TRIZ是俄语“发明问题解决理论”的缩写，TRIZ原理是前苏联G．S．Altshuller及其领导的一批研究人员，自1946年开始，花费近50年时间查阅并研究了世界各国近250万件发明专利，从中总结出了人类在进行发明创造、解决技术问题的过程中所遵循的科学原理和法则，所形成的TRIZ原理成为产品设计中技术创新的重要组成部分。20世纪80年代中期前，该理论对其它国家保密，80年代中期，随一批科学家移居美国等西方国家，逐渐把该理论介绍给世界产品开发领域，对该领域己产生了重要的影响。
创新的核心是在概念设计阶段产生革新的、有市场竞争力的概念，TRIZ在概念设计中主要是用于快速地产生有市场竞争力的创新设计解决方案。概念设计的核心是确定待设计产品新的、有市场竞争力的工作原理，如果已经知道某产品的工作原理，企业中的工程技术人员就能够完成作用原理及后续的技术设计与详细设计。主要介绍基于TRIZ的待设计产品新的或改进的工作原理产生过程的实例分析。
1 产品设计
产品设计是产品开发过程中最重要的环节之一，是制造业的灵魂。产品的功能、造型、结构、质量、成本以及可制造性、可维修性、报废后的处理以及人一机（产品）一环境关系等等，原则上都是在产品的设计阶段确定的。据统计，产品生命周期成本的80%-90%是由设计阶段最早的10%-20%环节决定的。因此，产品创新设计的能力己成为决定企业乃至国家在全球化竞争中地位的首要因素。
产品是提供一定效用的物化商品和非物化服务的总和，可以将其抽象表示为具有核心层、有形层和附加层3个层次的结构。设计是从需求出发寻求产品解的过程。在信息域中，产品设计过程表现为一个对产品信息进行加工的过程。具体来说，产品是设计的对象，设计的实施过程是产生产品定义模型及其数据的过程。
产品设计是从市场开始到求得产品设计解的过程，是一个需要多种专业知识和经验的工作。它是对合理需求给出正确实现的一种创造性活动，是一个从概念设计开始的逐步细化过程，是有步骤的分析与综合，不断从定性到定量的问题求解过程。产品开发过程包括需求分析与定义、发展与配置产品功能、发展与配置技术原理以实现预定功能、发展与配置机构与结构以实现技术原理等的求解发展阶段，它是既分散、分解又综合平衡的求解过程。
每一种产品的设计活动都大体上分为图1所示的4个阶段，它们既有逻辑上的顺序，又有重叠性，实质上表现为并行设计模式。在产品开发活动中，概念设计是最重要的环节之一。概念设计的结果确定了产品的基本特征和主要框架。在概念设计结束后，设计的主要方面就被确定，而后续的过程是保证概念设计结果更具体地实现用户的要求。
图1 产品设计过程阶段划分示意图
由图1可见，概念设计的目标是获得产品的基本形式或形状，是根据产品总的功能要求，创造出相应的产品方案。而且概念设计是一个相当复杂的过程，因为一个好的产品随机方案，既要有合理的功能结构、美观的造型、简便的操作，还要富有创造性。因此，概念设计是一个创造性的过程。
2 概念设计
自从Palh&Beitz于1984年在其《Engineering Design》一书中提出概念设计这一名词以来，人们已经对概念设计进行了十几年的研究。将概念设计定义为：“在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案，这一部分设计工作叫做概念设计”。Frence在其书中也为概念设计下了一个定义：概念设计首先是要弄清设计要求和条件，然后生成框架式的广泛意义上的解。在此阶段中对设计师的要求较高，但却可以广泛地提高产品性能。它需要工程科学、专业知识、产品加工方法和商业运作知识等各方面知识相互融合在一起，以做出一个产品全生命周期内最为重要的决策。在这里“框架式的解”是指设计问题的一个轮廓，每个主要的功能都可以对应于其上，通过原理部件间的空间或结构上的关系，使它们有机地结合起来。从这个框架中得到产品大致的成本、重量或总体尺寸，以及在目前的环境下的可行性等。
