用矛盾矩阵表解题模式解决技术矛盾的案例

图2－5　台北101大楼

1.台北101摩天大楼的一个技术矛盾

台北101大楼高506米(图2－5)。

矛盾因素:楼高;

改善一方:增加建筑面积;转换成通用工程参数，5运动物体的面积。还可能有其他合适的参数，这样可以增加矛盾的个数，以获取更多的创新原理，以开阔思路。

恶化一方:引起晃动。转换成39参数，14强度、13稳定性。

解决这个技术矛盾的方向:楼高还不晃动。也就是要消除晃动，消除恶化。

用矛盾矩阵表解题模式解决技术矛盾，要经过如下两个步骤。

第一，首先从矛盾矩阵表上选择创新原理。改善一方有1个参数，恶化一方有2个参数，组合起来有2个技术矛盾，在矛盾矩阵表上可以获得2组创新原理。

第一组创新原理:5运动物体的面积VS(对)14强度，从矛盾矩阵表的坐标交集上获得创新原理序号:3、15、40、14、5、1、4、35、11。

第二组创新原理:5运动物体的面积VS(对)13稳定性，从矛盾矩阵表的坐标交集上获得创新原理序号:2、11、13、35、1、39、24、40、26。

根据序号从40创新原理表上可以找到对应的一组创新原理:3局部质量、15动态化、40复合材料、14曲面化、5组合、1分割、4增加不对称性、35状态或参数变化、11预先防范、2抽取、13逆向思维、39惰性或真空环境、24借助中介物、26复制。

选择创新原理。获取的创新原理一般都比较多，并不都有用，要联系解决问题的方向，这里是考虑消除恶化——晃动，从众多的创新原理中选择估计是有用的创新原理。创新原理是很抽象的，要具备这种选择能力，需要广博的知识，需要灵感，进行广泛的联系，当然，也需要经验。这里要解决的问题是消除楼的晃动。是一个力学方面的问题。选择哪些创新原理有可能解决这个问题呢?可以初步选择下面4个创新原理。

24借助中介物、3局部质量、15动态化。

于是，完成从具体问题到TRIZ理论的转换过程。

第二，把创新原理转换成具体方案:如何把4个很抽象的创新原理，转换成消除晃动的具体方案，是有困难的。这里始终要把握住消除晃动这个目标，朝向这个方向，深刻理解创新原理导向、提示的指导作用。联系、运用相关的知识，并综合应用创新原理，加上严谨的逻辑分析，逐步明确、产生一个具体方案，达到消除恶化的目的。创新原理“借助中介物”提示，消除晃动要靠一个中介物，中介物是什么?创新原理“局部质量”提示，这个中介物是一个局部质量，用一个局部质量消除晃动，这个局部质量应该是一个大质量块，规矩的形状应该是一个大钢球;一个大钢球怎么能防止晃动呢?创新原理“动态化”提示，要让这个大钢球能动起来，就是说，这个大钢球不是固定死的，譬如把它悬挂在大楼内，可以摆动。至此豁然开朗，根据基本的力学知识，原来大钢球防止晃动是以动制动，大钢球以其惯性力作相反的晃动，以克服晃动，镇住晃动。这里综合应用了3个创新原理，一个中介物——局部质量——动起来，至此也就获得一个具体方案:在大楼上部悬挂一个大钢球。

得到具体方案，就完成了从创新原理到具体方案的过程。其实悬挂一个大钢球算是一个概念设计。还要通过具体实施，才能完成一个创新。

图2－6600　吨大钢球

实际上，台北101大楼就是在楼的上部悬挂了一个重达660吨的大钢球(图2－6)。结果一致，说明TRIZ的解题是可信的。

这里显然还有一个问题，局部质量肯定要用一个大钢球吗?这是一个求异思维。把一个局部质量具体化，根据具体情况，可有各种选择。有的大楼在楼顶装了一个可以晃动的大水箱，也是一个可动的局部质量，用以代替可晃动的大钢球。所以，最终的具体方案并不是唯一的。

