四 STC算子法

四 STC算子法

STC算子法是TRIZ方法工具中的一种方法,也是针对上文中的部分思维障碍综合进行创新的方法。STC算子是指尺寸、时间和成本(Size,Time and Cost)这三个因素。STC算子法是通过极限思考方式想象系统,将尺寸、时间和成本因素进行一系列变化的思维实验,用来打破思维定势——解题条件的限制。

STC的含义是通过尺寸、时间和成本三个方面的参数变化来改变原有的问题。通常工程师在解决技术问题时对系统已非常了解和熟悉,对研究对象有一种“定型”的认识和理解,而这种“定型”的特性在时间、空间和成本方面尤为突出。此种“定型”会在工程师的思维中建立心理障碍,从而妨碍其认识所研究的对象。

这种障碍对工程师的影响表现在:(1)工程师所建立的思维结构可能与所解决问题的方法相差甚远;(2)这种心理障碍会主观过滤掉某些所谓的“与技术问题无关,但实际上非常重要的信息”,并在此基础上加入某些“与技术问题实际上无关的信息,而又被工程师主观地认为很重要的信息”,造成了解决问题的思路和寻找可利用的资源时走入了死胡同。

STC算子法就是对一个系统自身不同特性(尺寸、时间、成本)单独考虑,而不考虑其他的两个或多个因素。一个产品或技术系统通常由多个因素构成,单一考虑相应因素会得出意想不到的想法和方向。

●尺寸:一般可以考虑研究对象的三个维度,即长、宽、高,但尺寸不仅包含上述含义,同时延伸的尺寸还包括温度、强度、亮度、精度等的大小及变化的方向,不只是几何尺寸,包含可能改变任何参数的尺寸。

●时间:一般可以考虑是物体完成有用功能所需要的时间、有害功能持续的时间、动作之间的时间差等。

●成本:一般可以理解为不仅包括物体本身的成本,也包括物体完成主要功能所需各项辅助操作的成本以及浪费的成本。

在最大范围内来改变每一个参数,只有问题失去物理学意义才是参数变化的临界值。需要逐步地改变参数的值,以便能够理解和控制在新条件下问题的物理内涵。

STC算子使用的成效取决于主观想象力、问题特点等情况,需要充分拓展思维,改变原有思维的束缚,大胆的展开想象,不能受到现有环境的限制。

应用STC算子的目的:

(1)克服长期由于思维惯性产生的心理障碍,打破原有的思维束缚,将客观对象由“习惯”概念变为“非习惯”概念。在很多时候,问题的成功解决取决于思考者如何能动摇和摧毁原有的系统以及对原有系统产生新的认识。

(2)通过尺寸、时间和成本三个维度的分析,迅速发现对研究对象最初认识上存在的偏差。

(3)通过对认识偏差的分析,重新定位、界定研究对象,使“熟悉”的对象陌生化。

(4)用STC算子思考后,可以在分析问题的过程中发现系统中存在的技术矛盾或物理矛盾,以便在后续的解题中予以解决,很多时候改变原来的思路就可以找到问题的解决方案。

STC算子思考问题的流程:

步骤1:明确现有系统;

步骤2:明确现有系统在时间、尺寸和成本方面的特性;

步骤3:设想逐渐增大对象的尺寸,使之无穷大(S→∞);

步骤4:设想逐渐减小对象的尺寸,使之无穷小(S→0);

步骤5:设想逐渐增加对象的作用时间,使之无穷大(T→∞);

步骤6:设想逐渐减少对象的作用时间,使之无穷小(T→0);

步骤7:设想增加对象的成本,使之无穷大(C→∞);

步骤8:设想减少对象的成本,使之无穷小(C→0);

步骤9:修正现有系统,重复步骤2~8,并得出解决问题的方向。

这些试验或想象在某些方面是主观的,很多时候它取决于人的主观想象力、问题特点及其他一些情况。然而,标准化地完成这些思考,能够有效消除思维定式。

下面是利用STC算子法的应用实例。

海锚是船只锚泊设备的主要部件,用铁链连在船上,抛到水底,可以使船停稳。但对于吞吐量几万吨甚至几十万吨的巨型船只,海锚显得没有那么可靠。海锚的安全系数一般是指海锚提供的牵引力(系留力)与其自身重量之比。一般不低于10~12吨(例如,世界最出名的军舰锚和马特洛索夫锚在其自重为1吨时锚的系留力为10吨)。但是,这种理想效果只有当海底是硬泥的时候才能达到。如海底是淤泥或者岩石,锚爪是抓不住海底的。怎样才能明显提高海锚在海底的系留力呢?

