发明问题解决理论TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)是阿奇舒勒(Genrich S Altshuller)提出的一整套具有完整体系的发明问题解决理论和方法。他在研究了世界近250万份高水平专利的基础上，发现了发明背后存在的模式并形成了TRIZ理论的原始基础。国内外学者对TRIZ理论进行了大量深入的研究，目前的研究方向主要有：针对实际问题的TRIZ理论应用研究；基于TRIZ理论的创新设计方法研究，针对一个具体的问题，将之转化为问题模型，依靠进化模式、进化路线和TRIZ工具获得通用解，最后结合实际，加以实现。但其在产品创新过程中未能与设计者的创造力、想象力紧密结合，也难以在概念设计的层面发散求解。
Function-Behavior-Structure(FBS)是Gero教授提出的用于描述认知设计过程的理想模型。该方法可以将一个复杂系统进行模块化、层次化剖析，将其分解为相互联系而功能独立的多个模块，并在此基础上层层递进，对各功能模块进行发散，得到众多解，最终通过评估求得最优解。但该方法在评判最优解的过程中，使得“发散求解过程”更多地取决于设计者的个人素质和能否使用有效工具，研究者的主观臆断占了很大的比例，影响了所得到的最优解的质量。
在设计过程中，将TRIZ和FBS结合起来解决产品创新的问题，利用TRIZ的“S曲线”预判FBS功能模块的创新概率；用“TRIZ进化模式和进化路线”指导FBS确定产品创新设计的方向；通过“TRIZ矛盾矩阵”有效地收敛及评价FBS的众多发散解，为寻求设计最优解提供重要的评价依据；而且在概念设计的层面，FBS可以对TRIZ得出的进化方向进一步补充和完善。
1 基于TRIZ和FBS的闭环框架
如图1所示，在设计过程中TRIZ和FBS会形成两个闭环，在两闭环的循环过程中，能产生更多符合进化方向和用户需求的“行为-结构”解，这对产品的创新设计有极大的促进作用。
图1 TRIZ和FBS的闭环关系
第1闭环。利用TRIZ进化理论，归纳并预测产品的进化方向，依此抽象得到的目标功能不仅符合用户需求，而且符合进化方向。在抽象到目标功能后，基于FBS的概念设计又可以反过来指导和完善TRIZ进化方向的预测，两者互相服务，相辅相成。
第2闭环。在FBS理论中，寻找最优解是最为复杂、最为困难的一个过程，而TRIZ的矛盾矩阵使得问题解决者可以根据矛盾矩阵得到发明原理，在发散思维所得到的众多“行为-结构”里对主要问题进行改善。如果改善后的“行为-结构”解收敛于最优解，则确定其方案为最优解；如果改善后的“行为-结构”解不收敛，则再通过设计者的经验对其进行评估和判断，这样缩小寻求最优解的范围。
2 联合TRIZ和FBS的创新方法步骤
根据TRIZ和FBS之间的交互关系，联合TRIZ和FBS创新设计方法的框架如图2所示，共分为5个基本步骤：
图2 基于TRIZ和FBS的创新设计方法框架
(1)基于TRIZ进化S曲线确定问题：从顾客需求出发，找到拟定的问题，通过S曲线判断创新概率，如果初拟的问题在成熟期/衰退期就重新拟定，如果在婴儿期/成长期就确定原来拟定的问题。
(2)归纳并预测进化方向：从确定问题的进化模式和TRIZ进化潜能图中归纳和预测进化方向。
(3)在概念设计层面抽象考虑用户需求，完善进化方向：对照用户需求和已经归纳和预测的进化方向，在概念设计层面，考虑并确认用户需求是否全面，如果有新的用户需求，那么就可以按得到新的进化方向，TRIZ和FBS理论在此形成闭环。
(4)提取目标功能，发散得到“功能行为”解：依靠设计者的想象力、创造力等自身属性，利用有效的工具也很重要，如功能模型(Functional Modeling)、QFD(Quality Function Deployment)等。
(5)用TRIZ矛盾矩阵得到FBS最优解：TRIZ矛盾矩阵可以对N个“行为-结构”解进行主要问题的改善，不论改善后的“行为-结构”解集是否收敛，此方法都缩小了寻求最优解的范围，简化了寻求最优解过程。TRIZ和FBS理论在此形成第2个闭环。
2.1 用TRIZ理论确认问题
采用TRIZ理论进化曲线可以使产品开发具有可预见性，而且对于提高产品创新的成功率和缩短发明周期都具有重要意义。目前，判断研究方向在S曲线位置的方法主要依靠TRIZ的进化预测理论。产品生命周期的基本发展过程可用“S曲线”描述，如图3所示。