这是作者编写的一个很有意思的案例。要创新，也就是要实现一个新的功能，必然会伴生一个有害的功能。为了解决矛盾，就要消除这个有害功能，消除恶化，这是要付出代价的。从此例看到，解决了原有的矛盾，又产生了新的矛盾。要挂大钢球不容易，要制造大钢球，而且占空间，也不美观。能否不挂大钢球也不晃呢?晃动是由于楼的径向刚度不足。提高径向刚度可以不晃。重新寻找别的创新原理。从创新原理组中又找到一个创新原理:1分割(应该选择哪一个创新原理，是需要知识基础和经验的)。

图2－7　迪拜塔楼

下面把创新原理转换成具体方案。

创新原理分割，分割什么?因为楼高引起晃动，当然是分割楼高。一分割，楼就不是一个高度，高的高，低的低。中间高周围低，楼就成了塔形，当然径向刚度高。

这就是一个具体方案。迪拜塔楼高800多米就是这个方案。没有挂大钢球。

看迪拜塔楼尖尖的，和我们看惯了的楼的外形不一样。能不能不挂大钢球，外形和普通楼相似呢?再重新寻找别的创新原理试试。

从创新原理组中又找到一个创新原理14曲面化。

下面把创新原理转换成具体方案。

曲面化就是把大楼的外形做成曲面。最好做成中空的圆柱，径向刚度高。

正在建设的上海中心大厦就是采用中空圆筒形的，占地3万多平方米，高632米，127层。这里就不用吊钢球了。

图2－8　正在建设的上海中心大厦

上面为消除晃动得到三种不同的方案，不是唯一。说明TRIZ创新对一个研究对象，可能有不同的结果，不同的方案。上面三种方案的差别在哪里?挂大钢球的方案，是从恶化已成事实的这方面考虑消除恶化。塔形和圆筒形是从产生恶化的源头考虑消除恶化，也就是不让恶化成为事实，即晃动是不可能的，因为提高了径向刚度。相比较，从源头上消除恶化是比较合理。所以，这是在解决技术矛盾的时候，一个值得注意的问题。

2.发电机的一个技术矛盾

矛盾因素:提高发电机转子转速，从3000转/分提高到6000转/分;

改善一方:多发电;转换成39参数，39生产率，还可选择21功率;

恶化一方:机件不能承受如此高速，产生振动噪声;转换成39参数，13稳定性、27可靠性、31物体产生的有害因素、35适应性。

引发矛盾的矛盾因素是一个参数的改变，改善与恶化同时发生。

解决这个技术矛盾的方向:提高转速多发电，机件还能承受，不必改变。只有改善，没有恶化。

可用资源:发电机的转子、定子;

从矛盾矩阵表上获取创新原理:改善一方有2个参数，恶化一方4个参数，组合起来总共有8个技术矛盾，在矛盾矩阵表上一共可以获取8组创新原理。先列出第一个4组创新原理，不够用再列下一个4组创新原理。

选择创新原理:从4组创新原理中选择创新原理，1分割、35状态或参数变化、15动态化、13逆向思维。

于是，完成从具体问题到TRIZ理论的转换过程。

我们要解决的问题是，转速高了发电机不出现严重振动噪声，能稳定工作，选择这些创新原理对头吗?的确，面对这种选择，常常使人感到茫然。猛一看，这抽象的、孤立的创新原理，和要解决的问题，毫无关联，联系不上，无法选择。初学者，缺乏经验，的确具有盲目性，这不要紧，大胆去选，不行从头再来，总结经验。要知道，有时候就是选择不到有用的创新原理。对于TRIZ应用已经比较熟悉的，对创新原理的实际应用有比较深入的理解，面对抽象的创新原理，信息相通，心领神会，即使不是非常清晰，通过选择创新原理，就能初步判断解决问题的方向。

