制造業T-型敏捷新產品開發與過程管理研究

檀潤華 ，張俊磊 ，張路路 ，邵 朋 ，王凡凡

（1.河北工業大學機械工程學院，天津 300401；2.河北工業大學經濟管理學院，天津 300401；3.國家技術創新方法與實施工具工程技術研究中心，天津 300401）

0 引言

制造業在國民經濟中占有重要地位，受到世界經濟強國的高度重視。為保證新產品的開發質量，技術管理領域構建了階段—門模型（State-Gate process）用于新產品開發的過程管理［1-2］。該類模型以產品開發生命周期為基礎，將企業的新產品開發過程分為多個不同且相互之間緊密聯系的開發階段，在每個開發階段結束時設置評估“門”，用來評估該階段的輸出，并決定下一步的開發方向。該類模型的應用使產品開發各階段得到了管理和控制，減少了反復迭代，提高了產品開發質量，成為制造業中主要的過程管理模型［3］。為保證制造業產品設計質量，學者們在設計領域構建了設計理論與方法［4］，以開發適應不同需求的產品設計過程模型，如Pahl等［5］構建了一種規定型設計過程模型。階段—門模型與設計過程模型的應用支持了制造業的發展。

近年來，經濟全球化與逆全球化使得制造業競爭日益加劇，市場環境愈發多變，消費者越來越多地參與到產品開發環節中，新技術的不斷涌現加快了技術的更新換代。這些變化使制造業產品生命周期不斷縮短，產品開發過程充滿了不確定性，商業化結果變得更加模糊且難以預測［6-7］。傳統的階段—門模型已不能應對這類快速多變的產品開發情境，制造業產品開發模式需要朝著適應化、融合管理與設計過程優勢的方向發展。

軟件業與制造業所面對的環境變化類似，也需要改變傳統的瀑布式開發流程。自2001年“敏捷軟件開發宣言”誕生以來［8］，以軟件項目管理中“輕但夠用”的開發原則，以及以人為本和以溝通為中心的原則，面向需求與環境易變的敏捷軟件開發方法已經形成并被廣泛應用，且與計劃驅動軟件開發這一傳統方法形成互補的兩類軟件開發模式［9］。由于制造業很多產品含有嵌入式軟件，一些企業對該類軟件的開發也采用敏捷軟件開發方法，以更好地應對市場與技術的變化［6］。敏捷軟件開發方法的應用促進了制造業產品中物理部件的敏捷開發，也推動了制造業產品敏捷開發過程的發展。然而制造業的產品與軟件產品不同，前者是以物理零部件為主組成的產品，后者是數字產品或虛擬產品，軟件領域所構建的各類敏捷開發模式并不適用于制造領域。因此，盡管制造業引入敏捷開發的概念已有多年，但到目前為止仍未建立一類被企業廣泛接受的敏捷開發過程模型。由于企業的強烈需求，構建面向制造業敏捷新產品開發與過程管理具體實施模式的相關問題研究已成為制造領域關注的熱點之一［10-11］。

發明過程解決理論（C-TRIZ）已完成了理論構建［12-13］，其核心是定義了發明過程、敏捷發明過程，完成了敏捷發明過程的分類與模型構建。過去十幾年，國家技術創新方法與實施工具工程技術研究中心（簡稱“國家中心”）向全國各地企業推廣發明問題解決理論（Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch，TRIZ）［14-15］，培養了一批創新工程師，同時完成了大量的TRIZ創新項目。該過程奠定了C-TRIZ的實踐知識基礎。

本文以C-TRIZ理論為基礎，通過擴展CTRIZ中敏捷發明過程的概念與模型，為制造業構建一類新敏捷產品開發結構化過程模型。為此，研究首先回顧了軟件敏捷開發的歷程及其對制造業敏捷開發過程的影響，論述了C-TRIZ下的敏捷發明過程；然后通過對T-型敏捷新產品開發系統、新產品開發初始機遇識別及新產品開發過程等關鍵問題的研究，構建了制造業T-型敏捷新產品開發及過程管理模型。本研究不僅為制造業新產品敏捷開發理論與實踐的完善探索了一類新模式，也為C-TRIZ/TRIZ在更多企業的實踐應用奠定了基礎。

