TRIZ试解--组合原理

李正桐

    组合原理是TRIZ（发明问题解决理论）40条创新原理的第5条。TRIZ对该原理的解释是：“使一个系统的各功能、特性或部分之间建立一种联系，其可产生一种新的、想要的或唯一的结果。通过对先前的已有功能进行组合，可以生成新的功能”。利用组合原理的发明即“组合发明”，是发明的一大类别。

    组合原理的应用分两种情况，其一是“在空间上将共性部分或相关的操作加以组合”。这种组合显然不是无目的的任意组合，组合的产物必须实现新的、更优越的技术效果。例如光学镜片的任意组合一般达不到任何目的，至多改变屈光度。但通过镜片参数的合理选配，通过相对位置的合理设定，就可以组合成望远镜或显微镜。

    车轮是一项古老的发明，自车轮问世以来，围绕着车轮的组合发明层出不穷，至今没有完结。早期的人力车、畜力车自不必说，车轮与折叠座椅的组合即成为轮椅，车轮与链传动系统的组合即成为自行车，车轮与篮筐的组合即成为超市购物车，车轮与火炮的组合即成为炮车，车轮与发动机的组合即成为机动车，而因发动机的不同又可分为汽车、电车、蒸汽机车、内燃机车等等。船（浮体）也是一项古老的发明，围绕着船的组合发明同样层出不穷：船与风帆的组合即成为帆船，船与发动机、推进装置的组合即成为轮船（轮船之得名即因为早期的推进装置是位于船体两侧的明轮，后来螺旋桨取代了明轮，这个名称却沿用下来，轮船的“轮”已是有名无实），轮船与捕鱼设施的组合即成为渔轮，轮船与货舱及起重设备的组合即成为货轮，轮船与客舱及服务设施的组合即成为邮轮，轮船与装甲及火炮的组合即成为炮舰，轮船与机库、飞行甲板及弹射器的组合即成为航母，等等。

    与前述光学器件的组合相同，电器件和电子元器件的组合更形成了庞杂的系列。在强电领域，像接触器、继电器之类的低压电器，其基本功能无非是通、断两个动作，然而它们的组合却可以实现更复杂的功能，如自锁、互锁，各种机床控制电路、星——三角启动电路等。更有甚者，上世纪30年代，在电子管计算机诞生之前，曾出现过由千百个继电器组合成的机电式计算机。虽然它的工作状态和运算速度远不能和现代计算机相比，然而它却是现代电子计算机的始祖。

    在弱电领域，基本的有源元件和无源元件数量也很有限，但它们的组合简直就是无穷无尽的。最基本的功能组合诸如整流器、放大器、稳压器、振荡器、单稳态电路、双稳态电路、多谐振荡器、延时电路、计数器、逻辑电路等等。这些基本单元的进一步组合则可以实现声控、光控、温控、遥感、遥控、程控、计算技术等等，覆盖了从日常生活直至生产、国防、科研的一切领域。

    化学家更需要运用组合，他们的任务就是要通过对不同分子或分子基团的组合来获取新物质。而现代文明的建立和进步在很大程度上要依赖新物质、新材料的产生。

    以上各例说的是“空间组合”。不难看出，空间组合是一个由简到繁的过程，而且组合的产物又可以进一步组合成更复杂的产物，也就是说组合的过程不限定在一个层级完成。这样在实践中人们就逐渐发现参与组合的最基本单元，即所谓零件、部件、元件、器件等等最好具备统一、互换、普遍适用等特质，于是诞生了标准化、标准件的概念。

    西方一般认为标准化是一战期间由德国人首创的，然而考古实证表明我国至迟在战国时期就实行标准化了。从兵马俑出土的箭簇、弩机等，尽管产地各不相同，而其形制、尺寸都是严格一致的，都具有互换性。即使用今天的标准来衡量，它们也都是当之无愧的标准件。我们祖先这一先进理念的诞生，比欧洲足足领先了2千年。现在诸如机械类的螺栓、螺母、垫圈、弹簧、轴承、链条、型材等等；电器类的灯泡、灯口、开关、接触器、继电器、熔断器等等；电子类的电阻、电容、电感以及各类有源元件等等；化工类的法兰、阀门、管道等等都实现了标准化。在此基础上又诞生了由基本单元组合成的通用机械、通用电器，诸如泵、风机、减速机、电机、机床夹具等等。究其实质，它们可以看作是标准件的高级形态。只要确定了通用设备的物理参数和几何参数就可以方便地选配。标准件由于大量生产、标准严格、工艺成熟、性能稳定，所以具有质优、价廉、高效等优点。可以说标准化因组合而产生，又进而推动组合，使之更普及、更完善。我们不论是从事产品设计还是发明创新，如能在熟知标准系列的情况下尽量使用标准件，当视为事半功倍的捷径。

    组合原理的另一项应用是“在时间上将共性的部分或相关的操作进行合并”。例如工业产品的生产，其最后阶段需要完成三项操作，即：产品检验、剔除不合格产品以及对合格产品计数。这三项工作可以在生产线的传送带上合并完成。让产品依次经过检验的传感器进行鉴别，发现不合格产品即用机械臂推出传送带，同时用光电或感应等方法对被放行的产品进行计数。

    这一原理也常常用在化工生产中。如搅拌与加热同时进行；两种以上的物料的加注与混合同时进行；增压与反应同时进行；对有生成热的反应使反应与冷却同时进行；反应物的加入与生成物的移除同时进行；电镀与阴极移动同时进行，等等。

    在非技术领域，例如在乐团中不同乐器的同时演奏常常可以产生出神入化的效果。再如我国古代“三十六计”的“声东击西”也是使两种相关的操作同时进行：所谓“声东”无非是放出口风或作出虚假动作，使敌方误认为你的攻击目标在东边，从而向东部调集主力加强防范。这样必造成西部防守薄弱，这时你集中兵力去“击西”，自然可以轻易取胜。与此相似，“明修栈道暗渡陈仓”、“远交近攻”、“口诛笔伐”、“旁征博引”等等讲的也是相似的道理。两项操作在时间上的组合，这两项操作必须是相关的、为同一个目标服务的。

    可以说组合是最古老、最传统的发明技法之一。当我们的远祖把石块绑在木棍上组成斧头的时候，即宣告了组合时代的开始。组合是设计理念的扩展、延伸，是对已有事物的潜力的再发掘，有时甚至可以化腐朽为神奇。不论是在空间上的组合还是在时间上的组合都不是随意的组合，只有“旧+旧=新”的组合、只有“1+1＞2”的组合才是有效的组合，才有实用价值。一般而言，每诞生一项开拓性发明，随后就会产生许多由它派生的组合发明，所以组合发明的数量会远多于开拓性发明。组合发明的题材是不会枯竭的，这正音符之组成乐曲，文字之组成文章，哪里会有穷尽？◆