現(xiàn)代TRIZ理論中因果鏈分析應用研究

1、現(xiàn)代TRIZ理論中因果鏈分析應用研究 1946年，前蘇聯(lián)著名的創(chuàng)造家阿奇舒勒創(chuàng)立了TRIZ理論。經(jīng)過60余年的應用和開展，TRIZ理論被逐步地傳播到全世界各個國家。而TRIZ理論自身也在不斷地豐富和拓展，在經(jīng)典TRIZ理論的根底上逐步開展成為現(xiàn)代TRIZ理論。相比經(jīng)典TRIZ，現(xiàn)代TRIZ在解題思路、工具內(nèi)容、應用目的等多個方面都有所不同。目前，越來越多的工程師將TRIZ應用到解決生產(chǎn)、研發(fā)和設計過程中的具體技術問題中。本文圍繞現(xiàn)代TRIZ中分析問題的工具因果鏈分析，探討應用該工具的使用流程和考前須知，使盡可能多的TRIZ應用者和愛好者更好的應用該工具。一、因果鏈分析概述在應用TRIZ理論解決

2、問題的過程中，首先需要明確技術問題本身，對所面對的初始問題進行分析和梳理，初步確定需要解決的問題。明確解決問題后，需要梳理清楚造成該問題出現(xiàn)的原因。目前能夠滿足分析因果關系的工具有很多種，如在六西格瑪管理中經(jīng)常應用的魚骨頭分析法、FEMA、故障樹、因果矩陣等以及TRIZ中常用到的因果鏈分析。因果鏈分析與其他工具相比，重點是在操作區(qū)域、系統(tǒng)內(nèi)分析問題的原因，多數(shù)情況下一般不分析制度、人、環(huán)境等超系統(tǒng)因素，具有很強的實用性。因為相比超系統(tǒng)而言，系統(tǒng)具有較強的可控性和可改變性，對于解決問題有很強的現(xiàn)實性。1因果鏈分析的概念和特點因果鏈分析是一種識別解析工程系統(tǒng)關鍵原因的分析手段。它是通過建立因果鏈的

3、缺陷而完成的，是將目標問題和關鍵原因聯(lián)系起來。相比其他TRIZ工具，因果鏈分析具有其明顯的特點。一是因果鏈分析雖然有較為明確的步驟和算法，但由于應用者的專業(yè)知識不同、分析問題的思維角度不同、出發(fā)點不同，往往分析的結果不同。二是因果鏈分析是其他TRIZ解決問題的根底，只有通過因果鏈分析得到關鍵問題后才能進行解決。三是因果鏈分析是為了搜索識別目標問題的關鍵原因，通過解決關鍵原因可消除目標問題。而關鍵原因通常沒有被明確地表示出來，需要通過不斷的分析才能尋找到。2因果鏈分析在TRIZ中的地位因果鏈分析在運用現(xiàn)代TRIZ解決問題的過程中處于非常重要的地位。在TRIZ工具的應用流程中，通常有兩種方式，一是

4、面對技術問題，在初始問題形勢分析的根底上，對確定的問題進行因果鏈分析，找出造成問題出現(xiàn)的根本原因或關鍵原因，針對這些關鍵原因再利用其他TRIZ的工具進行分析和解決，如利用功能分析、技術矛盾、物理矛盾等。二是面對問題在初始問題形勢分析的根底上開展功能分析、流分析后，針對分析結果中的缺乏作用、有害作用再應用因果鏈分析，尋找造成缺乏或有害作用的原因。在這兩種不同的分析方式中，因果鏈分析都發(fā)揮著重要的作用，如以下圖所示。因果鏈分析能夠將多個造成問題的原因進行挖掘，使問題更加聚焦。3因果鏈分析的目的和作用因果鏈分析是通過分析造成問題出現(xiàn)的原因，并對原因進行層層分析并構建因果鏈條，指出事件發(fā)生的原因和導致