1 文獻綜述

1.1 軟件業中的敏捷開發

2001年2月，17位軟件開發專家聚集在美國猶他州的雪鳥城，共同概括出了提升軟件開發團隊工作效率、響應變化能力的一些價值觀和原則，并簽署了“敏捷軟件開發宣言”［8］。該宣言提出了軟件開發的12個原則。例如，原則1為最高優先級，即通過盡早和經常交付有價值的軟件來使客戶滿意；原則2是不斷地交付軟件，以每兩周或每兩個月為周期，且推薦使用較短的周期。敏捷軟件開發代表了21世紀互聯網時代軟件開發方法的一種先進理念和價值觀。相比傳統開發，敏捷開發更強調快速靈活反應、迎接和適應變化，更緊密的客戶與開發商協作和以人為本的企業可持續發展策略等［16］。基于敏捷的思想與原則，軟件開發領域誕生了Scrum、極限編程（XP）、水晶（Crystal）等敏捷開發方法［17］。其中，Scrum是最有影響力的一種方法。

Scrum是橄欖球運動的一個專業術語，表示“爭球”的動作。在橄欖球比賽的每次沖刺前，都會有一個計劃好的過程，但沖刺開始后則由隊員在原計劃的基礎上隨機應變。在軟件開發中，Scrum是一種敏捷化開發過程，包括3個部分：產品目標（Product Backlog）、優先目標（Sprint Backlog）、可交付的產品增量（Increment）或燃盡圖（Burn Down Chart），基本過程如圖 1 所示［18］。Scrum的敏捷化思想首先將待開發的產品目標進行分解，確定優先開發的目標；然后將優先目標再次分解成多個子任務，又稱沖刺任務——Sprint，把子任務的完成時間限制在2～4周，并在每一天結束時通過會議討論任務的完成情況，將更新的軟件提交給用戶，接受用戶的信息反饋并及時更新任務清單，擬定下一階段的開發任務；如此循環直至完成最終的軟件開發任務［19］。Scrum的關鍵在于保持與用戶的緊密聯系，更新用戶需求，不斷進行開發迭代。

圖1 軟件業中的敏捷開發過程模型

敏捷開發思想是一種戰略觀。其核心是企業可以最大限度地調動資源，即時響應市場需求變化，是兼具領先性創新速度與保持產品差異化品質的一種創新策略。敏捷開發思想不僅已被用于軟件開發，也已被用于其他類型的項目開發與管理［20-22］。例如，隨著商業航天的興起，傳統航天項目的瀑布—評審式管理方法不能完全滿足快速多變的市場需求，敏捷項目開發的運載火箭管理模式已成為一種新選擇［22］；制造業新產品開發也已引入敏捷開發思想，并被一些企業應用［23］。

1.2 制造業中的敏捷開發過程管理

產品開發過程是指企業用來構思、設計和商業化一種產品的多個步驟或活動的序列。制造業廣泛應用階段—門模型管理新產品開發過程。其中，Cooper在2002年提出的6階段—門模型是一種基礎且典型的模型［24］。該模型以產品開發生命周期為基礎，將企業的新產品開發分為6個階段，包括發現機遇、確定范圍、進行商業論證、產品開發、測試與驗證以及商業化，又被稱作結構化創新過程［25-26］。

自階段—門模型被提出以來，制造業產品開發所面臨的環境已經發生了巨大變化，這些變化對產品開發結果和商業化的影響日益增加，并迫使制造業企業意識到靈活、快速、敏捷的產品開發過程是必要的［27］。而線性化的階段—門模型在定義產品開發過程管理時，并沒有考慮到今天這種變化給企業創新活動帶來的重要影響。Vetter［28］指出，制造業企業正面臨產品開發模式的重要轉型，實現從創意到商業化（Idea-to-Market）的敏捷化發展，以提高企業創新效率、節約成本，并實現快速的商業化。因此，企業必須從單純的線性化、序列化的階段—門開發過程轉變到考慮創意開發與環境變化的雙視角維度，保證從創意到商業化的成功開發均采取敏捷方法［23］。

2013—2015年，一些制造業企業，尤其是在產品開發中應用嵌入式軟件的制造業企業，嘗試將軟件業的敏捷開發操作添加到硬件開發中［29］。Sommer等［23］提出在原有階段—門模型基礎上添加敏捷化的操作，構建敏捷—階段—門（Agile-Stage-Gate）混合新產品開發過程，提供一類比原有階段—門模型更靈活的問題解決模型，提高制造業新產品開發的靈活性。混合模型的構建通常是直接在現有的階段—門模型的部分或所有階段中嵌入敏捷操作，如圖2所示［29］。其基本思想是在產品開發的戰略層面采用階段—門模型，而在執行層面采取敏捷方法［23］。