把创新原理转换成具体方案:首先把握要解决的问题这个方向。这里要解决的问题是转速高了产生噪声振动。按照传统的通常的方法解决这个问题，就是要从降低噪声，减少振动方面着手，如提高轴承等级，采用更优质的材料，提高制造精度，加大尺寸，这就会使成本大大提高，还未必能得到理想的结果。如此这般，也就不需要什么创新原理了，不需要TRIZ了。TRIZ的特点就是用简单的方法，解决复杂的难题，用理想的方法，尽量少花钱、不花钱。这里要寻找具体方案，主要通过逻辑分析，把创新原理与要解决的问题建立联系，朝着一个明确的方向，逐步形成一个具体的方案。第一个创新原理是“分割”，分割什么呢?这里的问题是转速高了产生噪声振动，是一个原因引起一个结果，创新原理可以应用于原因或结果这两方面解决问题。如上一例是用于结果，克服晃动。在这里考虑把创新原理应用于原因——转速高了，从3000转/分提高到6000转/分。如果转速不高，岂不是就不会产生噪声振动了吗?怎么让转速不高呢?创新原理“分割”就派上了用场，对6000转/分进行分割，分割成两个3000转/分，转速不高了，但加起来还是6000转/分。这两个转速让谁转呢?肯定转子要转，转速3000转/分，还是原来的转速，没有变。还有一个3000转/分怎么办?再看其余的创新原理有什么提示。还有三个创新原理:状态或参数变化、动态化、逆向思维。状态变化是一个提示，什么东西的状态要变化?发电机就两个东西，一个转子，一个定子，转子已经转起来了，当然是指定子的状态要变化。怎么变化?动态化，就提示定子要动起来，正好还有一个3000转/分就交给定子转了，让定子转起来;怎么转?还有一个创新原理:逆向思维，就是倒过来;这就提示，定子的转向要与转子相反;为什么要相反?这样，转子定子都转起来，导线切割磁力线的相对转速就是6000转/分了，于是，就达到了提高转速多发电的目的。所以，最终获得的具体方案就是，让定子以3000转/分的转速反向旋转。显然，这个方案与提高轴承等级、用好材料、提高制造精度截然不同，转速并没有提高，不会出现难以克服的困难。

于是完成了从TRIZ理论到创新方案的过程。

图2－9　三峡大坝

3.解决三峡大坝的一个技术矛盾

矛盾因素:大坝(图2－9)。

改善一方:蓄水发电。转换成39参数，选取“21功率”。

恶化一方:挡住泥沙卵石形成淤积。转换成39参数，选取“31物体产生的有害因素”。

(1)从具体问题到创新原理。

查矛盾矩阵表获取创新原理:

在矛盾矩阵表纵横坐标上找到21、31，其坐标交集上9个数字就是创新原理序号1、18、2、35、28、13、15、3、39。

查创新原理汇总表:

1分割，18机械振动，2抽出，35状态和参数变化，28机械系统替代，13逆向思维，15动态化，3局部质量，39惰性或真空环境。

于是完成从具体问题到创新原理的过程。

(2)从创新原理到具体方案。

1)为消除恶化选择有关的创新原理:13逆向思维、35状态和参数变化、3局部质量、1分割、15动态化、2抽出。

2)朝着消除恶化的方向，主要通过逻辑推理，把创新原理转换成具体方案:

13逆向思维——大坝要将泥沙卵石挡住，不让它挡住，不让泥沙卵石进入水库;35状态和参数变化——改变泥沙卵石的状态;3局部质量、1分割——把泥沙卵石作为局部质量与水分割;

15动态化、2抽出——让泥沙卵石动起来，从水中抽出，运送到大坝的下游去!

