发明问题解决理论，即TRIZ理论，是基于研究技术系统发展客观规律的理论。我们把由该理论的创始人G.S.Altshuller和合作伙伴于1946年至1986年间主导开发的理论内容称为“经典TRIZ”，把1986年之后由他的学生继续研究开发所提出的新内容称为“现代TRIZ”。现代TRIZ极大地丰富了经典TRIZ的内容，弥补了经典TRIZ在问题分析方法和专项应用工具上的不足，经概括，大致可以分为以下4类：1）分析工具，有功能分析、因果分析、资源分析和流程分析等；2）理论分支，有SIT，ASIT，USIT，WOIST，I-TRIZ和OTSM-TRIZ等；3）专用工具，有进化树、定向进化和预期失效分析等；4）计算机辅助创新软件，有GoldFire，IWB和Pro/Innovator等。
其中，有关“进化树”这种专用工具最早是于2006年被提出的，它是由G.S.Altshuller的学生Nikolay Shpakovsky等人根据经典TRIZ中技术系统进化路线的发展而提出来的，实质上是一种处理技术信息和专利信息的工具。
本文研究的是，如何利用“进化树”这种专用工具，整理和序化纷繁复杂的信息，以进化路线为枝干画出结构化的信息地图即进化树，寻找图中技术系统在进化过程中被遗漏的变化方案，对产品进行创新设计，预测技术系统的发展方向，并进行专利规避。
1 经典进化路线与进化树
1.1 经典TRIZ的进化路线
通过研究和对比多种技术系统的发展方向，G.S.Altshuller提出了八大技术系统进化法则。其中有系统处于生存阶段的系统完备性法则、系统能量传递法则和系统可控性协调性法则，还有系统处于发展阶段的子系统不均衡进化法则、向超系统进化法则、向微观级进化法则和提高动态性法则，始终贯穿这7个法则的是提高理想度法则，它代表着所有技术系统进化的最终方向，是推动系统进化的主要动力。
在经典TRIZ的表述中，技术系统进化过程的一种形式表现为各条进化路线都是从系统的某一个起始点开始进化，另一种形式表现为以时间为序系统沿着一条接一条的进化路线不断地发展和进化，分别如图1和图2所示。
图1 经典TRIZ技术系统中从某一点起始排列的进化路线
图2 经典TRIZ技术系统中有序排列的进化路线
1.2 进化树
进化路线表现的是系统发展变化作用的过程，这些作用是按照一定顺序进行的，即每一个后续变化的过程都与前一个变化的结果之间存在着一定的关系，通常情况下，只有在前一个变化完成、相应条件建立起来以后，后一个变化才能继续进行，这就确定了这些进化路线的分布具有一定的等级性。据此，新的路线可从进化开始后的任何点以及任何变化方案开始。因此如果将进化过程用树状形式描述，则能更准确地反映出技术系统本身及其组件发展进化的实质，可以使技术系统进化的变化方式变得直观与清晰。
1.2.1 进化树的组成
在进化树中，树的“树干”是某一条从技术系统初始方案出发的进化路线，在“树干”上标出每一个代表物体方案的开始点，然后从每一个点开始可以画出第2层次的侧向进化路线，形成树的“树枝”，进化树中每一个后续层次，都是在前一层次路线的基础上建立起来的。按照这种规则建立起来的路线总和，就组成了进化树结构。
Nikolay Shpakovsky细化了经典TRIZ的进化路线，采用了基于进化路线来整理技术系统的客观信息的方法。他提出把这些经细化后的进化路线作为进化树中的“树干”和“树枝”，它们分别是：从单系统向双和多系统转变、系统组件裁剪、系统扩展一裁剪，物体的分割、物体的几何进化、物体内部结构进化、物体表面特性进化、动态化、提高系统元素的可控性、提高系统元素作用的协调程度。以上10条被细化了的进化路线主要描述的是系统的物质性元素——物质、场和力的发展。
