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2015年1月7日 星期三

TRIZ系統性創新(二)

還記得上一篇「TRIZ系統性創新(一)」中提到的TRIZ Contradiction Matrix嗎?這個中文稱之為矛盾矩陣的對應表是TRIZ的精華部份,它的作法是將欲解決的問題拆解為兩組系統矛盾參數,再藉由此兩組參數所對應到的發明原理來思考出可能解決方案,因此,透過TRIZ的矛盾矩陣,我們對於問題的思考會被拆解成如下A~D的四個步驟:
將問題轉換為這樣的思考方式之後,我們會發現困難的地方其實在於A與D這兩個步驟,其它B與C都是制式的作業並不成問題;A步驟的困難在於:要如何將現實的拆解為衝突參數並從39個TRIZ矛盾參數中歸納得到兩組我們需要的矛盾參數,而D步驟的困難則在於,要如何充份理解四十組TRIZ發明原理,並針對上步驟的衝突矩陣而得到的發明原理,如何透過腦力激盪的方式得到具創新的解決問題的方法。
在本文中我先介紹A步驟的39個TRIZ矛盾參數,在下一篇文章中再介紹D步驟的四十組TRIZ發明原理。這些矛盾參數的內容說明是參考自蕭詠今所翻譯的「TRIZ創新的科技」一書,原作者為Isak Bukhman。http://122.146.57.161/Assets/product_images/986/986856351.jpg


系統矛盾參數

我們人的一生充滿了種種的矛盾與衝突,也可以這麼說,我們所過的日子是由矛盾與衝突組合而成的,想想看,每天在床上睜開眼就開始面臨了矛盾衝突的抉擇:該起床或繼續睡?今天要穿那種款式的衣服?要打什麼顏色的領帶?更遑論接下來的時間裏會有更多更複雜的狀況要處理,因此,我們的日常生活就是由各種矛盾所組合的情況,同樣的,經由人類所創造出的各種系統包含產品、製程與服務等等,在它們被使用的過程中,也會面臨種種的矛盾與衝突,Altshuller將這些成千上萬的矛盾衝突歸納匯總並萃取成為39個參數,它們在TRIZ系統中稱為系統矛盾。
在列示所有的矛盾參數之前,或許我們先來看看幾個案例,這樣我們更能對後續在介紹39個參數時更能掌握其使用方法。
案例#1
系統矛盾:我們知道,愈長的巴士可以搭載更多的乘客,但是操控性會變差,比如轉彎時要更加注意。
衝突參數:巴士的長度 vs. 巴士的可操控性
案例#2
系統矛盾:學校的書包應該有很大的容量可以攜帶很多書、筆記本等等,但是愈大的容量會使得書包更重,對學生而言使用起來會很辛苦。
衝突參數:書包容量 vs. 書包重量
案例#3
系統矛盾:想要少飛機跑道長度,但是跑道長度若過短,若缺乏更強大的引擎動力會使得滑行時機翼的氣流不夠無法帶動飛機起飛。
衝突參數:這個例子包含了數個相互衝突的參數
  1. 飛機速度 vs. 引擎推力
  2. 引擎推力vs. 引擎體積重量
  3. 飛機速度 vs. 燃料消耗
  4. 飛機速度 vs. 引擎推力
  5. 飛機速度 vs. 引擎推力
  6. 引擎推力vs. 燃料消耗

