《創(chuàng)新設(shè)計(jì)-TRIZ系統(tǒng)化創(chuàng)新教程》 課件 張換高 第5章 根原因分析；第6章 理想解分析

第5章

因果分析與沖突區(qū)域確定創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究所主要內(nèi)容因果分析與沖突區(qū)域概述常用因果分析工具基于根原因分析的最終沖突區(qū)域確定5-1因果分析與沖突區(qū)域概述1.因果分析：原因的含義是導(dǎo)致一個(gè)結(jié)果出現(xiàn)的條件或事件。直接原因中間原因根原因初始問題直接原因中間原因1中間原因n…根原因第1層第2層~第N-1層第N層癥狀※因果分析的目的就在于確定問題的根原因5-1因果分析與沖突區(qū)域概述2.沖突區(qū)域：在系統(tǒng)功能模型中，與系統(tǒng)問題相關(guān)的元件間形成的最小單元，表現(xiàn)為兩個(gè)元件之間相互作用的區(qū)域。切黃瓜的問題模型與物質(zhì)-場模型：S2S1F附著力黃瓜片重力刀刃刀面S2—黃瓜片；S1—刀面F—附著力5-2常用因果分析工具1.根原因分析工具列表：

目前，在工程技術(shù)領(lǐng)域中，常用的因果分析法有因果軸分析法、5-WHY分析法、魚骨圖分析法和故障樹分析法等。問題求解的各階段具體工具問題理解流程圖、關(guān)鍵事件、雷達(dá)圖、績效矩陣問題原因頭腦風(fēng)暴頭腦風(fēng)暴、書面頭腦風(fēng)暴法、是-非矩陣、名義群組矩陣、配對比較問題原因數(shù)據(jù)收集取樣、調(diào)查、檢查表問題原因數(shù)據(jù)分析柱狀圖、帕累托圖、散點(diǎn)圖、問題集中圖、關(guān)系圖、親和圖、運(yùn)行圖、控制圖根原因識別因果圖、矩陣圖、5-why法、故障樹分析根原因消除六項(xiàng)思考帽、創(chuàng)造性解決問題理論、系統(tǒng)創(chuàng)新思考方法解決方案實(shí)施樹圖、力場分析5-2常用因果分析工具1.因果軸分析法：2.5-why分析法：原因結(jié)果問題結(jié)果分析原因分析5-2常用因果分析工具3.魚骨圖分析法：4.故障樹分析法：材料機(jī)器人測量環(huán)境方法問題、特性、結(jié)果5-2常用因果分析工具應(yīng)用5-why法的魚骨圖分支展開5-3基于根原因分析的最終沖突區(qū)域確定1.同級原因間關(guān)系與（AND）或（OR）聯(lián)合關(guān)系（Combine）結(jié)果原因1原因2A結(jié)果原因1原因2O結(jié)果原因1原因2C2.基于功能模型的根原因分析過程（1）初步建立系統(tǒng)功能模型，根據(jù)問題表象在功能模型上確定直接相關(guān)的初始沖突區(qū)域。（2）分析沖突區(qū)域三元件）與問題表象相關(guān)的屬性。直接導(dǎo)致問題發(fā)生的是初始沖突區(qū)域有元件具有某種或某幾種屬性，這些屬性稱為問題屬性。（4）逐一分析每個(gè)問題屬性：如果問題屬性是由沖突區(qū)域外的作用導(dǎo)致的，則以問題屬性為結(jié)果，重新構(gòu)建沖突區(qū)域。如果問題屬性是元件的內(nèi)部屬性，不受外部因素影響，且元件不能繼續(xù)分解，則記錄下來作為備選根原因；如果元件可分解，則分解后，縮小沖突區(qū)域范圍（沖突區(qū)域轉(zhuǎn)換）再進(jìn)行分析。（5）轉(zhuǎn)換沖突區(qū)域，重復(fù)以上過程，并根據(jù)分析結(jié)果修改功能模型。直到確定所有沖突區(qū)域和備選根原因。（6）根據(jù)分析過程，構(gòu)件因果邏輯圖，逐級分析所有備選根原因的關(guān)系。（7）根據(jù)備選根原因的關(guān)系和根原因的可控性，確定必須消除的根原因。（8）對方案進(jìn)行評價(jià)的選擇。