TRIZ與六西格瑪集成的創新方法框架與模式研究

□邵云飛 謝健民 唐小我 [電子科技大學 成都 610054]

TRIZ與六西格瑪集成的創新方法框架與模式研究

□邵云飛 謝健民 唐小我 [電子科技大學 成都 610054]

企業創新，方法先行，科學的創新方法是企業提升自主創新能力的基礎和保障。TRIZ作為科學的創新方法已受到學術界和企業界的高度重視，然而仍有其不足。本文在深入考察相關文獻的基礎上，發現六西格瑪(6σ)管理模式可以與之相互補充。由此，文章分析了TRIZ與六西格瑪(6σ)集成的依據；構建了TRIZ與六西格瑪(6σ)集成的框架；探討了TRIZ與六西格瑪改進（IFSS）的主要模式DMAIC的集成，以及TRIZ與六西格瑪設計（DFSS）的主要模式DMADV的集成；并對后續的研究進行了展望。創新方法的研究對建設創新型國家有著重要的理論價值和現實意義。

TRIZ；六西格瑪；管理模式； 創新方法

引言

提升企業自主創新能力已經成為關系我國經濟結構調整、經濟增長方式轉變的重要戰略任務，而科學的創新方法是提升自主創新能力的基礎和重要保證。創新方法是指在創新的過程中，創新主體針對待解決的問題，分析問題、形成新設想、產生新方案、解決問題的系統性方法、策略和手段。

主要的創新方法包括遠古階段的“探索法”；近代的“試錯法”、“形態分析法”、“頭腦風暴法”、“綜攝法”、“5W2H法”、“檢核表法”、“屬性列舉法”、“TRIZ”；現代的中山正和法、信息交合法、六頂思考帽法、公理化設計等[1]。常用的一些創新方法，例如試錯法是一種普通的非正式的解決問題的方法，是人們根據一定的經驗，在問題空間內進行搜索，以達到問題解決的一種方法。形態分析法通過對問題的不同組合關系，可以得到若干個方案，分析每一個方案是否可行，篩選出最佳的方案，這是一種探索多維的非定量復雜問題的可行方案的方法。頭腦風暴法通過召開專家會議，使與會者自由思考，暢所欲言，互相啟發，從而引起思維共振，并產生組合效應，誘發更多的創造性思維?？梢钥闯觯霸囧e法”、“形態分析法”、“頭腦風暴法”這些傳統創新方法更多依賴心理因素，具有很大的無序性、隨機性和偶然性。而TRIZ是對人類創新活動規律和原理更深入更系統的揭示，是認識和推動人類創新活動的一個突破性成果，為企業進行創新活動提供了堅實的理論和方法基礎。但是，大量的工程實例表明，TRIZ的出發點是借助于經驗發現設計中的沖突，沖突發現的過程也是通過對問題的定性描述來實現的，而六西格瑪(6σ)的兩種主要管理模式DMAIC和DMADV能夠很好地發現創新主體待解決的問題并準確描述。所以，將TRIZ與六西格瑪集成作為一種創新方法進行研究具有重要的理論意義和現實意義。

目前，國內外學者對此已有探索，Elena A.Averboukh等認為將TRIZ與六西格瑪(6σ)集成可以作為一個非常強大的工具來大大削減企業運行的成本，可以更為準確地找到企業矛盾的根源[2-5]；企業和六西格瑪黑帶（6 sigma Black Belts）在實施六西格瑪(6σ)項目時融入TRIZ的先進工具，可以更有效地加快創新和提高產品/工藝改進或（重新）設計的效率；Michael S.Slocum和Amir H.M.Kermani認為成功地融合TRIZ與六西格瑪能夠克服缺乏問題解決方案的缺陷，實現企業技術創新[6]；Amir H.M.Kermani指出在實施六西格瑪的各個環節都有可能出現問題[7]，Michael S.Slocum和Amir H.M. Kermani等認為不同的TRIZ工具可以與DMAIC的不同階段進行集成[6-8]；羅振璧，朱耀祥給出了用TRIZ改進DMAIC各個階段的機遇[9]；Haiyan Ru, Haibo Ru,HuangChao給出了將TRIZ與DMADV集成來解決問題的框架[10]；顧青峰研究了TRIZ在六西格瑪設計（DFSS）當中的應用[11]；南新艷，王志陵研究了將TRIZ和六西格瑪應用于產品的概念設計[12]。這些研究主要從宏觀的角度探討了TRIZ與六西格瑪集成的作用以及利用TRIZ如何來改進六西格瑪，尚缺乏對TRIZ與六西格瑪(6σ)的兩個主要的管理模式DMAIC、DMADV之間的集成研究。

