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第3章 技术创新方法


技术创新方法和TRIZ理论 理论 技术创新方法和

1

第一部分 形势与任务 第二部分 创新的理论和工具

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第一部分
形势与任务


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胡锦涛在中共十七大指出
要坚持走中国特色自主创新道路, 要坚持走中国特色自主创新道路,把增 强自主创新能力贯彻到现代化建设的各 自主创新能力贯彻到现代化建设的各 个方面。 个方面。 加快建立以企业为主体、市场为导向、 加快建立以企业为主体、市场为导向、 产学研相结合的技术创新体系。 产学研相结合的技术创新体系。
4

2005年8月8日美国商业周刊: 年 月 日美国商业周刊 日美国商业周刊: 知识经济时代 创新经济时代

时代特征

创意的想象力 创新力

主宰 世界经济潮流
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存在问题
创新思维与创新精神培养缺位。 创新思维与创新精神培养缺位。 目前的应试教育体系抑制了学生的创新思维和创新 精神;过分强调专业知识的教授,缺少科学思维、 精神;过分强调专业知识的教授,缺少科学思维、 科学方法方面的引导和训练。 科学方法方面的引导和训练。 科研活动中的创新思维不足,自主创新研究成果少。 科研活动中的创新思维不足,自主创新研究成果少。 跟踪模仿为主,自主创新较少。多数学科发展滞后, 跟踪模仿为主,自主创新较少。多数学科发展滞后, 属于世界领先的学科很少。 属于世界领先的学科很少。 尊重科学、崇尚科学的氛围不够。 尊重科学、崇尚科学的氛围不够。 传统的“学而优则仕” 官本位” 传统的“学而优则仕”,“官本位”的思想依然存 不按照科学规律办事的问题普遍存在。 在,不按照科学规律办事的问题普遍存在。
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创造性人才自我设计
、 、

哲学 理论基础 外语 体能 能力 表达 创新 个性 能力 品质 思维

创 造 力

创新技法和方法

创新技能 基础知识、专业知识、 基础知识、专业知识、交叉学科知识
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科学推理型 逻 辑 思 传 统 创 新 技 法 的 分 类 逻 辑 思 维 列举型 形象思维型 ◇形象思维法 ◇灵感启示法 ◇大胆设想法 联想型 有序思维型 维 组合型 ◇组合法 ◇分解法 ◇形态分析法 ◇信息交合法 ◇横向思考法 ◇奥斯本检核表法 ◇5W1H法 法 ◇和田法

◇演绎法 ◇归纳法 ◇类比法 ◇自然现象和 科学原理探索法 ◇等价变换法 ◇KJ法 法 ◇类推法

◇智力激励法 头脑风暴法) (头脑风暴法) ◇联想法 ◇逆向构思法 ◇特性列举法 ◇缺点列举法 ◇希望点列举法

8

60

第二部分
创新技法和TRIZ理论 理论 创新技法和

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TRIZ技法 发明问题解决理论 技法(发明问题解决理论 技法 发明问题解决理论)
-TRIZ的含义 的含义 TRIZ的含义是发明问题解决理论,是原俄文字 的含义是发明问题解决理论, 的含义是发明问题解决理论 母的缩写,并按ISO/R9-1968E规定,转换成拉 规定, 母的缩写,并按 规定 丁文的首字母缩写
Теория Решения Изобретательских Задач→

Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch

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TRIZ理论创始者根里奇 阿奇舒勒 理论创始者根里奇·阿奇舒勒 理论创始者根里奇
G. S. Altshuller (1926-1998 ) 是前苏联的一位天才发明家 - 和创造创新学家, 年创立TRIZ理论。 理论。 和创造创新学家,于1946年创立 年创立 理论 TRIZ理论研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循 理论研究人类进行发明创造、 理论研究人类进行发明创造 的科学原理和法则,曾经被称作前苏联的“国术”和“点金 的科学原理和法则,曾经被称作前苏联的“国术” 前苏联的 术”。 TRIZ理论来源:浓缩数百万发明专利 理论来源: 理论来源 的带领下, 多名专家, 在Altshuller的带领下,动用前苏联的 的带领下 动用前苏联的1500多名专家,经过 多名专家 经过50 多年对数以百万计的专利文献加以搜集、研究、整理、归纳、 多年对数以百万计的专利文献加以搜集、研究、整理、归纳、 提炼和重组,建立起一整套体系化的 建立起一整套体系化的、 提炼和重组 建立起一整套体系化的、实用的解决发明问题的理 论方法体系——TRIZ 论方法体系

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TRIZ理论体系 理论体系
技 术 系 统 进 化 法则 物场模型分析 最终理想解

.个发明原理 40个发明原理

产品创新

发明问题解决算法

发明问题 标准解法

科学效应 知识库

矛盾矩阵 创新原理

物理矛盾 分离方法
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TRIZ理论的九把利剑 理论的九把利剑
1、八大进化法则:预测技术系统进化模式和产品成熟度; 、八大进化法则:预测技术系统进化模式和产品成熟度; 2、最终理想解:系统的进化总是向着更理想化的方向发展; 、最终理想解:系统的进化总是向着更理想化的方向发展; 3、40个发明原理:浓缩 个发明原理: 万份专利背后所隐藏的共性发明原理; 、 个发明原理 浓缩250万份专利背后所隐藏的共性发明原理; 万份专利背后所隐藏的共性发明原理 个工程参数和矛盾矩阵: 4、39个工程参数和矛盾矩阵:为解决问题直接提供化解矛盾的发明工具; 、 个工程参数和矛盾矩阵 为解决问题直接提供化解矛盾的发明工具; 5、物理矛盾的分离原理:分离原理是针对物理矛盾的解决而提出的; 、物理矛盾的分离原理:分离原理是针对物理矛盾的解决而提出的; 6、物场模型分析:用于建立与已存在的系统或新技术系统问题相联系的功 、物场模型分析: 能模型; 能模型; 7、发明问题的标准解法:5级共 个标准解法,可以将标准问题在一两步中 级共76个标准解法 、发明问题的标准解法: 级共 个标准解法, 快速进行解决; 快速进行解决; 8、发明问题标准算法(ARIZ):针对非标准问题而提出的一套解决算法; 、发明问题标准算法( :针对非标准问题而提出的一套解决算法; 9、物理效应和现象知识库:将物理现象和效应应用在问题解决过程中。 、物理效应和现象知识库:将物理现象和效应应用在问题解决过程中。

