技术创新是企业生存与发展的核心驱动力，传统创新方法往往受限于思维定势和经验的依赖，难以高效突破技术瓶颈。发明问题解决理论（ TRIZ ）的诞生为技术创新提供了一套系统化和结构化的方法论。

发明问题解决理论是一套系统化的、基于规律的创新方法论，由苏联工程师根里奇·阿奇舒勒及其团队于1946年创立的。通过分析全球数百万份专利，TRIZ提炼出技术系统进化通用规律和矛盾解决原理，旨在高效解决技术难题并预测技术发展方向。该理论的哲学基础是基于“技术进化遵循客观规律”的哲学观，其核心思想是技术系统的发展遵循可预测的客观规律，而非随机过程，而矛盾则是驱动创新的源动力，终极的理想目标则是以最小的付出实现效果最大化，对航空发动机等复杂系统的技术创新工作具有重要借鉴价值。

TRIZ概述

TRIZ的目标是指导科研人员像发明家一样系统思考、识别核心矛盾，利用已验证的规律性原理来高效解决复杂问题、实现突破性创新。TRIZ提供了一套原则、流程和工具，包括消除技术矛盾的40条主要创新原理（分割原理、抽取原理、组合原理等）、76个标准解法（建立或拆解物场模型、物场模型的进化、系统传递等）、39个通用工程参数（物理与几何参数、功能与性能参数、负面与成本参数等）和四大分离原理（空间、时间和条件分离等）。通过揭示技术系统进化内在规律和解决矛盾的通用原理，TRIZ为工程师、研发人员、创新者提供了系统化的工具和思维模式，其目的是帮助使用者寻找创意，实现创新与突破。TRIZ解决问题的流程示意如图1所示。

TRIZ认为创新是有方法的，技术系统的进化是有规律的，创新的核心在于解决矛盾，最终是要达到最理想的效果。解决问题时应以理想答案为目标，理想的答案并不是总能完全达到，但必须接近理想的答案。为了接近理想的最终结果，必须最大限度地利用已有的物质资源和能源资源。TRIZ的优势就是打破思维定势，以矛盾分析和进化规律为核心，将创新从“经验试错”升级为“规律驱动”。

TRIZ与传统创新方法的对比

为了更好地了解TRIZ，有必要将其与传统的发明创造方法进行对比。

发明技术的传统方法是试错法，其是人类学习和探索的基本方式，但从现代科学和工程角度来看，试错法缺乏系统性和针对性，存在很多局限性，效率低、周期长，成功具有很大的偶然性和随机性。采用试错法通常需要多次尝试、反复试验，一旦找到一个可行的解决方案，试验往往会停止，难以获得最优解。同时由于试错法往往来自偶然的成功，可能偶然找到一个“有效”的解决方案，但并未理解其背后的原理，实际上是知其然不知其所以然。当问题条件稍有变化时，这个方案立刻失效，不具有重复性，无法积累知识，经验难以推广。在当前科研活动中，科研人员有时还会不自觉地采用试错法，通过一个个折中、试错的方法来尝试，本质上是没有找到最根本的问题，没有找到真正的矛盾所在。而TRIZ提供的是基于知识的、系统化的创新方法论，追求最优解，经验有传承性，成功可复制。

头脑风暴法是经典的创意生成工具，是一种为激发创造性思维、产生大量新想法而设计的团体讨论技术，在很多创新领域得到了应用，其核心价值在于激发群体创造力，为复杂或新颖问题寻找大量潜在解决方案。头脑风暴法的哲学基础是弗洛伊德理论：人的意识本身是一种纤细的、后天形成的无限潜意识上的不牢固积层，在一般情况下，人的思维和行为主要取决于被监督和规则控制的、被习惯观念和禁令“程序化”的意识，但透过意识细表层，时常还会迸发出自然力量以及特有的敏感性和潜意识中的不安分，所有这些都促使人们破坏禁令，做出一些不合常理的行为。为了进行发明，科研人员必须克服受制于可能性的习惯性行为心理禁令，打破思维定势，激发群体创造力和创新思维。头脑风暴法能够快速产生大量多样的发散性想法，这依赖于参与者的知识、经验和创造力，而且成本低、易操作。头脑风暴法与TRIZ都是创新方法，都能打破思维定势，但TRIZ是收敛性思维工具，追求解决方案的质量，针对具体问题，导向最有效的解决方案，依赖于方法论本身的知识库和算法，结果更具有预测性和重复性。