因此本文在深入考察相關文獻的基礎上，分析了TRIZ與六西格瑪(6σ)管理模式集成的依據，構建了TRIZ與六西格瑪(6σ)管理模式集成的框架，研究了TRIZ與六西格瑪(6σ)改進（IFSS）的主要模式DMAIC的集成，研究了TRIZ與六西格瑪設計（DFSS）的主要模式DMADV的集成并對文獻[10]提出的框架進行了修正。

一、TRIZ與六西格瑪集成的依據

TRIZ是前蘇聯著名發明家Altshuller及其合作者在分析大量專利的基礎上，總結出的各種技術發展進化遵循的規律模式及解決各種工程矛盾的創新原理和法則[13]。六西格瑪(6σ)管理是尋求同時增加顧客滿意和企業經濟增長的經營戰略途徑，是使企業獲得快速增長和競爭力的經營方式。它不是單純的技術方法的引用，而是全新的管理模式。推行該模式的最終目的，就是通過設計并監控流程，使可能的失誤減少到最低限度。企業將可以做到質量與效率最高、成本最低、流程的周期最短、利潤貢獻率最大、全方位顧客滿意。將二者進行集成可以從以下角度分析，一方面，TRIZ能夠彌補六西格瑪管理模式的缺陷，另一方面六西格瑪能夠彌補TRIZ的不足。

（一）TRIZ的視角

TRIZ具有系統的創新方法和工具，其理論體系包括九個部分：八大進化法則；最終理想解；40個發明原理；39個工程參數和矛盾矩陣；物理矛盾的分離原理；物場模型分析；發明問題的標準解法；發明問題標準算法（ARIZ）；物理效應和現象知識庫等[16]。利用TRIZ的這些方法和工具實現創新的流程圖，如圖1所示。

圖1 運用TRIZ實現創新的流程圖

利用TRIZ實現創新的過程可描述為：首先分析待解決的問題，使用39個通用工程參數中和該問題相適應的參數來表述待解決的問題，將一個具體的問題轉化為TRIZ問題；其次確定該TRIZ問題是技術矛盾還是物理矛盾，如果是技術矛盾，就利用矛盾矩陣從40個發明原理當中找到相適應的原理，如果是物理矛盾，就利用分離原理來確定相適應的發明原理；最后，通過發明原理來找到具體問題的解決發案，并對方案進行評估，如果方案滿意可行，就執行該方案，如果方案不可行，就重復所有步驟，直到找到滿意可行的方案為止。

（二）六西格瑪(6σ)的視角

六西格瑪(6σ)是一套管理制度,在過去20年里,逐漸從使用統計工具改善流程為重點演變成一套全面的企業管理系統。六西格瑪(6σ)已經成為一個提高質量、降低成本、提高客戶忠誠度以及增加利潤的代名詞。六西格瑪(6σ)的管理方法主要涉及兩個方面,一個是六西格瑪流程改善(IFSS) ，另一個是六西格瑪設計(DFSS)。六西格瑪流程改善采用的主要模式是DMAIC，六西格瑪設計采用的主要模式是DMADV。

實施DMAIC的主要目的是通過對過程的考察，用數據分析方法，以“財務指標”作為評價標準，找出流程中需要改進項目或機會，通常每個六西格瑪項目就是一個DMAIC循環。DMAIC包括五個階段：界定或定義（define）階段，對項目、流程以及客戶認為的關鍵因素進行定義；測量（measurement）階段，確定當前流程的缺陷率，用數據精確地定義會出現的問題以及出現這些問題的條件；分析（analysis）階段，分析數據、創建詳細流程圖，以找到問題的根本原因并提供改進的機會；改進（improvement）階段；專注于分析階段確定的根本原因，同時進行概括、選擇、設計和改進試點；控制（control）階段，重點是通過創建一個有效的系統來管理流程的運行以鞏固所獲得的成果。

