魏鵬 張薈如 范志遠
摘 要:豐富創(chuàng)新方法和提高創(chuàng)新效率是加快創(chuàng)新成為時代推動力所需工作的主要內(nèi)容之一。為降低實際工程問題的解決難度,提高解決效率,彌補現(xiàn)有的問題解決方法在思路上對目標(biāo)性和實用性的欠缺,開拓一種導(dǎo)向化的新理念,本文以逆向思維切入,倡導(dǎo)目標(biāo)性創(chuàng)新思想,并結(jié)合現(xiàn)代國際TRIZ理論,創(chuàng)建基于TRIZ與逆向思維法的目標(biāo)性創(chuàng)新模型,并通過線切割機床的貯絲筒創(chuàng)新設(shè)計實例驗證了該模型的合理性。
關(guān)鍵詞:TRIZ;逆向思維;目標(biāo)性創(chuàng)新;模型
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.019
0 引言
創(chuàng)新理論及方法的發(fā)展日新月異,在技術(shù)創(chuàng)新方面,產(chǎn)生了漸進性創(chuàng)新(Incremental Innovation, II)等理念[1],盡管存在有越來越多的創(chuàng)新方法,但大多數(shù)創(chuàng)新設(shè)計者在解決工程領(lǐng)域內(nèi)遇到的實際問題時,仍缺少一定的目標(biāo)性和方向性,導(dǎo)致出現(xiàn)針對性較差,創(chuàng)新周期較長等現(xiàn)象。對于剛參與創(chuàng)新的設(shè)計者,其常進行簡單模仿性質(zhì)的“創(chuàng)新”,甚至難以尋求到問題解決的切入點。此外,部分設(shè)計者針對需解決的問題盲目“創(chuàng)新”,以手機產(chǎn)品為例,其以單純地增加產(chǎn)品所能實現(xiàn)的功能為導(dǎo)向,不考慮用戶對于產(chǎn)品功能的實際使用效果,造成產(chǎn)品的功能盈余,生產(chǎn)成本亦隨之增加,浪費資源。
由于設(shè)計者在創(chuàng)新過程中針對待解決的問題進行研究時,大都采用自身學(xué)術(shù)知識和工作經(jīng)驗積累,缺少對問題分析與解決的導(dǎo)向化工具,在創(chuàng)新過程中多出現(xiàn)上述的各種問題[2]。故有必要拓展一種新的問題解決思路,創(chuàng)建有導(dǎo)向化作用的模型,有利于提高解決實際工程問題的效率,增強目標(biāo)性。本文提出目標(biāo)性創(chuàng)新理念的同時,采用意大利洛倫佐·菲奧里內(nèi)斯基等學(xué)者對系統(tǒng)設(shè)計方法的拓展思路[3],將所用方法的各類優(yōu)點進行集合演變,以具有突破性的逆向思維法為切入點,結(jié)合現(xiàn)代國際TRIZ中工程系統(tǒng)進化趨勢理念以及問題解決的多樣工具,創(chuàng)建一種新的思考模型。
1 TRIZ與逆向思維法
1.1 TRIZ
TRIZ理論發(fā)源于1946年,俄文縮寫為“TRIZ”,英文為The Theory of Inventive Problem Solving,意譯為“發(fā)明問題解決理論”,其由前蘇聯(lián)工程師、科學(xué)家跟里奇·阿奇舒勒為首的研究者針對大量專利文獻進行研究、整理后的成果[4]。TRIZ理論揭示了發(fā)明創(chuàng)新的內(nèi)在規(guī)律和原理,其目標(biāo)是完全解決矛盾,獲得最終的理想解或問題解決方案。該理論中的功能分析、因果鏈分析、剪裁、功能導(dǎo)向搜索為順序的思路應(yīng)用較為廣泛[5],例如以功能分析為主導(dǎo)的小家電的設(shè)計研究過程,其作用突出[6],但上述思路多采用順序思維,設(shè)計者對關(guān)鍵問題不能很好地把握。
現(xiàn)代國際TRIZ理論分析和解決關(guān)鍵問題思路[7]模型大致如圖1。
1.2 逆向思維法
逆向思維是打破常規(guī)思路,對事物的相反面進行考慮,從而尋找問題解決思路的一種思維方式[8]。其具有普遍性、批判性、新穎性三大特點,分為反轉(zhuǎn)型、轉(zhuǎn)換型、缺點逆用型三大類型[9]。雖有研究者對逆向思維方法從可拓學(xué)的角度建立了形式化模型[8],但對于工程領(lǐng)域當(dāng)中的實際問題的解決而言,沒有很高的效率,需要對某領(lǐng)域的學(xué)科知識有一定的儲備。
逆向思維模型在面對目標(biāo)問題時,主要分析研究對象所涉及的相關(guān)事物,當(dāng)采用反轉(zhuǎn)型逆向思維法,要從其相關(guān)事物的功能、結(jié)構(gòu)、因果關(guān)系三個方面作反向思維來發(fā)現(xiàn)待解決的關(guān)鍵問題;當(dāng)采用轉(zhuǎn)換型逆向思維法,要從研究對象的側(cè)面入手,即同其結(jié)構(gòu)、功能等具有緊密聯(lián)系的側(cè)面事物的結(jié)構(gòu)、功能進行分析,進而發(fā)現(xiàn)問題;當(dāng)采用缺點逆用型逆向思維法,要從相關(guān)事物的優(yōu)缺點分析入手,重點突出其缺點對問題的影響程度,故本文針對上述逆向思維法的現(xiàn)有分類建立一種較為直觀的,容易理解的模型如圖2。