综上可知，试错法固有的局限性使其越来越难以适应现代科技发展的要求，头脑风暴法目前还在使用，但容易受到权威影响，而且鼓励异想天开，不受控制和束缚。TRIZ认为技术创新是遵循事物发展的客观规律，而客观规律就是要对所从事的系统有深刻的理解，有扎实的基础知识，有强大的综合素养，只有这样才能发现问题，识别问题背后隐藏的规律和矛盾，才能真正解决矛盾和实现创新。

TRIZ应用案例

应用TRIZ进行创新发明的事例不胜枚举，但其都有共同的规律，不论是打破思维定势，还是激化矛盾寻求解决方案，都是基于技术发展的客观规律。TRIZ的创始人阿奇舒勒认为，技术系统中的矛盾具有普遍性。这个理念是基于他和团队对250多万项专利进行深入研究后提出的，许多发明看似不同，但解决矛盾的原理却存在共性，基于这一发现，提炼出技术系统进化的客观规律和创新问题的通用解法。在大量工程问题研究基础上，TRIZ逐渐扩展至更多领域，如能源、计算机等，解决的问题类型从工程问题扩展到市场营销、需求分析等问题，应用经验沉淀为现代TRIZ。

打破思维定势

受心理影响的普通思维是按照规矩实现的思维，了解技术系统的进化法则后，则可以有意识地突破循规蹈矩的范式。斯坦利·胡克（Stanley Hooker）曾任罗罗公司总工程师，在航空发动机领域开启过一系列创新，亲手设计的尼恩（Nene）发动机直接推动涡喷时代的到来，现在先进战斗机发动机配装的推力矢量发动机技术最早也是由其倡导的。此前从未接触过航空发动机设计的胡克在罗罗公司接到的第一个任务是提高梅林（Merlin）发动机的增压器效率。梅林发动机的增压器已经是当时世界上最好的产品之一了，其效率已经达到了极限，几乎没有可能再提升其效率，况且该增压器的设计者还是当时罗罗公司的总工程师艾略特，其专业就是增压器设计，曾设计过多型发动机的增压器。在这种背景下，所有人都认为再提高增压器效率是不可能实现的。胡克是学数学出身的，通过数学分析发现增压器的效率依赖于转子和扩压器的效率，而当时的梅林发动机增压器设计者们却并未考虑这个因素。事实上，罗罗公司此前从来就没有研究过这方面的问题，设计者的思维模式已经固化了，按照行业惯例和过往的经验，本能地认为增压器的效率已经是极限了。而胡克则“穿越思维定势之墙”，打破行业惯例、专业束缚和知识局限，将习惯性思维从泥潭中拉出来，凭借其扎实的数学功底，经过多次验算和反复推导，发现增压器的效率可以从现有的65%提高到75%的全新水平，如图2所示。增压器效率问题的解决实际上就是践行了TRIZ，该理论最核心、最革命的价值，就在于提供了一套系统化的工具来打破科研人员的思维定势或思维惯性。

聚焦矛盾

TRIZ最根本的精髓是聚焦矛盾，这也是该方法与试错法和头脑风暴法等传统解决发明问题的方法最主要的区别。传统的工程思维中，当系统的一个方面得到改善时，另一个方面往往随之恶化。例如，为了增加强度，就只能增加质量；为了提高速度，就只能增加油耗；为了提高推重比，就要提高温度等。TRIZ则认为，真正的创新不是妥协，而是彻底消除矛盾。这要求设计者精准地定义矛盾，然后运用TRIZ工具寻找那种既能改善一方，又不会导致另一方恶化的双赢解决方案，这种方案被称为最终理想解。