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技术系统进化八大法则
1、技术系统的 曲线进化法则; 技术系统的S曲线进化法则 技术系统的 曲线进化法则; 2、提高理想化法则; 、提高理想化法则; 3、子系统不均衡进化法则; 、子系统不均衡进化法则; 4、动态性进化法则; 、动态性进化法则; 5、向超系统进化法则; 、向超系统进化法则; 6、子系统协调性法则; 、子系统协调性法则; 7、向微观级和场的应用进化法则; 、向微观级和场的应用进化法则; 8、向自动化方向进化法则。 、向自动化方向进化法则。
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技术系统进化法则之一 - S曲线进化法则 曲线进化法则
? 一个技术系统的进化一般经历 个阶段,典型的 曲 一个技术系统的进化一般经历4个阶段 典型的S曲 个阶段, 线是描述一个技术系统的完整生命周期。 线是描述一个技术系统的完整生命周期。 ? 当一个技术系统的进化完成 个阶段后,必然会出 当一个技术系统的进化完成4个阶段后 个阶段后, 现一个新的技术系统来替代它,如此不断的替代。 现一个新的技术系统来替代它,如此不断的替代。
成熟期 成长期 婴儿期 衰退期

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技术系统进化法则之二 - 提高理想度法则
最理想的技术系统: 它既不消耗任何资源, 最理想的技术系统:“它既不消耗任何资源, 但却能够实现所有必要的功能” 但却能够实现所有必要的功能”(作为物理 实体它并不存在) 实体它并不存在) 技术系统是沿着提高其理想度, 技术系统是沿着提高其理想度,向最理想系 统的方向进化 提高理想度法则是所有进化法则的基础。 提高理想度法则是所有进化法则的基础。

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技术系统进化法则之三 -子系统不均衡进化法则
技术系统由多个实现各自不同功能的子系统组成。 技术系统由多个实现各自不同功能的子系统组成。 子系统不均衡进化法则包含着: 子系统不均衡进化法则包含着: 任何技术系统中的每一个子系统都是沿着各自的S 任何技术系统中的每一个子系统都是沿着各自的 曲线进化的; 曲线进化的; 组成技术系统所包含的各个子系统都是不同步、 组成技术系统所包含的各个子系统都是不同步、不 均衡进化的; 均衡进化的; 整个技术系统的进化速度取决于系统中发展最慢的 即最不理想的子系统(木桶原理) 即最不理想的子系统(木桶原理) 利用这一法则的知识,可以帮助创造者及时发现并改 利用这一法则的知识,可以帮助创造者及时发现并改 进最不理想的子系统. 进最不理想的子系统.
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技术系统进化法则之四
-(结构) -(结构)动态性进化法则 结构
沿着增加系统可移动性的方向发展 沿着增加系统可移动性的方向发展 可移动性 沿着增加系统的柔性方向发展 沿着增加系统的柔性方向发展 柔性方向 沿着增加系统可控性方向发展 沿着增加系统可控性方向发展 可控性方向

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系统的柔性进化

刚体

单铰链

多铰链

柔性体

液体/气体 液体 气体



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不同产品技术的进化路径
场 气体、 气体、液体 柔性 多铰链 单铰链 刚性
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切割技术的动态性进化

线切割机床

激光切割

水切割

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技术系统进化法则之五 -向超系统进化法则
技术系统首先向系统的合成方向发展 技术系统首先向系统的合成方向发展 系统的合成
单系统 双系统 多系统

技术系统的简化 技术系统的简化
子系统 超系统 此时,子系统功能得到加强的同时, 此时,子系统功能得到加强的同时, 也简化了原有的系统。 也简化了原有的系统。

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飞机燃油系统向超系统跃迁 飞机燃油系统向超系统跃迁 —空中加油机实例 空中加油机实例


输油管 系统 受油机

超系统 空中加油机

子系统

超系统

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技术系统进化法则之六
-子系统协调性进化法则
组成技术系统的各个子系统、 组成技术系统的各个子系统、各个部件在保持 协调的前提下,充分发挥各自的功能。表现在: 协调的前提下,充分发挥各自的功能。表现在: 结构上协调。比如:早期积木只能摞、 积木只能摞 结构上协调。比如:早期积木只能摞、
搭;现代积木可自由组合、随意插合成不同的形状。 现代积木可自由组合、 可自由组合

性能参数的协调。比如:网球拍需要考虑两个性能参数的协 性能参数的协调。比如:网球拍需要考虑两个性能参数的协
调:一方面要将球拍整体重量降低,以提高其灵活性;同时要增加 一方面要将球拍整体重量降低,以提高其灵活性; 球拍头部重量,以保证产生更大的挥拍力量。 球拍头部重量,以保证产生更大的挥拍力量。

工作节奏和频率上的协调。比如吸尘器.吸力太大, 工作节奏和频率上的协调。比如吸尘器.吸力太大,吸
嘴会粘住地毯. 嘴会粘住地毯.