39個系統矛盾參數的定義

接下來我們來瞭解這39個系統矛盾參數的內容,事先熟悉這些系統矛盾對於我們在針對問題作解析時大有幫助;請注意,下列參數中所謂的「移動物體(Moving Object)」指的是會改變位置的物體,而「靜止物體(Stationary Object)」指的是不會移動的物體。
  1. 移動物體的重量(Weight of moving object)
  2. 靜止物體的重量(Weight of stationary object)
  3. 移動物體的長度(Length of moving object)
  4. 靜止物體的長度(Length of stationary object)
  5. 移動物體的面積(Area of moving object)
    翻譯問題,在拆解問題時我們不需要執著於是否為「面積」數字,而是「面」的形體,指的是該物體的表面。
  6. 靜止物體的面積(Area of stationary object)
    同上。
  7. 移動物體的體積(Volume of moving object)
    同5,在拆解問題時我們不需要執著於是否為「體積」的量化,有時是一種佔據多少空間的三維概念。
  8. 靜止物體的體積(Volume of stationary object)
    同上。
  9. 速度/速率(Speed)
    速度是指物體運動的快慢,或位置改變的程度,通常以每單位時間t移動的距離為d來表示,此外,每秒鐘動多少次也可稱為速度。
    速率是一種純量(Scalar),所用的單位為距離/時間;相對於速率而言,速度是一個向量,兩者的純量相同,但速率不包含物體移動的方向,因此速率是速度的一個要素。
    在拆解問題時,有時我們也可以將速度認知為一個過程或行動時間的快慢。
  10. 力(Force)
    力是系統之間相互作用的度量;力有大小和方向,所以力是一個向量。
  11. 應力或壓力(Stress or pressure)
    應力是對應於作用力或作用力系統的內部阻力(反作用力),它往往會造成物體的變形。
    壓力是一個物體與另一個物體的接觸時作用在物體表面的一種力量,以單位面積的力為度量單位。
    我們要注意,應力會產生壓力或造成物體變形。
  12. 形狀(Shape)
    一個外部輪廓、系統的外觀。
  13. 物體組成成份的穩定度(Stability of object’s composition)
    物體組成是構成「物體結構」的真正元素組合,而「物體組成的穩定度」是指,在我們感興趣的這段時間內物體的真正元素組合。
  14. 強度(Strength)
    我們可理解「強度」為:
    1) 一種抵抗斷裂的阻力
    2) 一種物體強固的狀態、性質和品質
    3) 抵抗應變或者物體本身應變的力量。
  15. 移動物體的耐久度(Duration of action of moving object)
    我們可將耐久度理解為:物體運作的時間或使用壽命。
  16. 靜止物體的耐久度(Duration of action of stationary object)
    同上。
  17. 溫度(Temperature)
    溫度是一種能量,可能以許多形式來出現,例如熱能、色溫。
  18. 亮度(Illumination intensity)
  19. 移動物體所需的能量(Use of energy by moving object)
    在此可理解為一種作工時所消耗或需要的能量。
  20. 靜止物體所需的能量(Use of energy by stationary object)
    同上。
  21. 功率(Power)
    功率指的是作功的速率。
  22. 能量的損耗(Loss of energy)
    能量轉變成不同形態所造成的損耗。
  23. 物質的損耗(Loss of substance)
    系統材料、物質、元件或子系統的損耗。
  24. 資訊的遺失(Loss of information)
    資料的損失、無法獲得系統的資料、或是人的五官(觸覺、味覺、嗅覺、視覺、聽覺)無法感受到資料。
  25. 時間的浪費(Loss of time)
    我們可體會為「目前所用時間」與「可能的更短時間」的差距。
  26. 物質的數量(Amount/Quantity of substance)
    物質的數量就是指物質的多少(或數量),也可能指的是子系統或系統元件的數目。
  27. 可靠度(Reliability)
    指的是在日常、惡劣或意外的情況下,系統執行功能的能力。
  28. 量測精準度(Accuracy of Measurement)
    指的是測量值與實際值接近的程度。
  29. 製造精密度(Precision/Accuracy of Manufacturing)
    指的是製造的精度/準確度,一種實際的系統參數與規定參數匹配的程度。
    另外要注意的是,準確度指的是與目標的差距,而精度指的是變化的程度。
  30. 會影響系統的有害因素(Harmful factors acting on object from outside)
    指外部事件所導致系統中一些有用的特性惡化。
  31. 系統產生副作用(Harmful factors developed by object)
    物體或系統本身所產生的作用,對於外部環境造成有害影響。
  32. 容易製造(Manufacturability)
    該物體或系統的可製造性,重點在於製程能力、機器或設施的彈性,以及控制在要求的生產品質或成本下的生產能力。
  33. 容易操作使用(Usability)
    指的是物品或系統的可用性,即容易使用的程度。
  34. 容易維修(Reparability)
  35. 適應度(Adaptability)
    能夠改變(或被改變)的能力,以適應不同的需求與環境;若該系統具有強適應性,便可適用於不同的情況與提供更多的使用方式。
  36. 系統複雜度(Complexity of device)
    指比其它同類產品更難以創造或製造。
  37. 控制的複雜度(Complexity of control and measuring)
    對於量測某一個給定的參數值,所需要的量測元件數量和困難性與會與量測控制時間成正比。
  38. 自動化程度(Level/Extent of automation)
    指的是取代人工作業的程度。
  39. 生產力(Productivity)
    指的是輸入/投入與產出的關係。

