發明問題解決理論，即TRIZ理論，是基于研究技術系統發展客觀規律的理論。我們把由該理論的創始人G.S.Altshuller和合作伙伴于1946年至1986年間主導開發的理論內容稱為“經典TRIZ”，把1986年之后由他的學生繼續研究開發所提出的新內容稱為“現代TRIZ”。現代TRIZ極大地豐富了經典TRIZ的內容，彌補了經典TRIZ在問題分析方法和專項應用工具上的不足，經概括，大致可以分為以下4類：1）分析工具，有功能分析、因果分析、資源分析和流程分析等；2）理論分支，有SIT，ASIT，USIT，WOIST，I-TRIZ和OTSM-TRIZ等；3）專用工具，有進化樹、定向進化和預期失效分析等；4）計算機輔助創新軟件，有GoldFire，IWB和Pro/Innovator等。
其中，有關“進化樹”這種專用工具最早是于2006年被提出的，它是由G.S.Altshuller的學生Nikolay Shpakovsky等人根據經典TRIZ中技術系統進化路線的發展而提出來的，實質上是一種處理技術信息和專利信息的工具。
本文研究的是，如何利用“進化樹”這種專用工具，整理和序化紛繁復雜的信息，以進化路線為枝干畫出結構化的信息地圖即進化樹，尋找圖中技術系統在進化過程中被遺漏的變化方案，對產品進行創新設計，預測技術系統的發展方向，并進行專利規避。
1 經典進化路線與進化樹
1.1 經典TRIZ的進化路線
通過研究和對比多種技術系統的發展方向，G.S.Altshuller提出了八大技術系統進化法則。其中有系統處于生存階段的系統完備性法則、系統能量傳遞法則和系統可控性協調性法則，還有系統處于發展階段的子系統不均衡進化法則、向超系統進化法則、向微觀級進化法則和提高動態性法則，始終貫穿這7個法則的是提高理想度法則，它代表著所有技術系統進化的最終方向，是推動系統進化的主要動力。
在經典TRIZ的表述中，技術系統進化過程的一種形式表現為各條進化路線都是從系統的某一個起始點開始進化，另一種形式表現為以時間為序系統沿著一條接一條的進化路線不斷地發展和進化，分別如圖1和圖2所示。
圖1 經典TRIZ技術系統中從某一點起始排列的進化路線
圖2 經典TRIZ技術系統中有序排列的進化路線
1.2 進化樹
進化路線表現的是系統發展變化作用的過程，這些作用是按照一定順序進行的，即每一個后續變化的過程都與前一個變化的結果之間存在著一定的關系，通常情況下，只有在前一個變化完成、相應條件建立起來以后，后一個變化才能繼續進行，這就確定了這些進化路線的分布具有一定的等級性。據此，新的路線可從進化開始后的任何點以及任何變化方案開始。因此如果將進化過程用樹狀形式描述，則能更準確地反映出技術系統本身及其組件發展進化的實質，可以使技術系統進化的變化方式變得直觀與清晰。
1.2.1 進化樹的組成
在進化樹中，樹的“樹干”是某一條從技術系統初始方案出發的進化路線，在“樹干”上標出每一個代表物體方案的開始點，然后從每一個點開始可以畫出第2層次的側向進化路線，形成樹的“樹枝”，進化樹中每一個后續層次，都是在前一層次路線的基礎上建立起來的。按照這種規則建立起來的路線總和，就組成了進化樹結構。
Nikolay Shpakovsky細化了經典TRIZ的進化路線，采用了基于進化路線來整理技術系統的客觀信息的方法。他提出把這些經細化后的進化路線作為進化樹中的“樹干”和“樹枝”，它們分別是：從單系統向雙和多系統轉變、系統組件裁剪、系統擴展一裁剪，物體的分割、物體的幾何進化、物體內部結構進化、物體表面特性進化、動態化、提高系統元素的可控性、提高系統元素作用的協調程度。以上10條被細化了的進化路線主要描述的是系統的物質性元素——物質、場和力的發展。