圖2 敏捷—階段—門創新過程

Sommer通過對7家技術密集型公司的案例研究發現，混合型產品開發模式能夠根據不斷變化的客戶需求做出快速且適應性的調整，更好地集成客戶需求，通過團隊的有效溝通，提高企業產品開發能力，這優于原有的階段—門產品開發過程［23］。Cooper研究了6家世界著名制造業企業（張伯倫、丹佛斯、約翰迪爾、霍尼韋爾、樂高、利樂）采用敏捷—階段—門混合模型的成效，結果表明混合產品開發模型在提升產品開發效率和縮短產品上市時間方面效果顯著，對產品開發有積極的影響［6］。

制造業對敏捷—階段—門混合模型的初步探索性應用顯示出許多優點，然而在實施過程中也面臨許多挑戰［29］。其中，最為關鍵的挑戰為以下4類。

①制造業物理產品不能被無限制拆分。軟件幾乎可以被無限分解成多個小的子項目——編寫幾行代碼、生成若干界面，每個界面都可以在一個Sprint中完成。而制造業物理產品不能被無限制地拆分為許多子項目，且拆分后的子項目很難像軟件開發一樣能在2周內完成一個沖刺。

②制造業物理產品完成開發后才能展示。在敏捷軟件開發過程中，每個Sprint完成后就可以向利益相關者（管理層和客戶）展示。而物理產品的演示通常需要將所有子系統集成后，才能最終呈現出一個可供展示的產品。項目開發需要等待，如等待實驗結果、等待零部件供應商供貨、等待客戶試用結果等。

③改變物理產品某一子系統比改變軟件的代碼要困難得多。這種改變對開發團隊而言是一種挑戰，特別是當項目接近完成時再改變將會更加困難。

④物理產品通常不能在線展示或試用，而軟件可以。因此，Cooper等指出，不能簡單直接地將來自軟件開發領域的Scrum結構移植到制造業物理產品或實體產品的開發中，需要借助Scrum中的敏捷思想重新定義并構建適合制造業物理產品開發過程的敏捷產品開發模型，以便快速響應制造業敏捷產品開發的需求［30-32］。因此，制造業敏捷產品開發過程研究已成為一個具有前瞻性與挑戰性的課題。

1.3 C-TRIZ下的敏捷發明過程

過去幾年，國家中心根據我國政府推動的以TRIZ為代表的創新方法與企業的需求現狀，構建了批量“創新工程師—發明”模式［12，33］，如圖 3所示，并應用該模式完成了面向企業的TRIZ實踐應用。該模式與我國政府創新方法工作的結果導向方式和惠及眾多企業的要求相吻合，即在培養創新工程師的同時產出新技術、新工藝、新產品［34］。

圖3 批量“創新工程師—發明”模式

批量“創新工程師—發明”模式由7階段學習應用過程及與之相對應的管理過程組成。這7個階段分別為：遴選企業、遴選工程師、基礎課程學習、TRIZ項目選題、提高課程學習、TRIZ項目開發、答辯等。該模式成功的要點在于第4與第6階段的設置。在第4階段，參訓工程師發現研發或生產中的發明問題與產生該問題的關鍵階段，完成個人TRIZ項目立項；在第6階段，工程師完成TRIZ項目的開發，即解決發明問題并得到領域問題的解，將該解反饋到關鍵階段并應用領域的方法進行完善，最后產生領域解或領域發明。該過程的管理由6道門組成，其中，門1、3、5、6為評估門，門2、4為考試門。評估工作由培訓師和所在團隊技術負責人共同參與，考試門由培訓師負責。第6階段的成果要經過階段7的答辯與門6的評估，評估通過的成果形成領域發明或新技術，其是TRIZ項目的輸出。如果企業投入資源，將領域發明作為輸入，繼續關鍵階段的后續開發過程，最終將產生新工藝或新產品，實現企業創新的目標。企業逐漸發現TRIZ項目輸出的領域發明是企業的創新機遇，有必要盡快將TRIZ引入并固化到企業新產品開發過程之中。

2010年8月至2011年3月，廣東省科技廳組織開展了面向區域內企業的TRIZ實踐應用。來自比亞迪、廣汽、廣州無線電集團、大洋電機等制造業企業的52名工程師通過了答辯，即完成了課程學習、TRIZ項目開發與項目答辯。參加答辯的工程師應用所學TRIZ，發現并選擇了企業中的52個難題，通過TRIZ解決了這些難題，形成了多項發明。經過企業評估及后續開發，大部分發明已經形成新技術、新工藝與新產品，并為企業帶來了經濟效益。這些TRIZ項目選題的階段分布為：模糊前端階段4個、概念設計階段10個、技術設計階段15個、詳細設計階段5個、制造階段18個［12］。后續實踐應用案例的TRIZ項目分布均與之相似。