5-3基于根原因分析的最終沖突區(qū)域確定建立系統(tǒng)功能模型，確定初始沖突區(qū)域開始確定必須消除的根原因分別分析沖突區(qū)域內(nèi)三元件的問題屬性分析問題屬性的成因，確定備選根原因沖突區(qū)域轉(zhuǎn)換，重復(fù)以上兩步的分析過程，直到確定所有沖突區(qū)域和備選根原因分析所有備選根原因的關(guān)系結(jié)束確定沖突區(qū)域圖5-9基于功能模型的根原因分析過程5-3基于根原因分析的最終沖突區(qū)域確定3.沖突區(qū)域確定從因果分析所得到的原因中，確定可控可改變的底層原因，確定其中容易消除的原因作為根原因，與根原因相關(guān)的沖突區(qū)域即為最終的沖突區(qū)域。元件1元件2元件3元件6元件5元件7制品5-3基于根原因分析的最終沖突區(qū)域確定沖突區(qū)域的確定是應(yīng)用TRIZ解題工具解決問題的前提：（1）沖突區(qū)域界定了解決問題的最小區(qū)域，可保證解決問題過程中系統(tǒng)較小的改變。（2）為了解決問題，需改變沖突區(qū)域的元件屬性，這種改變可能會(huì)導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)或區(qū)域外的不期望結(jié)果產(chǎn)生，即轉(zhuǎn)化為沖突問題。（3）沖突區(qū)域可直接用物質(zhì)-場模型表達(dá)，用標(biāo)準(zhǔn)解求解。（4）沖突區(qū)域元件功能的重新求解可用效應(yīng)求解（5）沖突區(qū)域往往是有必要執(zhí)行功能裁剪的區(qū)域。（6）沖突區(qū)域的理想解是系統(tǒng)的局部理想解，提供系統(tǒng)解題的思路。3.沖突區(qū)域確定——意義4.案例分析：剎車管長度不良問題切刀1高速旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)托輥3與平衡徑向切削力，切刀同托輥圍繞管材2做圓周運(yùn)動(dòng)，完成環(huán)切；夾鉗5、6夾緊工件，夾緊力由汽缸驅(qū)動(dòng)，托板4帶動(dòng)夾5給管材施加一個(gè)軸向拉力，以免切口變形過大?；钊麣庠锤淄矚怏w驅(qū)動(dòng)剎車導(dǎo)管刀具夾鉗機(jī)床切斷夾持驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)保壓提供（a）初始功能模型導(dǎo)向5-3基于根原因分析的最終沖突區(qū)域確定4.案例分析—沖突區(qū)域轉(zhuǎn)換的過程5-3基于根原因分析的最終沖突區(qū)域確定5-3基于根原因分析的最終沖突區(qū)域確定剎車導(dǎo)管長度不良夾鉗的形狀、材料夾鉗的夾持力不足管件抗壓能力不足汽缸對夾鉗的驅(qū)動(dòng)力不足活塞與夾鉗的連接方式活塞受到的驅(qū)動(dòng)力不足氣體壓力不足氣體對活塞的驅(qū)動(dòng)力不足活塞直徑小氣源氣體壓力低傳輸過程壓損大氣體量不足缸體密封結(jié)構(gòu)密封磨損程度氣體泄漏密封件內(nèi)外氣體壓差大OCC剎車導(dǎo)管長度不良問題因果邏輯展開過程CCC5-3基于根原因分析的最終沖突區(qū)域確定根原因列表分析本章小結(jié)因果分析及沖突區(qū)域的概念傳統(tǒng)因果分析方法因果軸法、5-why法，魚骨圖法、故障樹法基于功能模型的沖突區(qū)域確定方法根原因間的關(guān)系、根原因的確定、沖突區(qū)域確定總結(jié)：基于功能模型的根原因分析方法，可以在已有產(chǎn)品的功能模型基礎(chǔ)上，通過沖突區(qū)域轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)因果推理過程，最終根原因選擇要考慮根原因間的關(guān)系（與、或和聯(lián)合關(guān)系）。沖突區(qū)域確定后，后續(xù)就是針對沖突區(qū)域的元件的問題屬性進(jìn)行修改。謝謝！第6章理想解分析創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究所主要內(nèi)容理想化理想化水平理想解與最終理想解理想解分析過程引言

