多創新方法融合框架與模型的構建

李德勝 于靜宜 陳志娟 李志鵬 張新勝

引言

研究與推廣應用先進的創新方法是世界上很多國家和地區提升自主創新能力的重要手段。采用先進的創新方法指導創新活動，可達到事半功倍的效果。目前，世界上有360 多種創新方法，如頭腦風暴法、5W1H法、精益生產、標桿分析法、產業技術路線圖、TRIZ （ 發明問題解決理論） ，等等。在國內外得到廣泛應用并取得成功的創新方法主要有三大類：（1）面向產品設計的創新方法，包括六西格瑪法、QFD、TRIZ、DSM、田口法等;（2）面向產品制造的創新方法，主要代表為精益生產、并行工程等;（3）面向管理創新的方法，如約束理論和客戶關系管理等方法。

每種創新方法都有自身特點、應用范圍和適用條件，多種創新方法融合完成整個創新活動已成為主流。本文結合船舶企業特點，通過分析典型創新方法的優勢與劣勢，有機整合多種創新方法，建立了多創新方法融合框架與參考模型，并給出了實施模板。應用所構建的框架及模板，可以針對重大裝備/重大工程中的技術問題、生產問題、管理問題等進行模塊化分類，有效提高多創新方法的融合創新能力和企業的創新效率。

集成應用框架與參考模型的構建

基于創新方法在智能VLCC研制中的導入與應用，研究構建了同行業可復制、其它行業可借鑒的面向超大型智能船舶的多創新方法集成應用模式。通過對TRIZ、創新思維技法、工業工程（精益生產、六西格瑪等）、QFD、AD公理設計等多種創新方法展開研究，針對各種創新方法的優缺點，通過在超大型智能船舶研發、制造和管理中的應用及總結，實現了特定的多創新方法的有機融合，建立了功能互補的多種創新方法邏輯關系。構建的多創新方法應用框架體系如圖1所示。

圍繞所構建的應用框架，對創新方法在智能VLCC中的應用進行反求，提出了超大型智能原油船研發、生產的多創新方法實施參考模型。主要從發現問題、分析問題、求解問題、評價選擇四個維度來構建多創新方法實施參考模型，形成了多創新方法導入與應用模版1套，圖2為構建的多創新方法實施參考模型。

多創新方法集成應用模板的建立

基于所構建的多創新方法融合框架和參考模型，建立了一套可應用于海洋船舶重大裝備設計、研發、生產等過程的多創新方法集成應用模板。本模板是一個以項目為核心，以TRIZ理論為武器，以六西格瑪、精益生產等方法為補充，綜合運用多種創新方法的一個完整的創造性發現和解決技術問題的流程。由定義（D）、分析（A）、求解（S）、優化（O）和驗證（V）等五個階段組成。本模板幫助研發工程師綜合運用多種創新方法創造性地發現和解決智能超大型油船（VLCC）設計建造過程各環節的重大技術問題。應用本模板時要求按照五個階段的順序依次完成各階段任務，對于復雜問題，有些階段的方法工具需要多次迭代運用，直到獲得理想的創造性解決問題結果。

2.1 定義（D）

該階段的主要任務是選擇關鍵、正確的項目改進方向，確立合理明確的項目目標。完成項目定義，確定項目邊界、資源，制定驗收標準，完成立項審批。定義階段的主要步驟包括：

（1）問題的選擇

選題方向主要根據企業的發展方向、市場預測、用戶反應，在智能船建造全流程各環節上，針對產品功能需求、性能、生產技術、質量、成本、生產率等方面存在的問題選擇課題。選題原則做到“三性”：真實性——真實可控，真實數據;方向性—需求導向，功能導向;目的性——成果落地，具體實現。可靈活運用需求分析、現場調研、列舉法、問題檢核表法、MPV分析、進化法則分析、QFD分析等方法，按照選題方向和原則選擇、評價、確定待立項解決的問題。

（2）問題的描述（必須配圖，結構圖或流程圖）

問題描述主要包括以下幾方面內容，定義技術系統實現的功能、現有技術系統的工作原理、當前技術系統存在的問題、問題出現的條件和時間（針對具體問題，如果該問題不論在什么時間、什么條件下都出現，則刪除該項）、問題或類似問題的現有解決方案及其缺點、新系統的要求。對每一方面的描述必須要配圖，可以是結構圖或流程圖。在問題描述結尾最好能夠量化確立項目目標和驗收標準。

（3）制定項目進展計劃并完成立項審批

制定項目進展計劃：①列出任務和目標，包括各項工作、過程控制和評估活動及輸出和負責人;②明確任務之間的關系;③估計時間要求（每一項任務所需要的時間）;④創建Gannt圖。項目計劃的制定要有技術經理、專家和創新方法專家共同完成，解決問題的過程必須在創新方法專家控制下完成。

立項審批，納入到企業創新管理計劃中，獲得領導支持、資源支持，實行規范化管理。主要包括：完成項目申請報告;申報審批。

2.2 分析（A）

對項目中存在的工程/技術問題進行具體分析，找出問題產生的根本原因、關鍵原因（問題），分析可用各類資源，設定問題解決的IFR，明確解決問題的理想化方向和獲得初步方案。該環節主要包括系統公理分析、功能分析、因果鏈分析、資源分析、裁剪分析、IFR分析等。分析階段的主要步驟包括：