概念设计不能简单地等同于过去理解的方案设计。概念设计的内涵是十分广泛和深刻的，它是根据产品生命周期各个阶段的要求，进行产品功能创造、功能分解以及功能和子功能的结构设计；进行满足功能和结构要求的工作原理求解和进行实现功能结构的工作原理载体方案的构思和系统化设计。概念设计的过程是一个发散思维和创新设计的过程，是一个求解实现功能的，满足各种技术和经济指标的，可能存在的各种方案并最终确定综合最优方案的过程。
概念设计具有如下特性：1）创新性。创新是概念设计的灵魂。只有创新才有可能得到结构新颖、性能优良、价格低廉的富有竞争力的机械产品。这里的创新可以是多层次的，在众多设计路径所产生的设计结果中，将产生一组可行的“新”方案；2)多样性。概念设计的多样性主要体现在其设计路径的多样化和设计结果的多样化。不同的功能定义、功能分解和工作原理等，会产生完全不同的设计思路和设计方法，从而在功能载体的设计上产生完全不同的解决方案；3)层次性。概念设计的层次性体现在两方面。一方面，概念设计分别作用于功能层和载体结构层，并完成由功能层向结构层的映射。另一方面，在功能层和结构层中也有自身的层次关系。功能的层次性也就决定了结构的层次性，不同层次的功能对应不同层次的结构。
3 发明问题解决原理
TRIZ理论的研究始于1946年，前苏联著名发明家G．S．Altshuller领导的研究机构分析了世界近250万件高水平的发明专利，并综合多学科领域的原理和法则后，建立起TRIZ理论体系。其目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则，即任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡的过程，是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律，就能能动地进行产品设计，并能预测产品的未来发展趋势。TRIZ正是这些规律的综合。运用这一理论，可大大加快人们创造发明的进程，而且能得到高质量的创新产品。
国际著名的TRIZ专家Savransky给TRIZ定义如下：TRIZ是基于知识，面向人的发明问题解决系统化方法学。首先，TRIZ是基于知识的方法。I)TRIZ是发明问题解决启发式方法的知识，这些知识是从全世界范围内的250万件专利中抽象出来的；2）TRIZ大量采用自然科学及工程中的效应知识；3）TRIZ利用出现问题领域的知识，这些知识包括技术本身、相似或相反的技术，或过程、环境、发展及进化。其次，TRIZ是面向人的方法。TRIZ中的启发式方法是面向设计者的，而不是面向机器的。该理论本身是基于将系统分解为子系统，以及有害功能和有用功能的区分等等。这些都取决于问题和环境，本身就具有主观性和随机性。计算机软件仅仅起支持作用，根本不能完全代替设计者，只需要对处理这些随机性问题的设计者们提供方法与工具。第三，TRIZ是系统化方法。运用TRIZ解决问题的过程是一个系统化的能方便应用已有知识的过程。最后，TRIZ是发明问题解决理论。TRIZ研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则，并将这些原理和法则用于解决设计中遇见的问题。
TRIZ工具可以分成两组：
①分析工具。分析工具帮助定义、描述和模拟问题，它包括：ARIZ;物质一场分析；创新问卷调查表(ISQ)；问题描述器。
②基于知识的工具。基于知识的工具来源于人类创新的经验所获得的知识的积累、组织和构造，为使用者提供了最高水平的问题解决价值，它包括：技术的演化模式；40条创新原理；分离原理；76条标准解决方案；创新指导；经挑选的创新实例；算子系统。
