基于TRIZ理論的產品技術成熟度預測應用

鄭州大學 機械工程學院 袁 峰 朱 俊 陳江義

基于TRIZ理論的產品技術成熟度預測應用

鄭州大學 機械工程學院 袁 峰 朱 俊 陳江義

通過對多種歷史數據分析表明，技術進化過程有其自身的規律與模式，是可預測的。基于TRIZ理論的產品技術進化過程類似于物種的成長過程，要經歷嬰兒期、成長期、成熟期和退出期。在時間區域上表現為產品的特性參數沿S曲線的增長，該理論不僅能預測技術的發展，而且還能展現預測結果實現的產品的可能結構狀態，對于產品創新設計具有指導作用。現實中產品在技術系統進化過程所處的S曲線位置就是產品的技術成熟度所在的區域，預測當前產品技術成熟度的過程就是對產品技術成熟度預測。產品技術成熟度預測可以幫助現代企業認清楚自身技術的發展水平和發展潛力，審時度勢地進行自身和產品的技術創新，降低企業投資的風險，提高企業投資的效益，營造和保持企業在市場的競爭優勢。

一、TRIZ理論

當代產品技術的創新是促進企業利潤增長的重要因素。由于決定產品技術發展水平和速度問題解決隨時間的推移是有一定規律的，對此，前蘇聯G.S.Altshuller教授經過對世界250萬件專利發明的研究分析著就了聞名世界的TRIZ理論。TRIZ（theory of inventive problem solving）是俄文中發明問題解決理論的詞頭。G.S.Altshuller依據世界上著名的專利發明，研究了消除沖突的方法，提出了消除沖突的發明原理，建立了消除沖突的基于知識的邏輯方法，這些方法包括發明原理（Inventive Principles）、發明問題解決算法 （ARIZ，A lgorithm for Inventive problem solving）及標準解（TRIZ standard Techniques）。

TRIZ解決發明問題的一般方法：首先將要解決的特殊問題加以定義、明確；然后根據TRIZ理論提供的方法將需要解決的特殊問題轉化為類似的標準問題，而針對類似的標準問題已總結、歸納出類似的標準解決方法；最后依據類似的標準解決方法就可以解決用戶需要的特殊問題。

二、基于TRIZ理論的產品技術成熟度預測

TRIZ理論歷經50多年的發展已經成為國內外特別是歐美國家工程領域的研究熱點，許多世界著名大公司都開始研究TRIZ理論并用來解決實際的產品技術創造。A ltshuller通過對大量專利研究發現：產品進化滿足生物進化中的S曲線，同一代產品進化分為四個階段：嬰兒期、成長期、成熟期、退出期。確定產品在S曲線上的位置是產品進化理論研究的重要內容，稱為產品技術成熟度預測。4種曲線用于技術系統在“S曲線”上所處位置的預測。這4種曲線分別是：單位時間內的專利數、單位時間內的專利或發明級別、單位時間內的技術性能、單位時間內的利潤。收集當前產品的有關數據建立這4條曲線，所建立曲線的形狀與這4條曲線的形狀比較，就可確定產品的技術成熟度。

產品的技術成熟度預測的過程：首先要對專利數量進行統計，然后選擇相應的數學模型將統計數據擬合成曲線，最后將擬合好的曲線與標準S曲線相比較，做出技術成熟度判斷。處于成熟期或衰退期的產品，通過開發新的核心技術從低水平過渡到高水平S曲線，以保證企業的核心競爭力。處于嬰兒期和成長期的產品，對其結構參數進行優化，從而盡快為企業帶來利潤。技術成熟度預測曲線如圖1所示。