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结构、性能、 结构、性能、节奏和频率的协调性

(a) 积木

(b) 网球拍

(c)

浇灌混凝土

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技术系统进化法则之七
-向微观级和场的应用进化法则
技术系统: 技术系统: 元件: 元件:
宏观 微观

最初的尺寸

原子、 原子、基本粒子尺寸

场的应用: 场的应用:

高效场和增加场效率的方向

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播放机向微观的进化

录音机

随身听

便携CD机

mp3

耳环 播放机

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计算机从宏观进化到微观
102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9

量子计算机

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通信产品的波长从宏观进化到微观
向微观进化法则意味着:从最初的尺寸向原子、 向微观进化法则意味着:从最初的尺寸向原子、基本粒子的尺 寸进化, 寸进化,同时能够更好的实现相同的甚至更好的功能 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9

波长约300-3米 米 波长约

波长约1-0.1米 米 波长约

波长约0.1米 纳米 波长约 米-3纳米
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技术系统进化法则之八 -向自动化方向进化法则
技术系统:摒弃那些机械的、重复的、 技术系统:摒弃那些机械的、重复的、枯燥 无味的手工操作, 无味的手工操作,实现并提高技术系统功能 的效益, 的效益,解放人们去完成更具有创造性的工 作。

30

TRIZ理论体系 理论体系
技 术 系 统 进 化 法则 物场模型分析 最终理想解

.个发明原理 40个发明原理

产品创新

发明问题解决算法

发明问题 标准解法

科学原理 知识库

矛盾矩阵 创新原理

物理矛盾 分离方法
31

矛盾的解决办法
传统设计是在矛盾双方取得折中方案, 传统设计是在矛盾双方取得折中方案, 是在矛盾双方取得折中方案 矛盾并没有彻底克服和解决 TRIZ理论的核心是建立了基于消除矛盾 理论的核心是建立了 理论的核心是建立了基于消除矛盾 的逻辑方法。 的逻辑方法。 使设计人员在设计过程中 不断地发现并解决矛盾, 不断地发现并解决矛盾,推动产品的不 断进化, 断进化,从一个状态进化到一个新的状 向着理想化创新产品设计的实现 创新产品设计的实现。 态,向着理想化创新产品设计的实现。
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技术系统矛盾的分类

技术系统矛盾 的两大类

技术矛盾

物理矛盾

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什么是技术矛盾? 什么是技术矛盾?
由表述系统性能的两个参数所构成的矛盾称 由表述系统性能的两个参数所构成的矛盾称 两个参数所构成的矛盾 之谓技术矛盾
当用已知的方法去改善系统的一部分或一个参数时,该系统的其它部分 当用已知的方法去改善系统的一部分或一个参数时, 或参数就要不可容忍地变坏的现象. 或参数就要不可容忍地变坏的现象. 常表现为一个系统中两个子系统之间的矛盾: 表现为一个系统中两个子系统之间的矛盾: 一个系统中两个子系统之间的矛盾 1)在一个子系统中引入一种有用功能,导致另一个子系统产生一种有害 )在一个子系统中引入一种有用功能, 功能或加强了已存在的一种有害功能; 功能或加强了已存在的一种有害功能; 2)消除一种有害功能导致另一个子系统有用功能降低; )消除一种有害功能导致另一个子系统有用功能降低; 3)有用功能的加强或有害功能的减少导致另一个子系统或系统变得复杂 ) 化。
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解决产品设计技术矛盾的三步骤 解决产品设计技术矛盾的三步骤 技术矛盾
描述问题, 描述问题,建立问题模型 确定技术矛盾 确定两个通用工程参数) (确定两个通用工程参数) 第一步: 第一步: 分析技术系统 待解决的问题
第二步: 第二步:解决技术矛盾 应用矛盾矩阵) (应用矛盾矩阵)

发明原理

第三步: 第三步:应用

最终解决方案

如果由矛盾矩阵所有给出的原理都完全不能应用, 如果由矛盾矩阵所有给出的原理都完全不能应用, 则需重新确定技术矛盾,再做一遍, 则需重新确定技术矛盾,再做一遍,直到找出可 操作的解决方案。 操作的解决方案。

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技术系统分析方向
准确分析技术系统,技术矛盾即可轻松获解! 准确分析技术系统,技术矛盾即可轻松获解! 分析方向: 分析方向: 了解组成系统的各个部分(子系统)、 )、系统 了解组成系统的各个部分(子系统)、系统 所从属的上级系统以及问题本身的根源; 所从属的上级系统以及问题本身的根源; 了解整个系统的持续情况:系统的过去、 了解整个系统的持续情况:系统的过去、现 在以及将来在各个子系统就上级系统可以发 展的情况。 展的情况。
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如何描述问题确定技术矛盾? 如何描述问题确定技术矛盾?
1、问题是什么? 、问题是什么? 2、现在有什么解决方案? 、现在有什么解决方案? 3、这个解决方案有什么问题? 、这个解决方案有什么问题? 利用39个通用工程参数(技术特性) 利用 个通用工程参数(技术特性)来描述 个通用工程参数 需要改善的特性和可能恶化的特性。 需要改善的特性和可能恶化的特性。

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TRIZ理论体系 理论体系
技 术 系 统 进 化 法则 物场模型分析 最终理想解

.个发明原理 40个发明原理

产品创新

发明问题解决算法

发明问题 标准解法

科学效应 知识库

矛盾矩阵 创新原理

物理矛盾 分离方法
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40个发明原理 个发明原理
用有限的40条原理来解决无限的发明问题 条原理来解决无限的发明问题。 -用有限的 条原理来解决无限的发明问题。
阿奇舒勒通过对250万份发明专利的研究发现,大约只有20 万份发明专利的研究发现,大约只有 阿奇舒勒通过对 万份发明专利的研究发现 左右的专利才称得上是真正的创新 其它80%的专利往往 才称得上是真正的创新, %左右的专利才称得上是真正的创新,其它 %的专利往往 早已在其它的产业中出现并被应用过 。 阿奇舒勒坚信发明问题的原理是客观存在的, 阿奇舒勒坚信发明问题的原理是客观存在的,设计者掌握这 些原理,就可以大大提高发明的效率、缩短发明的周期, 些原理,就可以大大提高发明的效率、缩短发明的周期,而 且能使发明过程更具有可预见性。为此, 且能使发明过程更具有可预见性。为此,阿奇舒勒对大量的 专利进行研究、分析、总结、提炼出了TRIZ中最重要的、 中最重要的、 专利进行研究、分析、总结、提炼出了 中最重要的 具有普遍用途的40个发明原理 个发明原理。 具有普遍用途的 个发明原理。 当前, 个发明原理已经从传统的工程领域扩展到微电子 个发明原理已经从传统的工程领域扩展到微电子、 当前,40个发明原理已经从传统的工程领域扩展到微电子、 医学、管理、文化、教育等社会的各个领域问题。 个发明 医学、管理、文化、教育等社会的各个领域问题。40个发明 原理的广泛应用,导致不计其数新的专利发明的产生。 原理的广泛应用,导致不计其数新的专利发明的产生。
39

