点金术 | TRIZ之矛盾矩阵的应用
上次我们简单认识了TRIZ，知道TRIZ可以帮助技术人员解决发明创造问题，上期文章参考《点金术 | TRIZ理论及对研发创新的意义》，那么这些常用的工具如何应用呢？本次笔者就简单介绍一下TRIZ理论的矛盾矩阵，期待能够激发小伙伴的TRIZ热情。
40个发明原理
Altshuller通过研究大量专利发现，发明创造在解决创造性问题时，大部分都要面对“需求的冲突”，这些冲突本质上就是系统矛盾。
同时，许多专利在不同的领域解决了类似的冲突，且这些冲突在不同时期不同的领域被反复的研究。虽然这些专利涉及领域不同，解决的发明问题也不同，但解决方案的本质有一定的相似性。
Altshuller将这些本质上具有相似性的专利进行归类，由此归纳出可以用40个发明原理来完全解决这些矛盾。掌握这些发明原理后，人们就不需要对同样的技术矛盾反复的研究。“40个发明原理”就是从人类历史经验中抽取出的解决问题的规律，能够指导人们解决大部分问题。
1. 分割 | 21. 快速通过，减少有害作用的时间 |
2. 抽取(提取、找回、移走) | 22. 变害为利 |
3. 局部质量 | 23. 反馈 |
4. 增加不对称性 | 24. 借助中介物 |
5. 合并、组合 | 25. 自组织、自服务 |
6. 通用化、多用性 | 26. 用复制（品） |
7. 用嵌套 | 27. 一次性用品(廉价替代品） |
8. 配重、重量补偿 | 28. 场替代机械系统(声、光、电磁场等) |
9. 预先反作用(预先采取行动来抵消、控制、防止) | 29. 用气动或液压结构(替代固体部分） |
10. 预先作用(预先对物体施加改变） | 30. 用柔性壳体或薄膜 |
11. 预先应急、防范 | 31. 用多孔材料 |
12. 利用等势 | 32. 改变颜色 |
13. 反向作用 | 33. 使同质性、匀质性 |
14. 曲面化 | 34. 使可丢弃或再生部件 |
15. 动态化(改变组件相对位置） | 35. 改变状态、参数、性质(物理或化学的） |
16. 不足或过度的作用 | 36. 相变 |
17. 转变到新空间维度 | 37. 热膨胀 |
18. 机械振动(共振、电压振动、超声波和电磁场耦合） | 38. 加速氧化 |
19. 利用周期性动作和作用 | 39. 真空或惰性环境 |
20. 持续的有效动作 | 40. 用复合材料 |
知道了40个发明原理，但怎么使用呢？针对一个问题是不是需要将40个发明原理考虑一遍？
当然，针对每个发明问题，将40个发明原理全部试一遍肯定是可以的，但还有另一个更好工具来避免我们做无谓的尝试和思考，那就是矛盾矩阵。
矛盾矩阵
大部分发明创造问题都是解决系统矛盾，即当试图改善一个系统、产品的某个指标参数时，另一个指标参数就会恶化。比如提高坦克装甲车的厚度，就势必会增加坦克的重量，降低坦克的机动性。
现实中，在一定的条件下我们只能在装甲的防御能力和机动性之间达成一种妥协。但妥协终究不是终极解决方案，肯定还有更好的方案。这种情况下，如果能够消除这种系统矛盾，就能够获得具有“创造性”的解决方案。
Altshuller研究发现，常见矛盾的工程参数有39个，大部分问题都可以描述为一对参数之间的冲突（39个参数中的2个），而每一对矛盾都对应若干个发明原理，可以指导我们解决问题。
几何 | 3. 移动件长度 4. 固定件长度 5. 移动件面积 6. 固定件面积 7. 移动件体积 8. 固定件体积 12. 形状 | 资源 | 19. 移动件消耗能量 20. 固定件消耗能量 22. 能量浪费 23. 物质浪费 24. 资讯丧失 25. 时间浪费 26. 物质数量 | 害处 | 30. 物体上有害因子 31. 有害的侧效应 |