2 目標(biāo)性創(chuàng)新理念
基于引言中的分析與討論,本文提出一種具有針對性和導(dǎo)向性的目標(biāo)性創(chuàng)新(Targeted Innovation, TI)理念。其指在產(chǎn)品進化過程中需要針對產(chǎn)品的某一特定需求進行滿足的創(chuàng)新過程。待創(chuàng)新產(chǎn)品的需求主要為實現(xiàn)某種目標(biāo)功能,其技術(shù)進化過程多在衰退期之前。此理念強調(diào)在創(chuàng)新的過程中,首先要確定創(chuàng)新目標(biāo),發(fā)掘表面問題的關(guān)鍵源頭。如當(dāng)某機械設(shè)備出現(xiàn)抖動、噪聲等故障時,不是單純的解決表面故障,而是確定創(chuàng)新和改良的目標(biāo)是優(yōu)化功能還是調(diào)整結(jié)構(gòu)等,即確定關(guān)鍵問題,從而進行下一步工作。
3 基于TRIZ與逆向思維法的目標(biāo)性創(chuàng)新模型
經(jīng)上述分析,本文將逆向思維在思考問題時具有的突破性等優(yōu)點模型化后,結(jié)合TRIZ理論的工程系統(tǒng)進化趨勢、問題解決工具等,應(yīng)用在目標(biāo)性創(chuàng)新理念當(dāng)中,填補現(xiàn)有的技術(shù)創(chuàng)新中存在的不足,促進創(chuàng)新過程的導(dǎo)向化。其中在問題分析的過程中,采用五問分析法(5W)[10]。
本文模型具體應(yīng)用步驟如圖3。
步驟1:總結(jié)待解決的問題,即確定創(chuàng)新目標(biāo),通過“五問法”尋求目標(biāo)問題。
步驟2:對目標(biāo)問題運用“五問法”找尋對應(yīng)的研究對象。
步驟3:將研究對象做必要的市場調(diào)研后,進行工程系統(tǒng)進化趨勢分析,判斷其所處的趨勢層次,確定明確的方案取向。
步驟4:把確定的研究對象運用逆向思維模型(圖2)進行“五問法”分析,確定關(guān)鍵問題。
步驟5:將關(guān)鍵問題放入TRIZ理論的問題解決模型(圖1)。
步驟6:確定初步解決方案。
步驟7:將初步方案進行驗證,若方案不合理,需重復(fù)進行上述步驟,若合理則確定最終方案并實施。
4 工程實例
4.1 實例來源
盡管部分設(shè)計者解決難題時已具有導(dǎo)向化思路,但未形成較好的思路模型,下文將通過對往復(fù)式線切割機床貯絲筒創(chuàng)新設(shè)計[11]的實例,以模型的角度分析并加以驗證模型的合理性。
4.2 實例分析
運用本文模型對實際問題進行分析,其步驟如下:
步驟1:往復(fù)式線切割機床設(shè)計前存在貯絲筒換向時出現(xiàn)筒身扭曲等現(xiàn)象,通過“五問法”找尋目標(biāo)問題?!盀槭裁促A絲筒換向時造成以上問題?因為貯絲筒系統(tǒng)存在扭轉(zhuǎn)沖擊?!惫寿A絲系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)沖擊問題即為目標(biāo)問題。
步驟2:通過“五問法”找尋研究對象?!盀槭裁促A絲筒存在扭轉(zhuǎn)沖擊問題?因為貯絲筒系統(tǒng)存在某種弊端。”故研究對象為貯絲筒系統(tǒng)。
步驟3:調(diào)研詢問得知,其使用者多采用控制電機運轉(zhuǎn)或選用彈性聯(lián)軸器緩解問題。TRIZ理論的工程系統(tǒng)進化趨勢分析發(fā)現(xiàn),該系統(tǒng)為成長期向成熟期過渡,并向系統(tǒng)協(xié)調(diào)性進化趨勢發(fā)展,進而向提高價值進化趨勢發(fā)展。
步驟4:將貯絲筒系統(tǒng)代入逆向思維模型分析,可利用反轉(zhuǎn)型逆向思維法,對其現(xiàn)有結(jié)構(gòu)、功能、存在問題的因果關(guān)系作反向思考,產(chǎn)生問題的不一定是整個系統(tǒng),而是系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)構(gòu)。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成有電機、電機主軸、聯(lián)軸器、貯絲筒及其他。通過“五問法”分析,“為什么系統(tǒng)存在扭轉(zhuǎn)沖擊?因為電機將扭矩傳遞給了電機主軸。為什么扭矩傳遞到了主軸就會引起扭轉(zhuǎn)沖擊?因為主軸又將扭矩傳遞給了聯(lián)軸器,進而傳遞給了貯絲筒。為什么將扭矩傳遞給貯絲筒就會引起各類問題?從動量角度分析關(guān)鍵是因為貯絲筒的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計傳遞的力較大,引起扭轉(zhuǎn)沖擊的問題”,則確定關(guān)鍵問題。
