1、当前 TRIZ 实践应用中若干问题及对策方法 郑尧 李建芳 北京慧达创新科技有限公司 摘 要： 从 TRIZ 创新方法自身角度, 详细分析了其在企业实践应用中的主要问题及原因。根据分析结果, 针对性地提出了“精细化创新”的应对策略, 并提出一种新型的、用以实现“精细化创新”的具体方法 系统分析导图。通过与目前TRIZ 使用的系统分析方法对比, 详细介绍了系统分析导图的使用方法和优点, 并分别展示了其在机械、电气、液压专业领域的具体应用实例。应用结果表明, 系统分析导图是一种可以用于 TRIZ 企业创新实践、可以帮助 TRIZ 克服当前主要应用问题、可以为 TRIZ 工具提供强有力技术支撑的有效
2、方法。关键词： 发明问题解决理论; 精细化创新; 系统分析导图; 实践; 问题对策; 作者简介：郑尧 (1971-) , 男, 甘肃武威人, 北京慧达创新科技有限公司, 技术总监, 高级工程师, 工程硕士, 研究方向:技术创新及创新管理。收稿日期：2017-04-06Problems and Countermeasures in Practice Application of TRIZZHENG Yao LI Jian-fang Wisdom Innovation Technology Limited Company; Abstract： In this paper, Problems in
3、practice and causes are analyzed in detail on TRIZ itself angle.According to results, a corresponding countermeasure named Fine Innovation is proposed, and a new type of specific methodSystem Analysis Map, which used for Fine Innovation, is introduced.By contrast with systemic analysis method used i
4、n TRIZ at present, the implementation approach and advantages of System Analysis Map are illustrated in detail, and three cases applied in Mechanical area, Electrical area and Hydraulic area are showed respectively.The result indicated that System Analysis Map is a useful, practical and effective me
5、thod, which can be used in TRIZ to overcome major problems at present.Keyword： TRIZ; fine innovation; system analysis map; application; problems and countermeasures; Received： 2017-04-06TRIZ (发明问题解决理论) 源于前苏联, 是一种科学、系统、高效的创新方法理论、方法工具集, 自上世纪 40 年代诞生以来, 已在国内外得到了广泛认可和应用1。2008 年 4 月, 科技部等四部委联合发布了关于加强创新方法
6、工作的若干意见, 自此, TRIZ 开始在我国得以大面积推广应用并取得了丰硕的成果。据不完全统计, 2008 年以来, 超过 5 000 家企业开展了创新方法培训, 参加培训的技术、管理人员超过 10 万人, 共解决企业难题 6 万多个, 企业申请专利 2 万多项2。但是, 不可否认, TRIZ 在企业具体实践中也暴露出很多问题:企业参加 TRIZ 培训的学员经常的反馈是:“老师讲得激情四射, 学员听得热血沸腾, 但回到企业解决问题时却不知如何使用”3。从企业实践结果上看, “TRIZ 对于企业的技术竞争能力提升贡献不显著, 没有给予创新活动足够强的技术支撑”4。“多数企业尚未建立推动创新方法
