TRIZ：研究智能制造的方法论
    伴随着工业4。0和中国制造2025的兴起，智能制造已经成为了未来新工业革命的主题词.深入研究和理解智能制造，离不开经典的创新理论，离不开新工业哲学,离不开适用的方法论。笔者认为,熊彼得在一百多年前创立的经济发展理论中所奠定的创新定义，以及阿奇舒勒在70年前发现并总结出来的发明方法论，可以作为研究今天的智能制造的理论之选.一、TRIZ发明方法中的进化法则TRIZ发明方法,是前苏联海军工程师、发明家根里奇·阿奇舒勒在其所从事的专利工作中，发现了发明创新可能是有规律的，于是在1946年开始了一场对高水平发明专利的艰苦卓绝的分类与研究。经过对数千份发明专利的“大数据"分析，两年后他得出了一个惊人的结论：发明是有规律的,是有方法的！之所以说是惊人的结论,是因为即使到了今天，仍然有很多人不知道发明是有规律的，解决疑难复杂问题是有方法的。在阿奇舒勒分析了4—5万份高水平的发明专利之后,TRIZ发明方法论诞生了。TRIZ发明方法，可能是所有的创新方法论中唯一一个给出符合事物发展的客观规律的发明方法论，因为在众多的发明方法中，只有TRIZ理论具备了技术系统进化的完整内容,构成了TRIZ独特的理论体系.TRIZ理论认为，所有的人工制造物（产品、设备、组织等)都是可以看作是人造的“技术系统”,是由元件和运作所组成的实现某种功能的事物的集合.技术系统是功能的载体,构建技术系统的目的就是实现预设功能——如飞机
特斯拉效应的功能是利用空气动力学在空气中飞翔，汽车的功能是利用摩擦在路面上奔跑，钻床的目的是以去除材料的方式在工件上打孔。阿奇舒勒通过对大量发明专利的分析发现，所有技术系统都是运动的、发展变化的，他把这种变化称之为进化。而技术系统的进化并非是随机的，都是遵循着一定的客观规律进化的，一旦掌握了这些规律，就能主动预测未来技术的发展趋势,掌握技术发展可能的方向，使企业今天能设计出明天的产品，在激烈竞争的市场中一直处于最有利的领先地位.在70年代中期，由阿奇舒勒开发的技术系统进化法则已经在他的两篇论文“生命线”和“技术系统发展的规律"中发布。随后阿奇舒勒在他撰写的《创造是精确的科学》一书中详细阐述了这些进化法则。他把那些必然遵守的进化趋势与发展模式归结和定义为技术系统的8个进化法则.它们是：1）完备性法则；2)能量传递法则；3）协调性进化法则；4)提高理想度法则；5)子系统不均衡进化法则；6)向超系统进化法则；7)向微观及增加场应用进化法则;8)动态性进化法则.至此，经典TRIZ的技术系统进化法则体系基本成型。后来经过他的学生和其他TRIZ专家的研究与完善,结合技术系统的S—曲线进化趋势，形成了由9个技术系统进化法则所构成的经典TRIZ进化法则体系结构。如图1所示。
图1 经典TRIZ的技术系统进化法则体系结构二、工业革命的推动力-—技术革命关于工业革命阶段的划分，可以参考这张由德国人定义的、广泛流传的图片。资料来源于《保障德国制造
业的未来:关于实施工业4.0战略的建议》。如图2所示。
图2 德国人的四次工业革命阶段划分（原图照抄)笔者认为，之所以出现工业革命,是因为技术革命导致新的生产工具（如机器、产品等技术系统）出现，新的工具快速扩散到了其它领域，使生产力得到了快速发展，同时更重要的是，生产关系发生了不可逆转的改变.如果仅仅有新工具的出现和生产力的大幅度提升，但是生产关系没有明显变化，尚不足以称之为一场工业革命.关于工业革命与技术革命、新工具的关系,请参见表1所示。所谓的技术革命和工具革命,其实就是技术系统的革命。新的技术系统替代了老的技术系统，例如第一次工业革命时水力机、蒸汽机替代了手工机械，或者第二次工业革命时电力驱动的机械替代了蒸汽机.毫无疑问，工业革命的孕育与发端，首先是从技术系统的变革开始的。三、TRIZ与工业革命的关系TRIZ与工业革命有着密切的关系。工业革命是各种新技术、新工具（即新技术系统）相互作用的结果。而新技术与新工具，则是技术系统的主要构成。TRIZ可以分析和预测所有的技术系统的发展趋势,由新技术、新工具的诞生与发展规律而预测和知晓工业革命的诞生与发展规律。本节介绍两个技术系统进化法则。1、技术系统完备性法则：一个技术系统在实现预设功能的时刻，必须具备“动力装置、传动装置、执行装置和控制装置”四个子系统,各自完成其主要的子功能，才能实现技术系统的总体预设功能,四个子系统缺一不可,否则导致整个技
术系统局部失效或整体失效，无法实现其预设功能。如图3中虚线框所示。
图3 一个系统要素完备的技术系统例如大约在唐朝时期中国人发明的桨轮船,动力装置是人脚来踏，传动装置是曲柄连杆，执行装置是桨轮，控制装置是人力和舵。桨轮船曾经在第一次工业革命时期得到普遍应用,促成了航运交通的大发展，只不过动力装置变成了柴油机（新技术向成熟领域扩散），控制装置变成了制动、加速和转向系统。直到今天，桨轮船仍然用于某些国家的旅游观光领域。现代TRIZ认为,技术系统的总体进化趋势是系统装置逐渐趋于完备，即从不完备系统逐渐发展到完备系统。提高技术系统的完备性法则是技术系统的进化方向之一.技术系统诞生之初，初始的系统首先具备完成基本功能的执行装置（通常是某种工具，例如钻头），在实现功能的时刻，必须借助技术系统外部(叫作“超系统"）的资源来形成完备的技术系统（例如手摇把)。然后，随着系统的进化并逐渐获得资源(如电机、进给装置等)，初始系统按照以下时序，逐渐把超系统中的资源（或替代组件）纳入到自己的技术系统中来提高其完备性（如形成钻床）,如图4所示。