的表述中，技術(shù)系統(tǒng)進化過程的一種形式表現(xiàn)為各條進化路線都是從系統(tǒng)的某一個起始點開始進化，另一種形式表現(xiàn)為以時間為序系統(tǒng)沿著一條接一條的進化路線不斷地發(fā)展和進化，分別如圖1和圖2所示。

圖1 經(jīng)典TRIZ技術(shù)系統(tǒng)中從某一點起始排列的進化路線

圖2 經(jīng)典TRIZ技術(shù)系統(tǒng)中有序排列的進化路線

    1.2 進化樹

    進化路線表現(xiàn)的是系統(tǒng)發(fā)展變化作用的過程，這些作用是按照一定順序進行的，即每一個后續(xù)變化的過程都與前一個變化的結(jié)果之間存在著一定的關(guān)系，通常情況下，只有在前一個變化完成、相應(yīng)條件建立起來以后，后一個變化才能繼續(xù)進行，這就確定了這些進化路線的分布具有一定的等級性。據(jù)此，新的路線可從進化開始后的任何點以及任何變化方案開始。因此如果將進化過程用樹狀形式描述，則能更準(zhǔn)確地反映出技術(shù)系統(tǒng)本身及其組件發(fā)展進化的實質(zhì)，可以使技術(shù)系統(tǒng)進化的變化方式變得直觀與清晰。

    1.2.1 進化樹的組成

    在進化樹中，樹的“樹干”是某一條從技術(shù)系統(tǒng)初始方案出發(fā)的進化路線，在“樹干”上標(biāo)出每一個代表物體方案的開始點，然后從每一個點開始可以畫出第2層次的側(cè)向進化路線，形成樹的“樹枝”，進化樹中每一個后續(xù)層次，都是在前一層次路線的基礎(chǔ)上建立起來的。按照這種規(guī)則建立起來的路線總和，就組成了進化樹結(jié)構(gòu)。

    Nikolay Shpakovsky細(xì)化了經(jīng)典TRIZ的進化路線，采用了基于進化路線來整理技術(shù)系統(tǒng)的客觀信息的方法。他提出把這些經(jīng)細(xì)化后的進化路線作為進化樹中的“樹干”和“樹枝”，它們分別是：從單系統(tǒng)向雙和多系統(tǒng)轉(zhuǎn)變、系統(tǒng)組件裁剪、系統(tǒng)擴展一裁剪，物體的分割、物體的幾何進化、物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進化、物體表面特性進化、動態(tài)化、提高系統(tǒng)元素的可控性、提高系統(tǒng)元素作用的協(xié)調(diào)程度。以上10條被細(xì)化了的進化路線主要描述的是系統(tǒng)的物質(zhì)性元素——物質(zhì)、場和力的發(fā)展。

    原則上任意一條進化路線都可以作為進化樹中的“樹干”，但是Nikolay Shpakovsky認(rèn)為，進化路線中系統(tǒng)或組件變化最有意義的是“物體分割進化路線”，根據(jù)這條進化路線，系統(tǒng)首先被分割成兩部分，然后是多個部分、粉末狀、液體、氣體、場和真空等。從本質(zhì)上講，物體分割的進化路線是系統(tǒng)從宏觀向微觀層次的躍遷，根據(jù)這條路線所得到各個系統(tǒng)方案之間存在著實質(zhì)性差別，能得到有效資源利用。因此，他傾向于把“物體分割進化路線”作為進化樹的“樹干”，確定為構(gòu)建其余多條進化路線的起點。

    為了挑選合適的進化路線作為進化樹中的“樹枝”，需先要搞清以下2個問題：一是通過資料查閱和信息匯總構(gòu)建進化樹，該技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展過程以及在此過程中系統(tǒng)或組件都遵循了哪些進化路線；二是將構(gòu)建的進化樹與眼前最先進的分類體系（專利法例）對應(yīng)，以便進行策略型的專利布局，保持本企業(yè)作為專利權(quán)擁有者的競爭優(yōu)勢。

    一般我們從其余的9條進化路線中，從兼顧以上2個問題的角度來挑選合適的路線作為“樹枝”，沿著“樹干”越往上細(xì)分成“樹權(quán)”，發(fā)生變化的系統(tǒng)其可控性能、動態(tài)性能和協(xié)調(diào)性能等性能參數(shù)則應(yīng)表現(xiàn)得越理想。進化樹的結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