7、工作的长效、可持续发展机制, 狗熊掰棒子现象普遍存在”2。TRIZ 在企业推行的典型情况如图 1 所示4。目前, 对于 TRIZ 在企业推广应用中的困境与问题, 国内专家大多把原因归结为企业创新意识不强、扶持政策、制度环境不完善以及缺乏专业人才等外部宏观条件的制约, 5-7而较少对于 TRIZ 方法本身开展深入的检讨和研究, 但不应回避的是, TRIZ 方法本身及其在国内的使用方式存在着很多问题和缺陷, 难以满足当前中国企业现实的技术创新需要, 也正是由于这些自身问题, 在很大程度上造成了 TRIZ 难以在企业推广应用、难以形成长效机制的困境。图 1 TRIZ 在企业推行的典型应用情况 下载原
8、图本文将根据当前国内企业 TRIZ 实践应用的具体情况, 就实践中 TRIZ 理论自身存在的问题与不足展开分析, 并提出相应改进对策与方法。1 现状分析1.1 实践中的主要问题1) 应用范围窄、应用层次浅、应用水平较低, 难以满足企业创新的现实需要。目前, 国内对于 TRIZ 的研究和应用依然主要集中于解决机械类技术问题, 而较少涉及解决液压、电子、电气、生化、医药等较为抽象领域的技术问题。尽管近年来, 在非机械设计领域的 TRIZ 研究论文逐渐增多, 分别见有利用 TRIZ 理论对企业管理、商业运营、电子设计、园林设计、生物医学、仓储物流等领域内技术与管理问题的研究5, 但与传统机械领域的研
9、究相比, 仍然只占了微不足道的比例;且大多以对 TRIZ 工具的简单套用为主, 缺乏对应用过程的详细阐述和与成果的严密关联性;国内外相关的书籍、论文等资料中也缺乏解决此类问题较为完整、令人信服的案例。从解决问题的具体类型来看, TRIZ 擅长解决结构、集成等静态特性问题, 而对于状态变化、信号转换、过程、工艺等动态特性问题, 则明显缺乏有效的工具和方法。有鉴于此, 企业在开展 TRIZ 理论培训、咨询时, 咨询机构在事前需要先行从是否适合 TRIZ 角度对企业课题加以筛选。从利用 TRIZ 产生的成果来看, 目前, 国内企业的应用大多仍停留在较浅层次, 由 TRIZ 工具产生的大多为概念性方案
10、, 缺乏为进一步生成深入、具体的可实施技术方案提供指导, 方案难以落地, 距离实际应用, 仍有大量次生问题待解决。国内研究者大多把 TRIZ 定义为概念设计工具, 而很少将 TRIZ 用于指导技术设计过程, 当前对 TRIZ 的使用方式难以有效挖掘和解决深层次具体矛盾, 致使TRIZ 应用与企业研发脱节、难以有机结合。从 TRIZ 的使用情况来看, 国内应用大多仍处于较低水平, 技术人员多是针对较为表浅的现象或问题直接套用 TRIZ 工具, 缺少深入、具体、细致的分析, 所提方案也大多较为空泛、模糊、甚至很多仅仅是一些愿望和假想, 脱离实际技术条件、脱离企业现实的技术创新需要。正是由于 TRI
11、Z 在企业应用的上述问题, 造成 TRIZ 对于提升企业的技术竞争能力贡献不足, 当前 TRIZ 的实践不能给予创新活动足够强的技术支撑, 难以满足企业现实的创新需要。2) 难于理解、难于掌握、难于使用。目前, 国内对于 TRIZ 的推广应用重理论、偏学术, 强调对 TRIZ 经典概念、工具的理解和规范使用。TRIZ 理论自有一套独特的语言系统和工具集, 术语多、概念多, 且定义抽象、边界模糊, 与工程技术语言逻辑存在较大差异, 造成技术人员理解上的极大困难;求解过程中强调形式化描述以及规范的求解模型和流程, 加之建模工具手法单一、僵硬, 很难清晰表述不同专业领域、不同类型问题的各种复杂作用关