5、的結果的分析方法。通常由假設干條鏈條組成。應用因果鏈分析主要有以下幾個目的。一是通過分析，尋找問題產(chǎn)生的關鍵原因。如果僅僅只是消除目標問題，所造成的問題會更為嚴重，因為問題仍然存在，但是識別、識別和監(jiān)控目標問題卻不再容易。消除第一層或高層次原因時，或許固然可以短期緩解問題，但隨著時間的推移，目標問題卻往往會以其他問題的形式逐步顯現(xiàn)出來。而消除目標問題的關鍵原因后可以使目標問題不再出現(xiàn)。二是通過建立因果鏈條，可以分析鏈條中產(chǎn)生目標問題以及原因開展中的邏輯關系，尋找鏈條中的薄弱點和易控制點，在難以控制關鍵原因時可以選擇其他原因節(jié)點攻克目標問題。三是通過選擇鏈條中的節(jié)點為解決問題尋找入手點，盡可能地

6、采取對系統(tǒng)最小的改變，利用最小的本錢完成解決問題的目的。四是為其他TRIZ工具的應用奠定根底，在因果鏈分析的根底上，針對關鍵鏈條可以轉化為技術矛盾、物理矛盾、物場模型等工具進行解決，更有針對性地解決問題。二、因果鏈分析解題流程和考前須知1因果鏈分析的流程因果鏈分析通常遵循以下步驟進行。1確定目標問題，并將其記錄下來。2判定出現(xiàn)目標問題的原因，采取標準的表述將其記錄下來。3重復第2步，直到確定的原因為一個根本原因。4將每個原因與其結果用箭頭連接，箭頭從原因指向結果，構成因果鏈，并將同層次原因用“和、“或的運算符進行表示。5根據(jù)因果鏈條分析，確定造成目標問題出現(xiàn)的關鍵原因，根據(jù)關鍵原因提取關鍵問題

7、。6針對關鍵問題提出初始解決方案假設，或者將關鍵問題轉化為技術矛盾、物理矛盾等工具進行解決。2應用因果鏈分析需注意的事項1注意因果關系之間的邏輯關系。在分析實際工程的過程中，一般一個結果由多個原因造成，這些同級別原因有不同的關系，一類是“和關系，即幾個原因同時存在，才會導致結果，另一類為“或關系，即幾個原因只要有一個存在，就會導致結果，這為識別關鍵原因提供了重要依據(jù)。2注意因果關系之間的分析與表述。一是通常在分析因果關系時，需要注意因果關系的成立是由于某個或多個參數(shù)發(fā)生了改變而導致結果的發(fā)生，如力作用的大小、時間的長短、溫度的上下、形狀的變化、位置的改變等等。分析過程中盡可能地應用參數(shù)的變化來

8、表述原因。二是注意從目標問題出發(fā)，一層一層地尋找原因，如跳躍太大，否那么不容易挖掘出關鍵原因。如在端高溫水杯時，手被水杯燙傷，但我們不能直接將手被燙傷的原因確定為是由于水的溫度較高造成。手被燙傷手外表的溫度高手與水杯接觸和杯子外表溫度高水杯導熱性高和水的溫度高，這樣才是比擬完整地分析完因果鏈。三是在因果作用關系中，作用本身有兩個方面，工程師通常會遺漏反作用方向。如玻璃杯從手中滑落與地面接觸后碎了，在分析下落的過程中，一方面，杯子在過程中，由于重力的作用下落速度較快，形成了較大的動能，另一方面在下落的過程中空氣的浮力抵消下落重力的能力較低，于是造成了最終杯子碎掉的結果。3注意確定根本原因。在一層

9、一層分析原因時，當有以下原因出現(xiàn)時，不需要繼續(xù)向下尋找。一是當不能繼續(xù)找到下一層的原因時；二是當?shù)竭_自然現(xiàn)象時；三是當?shù)竭_制度/法規(guī)/權利等極限時；四是當遇到人的問題時；五是當遇到過大的本錢時。4注意識別關鍵原因。因果鏈分析完成后，需要識別關鍵原因。這時需要應用者結合問題特征和相關領域知識進行選取。如果能夠從根本原因上解決問題，確定根本原因為關鍵原因，如果根本原因不可能改變或控制，那么沿原因鏈從根本原因向問題逐個檢查原因節(jié)點，找到第一個可以改變或控制的原因節(jié)點，確定為關鍵原因。通過去除關鍵原因從而去除因果鏈中的大局部原因。根本原因可能是關鍵原因，也可能不是關鍵原因。三、因果鏈分析案例利用釘子將