以高超声速飞行器动力为例来阐述。一直以来对飞行器的要求都是飞得更高、更远、更快，以实现全球警戒、全球力量和全球巡航。这就需要研发高超声速飞行器，而高超声速飞行器能够实现这个目标的关键是高超声速动力。高超声速飞行器动力如果采用传统燃气涡轮发动机，飞行马赫数（Ma）达不到要求，采用冲压发动机，则不能常规起降，矛盾的焦点是单一动力无法满足要求。按照TRIZ，当单一系统不能满足新功能要求时，可以将原本分离的系统进行组合，从而实现新的、更高级的功能或性能，将涡轮发动机和冲压发动机组合起来的新概念发动机即为涡轮基组合循环（TBCC）发动机。在TBCC发动机研发过程中，又出现了新的技术矛盾：现有涡轮发动机在Ma 2.5左右时的能力显著下降，冲压发动机在Ma 3以下效率低，要解决二者之间推力衔接问题，需要提升涡轮发动机的工作马赫数。而当涡轮发动机在Ma 4的条件下工作时，发动机进口空气温度将达到620 ℃，在Ma 5时将达到950 ℃，发动机内部温度将超过2200 ℃，超出现有各种合金能够承受的温度，这就要求改善材料以及涡轮和压气机等旋转件的冷却方式等。矛盾进一步激化的根源是解决问题的思路仍然是按照传统的燃气涡轮发动机工作热力学循环的原理布雷顿循环在寻找解决方案，仍然把矛盾聚焦在常规的方案中，采用传统的结构、传统的提高性能的手段。TRIZ中的动态性原理指出，当系统遇到问题或者矛盾时，要改变系统，以在不同条件下实现性能最佳或者解决矛盾，就是“以变应变”。而旋转爆震发动机方案提出，用爆震循环取代传统的布雷顿循环，将常规的定压燃烧，转换为定容燃烧，取消常规的复杂旋转部件涡轮和压气机，突破传统发动机基于布雷顿循环的温度和压比的限制，上述矛盾得到了有效的解决，如图3所示。

关于TRIZ的思考

TRIZ是一种创新思维方法和模式，是解决任何问题的特殊方法，主张克服陈旧观念和思维惯性，每一项发明都在解决矛盾，TRIZ在矛盾中给创新者的思维指明了方向，有意识地强化矛盾，在一定阶段把问题条件复杂化能够更有效地解决问题。

矛盾驱动创新

TRIZ跨域思考的底层逻辑是矛盾的普遍性，认为不同领域的技术矛盾背后存在相同的本质矛盾，将不同行业、学科或技术领域的解决方案相互移植，实现突破性创新。阿奇舒勒认为，技术系统中的矛盾（改善系统的一个参数会导致另一个参数恶化，如性能提升与成本增加的矛盾）是普遍存在的，但这些矛盾并非不可调和，通过科学方法，可以找到既提升性能又降低成本的创新方法。通常科研人员在解决问题时，习惯性地避开矛盾，本能地选择折中或者妥协，而TRIZ恰恰相反，其拒绝妥协，而是通过打破“鱼与熊掌不可兼得”的思维定势，找到更高明的解决方案，使得矛盾双方的需求都得到满足。TRIZ认为矛盾是创新的驱动力，首先是要发现矛盾，识别矛盾，再利用消除技术矛盾的分割原理、抽取原理、组合原理、多用性原理、廉价替代品原理等40条主要创新原理，引导找出真正创新的解决方案。TRIZ的目标不是“取舍”而是取得“双赢”，通过调用科学知识和发明原理，让矛盾消失。