上述案例說明，企業創新活動起點可以設在已有產品開發過程中的任何一個階段。即從任何一個關鍵階段開始的TRIZ項目，雖然只解決了產品處在特定開發階段的若干個發明問題，但其結果能夠引致后續的開發過程，從而形成新技術、新工藝或新產品。TRIZ項目快速解決領域發明問題并反饋到關鍵階段的思想與軟件開發中的敏捷開發思想基本相同，可以通過歸納總結形成制造業敏捷開發的一種新思路。C-TRIZ已構建了一個通用TRIZ項目開發過程模型，即敏捷發明過程模型［12-13］，具體如圖4所示。

圖4 C-TRIZ下的敏捷發明過程模型

敏捷發明過程的輸入是由企業內部與外部變化引發的初始創新機遇或初始機遇，輸出的是經過評估之后的領域解或領域發明，是該過程產生的新技術。該過程可分為初始機遇識別或機遇識別、領域問題發現與解決、領域問題的解的轉換等3個子階段。初始機遇識別是確認變化產生的新需求與所關聯的傳統新產品開發關鍵階段。領域問題發現與解決是發現發明問題，或設置目標并發現其中的發明問題，并應用TRIZ解決發明問題，形成領域問題的解。第3個子階段是將領域問題的解反饋到關鍵階段，應用領域方法進行整合與完善并經評估得到領域發明。領域解或領域發明是TRIZ項目或敏捷發明過程所產生的新技術，經過傳統新產品開發過程中的后續階段繼續開發，使之轉變為新工藝或新產品，并經過市場運作轉化成企業效益，實現技術或產品創新。

C-TRIZ將敏捷發明過程分為3大類與11小類，其結構如圖5所示［13］。3大類包括核心發明過程、基本發明過程、輔助發明過程。其中，核心發明過程包括問題導向發明過程、目標導向發明過程、過程再造發明過程等3類；基本發明過程包括類比發明過程、沖突解決發明過程、效應綜合發明過程、物質—場變換發明過程、技術預測發明過程等5類；輔助發明過程包括裁剪再造發明過程、集成驅動發明過程、專利規避發明過程等3類。

圖5 發明過程分類及相互關系［13］

開展TRIZ項目的工程師通過初始機遇識別完成TRIZ項目立項，之后在第6階段應用所學TRIZ知識解決難題，完成TRIZ項目所規定的內容，通過專利申請等形式形成領域發明，并將其作為敏捷發明過程的輸出。實踐證明，確定并完成TRIZ項目對于發明問題的解決起著重要作用，但如何將以TRIZ項目或敏捷發明過程為標志的創新活動固化于企業已有的傳統新產品開發過程之中，形成制造業敏捷新產品開發過程，加快新產品開發的速度并保證質量，這是TRIZ在企業技術創新過程中亟待解決的問題。

2 制造業T-型敏捷新產品開發過程構建

2.1 T-型敏捷新產品開發系統構建

制造業傳統新產品開發過程包括模糊前端、產品開發、商業化等3個階段。其中，模糊前端的輸出以設計需求規格說明的文件形式表示，該文件是后續開發過程的驅動計劃；產品開發由設計階段（包括概念設計、技術設計、詳細設計）與制造階段構成［35］。因此，傳統新產品開發過程是計劃驅動的過程，適合于從無到有的項目開發。而TRIZ項目是一個敏捷發明過程，是針對已有產品的改進，如有用功能加強、有害功能消除、原理替代、子系統替代、功能集成與替代、沖突解決等。這些改進的共性是解決發明問題，且該類問題應用領域方法很難解決或需要很長時間才能解決，而TRIZ為快速且高水平地解決該類問題提供了多種工具。但如何將TRIZ固化到制造業新產品開發過程之中一直未能被很好解決。

在面向企業推廣TRIZ的過程中，工程師選擇的TRIZ項目分布于傳統產品開發過程的任何一個階段。將圖4擴展到企業傳統新產品開發過程之中，可以構成一類新型敏捷開發過程模型，如圖6所示，可稱之為T-型敏捷新產品開發系統。TRIZ項目是機遇驅動的敏捷發明過程。一個敏捷發明過程僅在傳統新產品開發的某個關鍵階段起作用，對不同的關鍵階段應采用不同的敏捷發明過程。因此，每個TRIZ項目均在T-型敏捷新產品開發系統中處于縱向位置。傳統新產品開發過程是計劃驅動的過程，在T-型敏捷新產品開發系統中處于橫向位置。計劃驅動的橫向開發過程與機遇驅動的縱向敏捷發明過程融合形成了一類新的制造業敏捷新產品開發系統。