圖3 現(xiàn)代TRIZ中技術(shù)系統(tǒng)的信息進化樹結(jié)構(gòu)示意圖

    1.2.2 進化樹的構(gòu)建

    首先，通過收集資料，選擇一條主要的進化路線作為進化路線的第1層次（即進化樹的“樹干”），將帶有被研究對象相應(yīng)信息的卡片放置到該進化路線中的相應(yīng)位置；再確定按照建立物體變化方案的動態(tài)化路線作為第2層次（即進化樹的“樹枝”）的進化路線。如果信息顯示沒有這個可能，則分析并挑選一些將來可能演變到的動態(tài)化的路線：如單一雙一多系統(tǒng)路線、組件裁剪路線和擴展一裁剪路線等。同時，需要檢查信息是否具備能夠建立起描述物體形狀變化、表面特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變換作為第2層次進化路線的可能性，其中包括幾何進化、內(nèi)部結(jié)構(gòu)進化和表面特性進化。搭好了進化樹的初步框架以后，檢查信息在分割路線、單一雙一多系統(tǒng)進化路線和組件裁剪路線之后，建立第3層次（即進化樹的“樹杈”）的動態(tài)化路線的可能性，沿著動態(tài)化進化路線，在進化樹中有特征并且重要的位置上，建立起提高協(xié)調(diào)性和可控性路線。最后，對信息進行補充性搜索，對進化樹的結(jié)構(gòu)作出補充和確認(rèn)，完成對整個系統(tǒng)信息進化樹的構(gòu)建。

    在構(gòu)建進化樹時，應(yīng)遵循以下2個原則：

    1)物體動作變化的完整性

    在一條已經(jīng)被確定了的進化路線中，信息資料應(yīng)該能體現(xiàn)出該物體在此進化途中發(fā)生連續(xù)變化后的結(jié)果與表現(xiàn)．如果“斷點”太多，則表示這條路線不適合被選人當(dāng)時的進化樹中，或者，沿著這條進化路線可能會得到很多新方案。

    2)物體動作變化的等級性

    所有作用在系統(tǒng)組件上的動作都是按照一定順序完成的，只有在前一個動作完成相應(yīng)條件建立起來、資源得到了保障之后，后一個變化動作才能進行。

    1.2.3 進化樹的作用

    進化樹就像作戰(zhàn)時指揮員所使用的戰(zhàn)區(qū)地形圖，利用這種分析和處理信息的專用工具，可以直觀地表達出技術(shù)系統(tǒng)進化規(guī)律的路線，能幫助企業(yè)掌握技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的全貌，預(yù)測研發(fā)產(chǎn)品的前景，對商業(yè)戰(zhàn)略作出抉擇，提出技術(shù)系統(tǒng)實現(xiàn)創(chuàng)新的主要方案，規(guī)避競爭對手的專利，最終建立起自己的專利保護傘。

    從解讀進化樹這張圖中，設(shè)計者可以通過對其中的某一條進化路線進行完整性分析，可能會找到系統(tǒng)或組件在該進化路線中漏掉的一些變化方案，據(jù)此可以進行產(chǎn)品新方案的設(shè)計；還有，當(dāng)發(fā)現(xiàn)進化路線的最后部分沒有被填滿時，則表明在那里隱藏著有發(fā)展前景的方案，有可能成為新的產(chǎn)品設(shè)計方案。

2 進化樹應(yīng)用于立式滾筒洗衣機柔順劑供給裝置

    2.1 柔順劑供給裝置的工作過程

    滾筒式洗衣機的工作程序是固定的：1)洗滌前先撒入洗衣粉，往滾筒內(nèi)專門的容器中倒入柔順劑；2)滾筒低速旋轉(zhuǎn)進行洗滌動作；3)滾筒高速旋轉(zhuǎn)進行第1次脫水；4)滾筒低速旋轉(zhuǎn)進行第1次漂洗；5)滾筒高速旋轉(zhuǎn)進行第2次脫水；6)添加柔順劑，滾筒低速旋轉(zhuǎn)進行第2次漂洗；7)滾筒高速旋轉(zhuǎn)進行第3次脫水，停機。

    現(xiàn)有柔順劑供給裝置的工作程序如下：1）洗滌前把柔順劑注入1號槽；2）開始第1次脫水時，由于滾筒高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生較強的離心力把柔順劑甩到靠近滾筒外壁的2號槽；3）在第1次漂洗階段，柔順劑從2號槽由于重力的作用緩慢流到水平位置比較低且離滾筒外壁稍遠(yuǎn)的3號槽；4）當(dāng)滾筒開始第2次脫水時，柔順劑被離心力的作用甩到和3號槽處于相同水平線的靠近滾筒外壁的4號槽．4號槽底部有小孔，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速變慢進行第2次漂洗時，柔順劑就流到了洗衣筒里。4只槽的俯視圖如圖4(a)所示。

圖4 柔順劑供給裝置

    這個裝置結(jié)構(gòu)簡單，功能明顯，沒有任何外加部件，柔順劑的運動軌跡完全借助洗衣動作完成，可以認(rèn)為這是個接近理想化的方案．但是很遺憾，它已經(jīng)被競爭對手申請了專利保護，只有購買專利許可才可使用，這時就會想到專利規(guī)避方面的問題。