DMAIC流程所能取得的改進成果有時候是有限的，當過程的西格瑪水平接近5時，進一步改進的空間就變得狹窄，很難達到6西格瑪的改進目標，所以在這個時候企業為了獲得更好的業績，就應該放棄原來的流程，對原流程進行重新設計，這種重新設計的方法就是六西格瑪設計（DFSS）。六西格瑪設計主要采用的模式是DMADV模式，該模式主要適用于流程的重新設計和對現有產品的突破性改進，五個階段分別為：定義階段（define）、測量階段（measure）、分析階段(analysis)、設計階段(design)、驗證階段(verify)。

（三）TRIZ與六西格瑪(6σ)集成的視角

從圖1所示的流程可以看出，TRIZ有很好的解決問題的方法和工具，但是對具體問題的描述和分析沒有合適的方法和工具，是依靠人們的經驗總結,通過對問題的定性描述來實現的。所以，為了更好地運用TRIZ對企業實施創新，迫切需要和其他的方法或工具進行集成來解決這一問題，而六西格瑪(6σ)的兩種主要管理模式DMAIC和DMADV能夠很好的發現創新主體待解決的問題并準確描述。因此，可以將TRIZ與六西格瑪(6σ)管理模式集成作為一種科學的創新方法來實現創新。

在實施六西格瑪項目時，可以通過DMAIC和DMADV兩種主要的管理模式準確地找到流程當中存在的問題，但是這兩種模式沒有給出解決這些問題合適的工具。通過將TRIZ與六西格瑪(6σ)管理模式的集成，可以提高六西格瑪項目實施的效率，六西格瑪(6σ)所使用的方法和TRIZ的比較[8]，如表1所示。

表1 六西格瑪解決問題方法與TRIZ方法的比較

二、TRIZ與六西格瑪集成的框架

基于以上兩個角度的分析，六西格瑪管理模式能夠很好地發現流程當中所存在的問題，告訴人們應該進行創新，但是在創新過程當中合適的方法和工具尚需探索，而TRIZ理論具有系統的創新方法和工具，但是對問題的準確描述卻沒有合適的方式，更多的是依靠人們的經驗總結。所以，將TRIZ與六西格瑪(6σ)融合可以解決創新當中“做什么”和“如何做”的問題。

根據本文分析的TRIZ與六西格瑪集成的依據，將二者集成的框架，如圖2所示。

根據該框架，一個創新問題解決的過程可以描述為：首先采用DMAIC模式，在這一階段對問題進行定義、測量、分析直到進入改進階段，如果在改進階段問題得以解決，則轉到控制階段，如果通過改進還是無法滿足要求，就轉到采用DMADV模式。在DMADV模式中，如果在A（分析）階段，需要突破性的方案，則進入TRIZ，將用六西格瑪管理模式描述的問題轉換成TRIZ問題，使用TRIZ的40個發明原理；39個工程參數和矛盾矩陣；物理矛盾的分離原理；物場模型分析；發明問題的標準解法；發明問題標準算法（ARIZ)；物理效應和現象知識庫等方法和工具找到問題的解并實現后，再回到D（設計）階段，最后驗證，整個問題的解決過程就此完成。

在構建了TRIZ與六西格瑪(6σ)管理模式集成的框架之后，TRIZ可以與DMAIC；TRIZ可以與DMADV分別進行集成來實現創新。

圖2 TRIZ與六西格瑪(6σ)管理模式集成框架圖

三、TRIZ與六西格瑪集成的模式分析

企業在實施六西格瑪(6σ)管理時，各個環節都有可能出現問題。在界定或定義（define）階段出現的問題有：可能對顧客需求、喜好等缺乏了解,低估可能在解決主要問題時出現的次要問題,故障／失效分析不夠全面完備等。在測量（measurement）階段主要的問題有：測量系統缺乏足夠的準確性；數據收集和測量活動耗費過多的時間等。在改進/設計（improvement/ design）階段的主要問題是缺乏有效的和創新的改進構想、或者缺乏有競爭力的設計。驗證/控制階段（verify/control）階段主要問題是潛在失效模式分析缺乏系統性和全面性。在這些階段容易出現的問題不僅會造成延遲，而且導致返工，從而增加了劣質成本(COPQ)。反復收集構想、不斷開會討論、大量甄別篩選資料信息以及測量和分析等活動也都降低了進一步展開六西格瑪項目的總體接受和支持水平。正因如此，迫切需要采用其他有效的分析方法工具和六西格瑪(6σ)進行集成，來彌補六西格瑪管理模式各個階段的不足。