40个创新原理 个创新原理
01、分割原理 、 02、抽出原理 、 03、局部特性原理 、 04、不对称原理 、 05、合并原理 、 06、多功能原理 、 07、嵌套原理 、 08、质量补偿原理 、 09、预先反作用原理 、 10、预先作用原理 、 11、预置防范原理 、 12、等势原理 、 13、反向作用原理 、 14、曲面化原理 、 15、动态化原理 、 16、不足或过度作用原 、 理 17、多维化原理 、 18、振动原理 、 19、周期性作用原理 、 20、有效持续作用原理 、 21、急速作用原理 、 22、变害为益原理 、 23、反馈原理 、 24、中介物原理 、 25、自助原理 、 26、复制原理 、 27、一次性用品替代原 、 理 28、替换机械系统原理 、 29、气压或液压结构 、 替代原理 30、柔性壳体或薄膜 、 结构原理 31、多孔材料原理 、 32、变换颜色原理 、 33、同质性原理 、 34、自弃与修复原理 、 35、改变状态原理 、 36、相变原理 、 37、热膨胀原理 、 38、强氧化作用原理 、 39、惰性(或真空) 、惰性(或真空) 环境原理 40、复合材料原理 、
40

01、分割原理 分割原理
A. B. C. 将物体分割成相互独立的部分; 将物体分割成相互独立的部分; 使物体成为可组合的(易于拆卸和组装)的部分; 使物体成为可组合的(易于拆卸和组装)的部分; 提高物体的分割程度或分散程度; 提高物体的分割程度或分散程度;

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01、分割原理 分割原理
将物体分割成相互独立的部分 使物体成为可组合的(易于拆卸和组装) 使物体成为可组合的(易于拆卸和组装)的部分

将卡车分成牵引车头和拖车

组合家具

活动房屋

提高物体的分割程度或分散程度

拉圾桶

百叶窗

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美国陆军 M270多管火箭炮 多管火箭炮

M270反装甲子母弹攻击 反装甲子母弹攻击

发射中的M270 发射中的

正在爆裂的M270子母弹 子母弹 正在爆裂的

A. 将物体分割成相互独立的部分; 将物体分割成相互独立的部分; C. 提高物体的分割程度或分散程度; 提高物体的分割程度或分散程度;

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39个通用工程参数 个通用工程参数
几何参数:长度、面积、体积、形状 几何参数:长度、面积、体积、 一般物理参数:重量、速度、 一般物理参数:重量、速度、力、应力/ 压强、温度、光照度 应力 压强、温度、 系统参数:作用于物体的有害因素、物体产生的有害因素 系统参数:作用于物体的有害因素、 功率参数;物体的能量消耗、功率 功率参数;物体的能量消耗、 技术参数:操作时间、可靠性、强度、适用性和通用性、 技术参数:操作时间、可靠性、强度、适用性和通用性、可 可操作性/ 可维护性、制造精度、设计复杂性、 制 造性 / 可操作性 可维护性、制造精度、设计复杂性、自动 化程度、生产率、 化程度、生产率、对象的稳定性 与测量有关的参数:测量的必要性、 与测量有关的参数:测量的必要性、测量精度 损失参数:能量损失、物质损失、信息损失、 损失参数:能量损失、物质损失、信息损失、时间损失
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矛盾矩阵表的组成
阿奇舒勒将39个通用工程参数和 条发明原理有机地联系 阿奇舒勒将 个通用工程参数和40条发明原理有机地联系 个通用工程参数和 的矛盾矩阵表( 起来,建立起对应关系,整理成39× 的矛盾矩阵表 起来,建立起对应关系,整理成 ×39的矛盾矩阵表(详 创新制胜》附录)。 见(《创新制胜》附录)。 矛盾矩阵的第1行 列为39个通用工程参数的编码 个通用工程参数的编码, 矛盾矩阵的第 行、列为 个通用工程参数的编码,第2行、 行 列分别为39个通用工程参数的名称 但是, 个通用工程参数的名称。 列分别为 个通用工程参数的名称。但是,纵行表示要改 善的参数,横行表示会恶化的参数。 × 个通用工程参 善的参数,横行表示会恶化的参数。39×39个通用工程参 数从行、列两个纬度构成矩阵的方格共1521个,在其中 数从行、列两个纬度构成矩阵的方格共 个 1263个方格中,均列有几个数字,这几个数字就是由 个方格中, 个方格中 均列有几个数字,这几个数字就是由TRIZ 推出的解决对应工程矛盾的发明原理的编码。 推出的解决对应工程矛盾的发明原理的编码。按照编码查 条发明创造原理” 即可得到该编码的实际含义。 “40条发明创造原理”表,即可得到该编码的实际含义。 条发明创造原理 使用者根据系统中产生矛盾的2个通用工程参数 个通用工程参数, 使用者根据系统中产生矛盾的 个通用工程参数,从矛盾矩 阵表中直接查找出化解矛盾的发明原理 查找出化解矛盾的发明原理, 阵表中直接查找出化解矛盾的发明原理,并使用这些原理来 解决问题。 解决问题。
45