10、帶有繩帶的油畫固定在墻面上，突然有一天油畫從墻壁脫落摔壞，同時發(fā)現(xiàn)繩子與釘子接觸的地方有鐵銹。通過因果鏈進行分析，確定摔壞的關鍵問題。從油畫的破碎區(qū)域和時間來看，首先是在與地板撞擊的過程中產(chǎn)生的，地板提供了很強的向上支撐力，同時油畫本身不能承受這種壓力。油畫不能承受壓力是因為油畫本身的材質較脆，同時油畫中沒有緩沖裝置來抵消壓力。地面提供向上支撐力是因為地面硬度高，油畫下降速度快。油畫下降速度快是因為繩子斷了，同時油畫從高處墜落。油畫從高處墜落是因為為滿足欣賞的需求，必須處于高處。繩子斷了是因為油畫太重、繩子應力過于集中、繩子承受壓力缺乏造成。繩子承受壓力缺乏是因為繩子材質的問題和釘子生銹。釘子

11、生銹是因為房間內(nèi)有水分和釘子外表無隔絕空氣的涂層。根據(jù)上述分析畫出如下因果鏈圖，見圖2。在此例中，通常工程師在畫因果鏈的過程中極其容易出現(xiàn)原因層級跳躍，將因果鏈確定為油畫碎地板硬和下降速度快繩子斷了釘子銹了。這樣分析使很多深層次的原因沒有分析出來，喪失了很多容易解決問題的切入點。根據(jù)問題的實際情況，在因果鏈分析的根底上，將關鍵原因轉化為關鍵問題?？梢詫㈥P鍵原因確定為油畫掛的位置高、繩子斷了、釘子生銹、釘子切割繩子、油畫內(nèi)無緩沖裝置等。再將關鍵原因轉化為關鍵問題，針對關鍵問題利用TRIZ中的其他工具予以解決。本例中不再進行分析。四、結論與展望本文較為系統(tǒng)地闡述了在應用因果鏈分析的過程中應當注意的

12、事項和操作流程，并運用案例詳細介紹了因果鏈分析，對于學習TRIZ理論的工程師應當具有一定的指導意義。但是我們也應看到，運用因果鏈分析電子分析的角度不同，得到的結果也會有所不同，因此在實際分析工程的過程中，應注意選擇因果鏈的起始點，同時不要做過多的跳躍。 責編/劉紅偉基于TRIZ理論的空氣凈化器開展分析文/東北大學機械學院 李海洋 趙新軍一、引言近年來，空氣污染日益嚴重，“霧霾一詞成為全民關注的熱點，?2021中國環(huán)境狀況公報?顯示，全國開展空氣質量新標準監(jiān)測的161個城市中，僅有16個城市空氣質量達標。持續(xù)惡化的空氣污染嚴重危害人類的身體健康，這也使得人們對空氣質量問題的關注不斷提高，能凈化室

13、內(nèi)空氣的空氣凈化器逐漸受到人們青睞，空氣凈化器在我國將會有廣闊的市場前景。本文嘗試基于TRIZ理論分析空氣凈化器的開展與演變，探索空氣凈化器的開展方向。二、空氣凈化器的開展歷程國家空氣凈化器相關標準中把空氣凈化器定義為“從空氣中別離和去除一種或多種污染物的設備，對空氣中的污染物有一定去除能力的裝置。空氣凈化器進化過程如圖1所示。最早的空氣凈化器概念產(chǎn)品出現(xiàn)于16世紀，是一種用于人的面罩呼吸器，可以過濾掉煙霧和粉塵。18世紀，萊昂納多達芬奇發(fā)現(xiàn)用浸濕的精織布料可以過濾掉武器發(fā)射時所產(chǎn)生的有毒粉末。1.第一代空氣凈化器機械濾網(wǎng)式空氣凈化器最初的空氣凈化器源于消防。1823年，約翰和查爾斯迪恩共同研

