随着中国的迅速发展，很多行业已经站在了世界的前沿。然而随着逆全球化趋势的显现，特别是这次疫情，割裂与脱钩此起彼伏。制造业，特别是高端装备制造业受到的冲击不小。如何将高端装备制造业做大、做强？唯有自主创新！随着春暖花开，科研创新的春天也到来了。
高端装备制造业是整个国家技术水平的集中体现。在研发过程中，存在大量的技术难题。当面对这些技术难题的时候，是手足无措？是想办法获得竞争对手的情报？还是引入科学的方法，解决技术问题呢？面对这些技术上已经很超前的高端装备，如何科学的预研下一代产品呢？笔者希望通过本系列文章介绍一种科学的方法论，促进研发效率的提升。本文重点谈如何解决重点疑难课题。
1.高端装备制造业在竞争什么？
高端装备制造业的竞争，本质上是一些核心技术环节研发水平的竞争。我们以大炮与炮弹的技术发展为例，看看什么是核心竞争力？
在大炮刚被发明的早期，主要是炮膛里装药，再放入炮弹，如图1。这种发射方式是依靠炮弹、炮膛形成一个相对狭小的临时空间。发射时，利用这个狭小空间里的爆燃对炮弹产生一个巨大的推力，从而使炮弹射出。
在这个时期，工业水平还比较低，炮弹和大炮的尺寸控制还不够好，也没有公差的概念。在发射炮弹的时候，炮兵需要用卡尺测量炮弹的直径，如果太小，则不能形成封闭空间，推力不足，炮弹射不远；如果太大，可能出现卡壳的情况，并造成炸膛。
后来，有人做一个简单的改进，在炮弹后端加一个木垫。这样改进以后，在爆燃过程中，木垫在火药高速反应的时候有助于形成短时间的封闭空间，增加炮弹的推力。经过测试，推力大约能增加30%左右。
在二次世界大战时，为英国服务的比利时科学家拉迪斯劳斯佩穆特受到这个案例的启发，发明了脱壳弹，解决了大口径炮发射小直径穿甲弹的问题。有兴趣的朋友可以阅读《武器改进背后的规律》（完整版）。
我们可以从上述案例看出：很多国家都会设计大炮和炮弹，但要想设计出高技术附加值的产品，则需要在关键问题上有所突破。而关键技术问题的研发水平，才是研发实力的集中体现。这些核心的技术问题就是：发明问题！而这一类问题往往有共通的规律及系统解决方法。
从技术史的角度来看，解决这些矛盾的方法却始终没变，只是在不同的时间被不同的发明家用来解决了不同的矛盾！
2.高端装备面临的三类卡脖子问题
上文我们已经分析过，高端装备制造过程中，核心的竞争在于发明问题的解决。而在发明问题中，重点是三类卡脖子问题：原理可行性、工艺可行性、原理的迭代。接下来我们分别举例说明，先说原理的迭代。
2.1原理的迭代
有些设计的改进和优化靠原有的原理的改进和调整是不可能完成的。在这种情况下，我们需要原理的跃迁来完成产品的概念设计。原理的跃迁往往是发明级别比较高的创新，而这类创新往往都不是利用本行业、本领域的原理和方法完成的，这就需要有效的借鉴其他领域的知识和方法来完成本领域的技术创新。请看如下案例。
一个产品原来的设计如图2，喷嘴喷出的水可以喷到目标物上。但是由于设计的改进，挡板会周期性的运行到水喷射的路径上。如图3：
当阻挡物周期的运行到水喷射的路径上，水就不能够喷射到目标物上了。在这种环境下，又不能使用有形的导流物，如导管等，那么我们如何利用原理的迭代，实现水“自动”的“绕过”障碍物，喷射到目标物上呢？这类问题也是发明问题解决理论（TRIZ）中的一部分内容，即使用科学原理和效应，完成原理迭代，实现系统功能。
我们通过功能的拆解可以找到一个“V+O”的模型，再基于这个模型，在专利、文献和论文中寻找（有条件的可以使用计算机软件）各个行业里实现同一功能的所有方法，选择成本和技术要求符合本产品，且在进化路径上属于更高级别的技术方案。例如，该课题要求不用管子，还能使得水流具有产生绕过障碍物的特性。基于这个条件，可以使用水载波的特性，如图4（甲）变为图4（乙）：
上图是通过给水施加24赫兹正弦波后，水在没有管子等引导物的情况下，达到了“自行绕过”障碍物的效果。这个案例是典型的利用其它领域，新的科学效应解决本领域技术难题的例子。
在当前纷繁复杂的知识系统面前，任何人的知识都是“严重不足”的。对于企业的竞争也是如此，通过各个行业、各个领域的技术方法解决本企业的问题；通过企业长时间的技术积累来解决技术问题；用科学的方法来解决技术问题是高端装备制造业当前面临的新挑战。
2.2工艺可行性
以下案例是笔者一个学员的课题：某型号薄壁件内部喷有高温防护涂层，具有良好的高温化学稳定性、抗冲刷性和隔热性等特点，但是涂层本身材质较软，在装配及试车后经常出现涂层脱落情况，导致薄壁件涂层面露出了零件本体，严重影响了整机的试车寿命及性能。如图5类似图片：