圖6包括多個TRIZ項目，每個項目都是由發現發明問題、解決發明問題及形成發明的敏捷發明過程組成。在圖6中，問題C、E、D、M及發明c、e、d、m分別是概念設計、技術設計、詳細設計及制造階段的發明問題與發明。創新由某一階段的發明與該階段之后的傳統開發過程完成，如問題E出現在技術設計階段，該問題的解為發明e，獲得發明e之后要通過后續的詳細設計與制造階段形成產品，再經商業化完成創新全過程。

從管理的視角看，傳統新產品開發的關鍵階段為概念設計、技術設計、詳細設計與制造，其對應敏捷發明過程的輸出，后者需要評估。在圖6中，門-C、門-E、門-D、門-M分別用于概念設計、技術設計、詳細設計與制造階段敏捷發明過程輸出的評估。評估通過的領域發明按后續過程繼續開發。

圖6中的模糊前端是傳統新產品開發過程的第1個階段，是從無到有產生創意的階段，之后用產品設計需求規格說明來表征創意，該說明規定后續的開發內容并形成計劃驅動的內容。而TRIZ項目F是敏捷發明過程，主要是以已有創意為基礎，根據變化確定改進的創意f。之后在已有產品設計需求規格說明的基礎上提出改進的設計需求規格說明，再進入后續的傳統開發過程。

圖6 T-型敏捷新產品開發系統

某個TRIZ項目產生的領域發明由后續傳統新產品開發繼續進行，后續過程如果遇到發明問題仍須啟動另一個TRIZ項目來解決。因此，T-型敏捷新產品開發過程是傳統新產品開發過程與敏捷發明過程交替應用的過程，前者過程固定，后者過程流動并需要根據問題的類型進行選擇，不同的TRIZ項目應與相應的發明過程相適應。T-型敏捷新產品開發過程能夠充分發揮TRIZ解決發明問題的特色優勢，為制造業新產品開發提供了一類敏捷開發模型。

2.2 T-型敏捷新產品開發的初始機遇識別

TRIZ項目起始于初始機遇識別。機遇既可能是產生經濟價值或效益的可識別路徑或方法，也可能是未能被利用且能產生經濟效益的一種意圖。初始機遇隨企業外部或內部變化而產生［36］。外部變化包括技術的變化、產業或市場結構的變化、人口結構的變化、法律法規的變化，以及其他影響商業模式的變化等；內部變化包括未達到工作的預期目標、未預測到的失敗、設計過程或工藝過程的瑕疵、用于反饋的產品問題、企業內部不協調的現象等。

初始機遇識別是TRIZ項目立項的第一步。其關鍵是將各種變化事件、因素等與待開發或改進的產品相關聯，形成對產品進一步發展有意義的意圖。C-TRIZ給出了初始機遇識別的4步法，其屬于一種簡化的主動搜索方法，有待進一步改善以形成結構化方法［12］。目前已有很多關于初始機遇識別的研究，如 Robert［37］歸納出的 3 種方法：主動搜索，警覺等待，已積累的關于市場、工業與客戶知識的應用。其中，主動搜索是指通過主動搜索獲得企業內部與外部變化的信息，發現及確認創新的機遇；警覺等待是指只要變化導致創新機遇出現，就能及時且敏銳地識別機遇；已積累的關于市場、工業、客戶知識的應用則通過支持主動搜索或警覺等待方法來識別或構建初始機遇。

初始機遇識別是一個認知過程。工程師首先發現內部與外部變化，之后借助自身多年實踐的知識積累與學習TRIZ所構建的認知框架，確認由所有相關信息形成的有意義模式與意圖，該類模式或意圖就是初始機遇。工程師認知框架內已構建的原型（Prototype）、案例（Example）等不同的模型，是產生有意義意圖的基礎。圖7是將變化、搜索方法、認知框架等組合形成的初始機遇識別過程模型。借助于機遇識別過程，工程師可以啟動TRIZ項目。機遇的表征形式是圖7所示的7種新意圖，每種可行的意圖均可啟動一個TRIZ項目，并驅動敏捷產品開發過程的實施。