14、發(fā)了一款新型防護裝置用于消防人員。1854年，約翰斯滕豪斯用木炭填充過濾網(wǎng)來過濾空氣，使得凈化空氣的效果顯著提高。二戰(zhàn)期間，一種新型過濾網(wǎng)HEPA誕生，后來廣泛應用于空氣凈化器中。該技術最初是用于核能研究防護，確保科學家的呼吸平安，HEPA對直徑0.3m 以上的微粒去除效率可到達99.7%以上，可以過濾煙霧、灰塵以及細菌等污染物。但采用這種過濾器的空氣凈化器產(chǎn)生的噪音大，濾網(wǎng)需要頻繁更換，維護本錢高，且只能濾除懸浮微粒、無法濾除有害氣體。此時的空氣凈化器多為箱式結構，且產(chǎn)品體積大、機身沉重。2.第二代空氣凈化器組合式空氣凈化器到了20世紀80年代，空氣凈化器開始應用于家庭，隨著空氣污染逐漸加重

15、，人們對空氣凈化器的凈化能力要求越來越高?？諝鈨艋髟O計重心轉移到空氣凈化技術的研發(fā)，在此期間多種凈化技術應運而生，廣泛應用到空氣凈化器中。第二代空氣凈化器是在原有的過濾網(wǎng)根底上結合了靜電集塵、活性炭吸附等技術，提高第一代空氣凈化器去除顆粒污染物成效的同時，還增加去除花粉、細菌等功能。此時的空氣凈化器仍處于被動凈化空氣狀態(tài)，存在凈化面積小、噪音大、需要定期更換濾網(wǎng)等缺乏之處。3.第三代空氣凈化器主動式空氣凈化器離子化技術的誕生將空氣凈化器從被動凈化空氣轉變到可以主動凈化空氣，利用空氣的彌漫性可以凈化整個室內(nèi)的空氣，不再局限于產(chǎn)品擺放位置，凈化效果也得到極大的提高，但容易產(chǎn)生臭氧。隨后光觸媒技術

16、的出現(xiàn)解決了這一問題，因為其反響過程中本身不發(fā)生變化和損耗，平安無毒，降低了產(chǎn)品本錢，也更迅速地殺滅空氣中的各種病毒、細菌等。由于主動式空氣凈化器圖2a的內(nèi)部沒有過濾網(wǎng)和風機，因此在噪音和耗電量方面都非常低。與此同時，這類產(chǎn)品也無需更換過濾網(wǎng)，但在使用一段時間之后，這類空氣凈化器的電極局部仍需要水洗。第二、第三代空氣凈化器比擬見表1。4.第四代空氣凈化器復合式空氣凈化器隨著空氣污染源逐漸增多，人們發(fā)現(xiàn)單一的空氣凈化技術并不能完全去除空氣中的污染物質。復合式空氣凈化器應用多種技術和材料結合來到達功能最大化的目的。例如德國生產(chǎn)AGS-S6-幕尚S系列圖2b采用一體成型環(huán)保PP網(wǎng)、冷觸媒濾網(wǎng)和高效復

17、合固化結晶活性炭濾網(wǎng)結合凈化空氣，一體成型環(huán)保PP網(wǎng)能有效阻隔如皮屑、毛發(fā)、塵土等較大顆粒物，冷觸媒濾網(wǎng)和高效復合固化結晶活性炭濾網(wǎng)那么可以有效捕捉并分解空氣中的甲醛、苯、TVOC等有害物質，將被動凈化方式和主動凈化方式結合一起，實現(xiàn)了強大的空氣凈化功能。5.第五代空氣凈化器多功能空氣凈化器隨著人們對生活質量的不斷關注，對空氣凈化器的功能要求已經(jīng)不僅僅是凈化空氣，同時還需要提供健康的空氣。于是在傳統(tǒng)凈化器的根底上設計師為其添加了空氣加濕、定時和空氣檢測等功能，空氣凈化器開始趨于多功能化。例如飛利浦的一款空氣一體機內(nèi)置智能控制系統(tǒng)，具有智能檢測空氣質量和濕度的功能，可根據(jù)室內(nèi)環(huán)境凈化空氣和調節(jié)濕