成功地运用TRIZ解决问题依赖于下列4个因素：①TRIZ方法／体系(M);②TRIZ工具(T);③问题领域相关的专家和专业人员的知识(PKN)；④问题解决者的个人能力( PC)，它包括动机、自然创造力的水平、计算机水平、持续性等。将上面的因素代入到下列方程：
S=PC×PKN×(1+ M)×(I+T) (l)
式(l)中S就表示成功。
研究TRIZ的实践验证了上述成分的不同组合所得到的结果。例如，自然创造力或持续性就可以弥补TRIZ知识的缺乏，反之亦然。这已经由TRIZ研究团体的一个知名现象所论证，即一位有经验的TRIZ专业人员可以在TRIZ分析的第一步就能找到问题的解决方案，而没有经验的专业人员差不多必须完全分析了所有步骤，才能找到解决方案。很明显，为了能够很好地运用TRIZ，就必须尽量排除PC和PKN的影响，而将注意力集中在方法论上。
如何在概念设计阶段快速地产生一个有竞争力的新概念，实现产品的快速创新是当今设计领域的前沿课题，又是工业界希望尽快运用的成果。发明问题解决理论( TRIZ)对创新有明确的定义、有较为完整且可操作的原理，是发明创造方法学的真正开始，很适合概念设计中对创新的要求。
4 实例分析
4.1 问题描述
装甲钢“包容环”设计用于容纳最大速度风扇叶轮爆裂的碎片。该技术系统由风扇、风扇罩（控制气流的方向）和包容环组成，如图2。该技术系统的问题是包容环太重，必须减少50%的重量。
图2 包容环系统图
4.2工具的挑选
目前，TRIZ包括分析工具和基于知识的概念开发工具。其中，分析工具提供了辨认和形式化问题的方法和计算机工具，其包括物质一场分析、发明问题的解决算法( ARIZ)。物质一场分析是一种对具体问题进行定义并将问题模型化的方法，而发明问题解决算法则是根据物质一场分析定义的问题模型来导出解决问题的具体方法。概念开发工具包括克服系统对立问题的典型技法、发明问题标准解决方法、物理化学几何效果工学应用知识库等，其中，克服系统对立问题的典型技法是利用40个发明原理指明解决问题的关键和解决对策的探索方向，而发明问题的标准解决方法则是首先将发明问题按其物质一场模型进行分类，然后再将各类相似问题的解决方法标准化、体系化。在探索具体问题的解决对策时，实现某些功能所需的物理、化学、几何学等具体原理，则由物理化学几何学效果工学应用知识库提供。根据描述问题的类型（按照参数、功能、冲突等），运用TRIZ解决该问题的框架图(见图3)来解决问题，该框架图还可用于挑选合适的工具。
图3 TRIZ解决问题框架图
当问题按照特定参数（重量减少）描述时，要选择以下工具：冲突表、40条创新原理和算子系统。选择的工具不应包括以下工具：物质场分析、76种标准解决方案、ARIZ和分离原理。
算子系统是一个复杂的、包含许多内在连接的类似网络的工具，因此只能在软件的环境下才可以完全实现。理想改进器系统包含了算子系统的一个简化版本，改进器设计用于改进产品的典型技术参数。重量就是一个那样的参数，使得改进器成为包容环问题的合适的解决工具。创新工作台是专业的问题解决软件产品，它包括：创新问卷调查表(ISQ)；问题描述器；算子系统；创新指导；经挑选的创新实例。
4.3 根据冲突矩阵表和40条创新原理解决问题
在设计过程中如何选用发明原理作为产生新概念的指导是一个具有现实意义的问题。通过多年的研究、比较与分析，Altshuller提出了冲突矩阵。该矩阵将描述技术冲突的39个标准参数与40条发明原理建立了对应关系，很好地解决了设计过程中发明原理的难题。对于每个标准冲突，都存在用于解决此标准冲突的一条或几条原理发明原理。根据发明原理所获得的最终结果就是高水平的发明。在1482种(39×38)标准冲突和40条发明原理之间存在发明关系，这种关系以矩阵表的形式描述，即冲突矩阵表。冲突矩阵为40行40列的一个矩阵，其中第1行或第1列为按顺序排列的39个描述冲突的工程参数序号。除第1行与第1列外，其余39行与39列形成一个矩阵。在矩阵的元素中或空或有几个数字。这些数字表示40条发明原理中的推荐采用原理序号。