特斯拉电动汽车的价格问题的解决就是典型案例。特斯拉公司在早期的研发中遇到过电池成本居高不下的难题：1辆电动汽车至少需要85 kW·h的电池，而当时电池的价格是600美元/（kW·h），这便意味着在每辆电动汽车的成本中，电池的成本将超过5万美元，高昂的电池成本导致特斯拉公司第一款电动跑车的整车成本约为12万美元。面对这个问题，特斯拉公司的设计人员表现出了极强的挑战欲望，凭借“打破砂锅问到底”的思维模式，一步步深挖导致电池价格居高不下的原因。特斯拉公司首先对电池的材料进行了拆解，发现其组成为碳、镍、铝和钢等材料，拆解之后，特斯拉公司直接从原材料市场购买，仅需要82美元/（kW·h）的成本，约为电池成本的13.7%，换言之，电池成本高昂的直接原因并不在于原材料，而在于原材料的组合方式。要想有效降低电池成本，就必须改变现有原材料组合方式。接下来特斯拉公司将电池重新组合，一举将电池成本降至当时行业最低水平，将储能电池的价格降到了100美元/（kW·h）。特斯拉公司这个案例实际上就是TRIZ的矛盾普遍性原理在工程技术领域的具体化、系统化和工具化应用，通过抽丝剥茧，从表面问题找到隐藏在系统深层的根本矛盾，为解决问题提供了清晰的路径。

跨域思考

科研人员总是本能地在擅长的领域、行业、学科内寻找解决方案，深陷于问题的具体技术细节和特定领域的术语中，并有意识地不介入其他与之相关联的领域。而TRIZ则开宗明义地提出要解决复杂问题，一定要学会跨域思考。解决复杂问题不只是需要在“自己”的领域内找方法，还需要在其他领域，甚至相隔甚远的领域内找方法，因为矛盾具有普遍性。对于并不复杂的问题，解决方法可以在某一个专业或行业范围内找到，专业知识起到了很大作用。但是，在解决复杂问题时则恰恰相反，专业知识阻碍了解决问题的进程，主要是因为思维定势，很难突破。历史上有很多成功的案例，通过跨域思考解决了复杂问题，实现了创新，如英国物理学家焦耳最初是啤酒师，爱因斯坦最初则在专利局工作。《诗经》中的“他山之石可以攻玉”表达的也是这个思维模式，借鉴他人的做法，结合自身的实际情况，找到最适合的解决方案。TRIZ鼓励每位科研人员不断拓宽思维，不要局限在某一件事情上，突破思维的局限性、跨越阻挡发展的障碍。跨域思考作为TRIZ的核心创新引擎，通过打破领域壁垒，不同行业、学科或技术领域的解决方法相互借鉴，实现突破性创新。

结束语

综上可知，TRIZ认为创新是有规律的，技术系统进化遵循客观法则，问题的本质是矛盾，解决矛盾是突破性创新的关键。因此，建议在航空发动机研发的过程中注意以下两项创新原则。

一是抓住主要矛盾，矛盾具有普遍性。阿奇舒勒发现不同行业的专业背后隐藏着相同的进化模式和解决问题的方法，尽管技术领域千差万别，但技术系统的进化规律和解决技术矛盾的基本原理是统一的，都是透过现象，抓住本质。例如，成本控制问题，在电动汽车行业，特斯拉公司降成本的方法是尽可能自己生产关键部件，而不是采购独立供应商的数百个零部件后再组装成1辆车，这个理念对全球汽车行业产生了关键影响。航空发动机行业也面临成本挑战的问题，建议借鉴这种模式，尽可能把供应链牢牢控制在自己手中，既可以达到降成本，还可以实现自主可控。

二是抓住底层逻辑，技术发展具有规律性。TRIZ强调技术系统的发展是遵循客观规律的，以S曲线形式进化，通常会经历婴儿期、成长期、成熟期和衰退期。因此创新则需要在遵循事物发展客观规律的前提下，来预测系统进化方向，提前布局下一代技术。例如，航空发动机技术目前处于成长期向成熟期过渡阶段，这就意味着未来可能还会出现很多创新结构，如组合循环发动机、多（全）电发动机、间冷回热发动机和爆震发动机等；还可能出现氢燃料发动机、燃料电池发动机和核能发动机等新能源航空发动机。通过分析其发展趋势，提前布局关键技术，加强共性技术、前瞻引领技术、颠覆性技术创新，加快发展新质生产力和新质战斗力。 

（王巍巍，中国航发四川燃气涡轮研究院，研究员，主要从事航空发动机科技情报研究与科技翻译）