原则上任意一条进化路线都可以作为进化树中的“树干”，但是Nikolay Shpakovsky认为，进化路线中系统或组件变化最有意义的是“物体分割进化路线”，根据这条进化路线，系统首先被分割成两部分，然后是多个部分、粉末状、液体、气体、场和真空等。从本质上讲，物体分割的进化路线是系统从宏观向微观层次的跃迁，根据这条路线所得到各个系统方案之间存在着实质性差别，能得到有效资源利用。因此，他倾向于把“物体分割进化路线”作为进化树的“树干”，确定为构建其余多条进化路线的起点。
为了挑选合适的进化路线作为进化树中的“树枝”，需先要搞清以下2个问题：一是通过资料查阅和信息汇总构建进化树，该技术系统的发展过程以及在此过程中系统或组件都遵循了哪些进化路线；二是将构建的进化树与眼前最先进的分类体系（专利法例）对应，以便进行策略型的专利布局，保持本企业作为专利权拥有者的竞争优势。
一般我们从其余的9条进化路线中，从兼顾以上2个问题的角度来挑选合适的路线作为“树枝”，沿着“树干”越往上细分成“树权”，发生变化的系统其可控性能、动态性能和协调性能等性能参数则应表现得越理想。进化树的结构示意如图3所示。
图3 现代TRIZ中技术系统的信息进化树结构示意图
1.2.2 进化树的构建
首先，通过收集资料，选择一条主要的进化路线作为进化路线的第1层次（即进化树的“树干”），将带有被研究对象相应信息的卡片放置到该进化路线中的相应位置；再确定按照建立物体变化方案的动态化路线作为第2层次（即进化树的“树枝”）的进化路线。如果信息显示没有这个可能，则分析并挑选一些将来可能演变到的动态化的路线：如单一双一多系统路线、组件裁剪路线和扩展一裁剪路线等。同时，需要检查信息是否具备能够建立起描述物体形状变化、表面特性和内部结构变换作为第2层次进化路线的可能性，其中包括几何进化、内部结构进化和表面特性进化。搭好了进化树的初步框架以后，检查信息在分割路线、单一双一多系统进化路线和组件裁剪路线之后，建立第3层次（即进化树的“树杈”）的动态化路线的可能性，沿着动态化进化路线，在进化树中有特征并且重要的位置上，建立起提高协调性和可控性路线。最后，对信息进行补充性搜索，对进化树的结构作出补充和确认，完成对整个系统信息进化树的构建。
在构建进化树时，应遵循以下2个原则：
1)物体动作变化的完整性
在一条已经被确定了的进化路线中，信息资料应该能体现出该物体在此进化途中发生连续变化后的结果与表现．如果“断点”太多，则表示这条路线不适合被选人当时的进化树中，或者，沿着这条进化路线可能会得到很多新方案。
2)物体动作变化的等级性
所有作用在系统组件上的动作都是按照一定顺序完成的，只有在前一个动作完成相应条件建立起来、资源得到了保障之后，后一个变化动作才能进行。
1.2.3 进化树的作用
进化树就像作战时指挥员所使用的战区地形图，利用这种分析和处理信息的专用工具，可以直观地表达出技术系统进化规律的路线，能帮助企业掌握技术系统发展的全貌，预测研发产品的前景，对商业战略作出抉择，提出技术系统实现创新的主要方案，规避竞争对手的专利，最终建立起自己的专利保护伞。
从解读进化树这张图中，设计者可以通过对其中的某一条进化路线进行完整性分析，可能会找到系统或组件在该进化路线中漏掉的一些变化方案，据此可以进行产品新方案的设计；还有，当发现进化路线的最后部分没有被填满时，则表明在那里隐藏着有发展前景的方案，有可能成为新的产品设计方案。
2 进化树应用于立式滚筒洗衣机柔顺剂供给装置
2.1 柔顺剂供给装置的工作过程
滚筒式洗衣机的工作程序是固定的：1)洗涤前先撒入洗衣粉，往滚筒内专门的容器中倒入柔顺剂；2)滚筒低速旋转进行洗涤动作；3)滚筒高速旋转进行第1次脱水；4)滚筒低速旋转进行第1次漂洗；5)滚筒高速旋转进行第2次脱水；6)添加柔顺剂，滚筒低速旋转进行第2次漂洗；7)滚筒高速旋转进行第3次脱水，停机。
现有柔顺剂供给装置的工作程序如下：1）洗涤前把柔顺剂注入1号槽；2）开始第1次脱水时，由于滚筒高速旋转产生较强的离心力把柔顺剂甩到靠近滚筒外壁的2号槽；3）在第1次漂洗阶段，柔顺剂从2号槽由于重力的作用缓慢流到水平位置比较低且离滚筒外壁稍远的3号槽；4）当滚筒开始第2次脱水时，柔顺剂被离心力的作用甩到和3号槽处于相同水平线的靠近滚筒外壁的4号槽．4号槽底部有小孔，当滚筒转速变慢进行第2次漂洗时，柔顺剂就流到了洗衣筒里。4只槽的俯视图如图4(a)所示。