（1）公理設計分析

公理設計分析可以合理地進行系統功能分解，并建立其相互影響關系，面對復雜系統時，可運用公理設計對系統進行規劃設計，解決存在的問題、提出初步技術方案。

（2）系統功能分析

系統功能分析包括系統功能定義、組件分析、組件關系分析、功能類型分析、建立系統功能模型、得出矛盾區域結論、提出初步技術方案。

（3）因果鏈分析

因果鏈分析的實施內容和順序包括分析并畫出因果鏈圖、選出問題關鍵點、確定要解決的關鍵問題、得出解題思路或初步方案。

（4）資源分析

資源分析要充分利用各類資源，為充分找尋合理的資源，建議在系統、子系統、超系統等不同層級上進行多維度的資源探求，在充分進行了資源探尋之后，得出資源分析結論。資源分析完畢最好能提出幾個初步的技術方案。

（5）裁剪分析

裁剪就是精減組件數量，消除有害、過度或不足的功能，主要目的是優化系統結構，提高系統實現功能的效率。系統裁剪是對系統內的組件進行裁剪，需要注意對于超系統組件和系統的作用對象不能實施裁剪。在裁剪分析后也要對應提出初步的技術方案。

（6）IFR分析

IFR采用大家都熟悉的六問法進行：設計的最終目的是什么;IFR是什么;達到IFR的障礙是什么;出現該障礙的原因是什么;不出現該障礙的條件是什么;創造這些條件時可用的資源是什么。在充分思考和回答六個問題之后，提出理想化的技術方案。

2.3 求解（S）

針對問題分析得到的關鍵問題或者IFR實現中產生的新問題，運用TRIZ理論的技術矛盾、物理矛盾、物場分析、功能效應分析、小人法、ARIZ等求解問題工具進一步尋求徹底解決問題的創造性方案。分析階段的主要步驟包括：

（1）技術矛盾求解

技術矛盾求解的主要過程包括：原問題技術矛盾的表述;科學選擇問題模型對應的39個通用工程參數，改善和惡化的參數均可為多個參數;組成通用參數矛盾（可以多對）;查找創新原理，把創新原理按重復次數多少順序列出;提出技術方案。

（2）物理矛盾求解

技術矛盾求解的主要過程包括：原問題物理矛盾的描述，這一過程要注意分析能否把上一步的技術矛盾轉化為物理矛盾;選擇分離原理;查找與該分離原理對應的發明原理;根據選定的發明原理得到解決方案。

（3）物場分析求解（最好繪制出多個模型）

物場分析求解環節最好能繪制出多個模型，主要過程包括：建立問題的物質-場模型;根據所建問題的物質-場模型，應用標準解解決流程，得到標準解;依據選定的標準解，得到問題的解決方案。

（4）功能效應矛盾求解

功能效應矛盾求解的主要過程包括：找到需要解決的關鍵問題，將問題定義得越明確越好;闡明將需要執行的具體功能，用“作用+對象”方式描繪具體功能;確定所需要的參數;將功能通用化，尋找并列詞匯和上位概念詞匯或下位概念詞匯;搜索其他相關或不相關領域中執行類似功能的技術措施;從搜索結果中選擇最合適的一種或少數幾種;解決這種結果帶來的新問題;搜索效應庫選擇可用效應，并提出解決問題方案。

（5）小人法求解

小人法求解的主要過程包括：分析系統的構成;確定系統存在的問題或者矛盾;建立問題小人模型;建立解決方案小人模型;從解決方案小人模型過渡到實際方案。

（6）發明問題解決算法（ARIZ）

運用ARIZ求解的主要過程包括：分析現有問題;分析問題模型;定義理想化的最終結果和物理矛盾;調用物場資源;運用信息庫;改變或替換問題;分析已得到的方案;應用已有的方案;分析問題解決的整體流程。

2.4優化（O）

運用進化法則分析、決策分析、軟件評價模塊，對分析和求解階段得到的全部方案進行評價，提供選擇備選方案的決策依據，找到現有條件下切實可行的最終理想方案。

2.5驗證（V）

用實驗驗證選擇方案的可行性，根據實驗結果形成專利，完成專利文檔的撰寫，將創新知識收集入企業知識庫，成為企業的智力資產。驗證階段的關注點是概念方案的驗證和通過專利固化成果。作為輸出的交付物是實驗分析報告、專利文檔、更新創新知識庫、項目總結、驗收報告、持續改進計劃。

結論

各類創新方法共有300多種，每種創新方法都有自身特點、應用范圍和適用條件，多種創新方法融合完成整個創新活動已成為主流。本文面向船舶工業，基于國家重大戰略需求的智能化海洋船舶重大裝備的研發、生產問題，進行研究和反求，通過凝練創新方法應用理論，分析典型創新方法的優勢與劣勢，研究構建了以 TRIZ 理論為主干，結合QFD、精益生產、價值工程、公理設計等創新方法為輔助的多創新方法融合應用框架、應用參考模型和應用模板。基于構建的創新方法融合應用框架與模板，對海洋船舶行業的工程技術人員和技師等，開展了全方面立體式的培訓，并鼓勵“技能大師工作室”“勞模創新工作室”等一線基層技術人員和技能工人運用創新方法，圍繞實際問題組織開展課題攻關，實現了設計、研發、生產等全過程鏈中對多創新方法的融合應用。

責編/萬海濱