综合应用创新原理得到一个具体方案:

在水库上游挡住粗沙卵石，不让进入水库。水底粗沙卵石由传送带传送到江边再提出水面，送入人工运河，再传送到大坝下游的江水中去。让粗砂卵石冲积到上海造地(图2－10)。

于是完成从创新原理到具体方案的过程。

三峡大坝是一项争议很大的工程。其中一个严重的问题是泥沙卵石淤积使大坝水库报废并形成严重隐患。解决的办法是在上游金沙江筑坝发电，为三峡挡住泥沙卵石。但久而久之也会淤积。我们应用TRIZ理论把三峡大坝这一问题归结为一个技术矛盾并予以解决，获得一个可行的创新方案，供作参考。

图2－10　上海外滩

图2－11　破冰船

4.破冰船的一个技术矛盾

冬天破冰船必须在3米多厚的冰封航道上破冰前进运送货物(图2－11)。现在要将航速从2公里/时提高到6公里/时，也就是提高船的生产率。要提高速度就要加大发动机的功率，这就加大了能量的消耗，于是，就出现了一个技术矛盾。

矛盾因素:提高发动机功率;

改善一方:提高破冰速度;转换成39参数，9速度、39生产率;

恶化一方:能量消耗加大;转换成39参数，22能量损失、21功率。

解决这个技术矛盾的方向:提高破冰速度，而能量消耗并不加大，只有改善，没有恶化。

可用资源:破冰船船体、冰、海水、气温;

从矛盾矩阵表上获取创新原理:改善一方与恶化一方各有2个参数，组合起来有4个技术矛盾，从矛盾矩阵表上可以获得4组创新原理，序号如下:

选择创新原理:这里的目标、方向是要减少能量消耗。显然，破的冰越少，消耗的能量就越少，要把创新原理朝这个方向去联系。于是，选择了如下5个创新原理:

35状态和参数改变、13逆向思维、1分割、2抽取、5组合。

于是，完成从具体问题到TRIZ理论的转换过程。

把创新原理转换成具体方案:

图2－12　破冰少的破冰船

出现了4次的创新原理“35状态和参数改变”提示改变状态，改变什么状态?显然，破冰船与冰接触的状态改变才是最有意义的，改变状态就是改变船与冰接触的状态。创新原理13逆向思维提示，破冰船与冰接触才消耗了能量，倒过来想，如果不接触岂不就不消耗能量了吗?怎么能不接触呢?创新原理2抽取、1分割提示，把破冰船与冰相接触的那一层抽掉，这是一个有害的部分。于是，就把破冰船分割成冰上一部分，冰下一部分，破冰船与冰没有接触了，就不用破冰了。这样一来，冰下的一部分岂不是要掉到海里去了吗?创新原理5组合提示，把破冰船分开的上下两部分再组合起来。也就是在两边用带有破冰刀刃的板材，把上下两部分连接起来。在两板材之间是可以让冰通过的空档。这种破冰船如图2－12所示。

图2－13　高处的雷达天线

于是，获得了一个让破冰船少破冰减少能量消耗的具体方案:把破冰船分割成冰上部分和冰下部分，在两边用板材把上下部分连接起来，板材前端装有破冰刀或破冰装置，只需破出窄口，大块的冰穿膛过肚，从破冰船中间的空档中穿了过去。破的冰大大减少，能耗大大降低。

于是完成了从TRIZ理论到创新方案的过程。

5.雷达天线的一个技术矛盾

接收无线电波的雷达天线架设在经常有雷雨的地方(图2－13)。为了避免雷击，必须设置避雷针。但避雷针会吸收无线电波，从而减少了天线吸收无线电波的数量。这就是雷达天线装避雷针产生的一个技术矛盾。

矛盾因素:避雷针。

改善一方:防止雷达遭受雷击;转换成39参数，27可靠性、30作用于物体的有害因素;

恶化一方:减少了雷达吸收电波的数量;转换成39参数，22能量损失、31物体产生的有害因素。

解决这个技术矛盾的方向:既能防雷，又不吸收电波，不减少避雷针吸收无线电波的数量，只有改善，没有恶化。

可用资源:大气空间、雷电;

从矛盾矩阵表上获取创新原理:改善一方与恶化一方各有2个参数，组合起来有4个技术矛盾，从矛盾矩阵表上可以获得4组创新原理序号如下，根据序号可以在创新原理表上找到相应的创新原理。