12、系。实践中, 常会导致技术人员纠结于如何去满足各种形式化、规范化的要求, 而无法将重点关注于解决问题本身, 从而造成难以掌握和利用 TRIZ 工具去进行有效的技术创新活动。管理大师德鲁克先生在创新与企业家精神中论及创新原则时谈到:“创新若要行之有效就必须简单, 如果它不够简单, 就无法操作。”TRIZ 作为一种对于广大中国企业还显陌生的新型创新方法, 理论过于学术化、教条化, 使用过于复杂化。TRIZ 要在中国企业得以真正落地, 它应当定位于“为企业服务”, 它必须根据中国企业自己的现实状况和现实需要加以改进和完善, 而不是相反。1.2 问题分析现代 TRIZ 理论包含两大工具集分析问题工具
13、(包括:系统分析 (功能分析/组件分析) 、因果分析、资源分析等) 和解决问题工具 (包括:矛盾分析、创新原理、物-场分析、进化理论等) 。8分析问题工具主要是借鉴其它相关领域研究成果和方法, 如系统分析 (功能分析/组件分析) 来自于价值工程;解决问题工具主要来源于阿奇舒勒先生的经典 TRIZ 理论。其中, 解决问题工具是对人们解决问题的一般性规律和方法的系统性总结, 具有普适性, 可用于指导解决各技术领域创新问题。分析问题是技术创新的基础, 分析问题的广度、深度和方式在很大程度上决定了最终的技术创新水平。一般情况下, 面对现实中各种复杂的技术问题, 人们并不可以直接运用 TRIZ 解决问题
14、工具得到满意的方案, 而是首先需要对该复杂问题进行深入、具体、细致的分析, 在分析中发现突破口, 再反复、综合使用各种解决问题工具, 并结合专业技术知识才能最终找到满足现实需要的创新方案。从当前 TRIZ 在中国的实践情况来看, 现行分析问题工具的不足与缺陷, 特别是系统分析存在的问题, 是造成 TRIZ 应用困难的一个根本性原因, 其薄弱的分析能力不能为各种 TRIZ 解决问题工具提供有力支撑, 严重制约了 TRIZ 工具发挥其应有的作用。现具体分析如下:1.2.1 TRIZ 系统分析来源及发展系统分析是 TRIZ 实践中使用的最重要的一个分析工具, 目前主要采用“功能分析/组件分析”方法
15、(下称“功能分析”) 。功能分析来源于价值工程 (VE) , 最初由美国通用电气公司工程师 L.D.迈尔斯于 1947 年提出, 1971 年 Betheway又提出了功能系统分析技术 (FAST) 。早在 1978 年底, 功能分析方法即随价值工程进入中国, 基本上是改革开放以来第一批被引入国内的管理技术。然而, 由于诞生于机械时代, 随着技术进步以及现代企业的发展, 功能分析和价值工程在实践中越发暴露出的许多问题, 其中, “面对复杂系统采用过于简约化的分析技术, 造成原理和实践的脱节, 应是一个关键的深层原因。”9由此, 其在国内外的应用推广也遇到了很大困难和阻力, 价值工程在中国的发展
16、更是经历了一个从早期繁荣到如今整体衰落的过程。9-11价值工程和功能分析在中国的实践表明, 简单照搬西方已然陈旧的方法和观念不能满足中国企业现实的需要。1.2.2 TRIZ 系统分析的缺陷与不足正如功能分析在价值工程实践中的表现一样, “面对复杂系统采用过于简约化的分析技术”这个先天不足依然是造成 TRIZ 系统分析能力薄弱的关键原因, 其具体表现在:1) 机理分析不清, 难以对问题做出全面、深入、具体的分析。功能分析仅从系统构成、组件功能定义角度对技术系统加以研究, 而对“如何完成功能”缺乏细致研究, 缺乏对与问题相关要素的分析, 如性能、属性、状态、过程、运行条件等, 无法对技术系统的运行
17、机理、问题产生机理、复杂作用关系做出全面、深入、细致、准确的描述。在实践中, 技术人员常常仅能对当前系统做一个粗浅分析, 无法为后续利用 TRIZ 工具产生创新方案提供有效帮助。以 2016 年第四届全国“TRIZ”杯大学生创新方法大赛工艺改进类特等奖作品“基于 TRIZ 的冶金旋涡卷渣控制系统”为例12。课题背景:该课题主要解决钢水浇注过程中会出现漩涡现象, 从而造成卷渣影响连铸钢坯质量的问题。其进行功能分析如图 2。图 2 旋涡卷渣控制系统功能分析图 下载原图从专业角度看, 该功能分析过于简约化, 严重缺乏细节, 无法看清钢包工作的具体情况、无法看清漩涡和卷渣产生的机理, “功能”描述很不