圖7所示模型的關鍵是工程師如何運用原型與案例兩種模型，關聯內部與外部不相關事件、變化因素等，辨別或構造出有意義的模式并形成初始機遇。初始機遇可以是一種新的或改進產品的意圖、一種新的服務意圖、一種新的工藝改進意圖、一種新的銷售模式意圖、一種改進服務的意圖、新的組合意圖以及上述所有意圖的整合等。這些初始機遇具有潛在經濟價值、新奇性以及可識別的目的等。

圖7中的認知框架包括原型與案例兩種模型［37］。其中，原型是一組特定屬性的集合，可看作一組具有相似性的成員、事物、客體所擁有的基本特征［38］。工程師學習了TRIZ中的沖突發現與解決等方法，而C-TRIZ中11類發明過程的任一種均可成為機遇產生的原型。工程師經過多年研發工作與不斷學習所積累的技術、工藝與產品創新案例，以及TRIZ與C-TRIZ中的發明與創新案例等，都可以成為產生機遇的案例。當工程師對外部與內部的變化進行搜索時，如果某個或某些事件與已有原型或案例匹配成功，工程師對所掌握的信息進行整合，可以形成有意義的意圖，即產生了初始機遇。

圖7 初始機遇識別過程模型

圖7中的初始機遇識別還包括對TRIZ項目實施關鍵階段的識別。關鍵階段可能是目前企業新產品開發過程正在進行的一個階段，也可能是已投放市場的產品開發過程所經過的一個階段。制造業新產品開發中的概念設計、技術設計、詳細設計、工藝設計等均是可選關鍵階段。關鍵階段不一定是傳統意義上的模糊前端，這成為TRIZ項目區別于傳統計劃驅動項目的特征。TRIZ項目的目標一般是僅改變產品的一部分，或改變已有的生產工藝，并不是一個從零開始啟動的按照設計需求規格說明、有計劃且按過程管理進行的計劃驅動型項目。

2.3 T-型敏捷新產品開發過程

通過機遇識別確定初始機遇后，實現某一特定機遇需要確定發明過程選擇策略，即根據實現該機遇所必須解決的問題的不同性質，選擇不同的敏捷發明過程。機遇識別、敏捷發明過程策略選擇、發明過程實施作為一個整體，構成一個TRIZ項目，即一個敏捷發明過程。將橫向的新產品開發過程與縱向的敏捷發明過程進行耦合，可構建如圖8所示的T-型敏捷新產品開發過程模型。該模型中的敏捷發明過程已與傳統新產品開發過程耦合，可根據需要選擇敏捷發明過程來完成已有產品部分原理、結構、參數或加工工藝過程的創新，之后由傳統新產品開發過程完成后續的創新活動，最終形成新工藝或新產品。該模型作為C-TRIZ的進一步發展，為將TRIZ固化到企業新產品開發過程提供了一種新的實施模型。

圖8 T-型敏捷新產品開發過程模型

圖8中的策略選擇是該模型的重要一步。策略選擇是根據初始機遇選擇敏捷發明過程11類中的1類，從而構成一個TRIZ項目。實踐表明，敏捷發明問題的策略選擇取決于初始機遇所蘊含問題的類型。佐藤允一根據來源將問題劃分為3類［39］，即發生型、探索型與假設型。其中，發生型問題是指已經發生或能夠預先確定必然發生的問題，解決該類問題的關鍵在于確定產生問題的根本原因；探索型問題是指雖然目前未發生，但若提高目標值或水平則會發生的問題；假設型問題是指目前未發生的問題，它是由于設定了至今未有的、全新的目標而出現的問題。根據問題的3種類型提出如下的敏捷發明問題選擇策略。

策略1：根除驅動型。如果初始機遇蘊含了發生型問題，必須根除，則應選擇基本發明過程或問題導向發明過程。這些發明過程的關鍵就是找到問題產生的根本原因，從分析根本原因入手，消除問題發生的條件，以使問題得以解決。圖5中的基本發明過程或問題導向發明過程均可選擇。工程師可依據自身對TRIZ與C-TRIZ的理解，選擇其中的一類或幾類并分別加以應用。

策略2：渴望驅動型。如果初始機遇蘊含了探索型或假設型問題，應選擇目標導向發明過程。通過探索提出改善狀態或意圖，然后形成問題，之后予以解決。圖5中的目標導向發明過程包括顛覆性發明過程與突破性發明過程。

策略3：方法驅動型。如果初始機遇蘊含的問題不清，也不能通過預先設計產生問題，則可以采用圖5中的輔助發明過程。

圖8所示模型是將圖5—7與發明過程選擇策略結合構建而成的。圖8中，企業新產品開發過程是計劃驅動的傳統新產品開發過程；而敏捷發明過程或TRIZ項目是由初始機遇驅動、產出領域發明的過程。兩個過程在企業創新關鍵階段進行融合，形成一體化的T-型敏捷新產品開發過程模型。