理想解是針對已有系統(tǒng)提出的未來應(yīng)該具有的狀態(tài)。最終理想解是系統(tǒng)的終極理想狀態(tài)，但又是很難達(dá)到的狀態(tài)。一般情況下都是退而求其次，以低于最終理想解的某個(gè)水平作為系統(tǒng)改進(jìn)的目標(biāo)。理想解分析就是為了確定系統(tǒng)改進(jìn)時(shí)能夠達(dá)到的目標(biāo)。通過根原因分析在功能模型上確定沖突區(qū)域，然后圍繞沖突區(qū)域進(jìn)行問題求解，這是產(chǎn)品改進(jìn)的一般思路，但同時(shí)也限定了解的等級不高。為了能得到更高等級的解，需要進(jìn)行理想解分析。6-1理想化在TRIZ中，理想化包含：理想系統(tǒng)、理想過程、理想資源、理想方法、理想機(jī)器、理想物質(zhì)等。理想化的描述如下：理想機(jī)器：沒有質(zhì)量、沒有體積，但能完成所需要的工作；理想方法：不消耗能量及時(shí)間，但通過自身調(diào)節(jié)，能夠獲得所需的效應(yīng)；理想過程：只有過程的結(jié)果，而無過程本身，突然就獲得了結(jié)果；理想物質(zhì)：沒有物質(zhì)，功能得以實(shí)現(xiàn)。理想化分為局部理想化與全局理想化：局部理想化是指對于選定的原理，通過不同的實(shí)現(xiàn)方法使其理想化；全局理想化是指對同一功能，通過選擇不同的原理使之理想化。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程開始需要確定設(shè)計(jì)目標(biāo)，即將問題局部理想化還是將其全局理想化。通常首先考慮局部理想化，所有的嘗試都失敗后才考慮全局理想化。6-1理想化6-1理想化局部理想化的過程有如下4種模式：加強(qiáng)：通過參數(shù)優(yōu)化、采用更高級的材料、引入附加調(diào)節(jié)裝置等加強(qiáng)有用功能的作用；降低：通過對有害功能的補(bǔ)償，減少或消除損失或浪費(fèi)，采用更便宜的材料、標(biāo)準(zhǔn)零部件等；通用化：采用多功能技術(shù)增加有用功能的個(gè)數(shù)。如現(xiàn)代多媒體計(jì)算機(jī)具有電視機(jī)、電話、傳真機(jī)、音響等的功能；專用化：突出功能的主次。如今天的汽車廠主要是組裝汽車，而零部件由很多專業(yè)配套廠生產(chǎn)。6-1理想化全局理想化有如下3種模式：功能禁止：在不影響主要功能的條件下，去掉中性的及輔助的功能。如采用傳統(tǒng)的方法為金屬零件刷漆后，從漆的溶劑中揮發(fā)出有害氣體；采用靜電場及粉末狀漆可很好的解決該問題，當(dāng)靜電場使漆粉末均勻的覆蓋到金屬零件表面后，加熱零件使粉末熔化，刷漆工藝完成，其間并不產(chǎn)生溶劑揮發(fā)。系統(tǒng)禁止：如果采用某種可用資源后可省掉輔助子系統(tǒng)，一般可降低系統(tǒng)的成本。如月球上的真空使得月球車上所用燈泡的玻璃罩是多余的，玻璃罩的作用是防止燈絲氧化，月球上無氧氣不會(huì)氧化燈絲。原理改變：改變已有系統(tǒng)的工作原理，可簡化系統(tǒng)或使過程更為方便。如采用電子郵件代替?zhèn)鹘y(tǒng)郵件，使信息交流更加方便快捷。6-2理想化水平（1）理想化水平公式Ideality=∑Benefits/（∑Expenses+∑Harms）式中參數(shù)的意義為：Ideality——理想化水平；Benefits——效益，包括所有有用的特性和效用；Expenses——代價(jià)，應(yīng)該包括全生命周期的成本；Harms——副作用，包括有害作用和不期望的結(jié)果。產(chǎn)品或系統(tǒng)的理想化水平與其效益之和成正比，與所有代價(jià)及所有危害之和成反比。不斷地增加產(chǎn)品理想化水平是產(chǎn)品創(chuàng)新的目標(biāo)，通過提高式中分子、降低分母或者使比值提高都是提高理想化水平的基本途徑。6-2理想化水平（2）價(jià)值與理想化水平價(jià)值工程（ValueEngineering，VE），是降低成本提高經(jīng)濟(jì)效益的管理學(xué)理論。上世紀(jì)40年代起源于美國，創(chuàng)始人是麥爾斯（L·D·Miles）。價(jià)值工程的理論基礎(chǔ)是價(jià)值理論公式：V=F/CV/Value——功能價(jià)值系數(shù)F/Function——功能重要性系數(shù)C/Cost——成本系數(shù)V提高價(jià)值的五種途徑為：成本不變，功能提高（F↑/C→=V↑）；功能不變，成本下降（F→/C↓=V↑）；成本略有增加，功能大幅度提高（F↑大/C↑小=V↑）；功能略有下降，成本大幅度下降（F↓小/C↓大=V↑）；成本降低，功能提高（F↑/C↓=V↑大）。如果把副作用產(chǎn)生的危害加入到成本中，理想化水平等同于價(jià)值工程中的“價(jià)值”，因此價(jià)值工程方法可用于提高理想化水平。6-3理想解與最終理想解產(chǎn)品在給定條件下處于理想狀態(tài)的解稱為理想解。產(chǎn)品的理想解實(shí)現(xiàn)的過程是其理想化水平提高的過程，理想化水平達(dá)到無窮大狀態(tài)的理想解稱為最終理想解。最終理想解IFR被分解為多個(gè)理想解IFRk，實(shí)現(xiàn)每個(gè)理想解需要克服多個(gè)障礙（Cij）及實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)。