（一）TRIZ與DMAIC的集成

不同的TRIZ工具可以與DMAIC的不同階段進行集成[6,8]。以下進行具體討論：

定義(define)階段包含三個關鍵要素:對問題的描述; CTQ(Critical-To-Quality ) 品質關鍵點;顧客認為存在的缺陷。定義階段是開始一個六西格瑪項目的關鍵，因為要準確描述所要解決的問題或者需要改進的流程。但是這些需要改進的流程通常是比較模糊的，通過CTQ對這些流程進行定義是非常困難的，描述出來的問題有可能是不準確的，這就造成了DMAIC后面的階段無法進行或者朝著錯誤的方向發展。TRIZ理論當中的ARIZ（發明問題解決算法），IFR（最終理想解）等工具可以和定義階段的三個要素結合來對需要改進的流程或存在的問題進行更為準確的定義。

測量（measure）階段主要是通過審查資料和收集數據去量化當前流程的所有要素，以明確當前流程的運行狀況。有些要素有時候是不能或者很難被量化，因為通常要量化這些要素會很費時費力。所以可以運用TRIZ理論當中的5級76個標準解法來幫助解決這一問題。

分析（analysis）階段通過分析數據、創建詳細流程圖以找到問題的根本原因并提供改進的機會。這一階段的關鍵是分析各個變量之間的關系，以找到哪個變量是關鍵變量。通過分析這些變量，如果只改變哪些關鍵變量而使其它的變量保持不變的話是很困難的，因為這些變量之間總是存在關聯的。許多黑帶大師嘗試利用統計數據和優化技術，比如數學建模，線性或非線性規劃去解決這個種問題，但是TRIZ的“矛盾沖突矩陣”工具可以更好地解決這一問題，通過找出沖突區，然后著重于解決根源矛盾。

改進（improvement）階段專注于分析階段確定的根本原因，同時進行概括、選擇、設計和改進試點，試圖用最好的方式來改進流程，達到最好的質量。這一階段通常用的方法是試錯法，頭腦風暴法等，這些方法通常比較費時費力，不夠系統，容易忽略系統廣闊的邊界。TRIZ理論是系統的方法，通過“八大進化法則”、“最終理想解”等工具，來改進流程當中每一個需要改進的地方，來是流程達到或接近理想效果。

控制（control）階段是通過創建一個有效的系統來管理流程的運行以鞏固所獲得的成果。創建這個系統的關鍵是預測當流程改進以后如果失敗了，能夠找到造成這個流程失敗的根源并能夠解決這個問題。TRIZ理論當中的預期失效分析(Anticipatory Failure Determination,AFD)工具能夠通過反向思維將失效問題轉化為發明問題。

用TRIZ改進DMAIC各個階段的機遇，如表2所示。

表2 利用TRIZ改進DMAIC的機遇

（二）TRIZ與DMADV的集成

圖3 TRIZ與DMADV集成框架圖

DMAIC流程所能取得的改進成果有時候是有限的，當過程的西格瑪水平接近5時，進一步改進的空間就變得狹窄，很難達到六西格瑪(6σ)的改進目標，所以在這個時候企業為了獲得更好的業績，就應該放棄原來的流程，對原流程進行重新設計，這種重新設計的方法就是六西格瑪設計（DFSS），六西格瑪設計的主要模式是DMADV。

每個新產品都是根據市場需求而開發的。作為六西格瑪設計而言，企業首先是把市場需求轉化為產品信息(性能、外觀、成本等)，然后轉化為設計研發信息(功能、外觀、零部件等)。但是，設計出來的產品還必須具有可生產性，因而設計的信息將由工程部轉化為生產信息(如生產工藝等)，最后生產出來的產品由相關部門進行質量控制，也就是說需要有質量控制標準。所以在這一系列過程中，都會產生一定的偏差，導致最后生產出來的產品不能滿足最終客戶(市場)的需求。因此，在DFSS提出的DMADV方法論中，TRIZ可以更多地用來設計滿足某項功能的實現，即把產品的信息轉化為設計信息[11]。

