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TRIZ理论对新材料业务战略的启示

编辑:必威官网登录企业管理顾问    分类:TRIZ    时间:2018-07-18 23:35:21

新材料研发的基本路径


国内新材料产业,自从政府提出“中国制造2025”与国家新材料“十三五”发展规划等顶层设计以来,已经成为中国制造业热度最高的产业门类之一。在包括基础材料、先进电子材料、材料基因工程、纳米材料与器件、先进结构材料和先进功能材料等重点领域,政府都在推动产业的战略布局。一时间资源要素趋之若鹜,负面现象也开始显现,跟班随大流多、高端原创新少。这除了中国产业发展阶段固有的内在因素外,缺乏创新的理念、思路与工具也是影响产业原创新的原因之一。

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国内新材料发展路径一般是“产业链”模式,化工新材料尤为如此。基于油气基、煤基和生物基等,从单体原料到中间体合成、再到多元多品种延伸。近年也确实形成以“甲醇”等重要基础化学品为平台的新材料制备模式。虽然理论上,碳氢氧可以制备任何一种有机物,但有效的商业化合成工艺流程受制于目前的技术能力。因此,市场资源要素在有限的产业链节点上出现“拥堵”也就可以理解了。


笔者近期对TRIZ理论框架进行了浅显研究,感觉其原理、模式和工具对企业层面的新材料业务策略很有启示意义,有助于产业打开思路、独辟蹊径开发业务新方向。事实上,社会当下热度很高的石墨烯、碳纤维、微观材料等技术体系,冥冥之中都与TRIZ理论相关联、甚或受其影响。


六十多年前创立的TRIZ理论


所谓“TRIZ”是俄语“发明问题解决理论”的词头缩写,由苏联发明家和工程师根里奇·阿奇舒勒及助手们基于数百万专利成果研究、于1956年创立,成为经典TRIZ理论系统。苏联解体后,相关专家移民欧美逐渐传播开来、形成现代TRIZ理论体系。


经典TRIZ理论由九项主要内容构成,对新材料领域创新最有现实意义的当属“进化法则”。这也是TRIZ理论体系的核心。它指出,技术系统的演变不是随机的过程、而是遵循一定的规律。新材料产业从原料制备到材料合成,本身就是典型的技术系统,应该适用于这个进化法则。它帮助人们在寻求技术及工程系统创新时有规律可循、成为产业链路径之上的策略补充,甚至是产业竞争中的优选策略。也正因为有了TRIZ理论,使得很多叹服埃隆·马斯克的普通人们也有了实现创新的信心和希翼,对中国社会推进“双创”战略也具有现实意义。


TRIZ理论在应用层面也为后人准备了务实的方法论。它把所有在实践中需要解决的实际问题分成了“管理问题”、“技术问题”和“物理问题”三种类型。这种简约的划分,与企业日常生产运营活动可形成一一对应关系。举例说,如果谈战略问题,应该是个管理问题;如果说工艺话题,更多是技术问题;若是某种材料的功能开发,多半是物理问题或者是物理+技术问题。“结构性思维”、大胆假设·认真求证,是很多优秀工具和模型共通的要诀,TRIZ理论也不例外。


伴随TRIZ理论影响力的扩大,在发达经济体中很多大企业,过往几十年都曾引入过TRIZ理论及实践,如通用电气、SAMSUNG、西门子等。在中国,十几年前政府已经在相关省市开展TRIZ应用试点。神华集团、华谊集团等大型企业也都先后开展过TRIZ应用实践活动。


TRIZ理论的主体内容


  • 进化法则

  • 39个工程参数和矛盾矩阵

  • 标准解法

  • 最终理想解

  • 物理矛盾的分离原则

  • 发明问题解决算法

  • 40个发明原理

  •  物-场模型

  •  常识效应库


TRIZ进化法则与新材料研发问题解决


作为TRIZ理论体系之首的技术进化法则,有业者指出,其与达尔文的生物进化论、斯宾塞的社会达尔文主义并称为“三大进化论”,评价之高可见一斑。TRIZ技术进化法则由10条子法则构成:


  • 系统完备性法则

  •  子系统不均衡进化法则

  • 系统能量传递法则

  • 协调-失调性进化法则

  • 提高理想度法则

  •  提高动态性和可控性进化法则

  • S-曲线法则

  • 向微观级进化法则

  • 矛盾产生及克服法则

  • 向超系统进化法则


在此仅探讨第9、第10条法则对新材料产业创新的前瞻和引领意义。第9条“向微观级进化法则”指出,技术系统的进化特征之一是沿着减少其元件外观尺寸方向发展的。手机,是最易理解的进化案例。法则所指的“外观尺寸减少”涵盖如下四种情景:


规模微观化:元件及物品的尺寸向原子、基本粒子的尺寸进化。这可以看作是纳米技术、石墨烯技术、生物电池、芯片及集成电路等前沿微观科技出现的理论基础。


增加离散度:改变物质的关联性、加大物质的分散程度,向多孔、毛细管等物质性态转变、加大中空度。联想到气凝胶这种新兴特种功能材料,不正是“增加离散度”最好例子吗?!


引入空洞:通过引入其它材料或空洞到单块物料中、减轻物料重量;而且空洞本身也可以填入某种材料实现特定功能。已经实际应用的多孔多腔轮胎、多孔材料、发泡水泥、以及发泡金属板材(用于汽车轻量化),都是“空洞”原理在材料领域的现实案例。笔者曾接触的德国产灌装珍珠岩页岩砌块也是“引入空洞”理念在建材领域的具体应用;即使国内建筑行业也有灌注EPS的建筑砌块制品。


场的应用:以“场”作为某种介质物质,使体系向“场+物质”转变。磁悬浮技术中的“磁场”正是连接车轮与轨道之间的介质物质吧。中国的人造太阳“东方超环”EAST中的超级磁场也不失为一种连接体系的特殊介质材料。


提示1:依据TRIZ技术系统进化法则,新材料企业大可不必“你有我有”地开展业务同质化的竞争,完全可以剑走偏锋、以市场应用及刚需为导向、从新材料向微观级进化这个“物理问题”为视角、对既有材料开展新功能的深入开发。


TRIZ技术系统进化法则第10条“向超系统进化法则”,是指一个系统发展到极限时(比如材料性能发挥),系统将于其它体系联合、向超系统和更高水平、更多系统功能方向发展进化。这个进化法则在化工新材料领域很多,包括合成树脂材料的共混及改性、不同性态或功能结合而成的复合材料等。在军工、航空航天、交通等领域这些应用较为突出。还有风电机组扇叶片、新一代作战飞机部件、工民液化天然气钢瓶缠绕涂覆等等,这些对材料有更高性能要求的场合,都呈现不同材料的组合、集成、形成更高性能的所谓超系统。


提示2:向超系统进化法则也告诫扎堆新材料产能构建的企业们,与其抢着千把吨的量产,不如潜心于高精尖的复合与集成应用研发,也许更具产业的先进性和商业操作性。


同时大家注意到,向微观级进化法则与向超系统进化法则,正好是一对互为反向的体系。这正好体现了TRIZ理论的唯物辩证思维的魅力和它的生命力。


提示3:沿着上述思路思考当下新能源汽车的发展路径,产业新来者要么聚焦于系统集成、向上占据产业“超系统”架构能力;要么向下实施系统微观级的解析、专注车用材料品质功能升级。


事实上,如果分析埃隆·马斯克的产业投资逻辑,也无不闪烁TRIZ理论的亮点。他的火箭、储能电站、电动汽车和下一步的新材料甚至糖果企业,都有TRIZ技术系统进化论的影子,核心都围绕着实现人类深空梦的目标。


初识TRIZ理论,尚难理解其全貌、也难免偏颇。一种理论最大价值就是让其迅速与现实互动、产生价值。这既符合当前中国社会和产业发展需要、也促进TRIZ理论再完善更丰富、反过来引导产业更进一步。欢迎商榷。


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