圖8所示模型由以下6步完成。

步驟1：初始創新機遇識別。輸入是企業內部與外部變化，輸出是圖7所示初始機遇中的1條或幾條，還包括企業創新關鍵階段的確定。其過程如圖7所示。

步驟2：發明過程策略選擇。判斷初始機遇所蘊含的問題類型，對于發生型問題、探索型或假設型問題、不能確定型問題等3種類型，分別選擇問題導向發明過程、目標導向發明過程、輔助發明過程。

步驟3：發明過程選擇。根據3種策略的選擇與特定的初始機遇，在11類發明過程中選擇發明過程。策略1的實現是選擇問題導向發明過程，或在基本發明過程中選擇；策略2的實現是選擇目標導向或過程再造發明過程；策略3的實現是在輔助發明過程中選擇。工程師可根據自身對初始機遇的理解與待開發產品的現狀選擇具體發明過程。

步驟4：確定領域問題的解。應用選定的發明過程模型進一步確認問題與解決問題，得到領域問題的解。然后判斷該解是否滿足項目的基本要求，或經過完善后是否可以滿足要求。如果滿足，則反饋到關鍵階段；如果不滿足，選擇另外兩條路徑進行反饋，以便重新選擇發明過程或重新識別初始機遇。

步驟5：確定領域發明。將領域問題的解反饋到關鍵階段，應用領域知識進一步完善，并進行評估以得到領域解，該解是TRIZ項目的輸出。圖8中的T-門為TRIZ項目的輸出設置，在多個方案中通過評估選出較好者作為領域發明。

步驟6：后續開發。將領域發明作為輸入，企業投入資源繼續關鍵階段后續的開發過程，產生新工藝或新產品，實現創新目標。

3 制造業T-型敏捷新產品開發過程管理

Cooper的基礎階段—門模型包括6個階段與5道門［24，40］。其中，6個階段分別為各階段的開發工作，每個階段開發結束，由該階段對應的門進行評估，評估通過者進入下一個階段，評估未通過則項目終止或返回。該模型特別適合計劃驅動項目的過程管理。當產品開發過程各階段所涉及的外部環境相對穩定，設計標準及使用的技術趨向于成熟時，該類模型即表現出產品開發過程的高穩定性和高效率。但面對今天快速變化的環境，制造業的產品生命周期不斷縮短，產品開發過程充滿了不確定性，新產品的敏捷開發及其過程管理顯得十分重要。

圖6與圖8分別構建了T-型敏捷新產品開發系統及其新產品開發過程模型。但模型均是為了方便工程師快速且高質量地解決產品開發過程中的發明問題，實現新產品開發而構建的，缺乏對T-型敏捷新產品開發過程的管理。工程師利用TRIZ與C-TRIZ這類系統化發明問題解決工具時，仍然停留在操作層面，并沒有很好地將其融合到企業已有的傳統新產品開發過程中。解決發明問題的操作行為與企業傳統的新產品開發過程仍然是兩個獨立的創新行為過程。其結果是TRIZ項目周期結束，工程師返回技術崗位仍然延續之前的產品開發流程，敏捷新產品開發的目的并沒有實現。因此，TRIZ項目周期結束后，如何將TRIZ與C-TRIZ所構建的發明問題解決從根本上融入制造業企業已有的新產品開發過程，使其成為該類企業新產品開發不可或缺的一部分，這是T-型敏捷新產品開發系統得以實施的關鍵。

圖6所示的開發系統與已有的基礎階段—門模型對比，將階段—門模型中各階段的內容置換成T-型敏捷新產品開發過程的相應階段，而階段—門模型中各門的位置不變，形成如圖9所示的制造業T-型敏捷新產品開發管理系統模型。

圖9中的傳統新產品開發過程是以制造業新產品開發過程為基礎，增加了商業論證、測試與驗證2個階段，處于模型的橫向位置。該過程由模糊前端輸出制定的設計需求規格說明驅動，是一個計劃驅動的開發過程。敏捷發明過程由多個TRIZ項目組成，每個TRIZ項目均處于縱向位置，每個TRIZ項目快速解決各階段面臨的一個或多個發明問題。處于橫向的計劃驅動與處于縱向的機遇驅動構成T-型敏捷新產品開發過程。