    2.2 柔順劑供給裝置的專利特征

    為了規(guī)避專利，需要確定該專利的特征。

    通過分析柔順劑加入過程可知，為了能在滾筒一次快速旋轉(zhuǎn)時間內(nèi)將液體移位，需要這樣一個裝置，它有4個按照一定規(guī)則分布的腔體：1號槽位于離滾筒外壁稍遠(yuǎn)的位置；2號槽位于與1號槽在同一水平面靠近滾筒外壁的位置，適于液體因離心力作用而流動的方向；3號槽比2號槽低，位于離滾筒外壁稍遠(yuǎn)的位置，適于實現(xiàn)液體因重力作用往低處流動；4號槽位于與3號槽處于同一水平面的靠近滾筒外壁的位置，同樣適于液體因離心力作用而流動，整個柔順劑的運動軌跡如圖4(b)所示。

    2.3 柔順劑供給裝置的進化樹和專利規(guī)避新方案

    為了產(chǎn)生專利規(guī)避新方案，對現(xiàn)有的柔順劑供給裝置進行快速分析，在進化樹上找到解決方案，圖5為產(chǎn)生創(chuàng)新想法的柔順劑供給裝置進化樹的局部。圖中在第2層次“動態(tài)性進化路線”中，系統(tǒng)沿著不可控制→手動控制→半自動控制→自動控制的路線往前進化，其中在其進化路線的末端建立起第3層次“系統(tǒng)組件裁剪進化路線”。當(dāng)前市場上滾筒洗衣機柔順劑供給裝置正處于該進化路線的起點，而在該進化路線的末端找到了供給裝置的創(chuàng)新設(shè)計想法。另外，根據(jù)該路線的提示可知，將來可能會有一種更新的供給裝置，該裝置中柔順劑用量能隨著洗衣筒內(nèi)水量多少自動調(diào)節(jié)。

    另外，由第2層次為“物體的幾何進化路線”提示，柔順劑原有線性流動方式可能轉(zhuǎn)變?yōu)榍�線化流動方式，此信息幫助我們產(chǎn)生了把裝置設(shè)計成三角棱柱形空腔的新想法，該棱柱能隨著洗衣機的工作頻率產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，腔體內(nèi)柔順劑的運動方式為曲面化。

    因此，將腔體位置的排列方式進行改變，同樣保持與滾筒的旋轉(zhuǎn)方向之間存在協(xié)調(diào)性，得到了裝置的創(chuàng)新設(shè)計方案。新方案的結(jié)構(gòu)更加簡單，便于加工制造和清潔維護，因此更勝一籌。

圖5 柔順劑供給裝置進化樹局部

    新方案為：把原專利中柔順劑的4個腔變成一個有缺口的三角棱柱，該棱柱沿中軸被水平固定在滾筒內(nèi)壁的兩端，棱柱能隨著柱軸自由翻轉(zhuǎn)，該棱柱的3個頂點分別標(biāo)記為A，B和C點，A處缺口是柔順劑的加入口，也是柔順劑的流出口，安裝時，A點靠近滾筒中心，B點靠近滾筒外壁，C點處柱壁比B點處稍厚（其壁厚的質(zhì)量控制在遠(yuǎn)低于柔順劑質(zhì)量的范圍內(nèi)），保證不裝柔順劑時C點能夠垂在最低處。洗滌前柔順劑通過A處缺口注入三棱柱體，由于重力的作用會聚集在C處。當(dāng)滾筒高速旋轉(zhuǎn)進行第1次脫水時，由于離心力的作用柔順劑被甩到了B處，滾筒低速旋轉(zhuǎn)進行第1次漂洗時，由于重力的作用三棱柱的B處會旋轉(zhuǎn)到最下方，柔順劑也相應(yīng)聚集在此處。當(dāng)滾筒高速旋轉(zhuǎn)進行第2次脫水時，由于離心力的作用柔順劑被甩到了有缺口的A處，但是由于筒體正高速旋轉(zhuǎn)，所以柔順劑不會往下流，會聚集在簡體壁上的某處。等到簡體轉(zhuǎn)速降低、開始第2次漂洗時，柔順劑此時會順著筒壁流進水里，完成加入的動作．最后在低速漂洗階段，由于重力作用C點又旋轉(zhuǎn)到了最低處．柔順劑的運動軌跡如圖6所示。

圖6 專利規(guī)避后的柔順劑供給裝置

    通過查閱資料繪制出系統(tǒng)的進化樹，并分析系統(tǒng)的進化規(guī)律，得到了新的技術(shù)解決方案，給出了新的規(guī)避現(xiàn)有專利的可能性。

3 結(jié)語

    隨著人們對創(chuàng)新設(shè)計思想以及創(chuàng)新工具的不斷研究，TRIZ創(chuàng)新理論與方法研究越來越被人們所重視。本文中介紹了Nikolay Shpakovsky提出的進化樹這一信息處理專用工具，作者運用該工具，提出了立式滾筒洗衣機中柔順劑供給裝置的創(chuàng)新設(shè)計新方案，實現(xiàn)了規(guī)避現(xiàn)有專利的可能性。

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本文標(biāo)題：基于TRIZ進化樹的滾筒洗衣機柔順劑供給裝置創(chuàng)新設(shè)計

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