矛盾矩阵表

46
133

实例一: 实例一:坦克装甲的改进

雷诺FT-17” 式坦克 法国 “雷诺
战斗全重: 战斗全重: 7 吨 装甲: 装甲:22 mm

德国 “虎2” 式重型坦克
战斗全重: 战斗全重:69.8 吨 炮塔前部装甲: 炮塔前部装甲:185 mm

47

问题描述
↑装甲抗打击能力 ↑装甲厚度 战斗全重↑ 战斗全重↑

整车重量增加引起的一系列后果: 整车重量增加引起的一系列后果:
坦克的机动性能降低 坦克的耗油量增加
48

一、对问题进行抽象
(二)

矛盾矩阵
问题模型: 问题模型:技术矛盾 解模型: 解模型:创新原理

(一) 抽象

具化 (三)

待解决的问题

最终解决方案

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定义矛盾的过程
第一步:问题是什么? 第一步:问题是什么?
为了提高坦克在战场上的生存能力, 为了提高坦克在战场上的生存能力,需要提高装 甲的抗打击能力

第二步:现在有什么解决方案? 第二步:现在有什么解决方案?
增加装甲的厚度,以便提高装甲的强度 增加装甲的厚度,以便提高装甲的强度

第三步:这个解决方案有什么问题? 第三步:这个解决方案有什么问题?
装甲厚度增加后,坦克的战斗全重增加 装甲厚度增加后,坦克的战斗全重增加
50

建立原问题的问题模型
强度 运动物体的重量

51

利用矛盾矩阵求解问题模型

52
140

TRIZ推荐的创新原理(解决方案模型) 推荐的创新原理(解决方案模型) 推荐的创新原理
01、分割原理 、 08、重量补偿原理 、 40、复合材料原理 、 15、动态特性原理 、

53

坦克装甲的改进” 三、回到问题:“坦克装甲的改进” 回到问题 坦克装甲的改进
改善的参数: 改善的参数:装甲抗打击能力 原问题: 恶化的参数: 原问题: 恶化的参数:战斗全重

问题模型: 强度 问题模型:

运动物体的重量 01、分割原理 、 08、重量补偿原理 、 40、复合材料原理 、 15、动态特性原理 、
54

解决方案模型: 解决方案模型:

装甲改进方案(最终解决方案) 装甲改进方案(最终解决方案)
01、分割原理 、 40、复合材料原理 、 15、动态特性原理 、
复合装甲
乔巴姆” a)陶瓷复合装甲(“乔巴姆”装甲); 陶瓷复合装甲( 乔巴姆 装甲) 贫铀装甲; b)贫铀装甲; 缝隙装甲; c) 缝隙装甲;
均质钢装甲1 均质钢装甲1 装甲陶瓷 均质钢装甲2 均质钢装甲2
55

改进结果

美国 “M60A1” 坦克
战斗全重: 战斗全重:52 吨 车体正面: 车体正面:110 mm
56

TRIZ理论体系 理论体系
技 术 系 统 进 化 法则 物场模型分析 最终理想解

.个发明原理 40个发明原理

产品创新

发明问题解决算法

发明问题 标准解法

科学原理 知识库

矛盾矩阵 创新原理

物理矛盾 分离方法
57

什么是物理矛盾及其解决方法
物理矛盾——一个参数的矛盾 一个参数的矛盾 物理矛盾 技术系统要求某参数B的性质为正(+)的 的性质为正(+) 技术系统要求某参数 的性质为正(+)的 同时又要求某参数B的性质为负 的性质为负(-) 同时又要求某参数 的性质为负(-) 比如要求系统既要出现又要不出现; 比如要求系统既要出现又要不出现;既要高 又要低;既要大又要小等完全相反的需求。 又要低;既要大又要小等完全相反的需求。 解决物理矛盾的方法——分离 解决物理矛盾的方法 分离
分离方法

空间分离

时间分离

条件分离

系统级别上的分离
58

十字路口的物理矛盾描述
要通过十字路口, 要通过十字路口,车辆必须占据十字路口的某 个位置( ) 个位置(A) 而要不和其它车辆相撞, 而要不和其它车辆相撞,一定不得占据十字路 口的位置( 口的位置(非A) ) 道路必须交叉,以使车辆驶向目的地( ) 道路必须交叉,以使车辆驶向目的地(A) 道路一定不得交叉,以避免车辆相撞( 道路一定不得交叉,以避免车辆相撞(非A) )
59

分离原理应用实例
空间分离:测量海底时, 空间分离:测量海底时,将声纳探测器与船体空间 分离,用以防止干扰, 分离,用以防止干扰,提高测试精度 时间分离:将飞机机翼设计成可调的活动机翼,以 时间分离:将飞机机翼设计成可调的活动机翼, 适应在飞行中各个时间段的不同要求 条件分离:将水射流条件分离, 条件分离:将水射流条件分离,给予不同的射流速 度和压力,即可获得“ 的或“ 度和压力,即可获得“软”的或“硬”的不同用途 的射流, 的射流,用于洗澡按摩或用作加工手段或武器 整体与局部分离:采用柔性生产线, 整体与局部分离:采用柔性生产线,以满足大众化 和个性化市场需求的不同要求
60

应用实例 ——解决交通的物理矛盾 解决交通的物理矛盾
空间分离

时间分离

61

各分离方法相对应的发明原理列表
空间分离
01 分离 02 03 04 对 07 13 17 24 26 30
09 10 11 15 16 18 19 20 21 29 34 37