原則上任意一條進化路線都可以作為進化樹中的“樹干”，但是Nikolay Shpakovsky認為，進化路線中系統或組件變化最有意義的是“物體分割進化路線”，根據這條進化路線，系統首先被分割成兩部分，然后是多個部分、粉末狀、液體、氣體、場和真空等。從本質上講，物體分割的進化路線是系統從宏觀向微觀層次的躍遷，根據這條路線所得到各個系統方案之間存在著實質性差別，能得到有效資源利用。因此，他傾向于把“物體分割進化路線”作為進化樹的“樹干”，確定為構建其余多條進化路線的起點。
為了挑選合適的進化路線作為進化樹中的“樹枝”，需先要搞清以下2個問題：一是通過資料查閱和信息匯總構建進化樹，該技術系統的發展過程以及在此過程中系統或組件都遵循了哪些進化路線；二是將構建的進化樹與眼前最先進的分類體系（專利法例）對應，以便進行策略型的專利布局，保持本企業作為專利權擁有者的競爭優勢。
一般我們從其余的9條進化路線中，從兼顧以上2個問題的角度來挑選合適的路線作為“樹枝”，沿著“樹干”越往上細分成“樹權”，發生變化的系統其可控性能、動態性能和協調性能等性能參數則應表現得越理想。進化樹的結構示意如圖3所示。
圖3 現代TRIZ中技術系統的信息進化樹結構示意圖
1.2.2 進化樹的構建
首先，通過收集資料，選擇一條主要的進化路線作為進化路線的第1層次（即進化樹的“樹干”），將帶有被研究對象相應信息的卡片放置到該進化路線中的相應位置；再確定按照建立物體變化方案的動態化路線作為第2層次（即進化樹的“樹枝”）的進化路線。如果信息顯示沒有這個可能，則分析并挑選一些將來可能演變到的動態化的路線：如單一雙一多系統路線、組件裁剪路線和擴展一裁剪路線等。同時，需要檢查信息是否具備能夠建立起描述物體形狀變化、表面特性和內部結構變換作為第2層次進化路線的可能性，其中包括幾何進化、內部結構進化和表面特性進化。搭好了進化樹的初步框架以后，檢查信息在分割路線、單一雙一多系統進化路線和組件裁剪路線之后，建立第3層次（即進化樹的“樹杈”）的動態化路線的可能性，沿著動態化進化路線，在進化樹中有特征并且重要的位置上，建立起提高協調性和可控性路線。最后，對信息進行補充性搜索，對進化樹的結構作出補充和確認，完成對整個系統信息進化樹的構建。
在構建進化樹時，應遵循以下2個原則：
1)物體動作變化的完整性
在一條已經被確定了的進化路線中，信息資料應該能體現出該物體在此進化途中發生連續變化后的結果與表現．如果“斷點”太多，則表示這條路線不適合被選人當時的進化樹中，或者，沿著這條進化路線可能會得到很多新方案。
2)物體動作變化的等級性
所有作用在系統組件上的動作都是按照一定順序完成的，只有在前一個動作完成相應條件建立起來、資源得到了保障之后，后一個變化動作才能進行。
1.2.3 進化樹的作用
進化樹就像作戰時指揮員所使用的戰區地形圖，利用這種分析和處理信息的專用工具，可以直觀地表達出技術系統進化規律的路線，能幫助企業掌握技術系統發展的全貌，預測研發產品的前景，對商業戰略作出抉擇，提出技術系統實現創新的主要方案，規避競爭對手的專利，最終建立起自己的專利保護傘。
從解讀進化樹這張圖中，設計者可以通過對其中的某一條進化路線進行完整性分析，可能會找到系統或組件在該進化路線中漏掉的一些變化方案，據此可以進行產品新方案的設計；還有，當發現進化路線的最后部分沒有被填滿時，則表明在那里隱藏著有發展前景的方案，有可能成為新的產品設計方案。
2 進化樹應用于立式滾筒洗衣機柔順劑供給裝置
2.1 柔順劑供給裝置的工作過程
滾筒式洗衣機的工作程序是固定的：1)洗滌前先撒入洗衣粉，往滾筒內專門的容器中倒入柔順劑；2)滾筒低速旋轉進行洗滌動作；3)滾筒高速旋轉進行第1次脫水；4)滾筒低速旋轉進行第1次漂洗；5)滾筒高速旋轉進行第2次脫水；6)添加柔順劑，滾筒低速旋轉進行第2次漂洗；7)滾筒高速旋轉進行第3次脫水，停機。
現有柔順劑供給裝置的工作程序如下：1）洗滌前把柔順劑注入1號槽；2）開始第1次脫水時，由于滾筒高速旋轉產生較強的離心力把柔順劑甩到靠近滾筒外壁的2號槽；3）在第1次漂洗階段，柔順劑從2號槽由于重力的作用緩慢流到水平位置比較低且離滾筒外壁稍遠的3號槽；4）當滾筒開始第2次脫水時，柔順劑被離心力的作用甩到和3號槽處于相同水平線的靠近滾筒外壁的4號槽．4號槽底部有小孔，當滾筒轉速變慢進行第2次漂洗時，柔順劑就流到了洗衣筒里。4只槽的俯視圖如圖4(a)所示。