完成面向企業的TRIZ實踐應用之后，企業繼續發揮TRIZ項目的優勢，將TRIZ引入企業新產品開發過程。工程師能夠運用TRIZ基本原理及跨學科、跨行業的知識與技術，在較短時間內以較高的質量解決本領域面臨的發明問題，這是實施T-型敏捷新產品開發過程的核心。圖9所示模型為T-型敏捷新產品開發提供了一類過程管理模型，將縱向的發明問題解決行為與橫向的傳統新產品開發過程緊密融合，是C-TRIZ在制造業中的一種新擴展。

制造業敏捷新產品開發面臨的障礙是如何解決復雜工程問題或發明問題，而引入TRIZ提高了發明問題解決的速度、成功率與質量。因此，圖9所示的模型不僅為制造業全面引入TRIZ提供了新模式，也為敏捷新產品開發提供了一種新選擇。

圖9 T-型敏捷新產品開發管理系統模型

4 結論

制造業敏捷新產品開發是企業應對復雜環境變化和激烈競爭的有效策略，但目前缺乏成熟的開發與過程管理模型來指導企業進行實踐。本文在發明過程解決理論（C-TRIZ）研究與多年在企業開展發明問題解決理論（TRIZ）實踐應用的基礎上，首先回顧了軟件領域敏捷開發的歷程及制造業敏捷開發的概念，之后從技術實現角度分別對T-型敏捷新產品開發系統、創新初始機遇識別及T-型敏捷新產品開發過程等關鍵問題進行了研究，構建了制造業T-型敏捷新產品開發及過程管理模型。該研究不僅為制造業新產品敏捷開發理論與實踐的完善探索了一類新模式，也為C-TRIZ/TRIZ在更多企業的實踐應用奠定了基礎。

4.1 理論貢獻

第一，率先提出了制造業T-型敏捷新產品開發的概念。基于發明過程解決理論（C-TRIZ）研究與實踐應用的基礎，結合軟件領域的敏捷開發理念，提出了制造業T-型敏捷新產品開發的概念。其中，以階段—門為代表的傳統新產品開發過程是計劃驅動的創新過程，在T-型敏捷新產品開發系統中處于橫向位置，其優勢在于建立線性化的創新過程管理；TRIZ項目處于T-型敏捷新產品開發系統的縱向位置，其優勢在于快速且高質量地解決創新過程中的發明問題；縱向與橫向融合形成了制造業敏捷新產品開發概念。

第二，構建了T-型敏捷新產品開發過程模型。該模型包括T-型敏捷新產品開發系統、產品創新初始機遇識別與T-型敏捷新產品開發過程模型。其中，T-型敏捷新產品開發系統是傳統新產品開發過程與敏捷發明過程的融合，可以充分發揮TRIZ解決發明問題的特色優勢，并很好地將TRIZ固化到制造業新產品開發過程中，為制造業提供了一類敏捷新產品開發模型。初始機遇識別的關鍵是分析企業內外部的變化并形成有意義的意圖。根據變化引發的問題類型匹配相應的敏捷發明問題解決策略是實施T-型敏捷新產品開發過程的關鍵。這些模型的構建豐富了關于制造業新產品開發關鍵技術方面的理論研究，形成了一類T-型敏捷新產品開發過程模型。

第三，構建了T-型敏捷新產品開發過程管理模型。該模型不僅為制造業引入TRIZ提供了新模式，也為制造敏捷新產品開發過程管理提供了一種新選擇，還豐富了傳統的階段-門模型。

4.2 實踐啟示

構建面向制造業的T-型敏捷新產品開發及過程管理模型對推動制造業技術創新具有重要意義。首先，T-型敏捷新產品開發及過程管理模型是以制造業產品開發需求為導向，為應對當前制造領域快速多變的產品開發環境而構建的。因此，基于發明過程解決理論（C-TRIZ）、敏捷開發理念而構建的新模型可以為制造業快速應對產品開發環境變化，解決復雜產品開發問題，實現敏捷新產品開發及管理提供一類新選擇。

其次，T-型敏捷新產品開發系統、產品創新初始機遇識別與T-型敏捷新產品開發過程模型的構建，可以幫助工程師在企業新產品開發過程中識別有價值的創新機遇，形成創新意圖，并有意識地將TRIZ/C-TRIZ融入到新產品開發過程中，快速、高質量地實現從創意到商業化成果的轉化，提升企業的整體創新能力。

本文所構建的T-型敏捷新產品開發與過程管理模型仍需要在制造業領域廣泛推廣應用，接受實踐的檢驗，并不斷完善，才能在企業創新過程中更好發揮作用。