練習:系統矛盾參數的腦力激盪

下方我們以貨車為例,從系統分析開始到定義系統矛盾,我們分成四個步驟來練習:
步驟一:產生貨車的系統參數列表
  1. 速度
  2. 燃油消耗
  3. 空氣阻力摩擦
  4. 貨物重量
  5. 引擎功率
  6. 安全
步驟二:選擇一個您有興趣的參數並改變它的值,例如:速度↑。
步驟三:分析這個參數和步驟一中的參數列表的交互作用影響。
例如:速度↑會造成X↓此行我們稱為「衝突對」,每一個「衝突對」就是一個系統矛盾。
        速度↑    ←→     燃料消耗↑        ➔衝突(系統矛盾)
        速度↑    ←→     空氣阻力摩擦↑    ➔衝突(系統矛盾)
        速度↑    ←→     可載貨物重量↓    ➔衝突(系統矛盾)
        速度↑    ←→     發動機功率↑        ➔衝突(系統矛盾)
        速度↑    ←→     安全性↓            ➔衝突(系統矛盾)
步驟四:從前述的39個矛盾參數中,選擇最合適的參數來代表,在選擇時要有彈性,如果無法直接找到所需要的參數,那麼就提高抽象的程度。
    我們從矛盾參數中,找到第九項(Speed)代表本例中的速度:
速度(9)↑    ←→     燃料消耗(19使用能源的運動物體)↑
速度(9)↑    ←→     空氣阻力摩擦(11應力或壓力)↑
速度(9)↑    ←→     發動機功率(21功率)↑
速度(9)↑    ←→     安全性(27可靠性)↓

  上述步驟四,代表我們已完成了矛盾參數的分析工作,這部份需要先對問題本身以及產品及系統有深入的瞭解,才能正確的解析出最合適的矛盾參數。

2014年12月25日 星期四

TRIZ系統性創新(一)