18、严谨、很不完整, 仅能粗略描述钢包出钢的常识性信息及表面现象, 缺少大量重要信息, 技术人员难以据此找到解决问题的有效突破口。该功能分析虽是大学生作品, 但却具有相当的典型性, 反映出目前国内使用功能分析的普遍现象。2) 过程分析不清, 适用范围狭窄。功能分析擅长静态结构分析, 而短于动态过程分析, 适用范围较窄。功能分析基于功能, 落脚于找出“作用载体”、“作用受体”之间的作用关系, 其思想带有典型的机械力学特征, 擅长对于机械系统的静态结构进行分析和描述;而对于液压、电学类、生化、软件、材料等关注状态/参数变化、流程/过程、信号/信息传递等动态性问题的分析明显缺乏有效手段。目前, 在国内外
19、相关书籍、论文、专利资料中, 罕见对上述领域技术问题 (如电路、液压控制等) 进行功能分析的案例, 在少有的几篇 TRIZ 电气应用论文中, 如华南理工大学在此方面的探索, 也没有使用功能分析的例证, 论文中主要采用在专业分析的基础上直接使用 TRIZ 解决问题工具 (如, 创新原理) 的方法。133) 分析方向存在较大漏洞。功能分析侧重于对技术系统内部组件功能的分析, 而忽略了对系统作用对象、外部条件的研究。现实中的创新, 常常是针对具体的环境、特定的条件/约束和对象的特征提出相应的解决方案, 如果不针对它们的特点进行具体分析, 技术创新则难免纸上谈兵, 无法产生真实有效的创新成果。4) 难
20、于理解、难于掌握、难于应用。目前在功能分析/组件分析的使用中, 专属名词多、概念多, 且定义抽象、边界模糊;建模方法工具单一、僵化, 强调形式化描述, 在实践中, 常会导致技术人员纠结于如何去满足各种形式化、规范化的要求, 而无法将重点关注于解决问题本身, 造成技术人员理解困难、难于掌握、难于应用。综上所述, 来源于价值工程的功能分析方法并不是适合于指导技术创新的有效分析方法, 它难以为 TRIZ 解决问题工具提供有力的支撑, 严重制约着解决问题工具发挥其应有的作用, 迫切需要加以大力改造和完善。1.3 对策方法企业现实的技术创新常常面对的是复杂技术问题和复杂技术系统, 技术创新的关键首先在于
21、对复杂问题和系统的深入分析, 实践表明, 过度简约的分析方法并无助于打破惯性、开拓思路, 反而会造成分析的空洞化, 只会使创新停留在脱离实际的概念层面。要克服当前 TRIZ 在企业应用中的诸多问题, 关键在于“精细化创新”, 即:1) 为企业技术人员提供一种适用于各专业领域、各类型技术问题的精细化分析方法;2) 在该分析方法的引导和帮助下, 技术人员可方便、高效地对复杂问题/系统进行具体、深入、全面的分析, 即“精细化分析”, 以梳理清楚系统或问题的运行机理、发生机理、关键要素 (构成、属性、参数、状态、条件等) 以及各种复杂的作用关系;3) 在精细化分析的基础之上, 帮助技术人员发现具体、深
22、层次的问题、矛盾、关键突破口以及资源, 并可持续利用 TRIZ 多种解决问题工具 (如:矛盾、创新原理、物场模型等) 进行有针对性、具体的改进, 提出具有实用价值、满足现实需要的创新方案, 即实现“精细化创新”;4) 精细化创新不仅仅只用于指导产品概念设计阶段, 而是需要深度融合在技术设计阶段, 指导解决技术设计阶段中存在的各种矛盾和问题。基于以上分析, 本文根据多年 TRIZ 企业实践的经验, 并借鉴当前系统分析方法的研究成果, 提出一种可以广泛适用于工程技术领域的、基于 UML (统一建模语言) 的新型图形化系统分析方法“系统分析导图”, 以帮助技术人员利用 TRIZ 工具开展高效的技术创