18、度，同時還能提供健康空氣。空氣凈化器的形式也不再局限于家庭用電器形式，例如清華大學所設計的“核孔膜防霧霾窗紗圖2c，其核心技術就是“核孔膜，這些小孔是利用高能加速器加速原子核產(chǎn)生的強大穿透力制作而成，孔徑只允許分子通過，因此PM2.5等細小顆粒物會被薄膜擋住，這款窗紗對PM2.5的有效阻擋率到達98%以上。德國Trittec AG公司發(fā)布的第五代微塵過濾窗紗，采用具有高靜電效能的纖維材料制成，風拂過窗紗，就會因摩擦而產(chǎn)生不被人感知的靜電，并長時間維持，當微塵靠近就被迅速阻隔。三、TRIZ理論在空氣凈化器開展中的應用目前我國空氣凈化器日趨完善，設計師們在設計空氣凈化器時使用了很多TRIZ理論中的

19、創(chuàng)造創(chuàng)造原理，有效解決了設計中所遇到的問題。TRIZ理論在空氣凈化器中的應用見表2。在空氣凈化器外觀上，早期空氣凈化器以板式和箱式為主，這類產(chǎn)品占據(jù)空間較大，樣式單一，為了解決這一問題，設計師利用TRIZ理論的曲面化原理，設計出了圓柱式空氣凈化器，沒有棱角，增加平安性，給人溫和的感覺。同時減小了凈化器體積，并且圓柱式結構可承載更多濾網(wǎng)，使得過風距離和停留時間大幅增加，凈化效率更高，合理節(jié)省使用空間。隨著人們生活質量的不斷提高，以往產(chǎn)品的簡單造型和配色已經(jīng)不能滿足人們的審美要求，設計師為了使產(chǎn)品更時尚美觀，運用TRIZ理論中非對稱和改變顏色的原那么設計出各種異形空氣凈化器，色彩絢麗、造型獨特，擺

20、放在室內(nèi)不僅僅是空氣凈化設備，還是一件裝飾品，美觀實用。在空氣凈化器功能方面，最初的空氣凈化器僅能過濾空氣中的顆粒物，隨著空氣污染物的增加，凈化器的功能也在不斷增加，在增加了過濾花粉、細菌、有毒氣體等凈化功能的同時還增加了空氣加濕、定時等功能，這那么是運用TRIZ理論的多功能原那么，多種功能合為一體，增大產(chǎn)品的競爭力和價值，滿足消費者更多需求?？諝鈨艋鞯膬艋δ懿粩嗤晟疲⒉荒芨鶕?jù)室內(nèi)環(huán)境情況調節(jié)凈化功能，使用者也不能直觀地感受空氣凈化器的凈化成效，設計師那么利用TRIZ理論動態(tài)化原那么設計出智能空氣凈化器，在產(chǎn)品中參加智能控制系統(tǒng)檢測室內(nèi)空氣質量，并隨室內(nèi)空氣質量情況調整工作狀態(tài)，節(jié)約資

21、源，快速有效，還可以通過指示燈顯示室內(nèi)空氣質量，讓使用者隨時感受到空氣凈化器的顯著成效。在空氣凈化器凈化技術方面，空氣凈化器最初的單層濾網(wǎng)式過濾，凈化效果差，設計師為使其能凈化更多污染物，在原有的根底上增加多層過濾網(wǎng)，例如飛利浦空氣凈化器AC4372擁有4層過濾網(wǎng)，將凈化能力提升到可以過濾0.02微米的微塵。這便是利用了TRIZ理論中的向另一維度過渡的原那么，利用多層結構代替單層結構，提高產(chǎn)品性能。自從人們將設計重心轉移到空氣凈化技術，便有大量的研究成果運用到空氣凈化器中，活性炭便是其中之一。為解決空氣凈化器對氣態(tài)污染物凈化能力差的問題，設計師運用TRIZ理論中多孔材料原那么，利用活性炭這種多孔材料凈化空氣，因其與空氣有極大的接觸面積，所以能有效凈化空氣中的氣體污染物?？墒腔钚蕴看嬖谖斤柡偷?/p>