http://www.tjcxff.com/userup/091/0710372841.jpg
TRIZ創始人Genrich S. Altshuler
  談到「創新」這個名詞(我覺得更應該是動詞),總會讓我們聯想起靈光乍現的剎那,就像不曾交集的電線碰觸後突然蹦出的火花,或是一具年久失修的引擎在晃動後不經意轉動的驚喜,總之,那是一個會讓我們驚喜的瞬間,一個忽然滿室香氛清高氣爽的時刻,但是這樣的機會往往得來不易,我們急切的渴求創新,卻往往索盡枯腸、絞盡腦汁後換得一片尷尬靜寂或聲聲長嘆,因此對於大部份的人來說,「創新」就像一頂沉重的大帽,愈是強求就愈令人喘不過氣來,最終窒息了我們大腦深處裏那一道微弱的光芒。
  哎,那麼到底有沒有一種公式或工具,可以方便的快速的產生創新的方法或提供創新的idea?讓我們空白的腦袋瓜得到救贖的機會?
    是的,的確有個叫作TRIZ的系統,你相信嗎?只要輸入問題,它就可以幫你產生創意的解決想法;這個由俄國人Altshuller(國內翻為阿舒勒)所發明的系統號稱可以作到這點,他的作法是萃取並匯整歸納眾人長年所累積的發明經驗,透過篩選世界最具創意的二十萬個專利,經過研究分析歸納而得到一個具有系統性的創新產生方法,任何人只要使用這個方法便可產生有價值的創新解決方案,後來這個系統方法被稱為TRIZ。
    本文是我在11/21上課的心得,除了摘錄了部份上課的講義,我另外還參考了「TRIZ創新的科技」一書,整理在下文中,希望能讓大家一窺TRIZ的奧秘並對於TRIZ的作法有些概念,在最後我會舉個例子作為範例;由於這次的上課僅六小時,因此在本文中我也僅能針對TRIZ的觀念及用法作基本的介紹,但是這些觀念或步驟,相信足夠讓我們用來作為日常的TRIZ練習使用。
  我覺得TRIZ最大的功用是協助我們針對某個特定問題導向一個明確的思考方向,讓我們不需要天馬行空或漫無目的的空想,而且最重要的是,TRIZ可以強迫我們先針對問題本身進行深度的思考和拆解,再導入系統得出可能解決方案,不過TRIZ所給予的解決方案並不是一個非常明確的解答,事實上它是另一個需要我們再進行腦力的激盪與發揮的思考問題,完成這個問題之後的答案才是TRIZ的最佳解答。所以換句話說,透過TRIZ,我們以迂迴而非直接的方式,先思考並分析問題,再針對可能的解決方案進行創意的發想,TRIZ最大的好處是,提供給我們一個思考方向以避開漫無目的或無邊無際的空想,提昇創意產生的效率。

TRIZ的由來

    TRIZ是俄文首字的縮寫,直接翻譯為中文是「創造性問題解決的理論」的意思,這位前蘇聯的發明者Altshuller他深信人類所累積的科技發展與經驗可以協助人們再次進行創新,而一般人若想要單靠著創造力和想像力,迅速即時的產生各種有效、高效率且高品質的創造發明,這是相當困難的,他想到,就在幾個世紀前,人類便開始透過專利這個工具來記載說明各項發明及創新,因此,若我們分析這些專利,必然可以發現成千上萬的技術開發人員和科學家們如何去解決複雜問題,於是,基於這個想法,他搜集了二十萬項專利並篩選出其中四萬項具有創意性解決方案的專利,其餘的十六萬項則是屬於小幅的改進。
    的確,人類在碰到問題時,都會去思考最佳的解答與解決方式,從而找到創意的來源,因此任何的創意與發現,都發源自一種具有創意問題的產生,為了要建構這個TRIZ系統,Altshuller定義一個具有創意性的問題應該是:過程中或產品其中的一個參數變化會與另一個參數發生衝突,這個衝突,這個衝突在TRIZ中稱之為「系統矛盾」(system contradiction)。
Altshuller分析數以千計的產品及製程問題,定義了39個最常導致系統矛盾的主要參數,這些參數會導致系統之間的矛盾和衝突,也就是問題的來源;不過有了問題之後,我們就需要問題的解決方法,於是Altshuller又發現,經由不同的參數或系統矛盾所產生相同的問題,事實上可使用相同的手法來解決,於是他又歸納出了四十種不同的解決方法,稱之為發明原理,這39個系統矛盾與40個發明原理所形成的一個矩陣表,我們稱為TRIZ工具。

TRIZ Contradiction Matrix(TRIZ矛盾矩陣表)