选择创新原理:主要思考的方向是不吸收电波，选择了下面3个相关的创新原理。

21减少有害作用时间、35状态或参数改变、22变害为利。

确定了创新原理，于是，就完成了从具体问题到TRIZ理论的转换。

图2－14　空气电离避雷针

把创新原理转换成具体方案:要达到的目标是避雷针不吸收电波。创新原理“21减少有害作用时间”提示，要减少避雷针吸收电波的时间;最好是在什么时间避雷针不要吸收电波呢?当然应该是在没有雷雨的时候，因为这个时候不需要防雷;这就要求在这个时候，避雷针应该是不导电的非导体，也就是非金属体，才不会吸收电波;在其余的时间，也就是在电闪雷鸣的时间，可以吸收电波，也就是说，在这个时候，避雷针可以是导体，才能将雷电引入地下。创新原理“35状态或参数改变”提示的，正是要求避雷针的这种变化;在无雷雨的时候，避雷针是非导体，在电闪雷鸣的时候，变成导体;只有这样才能达到只有改善，没有恶化的目标;但是，又出来了一个问题，这个避雷针在电闪雷鸣的时候，要从非导体变成导体，这个避雷针是个什么东西，什么东西具有这种功能?还有一个创新原理“22变害为利”在提示，把非导体变成导体，要靠一个有害的东西帮助;这个有害的东西是什么?就是雷击，只有雷击。又是什么东西受到雷击就会从非导体变成导体呢?如果我们缺少这个知识，就要寻找这东西。其实，这个知识在中学的物理课本上学过，空气遭到雷击，就会发生电离，从非导体变成导体，当雷电消失后，导体又变回非导体。原来这个避雷针应该是空气避雷针，具体结构应该是一个装着空气有尖端的玻璃管，竖立在空中;平时是非导体，不吸收电波;当雷电打来时，空气被电离，成为导体，将雷电引入地下，起到避雷针的作用;雷电消失，又恢复成非导体。如图2－14所示，这就是空气电离避雷针的一个具体方案。这是一个用简单方法，解决复杂难题的典型例子。

图2－15　波音737

6.波音737改造加大发动机功率引起的一个技术矛盾(图2－15)

发动机功率加大了，发动机罩的直径也要加大，以增加空气进气量。但是起落架没改变，这样，罩子直径加大，下沿对地距离减小，危及降落安全。于是，形成一个技术矛盾。

矛盾因素:发动机进气罩直径加大;

改善一方:空气进气量的面积加大;转换成39参数，5运动物体面积;

恶化一方:罩的下沿对地距离减小;转换成39参数，3运动物体尺寸。

解决这个技术矛盾的方向:增加的空气进气量不减少，对地距离不减小。

从矛盾矩阵表上获取创新原理:5运动物体面积VS3运动物体尺寸，从矛盾矩阵表上可获得一组创新原理:14、15、4、18、1、17、30、13、8。

从创新原理表上找到相应的创新原理:14曲面化、15动态化、4增加不对称性、18机械振动、1分割、17多维化、30柔性壳体或薄膜结构、13逆向思维、8重力补偿。

选择创新原理:这里似乎只有一个创新原理可能有用:4增加不对称性。确定了创新原理，就完成了从具体问题到TRIZ理论的转换过程，也是一个从具体到抽象的过程。

把创新原理转换成具体方案:只有一个创新原理“增加不对称性”，这里研究的对象是整流罩，当然就是增加整流罩的不对称度。整流罩本来是圆的，加大圆的直径，且保持原来中心不变，对地距离就减少了。增加不对称度就是说可以做成非圆的。这里要解决的问题，是扩大面积而不要减少罩子下沿对地距离。这个似乎有点复杂的问题迎刃而解了。保持原来整流罩的位置不变，即保持上沿和下沿的位置不变，把两侧的轮廓向外拉，这就扩大了它的面积，该扩大多少就扩大多少，于是，这个整流罩就变成了扁形，实际上是做成了如图2－16所示的鱼嘴形。