物理 | 1. 运动件重量 2. 固定件重量 9. 速度 10. 力量 11. 张力、压力 17. 温度 18. 亮度 21. 动力 | 能力 | 13. 物体稳定性 14. 强度 15. 移动件耐久性 16. 固定件重量 27. 可靠度 32. 制造性 34. 可修理性 35. 适合性 39. 生产性 | 操控 | 28. 量测精确度 29. 制造精确度 33. 使用方便性 36. 装置复杂性 37. 控制复杂性 38. 自动化程度 |
通过大量的分析归纳，Altshuller提炼总结出不同的技术矛盾常用的发明原理，制成了矛盾矩阵，即以39个改进参数和39个恶化参数组建的39×39的矩阵，矩阵中每个方格对应该对技术矛盾最常用发明原理，这个矩阵被称为“Contradiction Matrix”，是TRIZ工具中最简单，最直接的工具。
实例演示
为了演示矛盾矩阵的用法，这里以坦克的装甲为例，采用TRIZ原理进行分析。
坦克以其高度越野机动性和强大的装甲在近代战争中被称为“陆战之王”，但是坦克的装甲和其机动性两个指标本身就是一对矛盾的存在，加强装甲提高防护力后，因为重量增加势必降低机动力。
我们将上述的矛盾用TRIZ理论通用工程参数进行描述，改善的工程参数是“20 强度”，恶化的工程参数是“1 移动物体的重量”。
查询矛盾矩阵2003版，得到以下推荐的发明原理，编号为：40,31,17,8,1,35,3,4。这里需要说明一下，矛盾矩阵随着时间的推移已经由不同的研究人员更新了多次，其中以Altshuller的39×39版、美国2003年公开的48×48版最常用，这里采用矛盾矩阵2003版。
为了减轻坦克自重、提高坦克的机动性，材料学家们研发了高强度的铝合金、钛合金和铀合金装甲。从1970年坦克已经开始装备混合了合金及陶瓷材料的新型复合装甲。复合装甲是一种具优良防护能力的被动装甲，如美军的M1A1自1988年起由衰变铀复合装甲取代原有的复合装甲。
图片来源｜网络（图文不一致请忽略）
与复合材料类似的复合装甲，其原理更接近多孔材料。1971年，英国Chobham装甲被安装在一辆改进型的Chieftain上，代号FV4211，不同厚度的复合材料夹板间隔空气，大大提高了被击穿的难度。
图片来源｜网络
如果说平面的装甲属于二维空间，那么倾斜式、弧线式和不规则面的装甲可以认为是多维的。同样厚度的装甲，一颗弹以倾斜的角度攻击时要比垂直攻击需要穿透更厚的装甲，而且弹头以倾斜的角度接触装甲面时更容易被弹开。二战前，很多国家都装备了新的装甲──倾斜装甲，如著名的T-34坦克。
图片来源｜网络（图文不一致请忽略）
分割在坦克装甲防护里的应用也很常见，最典型的就是将装甲分割成外围护栏和内层防御装甲，分割虽然没有提高装甲的强度，但是实现了防护目的的同时，造成的机动性损失的代价最小。
图片来源｜网络
在坦克的发展史中，两栖坦克的出现同样是坦克形态的一大创新。水上坦克虽然不是属于上文提到的“强度”和“移动物体的重量”这对矛盾，但其符合上文提到的发明原理8重量补偿。美国新型坦克UHAC里面是很多个充满气的泡沫团块，和陆地上运行的坦克一样，旁边也是有两条履带。
图片来源｜网络
上文提到的其他发明原理就不一一说明了，当然也可能查出来的某个发明原理对解决目标问题没有帮助。
还有，以上坦克的案例是我们以事后者的眼光来看的，这并不否认我们可以利用TRIZ工具进行新的发明创造，这里只是用一种直观的例子展示说明。需要指出的是笔者虽热爱军事但并非坦克迷，有关坦克的科普仅用于举例，如有瑕疵纯属笔者军事知识有限，与TRIZ理论无关。
作者简介：付钦伟，专利代理人、专利咨询师，研究生选专业“误入歧途”，进入高大上的知识产权领域，目前从事专利咨询分析工作，励志为中国知识产权事业抛头颅、洒热血。
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