我们按照STC算子提供的步骤,一步步来给出答案。

●步骤1:明确现有系统及问题。

目前存在的问题是,船的自重不断提高,这就要求海锚所产生的自留力也必须成倍地增加。该技术系统由海锚、船只、绳索等组成,超系统包含海岸、海底物质、海水等。研究对象是海锚。

“海锚”的特点能使人立即联想起一些特定的解决方式,比如,可以增加锚爪数量、做一些其他形状的锚爪、增大锚的重量等。因此在解决问题的过程中,我们克服思维定式最简单有效的办法就是不使用那些专业术语。尽量使用那些不具有具体含义的词:如“事物”“东西”“对象”等,从功能的角度描述研究对象,如我们“需要能系留一百吨重的船只的物质”“什么东西能够固定住一百吨重的船”。

利用专业术语可以准确地将已知和未知的东西区分开来。可是当已知和未知间没有明显界限,思维角度更趋向于未知的时候,就应该放弃使用术语了。如果题目中没有“锚”这个术语,那么也就没有“锚爪”的概念了。

●步骤2:明确现有系统在时间、尺寸和成本方面的特性。

现有系统由船、锚等组成,超系统有海水、海底等,系统及超系统的参数将随着STC算子的改变而改变。为了找到新的思路,首先需要对发生变化的成分(船)进行一些调整。假设船身长100米,吃水深10米(船的尺寸表示为100米/10米),船距海底1 000米,锚放到海底需1小时的时间,需要找到产生质变的参数变化范围。

●步骤3:设想逐渐增大对象的尺寸,使之无穷大。

尺寸→∞。船与锚是相对的关系,尺寸特性可以从相对的两个方面考虑,海锚尺寸的增大和船只尺寸的缩小。如果海锚尺寸无限增大,船的尺寸缩小,即缩小为原来的1/1 000,变为10厘米/1厘米,是否能解决问题呢?想到如果这样,船太小了(像木片一样),缆绳(如细铁丝一样)的长度和重量远远超过了船的浮力,船将无法控制或沉没。

●步骤4:设想逐渐减小对象的尺寸,使之无穷小。

尺寸→0。考虑海锚尺寸的缩小和船只尺寸的扩大。如果海锚的尺寸无限缩小,把船的尺寸增大,即增加为原来的100倍,变为10千米/1千米,那么问题解决了吗?这时,船底已经接触到海底了,也就不需要锚来固定了。这一夸张的设想其实是很有启发的,常规思维我们是不会这样想的。按照这个思路再想想,把这一特性的质变运用到普通的船上将是什么情形?于是我们可以得出这些设想:一是可以把船固定到冰山上,二是船停靠的时候下部灌满水,三是船体进行分割,将船的一部分脱离开并沉到海底,四是船下面安装水下帆,利用水起到制动的作用等,这些想法可以为解决问题提供方向。

●步骤5:设想逐渐增加对象的作用时间,使之无穷大

时间→∞。设想让锚下沉时间无限长,当时间为10小时的时候,锚下沉得很慢,可以很深地嵌入海底,设想如同打下扎到海底的桩子。有一种旋进型的锚(已获得专利的振动锚)就是这样的,如用电动机的振动将锚深深地嵌入海底(系留力是锚自重的20倍),但这种方法不适用于岩石海底。

●步骤6:设想逐渐减少对象的作用时间,使之无穷小

时间→0。如果把锚下沉的时间缩短,缩减为原来的1/100,会如何呢?这就需要非常重的锚,或者除重力外,能够有其他力量来推动锚的运动,使它能够快速降到海底。如果时间减为1/1 000,锚就要像火箭一样投下去。如果时间缩短为原来的1/10 000,那么只能利用爆破焊接,将船固接到海底了。按这个思路,可以考虑为锚增加动力装置,也可以考虑利用某些状态的变化将锚“粘”在海底。

●步骤7:设想增加对象的成本,使之无穷大

成本→∞,如果允许不计成本,那么可以使用特殊的方法和昂贵的设备。利用白金锚,利用火箭、潜水艇、深潜箱等工具来完成需要达到的目标。

●步骤8:设想减少对象的成本,使之无穷小

成本→0。如果不允许增加成本,或者仅有很小的成本,那么必须利用免费资源。在该问题中海水是免费的资源,同时也可以无限满足于系统的要求。可以利用海水来达到系留的功能,或者是改变海水的状态来完成功能。

经过上述思考,该问题的最终解决方法:用一个带制冷装置的金属锚,锚重1千克,制冷功率50千瓦/小时,1分钟内锚的系留力可达20千克,10~15分钟内达1 000千克。