23、新活动。2 系统分析导图所谓“系统分析导图”, 是一种于基于 UML (统一建模语言) 的新型图形化系统分析方法, 技术人员可以在技术系统或问题发生逻辑的引导下, 利用灵活、丰富的标准图示、符号手段, 通过逐层深入的方式, 将复杂技术系统或问题的机理、构成、动作/过程/状态、属性/参数、发生条件以及复杂作用关系等关键要素加以系统性地、清晰地描述和梳理, 并帮助技术人员快速定位问题环节、发现可用资源, 从而为利用 TRIZ 解决问题工具产生创新方案奠定基础。2.1 UML 简介Unified Modeling Language (UML) 又称“统一建模语言或标准建模语言”, 始于 1997 年
24、, 最初应用于面向对象软件开发领域。UML 因其简单、统一的特点, 而且能表达设计中的动态和静态信息, 目前已成为可视化建模语言的工业标准。14UML 从考虑系统的不同角度出发, 通过对象图、状态图、活动图等, 从不同的侧面对系统进行描述, 并将这些不同的侧面综合成一致的整体, 便于系统的分析和构造。本文“系统分析导图”是基于 UML 建模的核心思想、方法和图示工具, 并结合功能分析的部分特点而提出一种新型系统分析方法, 其分析结果可作为 TRIZ 各种解决工具 (如, 矛盾分析、物-场分析等) 入手的基础。UML 符号系统标准、简洁、灵活、表现手段丰富, 符合技术人员的认知和思维逻辑, 更易
25、于被企业技术人员掌握和使用。2.2 方法对比2.2.1 建模思想对比功能分析以技术系统为核心, 以功能 (或作用) 为研究对象, 对组件、超系统、系统作用对象及其相互作用关系进行描述。功能分析本质上是解决“它是干什么的”问题。系统分析导图以“活动”为核心:所谓“活动”, 即一个系统完成功能或人们完成某种任务都是通过一系列的活动而实现的, 比如:发动机完成一个循环的做功、控制器通过采集、变换、运算、再变换、输出以完成一次数据处理、人们经过一系列的操作以完成一次 ATM 机取款等等。活动是系统分析导图的基本单元 (注:活动单元采用三栏格式进行相关信息描述, 见下图 3) 。图 3 活动单元图 下载
26、原图系统分析导图可以在活动发生的自然逻辑引导下, 帮助人们梳理清楚实现功能 (完成任务) 所经历的一系列活动, 并以图示符号展示其之间的各种复杂关系 (如:串、并、条件、转移、配合等) , 从而清晰展示系统工作的机理, 并能找出活动中的关键要素 (如:对象、动作/操作、属性、条件等) , 并且可以根据分析的需要, 进一步对关键活动单元进行更深一层的分析。从本质上讲, 系统分析导图不仅需要知道“它是干什么的”, 更需要理清“它是怎么干的”。实践应用中, 技术人员不必再纠结于概念、功能定义是否合适等诸多形式化要求, 而只需按照实现功能 (或完成任务) 的自然发生逻辑, 将其过程抽丝剥茧、完整、细致
27、地分析清楚, 做到对系统的精细化分析。唯有此, 技术创新才不会仅停留在表浅的概念层面, 技术人员才不会再茫然毫无头绪, 才会真正找到解决问题的突破口, 提出切实、有效的创新方案。系统分析导图符合工程技术的普遍发生逻辑, 可以广泛适用于解决各专业领域、各类型技术问题。2.2.2 案例对比下面, 以“降低机械手夹钳故障率”问题为例, 对功能分析和系统分析导图建模加以比较和说明。1) 分析过程对比。课题:降低机械手夹钳故障率。图 4 机械手夹钳结构图 下载原图问题简介:机械手夹钳是用来夹持钢坯, 要求在液压缸的作用下具有良好夹持力和可靠性, 并且能够适应热钢坯及炉内高温的工况, 保证稳定的性能, 但
28、在使用中会发生频繁掉钢 (钢坯掉落) 故障。该课题属于 TRIZ 典型应用问题, 工程师进行功能分析, 如图 5 所示。图 5 对于整个系统的分析机理模糊、关系不清, 存在很多疑问, 无法找到有效解决问题的入手方向, 比如:图 5 机械手夹钳功能分析图 下载原图a.机械手夹钳具体怎样松开或夹紧钢胚? (完成哪些动作?过程?) b.拉杆如何拉紧钳爪?拉紧力如何产生?和液压油缸的驱动力有什么关系?c.短连杆是如何传递夹紧力的?这个夹紧力如何产生?d.钳臂如何驱动钳爪?为什么会“驱动力不足”?e.掉钢故障和钢胚的特性 (如大小、规格、形状、重量、温度等) 有没有关系?下面采用系统分析导图对机械手夹钳