图4 柔顺剂供给装置
这个装置结构简单，功能明显，没有任何外加部件，柔顺剂的运动轨迹完全借助洗衣动作完成，可以认为这是个接近理想化的方案．但是很遗憾，它已经被竞争对手申请了专利保护，只有购买专利许可才可使用，这时就会想到专利规避方面的问题。
2.2 柔顺剂供给装置的专利特征
为了规避专利，需要确定该专利的特征。
通过分析柔顺剂加入过程可知，为了能在滚筒一次快速旋转时间内将液体移位，需要这样一个装置，它有4个按照一定规则分布的腔体：1号槽位于离滚筒外壁稍远的位置；2号槽位于与1号槽在同一水平面靠近滚筒外壁的位置，适于液体因离心力作用而流动的方向；3号槽比2号槽低，位于离滚筒外壁稍远的位置，适于实现液体因重力作用往低处流动；4号槽位于与3号槽处于同一水平面的靠近滚筒外壁的位置，同样适于液体因离心力作用而流动，整个柔顺剂的运动轨迹如图4(b)所示。
2.3 柔顺剂供给装置的进化树和专利规避新方案
为了产生专利规避新方案，对现有的柔顺剂供给装置进行快速分析，在进化树上找到解决方案，图5为产生创新想法的柔顺剂供给装置进化树的局部。图中在第2层次“动态性进化路线”中，系统沿着不可控制→手动控制→半自动控制→自动控制的路线往前进化，其中在其进化路线的末端建立起第3层次“系统组件裁剪进化路线”。当前市场上滚筒洗衣机柔顺剂供给装置正处于该进化路线的起点，而在该进化路线的末端找到了供给装置的创新设计想法。另外，根据该路线的提示可知，将来可能会有一种更新的供给装置，该装置中柔顺剂用量能随着洗衣筒内水量多少自动调节。
另外，由第2层次为“物体的几何进化路线”提示，柔顺剂原有线性流动方式可能转变为曲线化流动方式，此信息帮助我们产生了把装置设计成三角棱柱形空腔的新想法，该棱柱能随着洗衣机的工作频率产生旋转，腔体内柔顺剂的运动方式为曲面化。
因此，将腔体位置的排列方式进行改变，同样保持与滚筒的旋转方向之间存在协调性，得到了装置的创新设计方案。新方案的结构更加简单，便于加工制造和清洁维护，因此更胜一筹。
图5 柔顺剂供给装置进化树局部
新方案为：把原专利中柔顺剂的4个腔变成一个有缺口的三角棱柱，该棱柱沿中轴被水平固定在滚筒内壁的两端，棱柱能随着柱轴自由翻转，该棱柱的3个顶点分别标记为A，B和C点，A处缺口是柔顺剂的加入口，也是柔顺剂的流出口，安装时，A点靠近滚筒中心，B点靠近滚筒外壁，C点处柱壁比B点处稍厚（其壁厚的质量控制在远低于柔顺剂质量的范围内），保证不装柔顺剂时C点能够垂在最低处。洗涤前柔顺剂通过A处缺口注入三棱柱体，由于重力的作用会聚集在C处。当滚筒高速旋转进行第1次脱水时，由于离心力的作用柔顺剂被甩到了B处，滚筒低速旋转进行第1次漂洗时，由于重力的作用三棱柱的B处会旋转到最下方，柔顺剂也相应聚集在此处。当滚筒高速旋转进行第2次脱水时，由于离心力的作用柔顺剂被甩到了有缺口的A处，但是由于筒体正高速旋转，所以柔顺剂不会往下流，会聚集在简体壁上的某处。等到简体转速降低、开始第2次漂洗时，柔顺剂此时会顺着筒壁流进水里，完成加入的动作．最后在低速漂洗阶段，由于重力作用C点又旋转到了最低处．柔顺剂的运动轨迹如图6所示。
图6 专利规避后的柔顺剂供给装置
通过查阅资料绘制出系统的进化树，并分析系统的进化规律，得到了新的技术解决方案，给出了新的规避现有专利的可能性。
3 结语
随着人们对创新设计思想以及创新工具的不断研究，TRIZ创新理论与方法研究越来越被人们所重视。本文中介绍了Nikolay Shpakovsky提出的进化树这一信息处理专用工具，作者运用该工具，提出了立式滚筒洗衣机中柔顺剂供给装置的创新设计新方案，实现了规避现有专利的可能性。
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