时间分离

条件分离
01 分 05 06 07 08 13 14 22 23 25 27 33 35

个体与整体分 离
12 28 31 32 35 36 相 38 39 40



发 明 原 理

/

理/ 理/







/

理/ 理

62

TRIZ理论体系 理论体系
技 术 系 统 进 化 法则 物场模型分析 最终理想解

.个发明原理 40个发明原理

产品创新

发明问题解决算法

发明问题 标准解法

科学效应 知识库

矛盾矩阵 创新原理

物理矛盾 分离方法
63

物-场标准模型
?所有的功能都能分解成为三个基 所有的功能都能分解成为三个基 本元素(两个物质一个场) 本元素(两个物质一个场) F 1

S1

S2

64

建立完善的物场模型
如何迅速而准确地查找出压缩机氟利昂渗漏处? 如何迅速而准确地查找出压缩机氟利昂渗漏处?
将掺有荧光粉的润滑油注入压缩机内,在暗室里用紫外光照射 将掺有荧光粉的润滑油注入压缩机内, 压缩机,通过渗漏出的润滑油中荧光粉发出的光, 压缩机,通过渗漏出的润滑油中荧光粉发出的光,可以准确 地确定氟利昂的渗漏部位。 地确定氟利昂的渗漏部位。 给出的条件是物 的条件是物S1(氟利昂),不能构成完整的物-场模型 ),不能构成完整的物 场模型, 给出的条件是物 (氟利昂),不能构成完整的物 场模型, 引入第二个物 第二个物S2(荧光粉)和一个场F(紫外辐射 紫外辐射) 引入第二个物 (荧光粉)和一个场 紫外辐射 ,完善了 F 紫外辐射 具有不完整功能的系统。 具有不完整功能的系统。
+ +

S1
氟利 昂

S1
氟利昂

S2
荧光粉

F
紫外辐射

S1
氟利昂

S2
荧光粉
65

TRIZ理论体系 理论体系
技 术 系 统 进 化 法则 物场模型分析 最终理想解

.个发明原理 40个发明原理

产品创新

发明问题解决算法

发明问题 标准解法

科学原理 知识库

矛盾矩阵 创新原理

物理矛盾 分离方法
66

标准解系统的由来
某一类技术问题
问题模型 解决方案模型

技术问题 1 技术问题 2

解决方案 1 解决方案 2

阿奇舒勒( 阿奇舒勒(Altshuller)发 ) 现的规律: 现的规律:如果问题的物 ? 场模型是一样的,那么解 场模型是一样的, 决方案的物场模型也是一 样的, 样的,和这个问题来自于 哪个领域无关。 哪个领域无关。 F’

F

S1
技术问题物场模型

S2
发明家

S1’
解决方案物场模型 发明、专利) (发明、专利)

S2’
67

发明问题76个标准解系统构成 发明问题 个标准解系统构成
建立或完善物场模型的标准解系统………………………13 第一级 建立或完善物场模型的标准解系统 1.1 建立物场模型 建立物场模型……………………………………8 1.2 消除物场模型的有害效应 消除物场模型的有害效应………………… ……5 第二级 2.1 2.2 2.3 2.4 第三级 3.1 3.2 强化物场模型的标准解系统……………………………… 23 强化物场模型的标准解系统 向复合物场模型进化 ………………………… 2 加强物场模型…… ………………………………6 加强物场模型 采用频率协调强化物场模型 ……………………3 引入磁性添加物强化物场模型……… ………………… 12 引入磁性添加物强化物场模型 向双、多、超系统或微观级协调进化的标准解系统……… 6 向双、 超系统或微观级协调进化的标准解系统 向双系统或多系统进化………………………… 5 向双系统或多系统进化 向微观级系统进化……………………………… 1 向微观级系统进化

68

发明问题76个标准解系统构成 发明问题 个标准解系统构成
测量与检测的标准解系统………………………………… 17 第四级 测量与检测的标准解系统 间接方法………………………………3 § 4.1间接方法 间接方法 建立测量的物场模型…………………4 § 4.2建立测量的物场模型 建立测量的物场模型 加强测量的物场模型……………………3 § 4.3加强测量的物场模型 加强测量的物场模型 向铁- § 4.4向铁-场模型转化 向铁 场模型转化……………………5 测量系统的进化方向…………………2 § 4.5测量系统的进化方向 测量系统的进化方向 标准解应用策略准则…………………………… ……… 17 第五级 标准解应用策略准则 5.1引入物质 引入物质……………………………… 4 引入物质 5.2引入场 引入场………………………………… 3 引入场 5.3相变 相变…………………………………… 5 相变 5.4利用自然现象和物理效应 利用自然现象和物理效应…………… 2 利用自然现象和物理效应 5.5通过分解或结合获得物质粒子 通过分解或结合获得物质粒子……… 3 通过分解或结合获得物质粒子 合 计 76
69

应用物场模型分析标准解的流程
当前问题


判断问题类型
需要改进系统 建立物场模型 测量和检测问题 建立物场模型

判断模型类型
模型不完整 产生有害效应 作用不足 第二、 第二、三级 第五级 第四级
70

第一级

TRIZ理论体系 理论体系
技 术 系 统 进 化 法则 物场模型分析 最终理想解

.个发明原理 40个发明原理

产品创新

发明问题解决算法

发明问题 标准解法

科学效应 知识库

矛盾矩阵 创新原理

物理矛盾 分离方法
71

物理效应和现象知识库
(效应知识库) 效应知识库)
效应知识库涵盖了多学科领域的原理, 效应知识库涵盖了多学科领域的原理,包括物 化学、几何等, 理、化学、几何等,对自然科学及工程领域 中事物间纷繁复杂的关系实现全面的描述, 中事物间纷繁复杂的关系实现全面的描述, 借助于这些通用的原理, 借助于这些通用的原理,把问题简化到最基 本的要素, 本的要素,引导和帮助创造者利用它来解决 某一特定技术领域的知识问题(详见 详见“ 某一特定技术领域的知识问题 详见“创造创 新方略” 新方略”表4-2) )
72

创新设计遇到的障碍 知识领域的“ 您能想出多少方法? 知识领域的 您能想出多少方法? 产生光” “泾渭分明” 要“产生光”,泾渭分明”

机械 化学 电子 光学

73
121

功能化模型与效应知识库
功能化模型是最容易定义的问题模型 效应知识库中的方案最接近于最终的解决方 案 效应知识库是CAI软件的最大亮点,软件为 软件的最大亮点, 效应知识库是 软件的最大亮点 创新者建立有多达四万余条创新功能方案。 创新者建立有多达四万余条创新功能方案。