圖4 柔順劑供給裝置
這個裝置結構簡單，功能明顯，沒有任何外加部件，柔順劑的運動軌跡完全借助洗衣動作完成，可以認為這是個接近理想化的方案．但是很遺憾，它已經被競爭對手申請了專利保護，只有購買專利許可才可使用，這時就會想到專利規避方面的問題。
2.2 柔順劑供給裝置的專利特征
為了規避專利，需要確定該專利的特征。
通過分析柔順劑加入過程可知，為了能在滾筒一次快速旋轉時間內將液體移位，需要這樣一個裝置，它有4個按照一定規則分布的腔體：1號槽位于離滾筒外壁稍遠的位置；2號槽位于與1號槽在同一水平面靠近滾筒外壁的位置，適于液體因離心力作用而流動的方向；3號槽比2號槽低，位于離滾筒外壁稍遠的位置，適于實現液體因重力作用往低處流動；4號槽位于與3號槽處于同一水平面的靠近滾筒外壁的位置，同樣適于液體因離心力作用而流動，整個柔順劑的運動軌跡如圖4(b)所示。
2.3 柔順劑供給裝置的進化樹和專利規避新方案
為了產生專利規避新方案，對現有的柔順劑供給裝置進行快速分析，在進化樹上找到解決方案，圖5為產生創新想法的柔順劑供給裝置進化樹的局部。圖中在第2層次“動態性進化路線”中，系統沿著不可控制→手動控制→半自動控制→自動控制的路線往前進化，其中在其進化路線的末端建立起第3層次“系統組件裁剪進化路線”。當前市場上滾筒洗衣機柔順劑供給裝置正處于該進化路線的起點，而在該進化路線的末端找到了供給裝置的創新設計想法。另外，根據該路線的提示可知，將來可能會有一種更新的供給裝置，該裝置中柔順劑用量能隨著洗衣筒內水量多少自動調節。
另外，由第2層次為“物體的幾何進化路線”提示，柔順劑原有線性流動方式可能轉變為曲線化流動方式，此信息幫助我們產生了把裝置設計成三角棱柱形空腔的新想法，該棱柱能隨著洗衣機的工作頻率產生旋轉，腔體內柔順劑的運動方式為曲面化。
因此，將腔體位置的排列方式進行改變，同樣保持與滾筒的旋轉方向之間存在協調性，得到了裝置的創新設計方案。新方案的結構更加簡單，便于加工制造和清潔維護，因此更勝一籌。
圖5 柔順劑供給裝置進化樹局部
新方案為：把原專利中柔順劑的4個腔變成一個有缺口的三角棱柱，該棱柱沿中軸被水平固定在滾筒內壁的兩端，棱柱能隨著柱軸自由翻轉，該棱柱的3個頂點分別標記為A，B和C點，A處缺口是柔順劑的加入口，也是柔順劑的流出口，安裝時，A點靠近滾筒中心，B點靠近滾筒外壁，C點處柱壁比B點處稍厚（其壁厚的質量控制在遠低于柔順劑質量的范圍內），保證不裝柔順劑時C點能夠垂在最低處。洗滌前柔順劑通過A處缺口注入三棱柱體，由于重力的作用會聚集在C處。當滾筒高速旋轉進行第1次脫水時，由于離心力的作用柔順劑被甩到了B處，滾筒低速旋轉進行第1次漂洗時，由于重力的作用三棱柱的B處會旋轉到最下方，柔順劑也相應聚集在此處。當滾筒高速旋轉進行第2次脫水時，由于離心力的作用柔順劑被甩到了有缺口的A處，但是由于筒體正高速旋轉，所以柔順劑不會往下流，會聚集在簡體壁上的某處。等到簡體轉速降低、開始第2次漂洗時，柔順劑此時會順著筒壁流進水里，完成加入的動作．最后在低速漂洗階段，由于重力作用C點又旋轉到了最低處．柔順劑的運動軌跡如圖6所示。
圖6 專利規避后的柔順劑供給裝置
通過查閱資料繪制出系統的進化樹，并分析系統的進化規律，得到了新的技術解決方案，給出了新的規避現有專利的可能性。
3 結語
隨著人們對創新設計思想以及創新工具的不斷研究，TRIZ創新理論與方法研究越來越被人們所重視。本文中介紹了Nikolay Shpakovsky提出的進化樹這一信息處理專用工具，作者運用該工具，提出了立式滾筒洗衣機中柔順劑供給裝置的創新設計新方案，實現了規避現有專利的可能性。
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