图3 产品生命周期的发展过程
处于婴儿期和成长期的产品，应加大投入，尽快使其进入成熟期，以获得最大效益。处于成熟期的产品，人们应对其替代技术进行研究，即开发新的核心技术来替代现有的核心技术，以形成产品新的核心竞争力。处于衰退期的产品，研究前景不大。
TRIZ的进化预测理论要先总结出特定时间内与产品相关的专利数量、专利级别、利润和产品性能的基本变化规律，通过分析当前产品的相关参数变化情况，就可以确定该产品处于生命周期的哪个阶段，从而为制定产品开发策略提供参考。图4即为专利数量、专利等级、利润和产品性能随时间变化的曲线图。
图4 专利数量、专利等级、利润和产品性能随时间变化的曲线图
2.2 归纳并预测进化方向
由于研究方向处于婴儿期和成长期，就可以分析已有的方案，发掘该方案的优缺点，利用TRIZ进化理论归纳并预测进化方向，此过程可通过以下两种方式中的任何一种实现进化。
(1)技术进化模式
该模式是指技术系统在发展过程中所呈现出的复杂进化趋势。随TRIZ理论的发展，先后有Altshuller的10种进化模式、Zusman的8种进化模式和Darrell的11种进化模式。
从产品开发角度，前两种进化模式使用方法模糊、难以操作，后一种进化模式考虑了产品设计的结构问题，相较而言易于操作使用，如图5所示。
图5 进化模式层次图
(2)进化潜能图
如图6所示，图中每一条射线表示与构件或系统相关的进化模式，外周表示进化模式沿各条进化路线的进化极限，阴影面积表示目前产品沿进化路线已完成的进化，而进化极限与阴影面积之间的面积差就代表该系统的进化潜能。
图6 进化潜能图
2.3 抽象并确认用户需求，完善进化方向
以上技术进化模式和潜能图指导的产品进化过程实质上就是产品结构的进化过程。因此，此步骤即是实现从功能(Function)到行为(Behavior)再到结构(Structure)的过程。FBS理论从功能出发，从总结和预测的进化方向中抽象出用户更多的需求，从而提取出更准确的目标功能，发散得到更多的“行为-结构”解，该方法在此生成第一个闭环。
2.4 提取目标功能，发散得到“行为-结构”解
在进化方向被再次确定后，可以依靠概念设计的方法提取到准确的目标功能，并发散思维找到实现功能的众多行为方法和结构设计。此步骤主要取决于研究者的经验、创造力、想象力和能否利用有效的工具。比如发散思维求多个“行为一结构”解的过程，可以借助质量功能配置(QFD)模式中的“重要性分值”、“关系矩阵”、“相关矩阵”和各种评估手段进行逆向推理，得到相关的发散解；也可以通过功能模型(Functional modeling)，在三维建模软件CATIA界面上利用各种功能键(Imagine&Shape/Functional Modeling Part等)设计产品，即时地观察各种视角下的产品模型，甚至获得复杂多面的内部截面视图以校验设计方案。
2.5 用TRIZ矛盾矩阵法求得最优解
TRIZ理论的核心方法就是用通用工程参数将各种矛盾冲突进行标准化归类，通过通用工程参数来进行问题的表述。由此可见，通用工程参数是连接具体问题与TRIZ理论的桥梁。
基于以上方法，Altshuller将工程参数的矛盾与40项原理建立了对应关系，整理成一个39×39的矩阵，这个矩阵称为阿奇舒勒矛盾矩阵。它使得问题解决者可以根据系统中产生矛盾的2个工程参数，从矩阵表中直接查找化解该矛盾的发明原理，并使用这些原理来解决问题。利用TRIZ矛盾矩阵，由“进化模式”和“进化潜能图”发散得到的任何一个“行为-结构”解，都可以对其存在的主要问题进行改善，并在对应的发明原理中得到解决方案。依此对多个“行为-结构”解进行改善分析，并最终利用设计者的经验对所有改善后的“行为-结构”进行评估、排序，即可得到产品创新结构的最优解。
在FBS理论里，寻找最优解是最为复杂、最为困难的一个过程。TRIZ矛盾矩阵在此过程的应用极大地简化最优解的求解过程。这是FBS和TRIZ理论的第二个闭环。
基于TRIZ和FBS的闭环设计方法（下）
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
本文标题：基于TRIZ和FBS的闭环设计方法（上）
相关文章