三、應用TRIZ原理對液壓支架進行技術預測

在采煤工作面的煤炭生產過程中，液壓支架是綜合機械化采煤工作面的主要設備之一，液壓支架可以防止頂板冒落，維持一定的作業空間，保證工人安全和各項作業的正常進行，還能實現支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。液壓支架的應用可以增加采煤工作面產量、提高勞動生產率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產。由于礦井下條件非常惡劣，安全重于泰山，則液壓支架的技術先進性、安全性、可靠性顯得特別重要。近幾十年液壓支架行業發展迅速，企業投資力度加大，因此，預測液壓支架的技術成熟度對該行業的發展起著至關重要的指導作用。

對中華人民共和國國家知識產權局專利數據庫進行檢索，查詢2001－2010年與液壓支架的技術和設計相關的專利共743項，對這些專利按申請年份進行分類并分級。TRIZ從性能參數、專利等級、專利數量和經濟收益4個方面來描述技術各個階段的特點。將所描繪的4個圖形與標準的產品技術成熟度預測曲線相對比，就可以確定當前液壓支架在其S曲線上的位置。

1.專利數曲線。將專利數量按時間段分別進行統計，繪出時間-專利數量的關系曲線，從圖2中可以發現，在2002年該領域的專利數隨時間有逐漸上升又下降的趨勢出現在第一個拐點，在2003年有了逐步上升的趨勢。技術成熟度預測曲線上有兩處和實繪圖相符合，通過進一步的分析發現第二處比第一處更符合一些，處于現有技術處于標準曲線的第三個階段。

2.專利級別曲線。從圖3中可以發現，液壓支架的創新級別處于下降趨勢，目前專利級別處于第一級和第二級之間， 與特征曲線比較， 處于生命周期的成熟階段。將圖3與圖1技術成熟度曲線中時間-專利級別曲線進行比較，發現也有兩處相符合，其中第2處更符合一些。在該處，專利級別一直處于下降趨勢，與圖3的曲線趨勢一致，而第1處表示的曲線在下降到一定程度時有上升的趨勢。

3.性能曲線。將液壓支架的性能確定為安全性，統計數據并繪制成圖4。由圖4可以發現，液壓支架的主要性能指標處于上升階段。將圖4與圖1中時間-性能曲線相比較，發現液壓支架的主要性能一直處于緩慢上升的趨勢，處于成熟度曲線中的成熟期。

4.利潤曲線。雖然收益很難評估，但是可以利用液壓支架的銷售數量作近似估計。根據收集的數據進行匯總得到圖5。由圖5可以看出，2003年以來銷售量一直處于上升階段。

綜合圖6中實繪圖與標準技術成熟度曲線的相似位置可以看出，目前，液壓支架的技術研發處于成熟階段，雖然對輔助、次要和不足進行改進能夠優化現有系統，但不能滿足長期競爭力的發展要求。因此TRIZ建議開發新的核心技術來代替目前的技術。

四、結論

產品技術成熟度預測是TRIZ理論的一項重要研究內容，當前產品在其進化過程中所處的位置，就是當前產品的技術成熟度。本文，筆者以TRIZ進化理論為基礎，介紹了產品技術成熟度的預測方法，以液壓支架技術成熟度預測為例，詳細論述了應用TRIZ進化理論進行產品技術進化預測的方法與過程。

產品技術成熟度代表了產品技術的發展水平和發展趨勢，是衡量產品和技術的重要的參考指標，具有非常重要的意義：

1.產品技術成熟度是企業制定戰略計劃時首先要考慮的問題之一，因此進行產品技術成熟度預測對于企業具有重要的戰略意義。

2.產品技術成熟度可以為技術引進和技術貿易提供參考依據，降低投資風險，提高投資效益。

3.產品技術成熟度可以作為某些職能部門進行項目審批的重要參考依據。

4.產品技術成熟度預測的過程可以幫助企業了解技術系統進化過程，從中發現技術進化路線，為技術的進一步發展提供參考，還可以幫助尋找自身的差距，趕超同類先進技術。總之通過研究產品技術成熟度可以幫助企業和相關部門認清現狀。加快企業技術創新和新產品開發速度，提高市場競爭力和綜合技術實力具有重要意義。