冲突参数1。改进的特征参数——移动物体的重量；退化的特征参数——强度。
根据冲突矩阵表推荐使用下面的创新原理：原理28-机械系统替代品；原理27-用便宜的、寿命短的物体替代昂贵、使用长久的物体；原理18-机械振动；原理40-合成材料。
冲突参数2。改进的特征参数——移动物体的重量；退化的特征参数——可靠性。
推荐创新原理：原理3-局部条件；原理11-预先施加缓冲；原理l-分割；原理27-用便宜、寿命短的物体替代昂贵、使用长久的物体。
冲突参数3。改进的特征参数——移动物体重量；退化的特征参数——作用在物体上有害因素。
推荐创新原理：原理22——变有害为有利；原理21-快速通过；原理18-机械振动；原理27-可任意替换的物体（用便宜的、寿命短的物体替代昂贵而长久的物体）。
上面获得了9条发明原理，按次序考虑每条原理可得出下列解决方案。
原理28.机械系统替代品。①用光学、声学或嗅觉系统代替机械系统；②用电场、磁场或电磁场与目标发生作用；③替代场，例如：静止场用运动场替代；固定场用那些能及时改变的场替代；随机场用结构场替代；④运用铁磁微粒协同作用的场。
观点1：运用磁场吸引碎片。
原理27．用便宜的、寿命短的物体替代昂贵而使用长久的物体（可替换物体）；放弃物体的某一特性（如寿命），用便宜物体的集合替代昂贵物体。
观点2：运用可替换的环。当吸收了碎片的能量后，环就会破坏。在环破坏前用新环替换。
原理18．机械振动。①让物体振动；②如果存在振动，就增加其频率甚至发生超声波振动；③使用共振频率；④替换机械振动，使用压电振动；⑤运用超声波振动和电磁场协同作用。
依据该发明原理没有解。
原理40.合成材料，用合成材料替换同类材料。
观点3：用合成材料制造环。
原理3．局部情况。①将同类组织的物体或外界环境转变为不同类组织的物体或外界环境；②让物体的不同部件执行不同功能；③使物体的每一部件都能最大限度地发挥作用。
观点4：使用具有不同结构的环。
原理11.预先补偿。预先采取反措施补偿可靠性相对低的物体。
观点5：用附加措施阻止碎片乱飞，以弥补环的可靠性不足。
原理1．分割。①将物体分割成独立的部件；②让物体可以组合；③增加物体的分割程度。
观点6：用包含有加强环的多层环，以适应不同的硬度和弹性要求。
原理22．变不利为有利。①利用有害因素或环境因素以获得有利效果；②让一个有害因素和另外一个有害因素作用以消除它；③增加有害作用的数量，直到有害行为不再增加为止。
依据该原理没有解。
原理21.紧急行动。以非常高的速度执行有害（或危险）操作。
依据该原理没有解。
4.4 最终解决方案
通过对以上创新原理的分析，按照可行性排列得出以下解决办法：1）用合成材料制造环；2)用包含有加强环的多层环，以适应不同的硬度和弹性要求；3)使用具有不同结构的环；4)用附加措施阻止碎片乱飞，以弥补环的可靠性不足；5）运用可替换的环。当吸收了碎片的能量后，环就会破坏，在环破坏前用新环替换；6）运用磁场吸引碎片。
5 结论
创新是企业生存和发展的法宝，是提高竞争力的源泉。如果有了TRIZ，突破思维惯性、进行创造性思维不再只是每位科研人员的梦想；有了TRIZ，需要更多跨学科知识、更复杂技术支撑的产品创新将不再遥不可及。如今，己将解决问题的方法引入了其它非技术的领域。现代TRIZ不仅应当看成解决工程问题或新产品开发过程的方法，TRIZ的主要思想还成为在许多领域里管理知识和解决包含冲突的问题的强有力的工具。