把创新原理“增加不对称性”转换成一个鱼嘴形的整流罩，从抽象到具体，完成了从TRIZ理论到创新方案的转换过程。也是一个从抽象到具体的过程。

开始受到罩子必须是圆的这个思维定势的影响，这个问题长时间没有得到解决。正是创新原理“04增加不对称度”突破了这个思维定势，罩子也可以做成扁的。TRIZ迫使人们克服思维定势，改变思维方法。

图2－16　整流罩成鱼嘴形

图2－17　呆扳手

图2－18　两点接触

7.呆扳手的一个技术矛盾(图2－17)

图2－17是一套不同尺寸的系列呆扳手，也称死扳手，是一种装卸螺母常用的简单工具。

历史悠久了，从它出生到现在，都是这副模样，没有变化。这么简单的工具它还能发展吗?

它还能变化吗?似乎是很难的。偏偏就是TRIZ使这个简单的呆扳手得到了发展。

什么东西都是可以发展、变化的。关键是要找出它存在什么问题，存在什么矛盾，解决问题，解决矛盾，就能推动事物发展。

那么是如何发现呆扳手存在的问题，是如何找到呆扳手存在的矛盾呢?原来在呆扳手的使用过程中，人们发现，时间一长，呆扳手两个开口平面上磨出了槽，并因此报废。这是一个问题。呆扳手开口磨损了，这是什么原因呢?找一把呆扳手套上螺母一看，就发现了原因，原来是扳手的开口尺寸比螺母尺寸大，形成了间隙;如图2－18所示;

在使用中，开口与螺母不能形成面接触，只能形成两点接触，正是在这两点上，螺母的棱角对搬口造成磨损，磨出凹槽，这是一方恶化。显然，不出现间隙形成面接触，就不会出现磨损了;问题是，没有间隙，就要把螺母和搬口的尺寸做得非常精确，这就会使成本大大提高，而且是难以做到的;所以，允许存在间隙，是出于实际可能和降低成本，实质上就是降低了制造精度。这应该是一方改善。有恶化有改善，这就是呆扳手的一个技术矛盾。

矛盾因素:呆扳手和螺母之间出现间隙;

改善一方:降低扳手和螺母的制造精度，降低成本;转换成39参数，29制造精度、32可制造性;

恶化一方:扳手开口磨损;转换成39参数，31物体产生的有害因素。

解决这个技术矛盾的方向:增大接触面积，消除开口磨损，延长扳手使用寿命。

可用资源:螺母螺栓六方的六个面;

这里要提醒读者，这个案例的表达，与现有TRIZ出版物中的表达截然相反。之所以概念清晰，就在于有一个确切的矛盾因素这个前提。这种正确的表达，读者可以自己判断。

从矛盾矩阵表上获取创新原理:由改善一方和恶化一方的参数，可组合成两个技术矛盾，从矛盾矩阵表上可获得2组创新原理。

从创新原理表上可找到与这些序号相对应的创新原理。

选择创新原理:只选取了两个创新原理、“17多维化”、“04增加不对称度”。

选择了创新原理，就完成从具体问题到TRIZ理论的转换过程。

把创新原理转换成具体方案:创新原理“多维化”提示，原有的情况是扳手与螺母是两点接触，两点只能成一条线。有三个点就构成一个面。多维化提示增多接触点，以增大接触面。于是出现了4点接触的曲线扳手，如图2－19所示，是1995年美国专利。这是根据创新原理“多维化”获得的具体方案。

图2－19　四点接触扳手

图2－20　两个三点接触扳手

另外，创新原理“增加不对称度”提示，原来是对称的，只能形成两点接触，做成不对称的，就可能形成多点接触。于是，用非对称原理，就产生了两种3点接触扳手(图2－20)，都是美国专利。

做成全面接触是不可能的。应用两个创新原理转换成具体方案，都是增多接触点，也就是增大了接触面积，这是可能的。获得具体方案，就完成了从TRIZ理论到创新方案的转换过程。

再简单不过的呆扳手依靠TRIZ得到了发展，这是一个很深刻很重要的启示，还有什么东西是不可以发展的呢?