74

效应知识库(物理效应和现象知识库) 效应知识库(物理效应和现象知识库)应用
应用TRIZ理论所以能消除矛盾,有赖于强大的效 理论所以能消除矛盾, 应用 理论所以能消除矛盾 应知识库的支持。 应知识库的支持。 物理效应和现象是部件(或系统) 物理效应和现象是部件(或系统)功能突变的创 新源,隐藏在其背后的是科学原理。 新源,隐藏在其背后的是科学原理。 物理效应和现象知识库涵盖了多学科领域的原理, 物理效应和现象知识库涵盖了多学科领域的原理, 包括物理、化学、几何等,应用“本体论” 包括物理、化学、几何等,应用“本体论”并对 自然科学及工程领域中事物之间纷繁复杂的关系 实现全面的描述, 实现全面的描述,借助于这些已有的关系和全新 技术和相关知识,可以大大加快创新进程。 技术和相关知识,可以大大加快创新进程。
75

效应知识库应用5步骤 效应知识库应用 步骤
发明问题提出


定义问题要求 实现的功能
功能代码表

确定相应的 功能代码
效应知识库

TRIZ对解题 对解题 的建议
逐一筛选 应用于发明问题

形成解决方案

优选适合解决 问题的建议
76

TRIZ理论体系 理论体系
技 术 系 统 进 化 法则 物场模型分析 最终理想解

.个发明原理 40个发明原理

产品创新

发明问题解决算法

发明问题 标准解法

科学效应 知识库

矛盾巨阵 创新原理

物理矛盾 分离方法
77

发明问题解决程序
( ARIZ ) ARIZ是应对解决发明问题中另一类非标准问题的工具 是应对解决发明问题中另一类非标准问题的工具
之前, 先核查一下你的问题是否可用标准解法来解决, (在应用ARIZ之前,需要先核查一下你的问题是否可用标准解法来解决, 在应用 之前 需要先核查一下你的问题是否可用标准解法来解决 如果是标准问题,直接查找76个 标准解法进行问题的解决, 如果是标准问题,直接查找 个 标准解法进行问题的解决,就没有必要 用ARIZ) )

一个创新问题解决的取决于对该问题的准确描述和趋 向标准化程度, 向标准化程度,创新问题的求解过程就是对问题的 不断描述和不断地向标准化进程。 不断描述和不断地向标准化进程。 ARIZ以一套连续过程的程序,针对非标准问题采用步 以一套连续过程的程序, 以一套连续过程的程序 针对非标准问题采用步 步紧逼的方法, 步紧逼的方法,巧妙地将一个状况模糊的原始发明 问题转化为一个简单的问题模型, 问题转化为一个简单的问题模型,并构想其理想解 ARIZ是一套较为复杂的应用工具,为了能很好地掌握, 是一套较为复杂的应用工具, 是一套较为复杂的应用工具 为了能很好地掌握, 接受专门的培训是非常必要的 培训是非常必要的。 接受专门的培训是非常必要的。
78

ARIZ-85解题步骤 解题步骤
把状态模糊问题准 确描述为单一问题

1 分析问题 9 分析解决 问题的过程 8 运用 解决方案 7 分析解决物 理矛盾的方法
借以透彻分析 增长创新潜能 获取资源的最大 化应用

创建空间、时间、 创建空间、时间、 2 分析 物质和场等有效 问题模型 资源清单: 资源清单: 确定最终理想 解方向及其阻 碍的物理矛盾

3 陈述 陈述IFR 和物理矛盾 4 运用 物-场资源 场资源

求得最终理想解

5 运用 6 转换或 重新选择并定义 另一对技术矛盾 效应知识库 替代问题 ?在上述的每一个步骤中,均包含有数量不等的多个子步骤。 在上述的每一个步骤中, 在上述的每一个步骤中 均包含有数量不等的多个子步骤。
?在一个具体的问题解决过程中,并不强制要求按顺序走完所有的9个步骤。 在一个具体的问题解决过程中,并不强制要求按顺序走完所有的 个步骤 个步骤。 在一个具体的问题解决过程中

?当完成步骤 后,一般可尝试用标准解法解决新问题,如果得到解 当完成步骤3后 一般可尝试用标准解法解决新问题, 当完成步骤 决则可直接跳到步骤7,如果没有解决则进入步骤4。 决则可直接跳到步骤 ,如果没有解决则进入步骤 。

79

TRIZ发明问题 发明问题 求解工具间的联系


80

发明问题
最终解决 方案

技术系统进化法则 理想化 需求功能/资源分析及矛盾定义 需求功能 资源分析及矛盾定义 发明问题解决程序 (ARIZ)

选择和描述问题

39个通用工程参数 个通用工程参数 矛盾矩阵

物场模型

分离原理

76个发明问题 个发明问题 标准解法

40个 个 发明原理

效 应 知 识 库
81

实例二: 实例二:洗衣机的创新设计
问题的描述: 问题的描述: 设计项目: 绿色” 设计项目:“绿色”洗衣机 用户需求:省水、省电、 用户需求:省水、省电、省洗涤剂 理想化最终结果:利用一些高新技术( 理想化最终结果:利用一些高新技术(比如 纳米)使衣服不沾污渍而实现“免洗” 纳米)使衣服不沾污渍而实现“免洗”

82

定义矛盾
减少物质的浪费是否能达到原来的效果, 减少物质的浪费是否能达到原来的效果, 物质的浪费” 功率” 即:“物质的浪费”与“功率”之间的 矛盾
“物质的浪费” 物质的浪费” 物质的浪费

“功率” 功率”

83

84

推荐的创新原理
推荐原理 28.替换机械系统 替换机械系统 有用的具体提示 应用改进方案
A用感官刺激的方法(光 用其它系统替代现有的 用感官刺激的方法( 用感官刺激的方法 声学、 学、声学、热学及味觉系 机械系统 统)替代机械系统 B已振动的物体,提高其 已振动的物体, 已振动的物体 振动的频率至超声波 C使用离子氧替代纯氧 使用离子氧替代纯氧