在給定的條件或約束下，理想解有如下的4個(gè)特點(diǎn)：消除了原系統(tǒng)的不足之處；保持原系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)；沒有使系統(tǒng)變得更復(fù)雜（采用無成本或可用資源）；沒有引入新的缺陷。6-3理想解與最終理想解

考慮割草機(jī)作為工具，草坪上的草作為被割的目標(biāo)。割草機(jī)在割草時(shí)發(fā)出噪音、消耗燃料、產(chǎn)生空氣污染、甩出的草片有時(shí)會(huì)傷害推割草機(jī)的工人。假如設(shè)計(jì)者的任務(wù)是改進(jìn)已有的割操機(jī)(局部理想化），設(shè)計(jì)者可能會(huì)很快想到要減少噪音、增加安全性、降低燃料消耗。但如果確定理想解，就會(huì)勾畫出未來割草機(jī)及草坪維護(hù)工業(yè)更佳藍(lán)圖。用戶需要的究竟是什么？是非常漂亮且不需要維護(hù)的草坪。割草機(jī)本身不是用戶需要的一部分。從割草機(jī)與草坪構(gòu)成的系統(tǒng)看，其理想解為草坪上的草長到一定的高度就停止生長。至少國際上有兩家制造割草機(jī)的公司正在試驗(yàn)這種理想草坪的草種，該草種被稱為“漂亮草種（smartgrassseed）”。工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化藥物施作園藝改良基因改造6-3理想解與最終理想解6-4理想解分析的過程（1）ARIZ中，理想解分析的步驟設(shè)計(jì)的最終目的是什么？理想解是什么？達(dá)到理想解的障礙是什么？出現(xiàn)這種障礙的結(jié)果是什么？不出現(xiàn)這種障礙的條件是什么？創(chuàng)造這些條件存在的可用資源是什么？6-4理想解分析的過程問題的最終目的是什么？兔子能夠吃到新鮮的青草。理想解是什么？兔子永遠(yuǎn)自己吃到青草。達(dá)到理想解的障礙是什么？放兔子的籠子不能移動(dòng)。出現(xiàn)這種障礙的結(jié)果是什么？由于籠子不能移動(dòng)，可被兔子吃的草地面積不變，短時(shí)間內(nèi)青草就被吃光了。不出現(xiàn)這種障礙的條件是什么？當(dāng)兔子基本吃光籠子內(nèi)的鮮草時(shí)，籠子移動(dòng)到另一塊有青草的地方。創(chuàng)造這些條件存在的可用資源是什么？籠子本身按上輪子，兔子自己可推動(dòng)其運(yùn)動(dòng)到有青草的地方。即兔子本身就是可用資源。例：農(nóng)場養(yǎng)兔子需要新鮮草，農(nóng)場主既不希望兔子走的太遠(yuǎn)而不易被發(fā)現(xiàn)，又不希望花很多時(shí)間把鮮草送到兔子旁邊。應(yīng)用上述5步分析該問題并提出理想解。6-4理想解分析的過程（2）從資源的角度分析理想解將IFR用不同級別描述有助于系統(tǒng)的改進(jìn)：1）采用超系統(tǒng)的資源（X-元件）2）采用系統(tǒng)資源3）采用沖突區(qū)域的資源。元件1元件2元件3元件6元件5元件7制品例：高層建筑玻璃窗外部清潔問題

（1）利用超系統(tǒng)資源

6-4理想解分析的過程例：高層建筑玻璃窗外部清潔問題