上述问题要求薄壁件的涂层既要厚，从而增强工件的抗冲刷性和隔热性，但是又要求薄壁件涂层薄，从而获得更好的附着力，如下所示。从工艺角度来讲，涂层既要厚又要薄，这就是缺乏工艺可行性。但是，这个工件，国外就能做出来，但我们做不出来。显然，我们没有解决这种工艺可行性的方法。这类问题就是TRIZ工具发挥作用的时候。
薄壁件涂层的厚度要厚，以便增强抗冲刷性和隔热性
但是
薄壁件涂层的厚度要薄，以便提高涂层的附着力。
这种问题是典型的一个参数两个互斥需求。解决这个问题只有四种方法：时间分离、空间分离、条件分离和系统层次分离。在这个课题里，我们使用的是空间分离。
空间分离法：在涂层上下端面减少涂层的厚度以增加涂层附着力，在涂层中间大面部位增加涂层的厚度以提高零件效果。
2.3原理可行性
还有一类问题是原理上挑战极限，类似于崂山道士穿墙，把原来不可行的问题，变为可行的。我们来看一个案例，如图6：
第二次世界大战时 (1939 — 1945年),前苏联为防止敌军的船只登陆，通常在港口入口区域布雷，当时的布雷专家遇到了以下问题：
为了防止敌军船只驶入港口，港口区域通常布雷。但当自己军队船只出港驶入海域时，船上会装有水雷障碍。为准确地安装水雷，用钢索将一个重物与之连接，并甩入海中（水雷能像浮标一样漂游）。但因为海风和海水会将水雷推离原来的位置。因此在水下使用重物固定水雷并保证水雷一直处于指定位置（既不能让敌人发现水雷，还要保证自己的船只正常通行）。
敌人知道布雷后，采用了特殊船只-扫雷舰(minesweeper)。扫雷舰上有特殊装置-专用钢索，凭借它能安全地找到水雷，消除其危害性，如图7。因此：如何能让敌军的扫雷舰不发现水雷，使水雷停留在原地？
以上问题可以简化为如下问题：挂有重物的钢索A需牢固地与钩子相连。平面上有一根钢索B与其垂直相交，钢索B不停地运动。如何使钢索B持续运动，不切断钢索A,也保证自我完整？如图8：
这是课题要求两根钢索相交，但是要求两根钢索都不断，这也是原理上不可能。通过TRIZ方法解决这类问题，也是重要的一个方向。
这类问题都可以用一个“公式”来表述：
钢索要保持连续，以便实现其功能；
但是
钢索要断开，以便使得其他钢索通过；
上边的表述，清晰的表明了这个课题的关键是对同一个参数（钢索的连续性）提出了两个互斥需求。在发明问题解决理论里，解决这个问题就四种方式：时间分离、空间分离、条件分离和系统层次分离。在这里应用的是系统层次分离。详细解题过程请参考文末链接。图9：
大家可以看到上述几个案例多有不同，但背后都有相同的规律！接下来就让我们认识一下这个“相同规律”，看看什么是TRIZ方法吧！
4.什么是TRIZ方法
TRIZ 是“发明问题解决理论”的缩写，它是由前苏联工程师、发明家根里奇• 阿奇舒勒在研究了大量高级别发明专利的基础上，于 1946 年~1986 年总结出来的一套专门 用于解决工程技术问题的方法论。TRIZ 为工程技术人员提供了一系列分析、解决问题 的具体流程和方法，可以帮助工程师创造性地解决实际工作中遇到的技术难题。
经过半个多世纪的发展和完善，通过与其它工具与方法的结合，TRIZ 已经发展成为一种高效率的，专门用于解决工程技术问题的方法论。它不仅可以用于解决新技术、 新产品开发过程中遇到的问题，还可以解决原有技术系统中存在的技术缺陷。同时，它还可以预测技术系统的发展方向和趋势，为企业的技术研发指明方向。
TRIZ的理论体系如图10：
上面我们谈到的物理矛盾，就是该理论体系中分离方法这个解题工具的一部分；而解决水喷射问题的科学效应则属于效应库的一部分。我们在研发中，不管你学习不学习这种方法，其实，他都在不断的体现在我们的产品设计当中。
5. 高端装备制造业引入TRIZ方法的步骤
正如前文所述，高端装备制造业的竞争核心是关键技术的竞争，而这些技术的解决背后是有可以遵循的共同规律。高端装备制造业系统的引入TRIZ方法是对于自身研发能力提升的关键。我们可以参考如下模型，分步骤、分层次的引入科学的方法。如图11：
在引入TRIZ的过程中，企业可以先通过导入培训，初步了解这种方法，明确这个方法和自身工作的联系。在导入培训后，可以结合TRIZ方法，选择合适的课题，集中组织实战训练，解决一批重点课题，不断深入推进。如何开展实战训练，可以参考我之前的文章：《构建知行合一的TRIZ实训体系（完整版）》。
对于企业，部分较难的课题，特别是行业难题、卡脖子问题，可以引入技术咨询并逐步打造自身现代化的研发体系。对于研发水平的提升，特别是对发明问题的解决，重点要打造五个基础能力。如图12：
现代化的研发体系应该重点打造上述五个能力。因为篇幅限制，另文详细探讨。