在DMADV模式的A（分析）階段，主要工作是產生一個全新的概念，也就是方案設計，此階段決定了新設計出來的產品是否具有創新性和競爭力。在這一階段設計者如果仍然采用傳統的創新方法，比如試錯法和頭腦風暴法，不但效率低下，而且往往難以產生出創新性的產品概念來。而概念設計階段，正是DMADV中最關鍵的同時也是最薄弱的環節[15]。TRIZ的工具恰恰能夠更好地進行概念設計，在這一階段，也是TRIZ和六西格瑪集成最緊密的階段[12]。本文對Haiyan Ru, Haibo Ru, HuangChao[10]等人給出的TRIZ與DMADV集成的框架圖進行了修正，如圖3所示。

在DMACV的測量（measurement）階段，主要是用來確定當前流程的缺陷率，用數據精確地定義會出現的問題以及出現這些問題的條件，如果在這一階段需要突破概念設計則需要確定在減少成本、質量創新、生產創新、設計新的概念當中什么是最大的問題，然后借助TRIZ的方法和工具來解決問題。

四、結束語

本文分析了TRIZ與六西格瑪(6σ)集成的依據，構建了TRIZ與六西格瑪(6σ)集成的框架，進一步研究了TRIZ與六西格瑪改進(IFSS)主要模式DMAIC的集成，以及TRIZ與六西格瑪設計（DFSS）主要模式DMADV的集成，并對Haiyan Ru, Haibo Ru,HuangChao[10]等人提出的TRIZ與DMADV 集成的框架圖進行了修正。

在構建了TRIZ與六西格瑪(6σ)管理模式集成的框架之后，TRIZ可以與DMAIC；TRIZ可以與DMADV分別進行集成來幫助企業實現創新，并用這些方法來指導企業創新活動，由此可以提升企業的技術創新能力。例如可以用于流程的重新設計和對現有產品的突破性改進，以加快企業員工創造發明的進程、幫助企業提高技術創新的效率，更有效地進行技術創新。同時，將TRIZ和六西格瑪(6σ)管理模式的集成作為一種創新方法不僅應用于產品的概念設計，而且應用于管理創新、組織創新等方面。六西格瑪(6σ)不僅能夠發現產品的質量管理流程存在的問題，是否能夠發現政府部門、學校、服務行業、企業職能部門管理流程所存在的問題，尚可做進一步的探索。而TRIZ理論作為一種創新方法，不僅能夠解決機械設計所遇到的問題，通過對40條原理進行拓展和開發新的矛盾沖突矩陣結合TRIZ理論的其他工具，同樣能夠解決職能部門管理流程所存在的問題。

后續我們將從以下方面做進一步的研究。通過建立TRIZ與六西格瑪集成的模糊算法來明確用戶的需求，選擇最優的工具和產品設計方案。創新的服務對象是針對用戶，TRIZ與六西格瑪(6σ)集成的核心內容也是用戶的需求，在客觀世界及工程領域中，普遍存在著模糊現象，用戶的需求就具有很大的模糊性。這樣就可以針對不同行業用戶的需求特點，通過模糊數學將用戶需求進行分類，轉化為工程術語，并且確定各項需求在產品設計開發中的重要性。此外，TRIZ發明原理的選擇和產品設計方案選擇都帶有很大的模糊性，可以應用模糊數學將其過程明晰化，這樣能夠更好地確定矛盾沖突矩陣當中發明原理的選擇和選擇最優的設計方案。

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編輯 何 婧

Research on the Frame and Model of Innovation Methods of TRIZ and Six Sigma Model Integration

SHAO Yun-fei XIE Jian-min TANG Xiao-wo
(University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 610054 China)

The advanced study of innovation has got a high degree of attention at home and abroad. As an innovative method, TRIZ and Six Sigma integration has been researched by many domestic and foreign scholars.The article analyzes the foundation and framework of TRIZ and Six Sigma integration, and focuses on the integration of TRIZ and both management model of DMAIC and DMADV. On the basis of the analysis at home and abroad, the article anticipates the management, organizational isnnovation and applied research in different industries which are based on integration of TRIZ and Six Sigma management model.

TRIZ; Six Sigma; management model; innovative method

F270

A

1008-8105(2010)06-0001-06

2010 - 07 - 18

科技部科技基礎性工作專項項目“技術創新方法集成研究與推廣應用”（2007FY140400）；教育部新世紀優秀人才支持計劃（NCET-08-0094）資助

邵云飛（1963 -）女，電子科技大學經濟與管理學院教授，博士，博士生導師；謝健民（1981 -）男，電子科技大學經濟與管理學院博士研究生.