步驟5:將關(guān)鍵問題引入TRIZ理論的問題解決模型,進行技術(shù)矛盾分析,確定待改善的工程參數(shù)為“物體產(chǎn)生的有害因素”,細致分析惡化的工程參數(shù)為“時間損失”或“強度”,對應(yīng)矛盾矩陣表查詢合適的發(fā)明原理為“15動態(tài)化”、“35物理或化學(xué)參數(shù)的變化”、“22變害為利”、“02抽取”。
步驟6:結(jié)合相關(guān)發(fā)明原理,確定初步解決方案為新設(shè)計的結(jié)構(gòu)可使得貯絲筒及其軸系能與系統(tǒng)內(nèi)其他部件的結(jié)構(gòu)分離,在進行反向轉(zhuǎn)動時可自適應(yīng)調(diào)節(jié)位置,吸收有害的能量沖擊。
步驟7:將初步設(shè)計方案進行試制檢驗,在DK7745機床上運行效果良好[11]。
往復(fù)式線切割機床貯絲筒創(chuàng)新設(shè)計的目標(biāo)性創(chuàng)新模型流程如圖4。
通過對往復(fù)式線切割機床貯絲筒創(chuàng)新設(shè)計過程在本文探討的模型中分析,該模型的合理性得到了相對客觀地驗證。
5 結(jié)語
本文在目前創(chuàng)新理論及方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合能夠打破常規(guī)思路的逆向思維法和TRIZ理論孕育出具有目標(biāo)性的創(chuàng)新模型,能夠幫助設(shè)計者,尤其是剛進入創(chuàng)新領(lǐng)域的新手,在面對部分難題時,避免思維上的局限,快速找尋目標(biāo)問題和研究對象,確定關(guān)鍵問題,進而運用TRIZ理論的問題解決方法,找到解決方案,提高實際工程問題的解決效率。通過對特種加工領(lǐng)域內(nèi)的線切割機床的貯絲筒創(chuàng)新設(shè)計過程進行分析,檢驗了本文所探討模型的合理性。
參考文獻:
[1]劉寶銘,孫建廣,檀潤華.TRIZ理論在破壞性創(chuàng)新中的應(yīng)用[J].科技管理研究,2010,30(21):1-4.
[2]任工昌,山旭.TRIZ與情景分解法在破壞性創(chuàng)新中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造工程,2018(08):16-19.
[3]Lorenzo Fiorineschi,F(xiàn)rancesco Saverio Frillici,F(xiàn)ederico Rotini,Marco Tomassini.Exploiting TRIZ Tools for enhancing systematic conceptual design activities[J].Journal of Engineering Design,2018,29(06).
[4]唐琳琳,王偉臻.TRIZ理論研究及應(yīng)用綜述[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2011,10(16):108-109.
[5]孫永偉.TRIZ打開創(chuàng)新之門的金鑰匙[M].北京:科學(xué)出版社,2015:20-22,191-197.
[6]朱秀娟,李克天.TRIZ理論和功能分析在小家電設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代制造工程,2016(08):95-100.
[7]趙敏,史曉凌,段海波.TRIZ 入門及實踐[M].北京:科學(xué)出版社,2009:290.
[8]李志明,楊春燕.逆向思維的形式化模型及其應(yīng)用[J].數(shù)學(xué)的實踐與認(rèn)識,2014,44(09):44-54.
[9]劉寶順,姜躍超,張軍雯.探究逆向思維法在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用[J].設(shè)計,2016(17):28-29.
[10]王琳.從豐田“五問法”看企業(yè)安全管理[J].吉林勞動保護,2016(04):43.
[11]黃兆飛,謝三山,王凱,趙武英.基于TRIZ的往復(fù)式線切割機床貯絲筒創(chuàng)新設(shè)計[J].機床與液壓,2018,46(07):97-101.
課題基金名稱:CBN/鐵基球形復(fù)合磁性磨粒制備機理及其難加工材料曲面光整性能研究;姓名:張桂香;編號:5167051462。
作者簡介:魏鵬(1998-),男,山東諸城人,本科在讀,主要研究方向:工程創(chuàng)新理論及方法、機械設(shè)計制造。
*為通訊作者