18.振动 振动 38.强氧化作用 强氧化作用

超声波振动水流把脏污 从缝隙中弹出来 将自来水电解产生活性 氧与次氧酸, 氧与次氧酸,以溶解衣 服上的有机汗污 能重复利用的洗衣水

25.自助 自助 13.反向作用 反向作用

B利用废弃的材料及能源 利用废弃的材料及能源

C把通常可移动部分变为 让原来转动的水流变为 把通常可移动部分变为 固定的,把通常固定的部 不动的 固定的, 分变为可移动的

3.局部特性 局部特性

无效

无效
85

合成的改进方案及其分析
合成改进方案: 合成改进方案:利用水电解与超声波振荡相结合的 方式, 方式,取代原有电机拖动波轮或滚筒的系统 合成改进方案的分析:该方案可以避免衣物缠绕, 合成改进方案的分析:该方案可以避免衣物缠绕, 也可降低甚至免用洗涤剂,且洗衣水可以重复利用, 也可降低甚至免用洗涤剂,且洗衣水可以重复利用, 达到环保与节能的功效。 达到环保与节能的功效。从大电流的电机驱动到电 解与振荡装置的发展,符合技术系统的进化趋势。 解与振荡装置的发展,符合技术系统的进化趋势。 虽然离理想化最终方案还很远,但实现了省水、 虽然离理想化最终方案还很远,但实现了省水、省 电和省洗涤剂的要求。 电和省洗涤剂的要求。

86

计算机辅助创新CAI过程 过程 计算机辅助创新


问 题 领 域 解

CAI软件模块 软件模块 ◇问题分析 ◇进化模式 ◇产品成熟度


创 新 问 题

想象力 空间

◇ 模 ◇ ◇ 问题程 ◇创新

87



CAI总体框架 总体框架
进化模式 产品成熟度

系 统 问 题 分 析

概 问 题 分 解 矛盾矩阵及发明原理 物场模型及标准解 念 设 计 方 案 方 案 评 价 最 终 方 案

生 成 报 告

项 目 总 结 报 告



发明 成


88

问题分析模块
初始问题描述


现象/事件的因果分析(因果轴) 现象 事件的因果分析(因果轴) 事件的因果分析

根本原因列表 产品/系统的 产品 系统的 层次分析 空间轴) (空间轴) 流程/操作的 流程 操作的 时序分析 时间轴) (时间轴)

资源分析

分析转化后的 启发式问题列表
89

矛盾矩阵及发明原理模块
问题情景分析


创新问题定义

39个通用工程参数 个通用工程参数

技术/物理矛盾定义 技术 物理矛盾定义 矛盾矩阵 发明原理 或分离原理 解决方案评价
90

矛盾解决

有效

无效

具体创新问题解

物场模型及标准解模块
、 、

确定系统功能 及相关元素 建立物场模型

找出不完整的元素、 找出不完整的元素、效应 不足的和有害的作用因素

引入新的场或物质, 引入新的场或物质,加强 不足的和消除有害的效应

76个标准解 个标准解

与实际问题相对照, 与实际问题相对照, 并考虑各种限制条件 有效 无效 开发设计概念 形成创新产品

91

技术系统进化模块


技术系统分析 性能参数 专利数量及等级 市场份额及利润

确定技术系统当前 所处的发展阶段 进化模式 引导新产品设计 和研发方向 ◇精简化 复杂化(物场) ◇复杂化(物场) ◇理想化 ◇柔性化 ◇曲面化 ◇多维化 ◇协调化 ◇集成化 ◇自动化 ◇智能化
92

制订新产品设计 和研发决策

预见该技术系统 领域发展方向

产品成熟度模块


产品性能分析 与 专利等级划分

检索、 检索、筛选专利数据 建立专利库 专利汇总统计 曲线拟合 产品成熟度预测 预测结论评价
93

数据库

效应知识库模块


发明问题定义

问题分析

确定系统功能 效应知识库

利用关联和控制效应 获得新概念

直接应用

确定相应的发明原理 关联效应

方案验证

输入/输出关联效应 输入 输出关联效应

发明问题原理解

控制效应 改变控制参数
94

Pro/Innovator解题流程 解题流程

系统分析

问题定义

专利查询

问题求解

专利生成

方案实施与管理

95

初始问题描述

系统分析后 发现的系统不足

现象/事件的因果分析 因果轴 因果轴) 现象 事件的因果分析 (因果轴 启发式问题列表 矛盾问题求解 矛盾问题定义/ 矛盾问题定义 创新原理模块 根本问题求解 解决方案模块 专利查询模块

Pro/Innovator 问题解决模块 典型使用流程

基于可用资源的启发式问题列表 基于可用资源的启发式问题列表 资源分析 产品系统的层次分析(空间轴 产品系统的层次分析 空间轴) 空间轴 流程操作的时序分析(时间轴 流程操作的时序分析 时间轴) 时间轴

解决方向 备选方案

备选方案 方案融合和评价 可行性分析/实施风险分析 可行性分析 实施风险分析 矛盾问题定义/创新原理模块 矛盾问题定义 创新原理模块 矛盾 问题 求解 备选方案

96

系统分析模块 创新方案的技术系统分析 备选方案

专利生成模块 申请专利类型选择 专利申请信息填写

Pro/Innovator 专利生成模块 典型使用流程

解决问题和备选方案选择 权利要求自动生成

新颖性检索

专利申请文档草稿 97

Pro/Innovator典型流程 典型流程——已有产品改进 典型流程 已有产品改进
研发评审与质量控制 市场需求 现有技术 用户需求 分析 专利检索分析 竞争性分析 检索预测分析 产品研发决策 系统分析 问题定义 产品改进方向 方案生成 功能分析 资源分享 因果分析 知识库检索 专利库检索 矛盾定义与求解 被 选 方 案 IP战略 战略 专利生成专利规划

IP 管理

专利申请

初始工况描述

仿真验证 方案评价

方案 改进后产品 实施 企业知识
98

评价模型 评价专家 仿真平台 知识库构建知识库检索

知识管理

祝大家成功

谢谢! 谢谢
99


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