29、进行系统分析, 如下图 6 所示:图 6 机械手夹钳系统分析导图 下载原图图 6 主要采用活动图。根据系统分析导图建模思想, 技术系统完成工作主要由一系列相关的活动/动作或子任务所组成, 绘制活动图即是按照这些活动/动作/子任务发生的顺序和关系以可视化符号的形式清晰表达出来。从起始到结束, 只需沿着图形顺序 (并非只是串行顺序, UML 可表达出各种复杂的实际顺序关系) , 即可清楚看到该任务/功能/流程的完成过程。活动图中的每一个活动单元由三栏信息加以描述, 以“短连杆”活动单元为例, 对功能分析与系统分析导图加以对比, 如下图 7。图 7 短连杆节点分析对比图 下载原图在功能分析中, 工程
30、师仅仅列出了短连杆向钳臂“传递夹紧力”的作用, 可是, 短连杆具体怎样传递夹紧力?夹紧力从哪里产生?有哪些关键影响因素?等等这些问题一概不清, 模型过于简约化, 缺失大量重要信息, 因此工程师也无法相应找到改进的突破口、提出具体、切实的创新方案。而在系统分析导图的引导下, 工程师可以梳理出:短连杆在液压油缸的左右直线往复推/拉下, 其自身铰接于钳臂, 做沿扇形圆弧轨迹的往复摆动, 将来自油缸的推力分解成沿钳臂轨迹切线方向的分力, 该液压分力与短连杆的长度、短连杆圆弧轨迹半径及圆弧轨迹扇形角密切相关, 该分力是液压推力、长度、圆弧半径、扇形角的函数。由此, 不难看出, 要解决掉钢问题, 短连杆的
31、长度、它在钳臂上的铰接点位置以及钳臂与支座铰点位置等都是工程师可以利用的入手点和资源, 可以利用TRIZ 各种解决工具进行改进和创新。当然, 上面仅以短连杆活动节点为例, 通过活动图, 可以轻松找到许多影响问题的关键点, 并有针对性地去构造出有效的解决方案。2) 创新过程对比。根据图 5 机械手夹钳功能分析图, 直接利用 TRIZ 解决问题工具 (如:裁减、矛盾、创新原理、物场等) , 工程师可以找到的入手点非常有限, 且可入手的问题点非常表浅, 没有挖掘出问题背后的深层要素, 因此, 即使利用解决问题工具, 大多也仅能构造一些粗泛的、偏概念性、创意性方案, 距离企业应用要求偏差较大。根据系统
32、分析导图的结果, 工程师可较为轻松地找到解决问题的突破口, 利用TRIZ 多种解决问题工具, 构造出满足企业现实需要的、不同创新层级水平的解决方案。以“短连杆”活动单元为例 (见图 7) , 由前述分析已知, 短连杆是影响“掉钢”问题的一个关键要件, 其中决定短连杆是否工作良好的关键要素包括:动作方式、长度、轨迹半径、轨迹扇形角、支点位置等。为了解决“掉钢”问题, 技术人员可以尝试对上述关键要素进行改变 (注:创新即意味着对旧有状态加以改变) , 改变的方法可有多种选择, 如:可直接裁减、改变运行方式、可直接利用创新原理等;也可利用变化中的各种矛盾 (技术矛盾/物理矛盾) , 比如增加短连杆长
33、度, 虽可改善抓紧力, 但却恶化短连杆强度 (技术矛盾) 、对于长度要求的物理矛盾等, 再利用 TRIZ 创新原理或分离方法加以解决, 从而可以提出满足企业需要、切实可行的技术创新方案。由上述可知, 解决问题的方法可以很多、很灵活, 而创新的关键在于分析, 没有对系统/问题的精细化分析, 人们无法找到有效解决问题的突破口和可以利用的资源, 解决问题工具也只能是“空中楼阁”, 无法发挥其应有的作用。3 系统分析导图应用长期以来, TRIZ 被认为不擅长解决非机械系统问题的分析, 采用系统分析导图进行分析, 可以大大增强 TRIZ 解决各领域、各类问题的能力。3.1 电气问题以“单相半波可控整流电路”为例, 该电路原理图如图 8 所示15。图 8 单相半波可控整流电路图 下载原图该电路主要通过对晶闸管 VDZ 的控制, 实现将变压器原边的交流输入转换为电阻 R 两端的直流输出。现在需要针对该电路转换效率过低的问题进行创新改进, 如采用功能分析方法, 则很难对该问题进行系统分析, 现采用系统分析导图建模, 如图 9。