    利用上述提到的39個矛盾參數與40個發明原理,Altshuller設計出一個矩陣表稱為TRIZ Contradiction Matrix,X軸為「Worsing Parameters」(惡化系統參數),Y軸為「Improving Parameters」(改進的參數),這兩個軸分別由39個矛盾參數組成,中間X與Y相對應的格子則分別對應到不同的40個發明原理,因此,我們只要輸入不同的惡化與改進參數,便可得到不同的創新發明方向。
    TRIZ矛盾矩陣表可以在網路上透過「TRIZ matrix xls」關鍵字來尋找並下載,例如在這裏:http://innovation-triz.com/TRIZ40/TRIZ_Matrix.xls,請先下載並打開它,它應該長得類似這樣:
http://images.tribe.net/tribe/upload/photo/44d/a00/44da0013-1f30-4172-83b0-35ea50f0504b
    TRIZ矩陣圖的使用步驟是:
  1. 模式化問題,將你打算解決的問題表示為:
IF 欲採用的改善手段 THEN 參數a可改善  BUT 參數b會惡化
  1. 將參數a與b轉換到矛盾參數
  2. 使用TRIZ矩陣圖求解
下面我用一個欲尋求創新改善的問題作為範例來說明這個矩陣圖的用法:
問題點:傳統自行車坐墊的受力面積小,坐起來不但不舒適且影響健康,為了解決此問題,需加寬坐墊面積,但卻會妨礙到腳的活動。
接下來我使用TRIZ來示範解決此問題的步驟:
  1. 模式化問題:將我們的問題轉換成如下的格式
IF 增加坐墊面積 THEN 舒適度改善(OR 較小壓力)  BUT 腳會難以移動
  1. 將參數a與b轉換到矛盾參數
  這部份我覺得是頗具難度,需要有豐富經驗以及聯想力才能準確完美的對應到正確的參數,因為要將各種不同的實體概念轉換成為39個既定的抽象參數,等於是要將千變萬化不同的場景濃縮歸納為39種範本,這部份對於剛接觸TRIZ的人員來說相當有挑戰性。
  請你打開剛剛下載的矛盾矩陣表,X軸和Y軸都各有相同的39項矛盾參數,而在上述的範例中,我們透過「加寬坐墊面積」這個方法會造成的改進是舒適度改善以及較小的壓力,比對了表格中的39種矛盾參數,我們認為比較適合的是第33項的「Usability容易操作使用」以及第11項的「Stress or pressure應力或壓力」。
  另外我們還需要輸入一個參數:惡化系統參數,在上述範例中是「妨礙腳的移動」,我們再比對一下矛盾參數列表,我們選擇了第12項「Shape」形狀,這點可能會讓人匪夷所思,為什麼妨礙腳的移動和形狀有關?我的理解是,因為比對了所有參數並無更加適合的選項,而且這個妨礙腳移動的惡化,我們可視為是一種對於腳部的移動形狀改變,可視為一種形狀的改變,因此故選擇12。
  1. 使用TRIZ矩陣圖求解
所以我們已經有了X軸(惡化系統參數)以及Y軸(改進的參數)兩種值,我們把它們套進TRIZ矩陣圖來求解,對應後分別得到15, 34, 29, 28以及35, 4, 15, 10,這八個數值,就是40種創新發明原理之一,我們可以將創新的idea與想法,集中在這八項發明原理上。

透過矩陣表所對應出的八項創新發明原理分別是:
4            Asymmetry         非對稱原理
10        Preliminary action    預先行動原理
15        Dynamisation        動態化原理
28        Mechanical interaction substitution    取代機械原理
29        Pneumatics and Hydraulic    氣動或液壓
34        Rejecting and regenerating parts    拋棄與再生元件
35        Parameter changes    性質轉變原理
最後,依TRIZ所提供的這八種創新原理,某個同仁經由第15項的動態化原理這個方向,想到了可以設計一種ABS Sport坐墊,它不但可以擴大坐墊面積,且由於採用動態分離的方式,讓左右兩邊的坐墊可以分開活動,因此坐墊不但變大了坐起來舒適,最重要的是也不會妨礙到腳的移動。
發明原則
情境
例子
15
Dynamisation
動態化原理
  • 可調整
  • 可拆式
  • 可折疊
  • 活動式
  • 增加活動程度
可折疊座椅、可彎曲吸管、蝴蝶型電腦鍵盤






        這是想像出來的效果:



使用TRIZ必須注意的重點:

    個人認為有三個重點在使用TRIZ系統時相當的重要,否則若一開始便偏離了問題的核心與要點,可能會感覺到在實作TRIZ的過程中無法帶來真正的效益:
  1. 找到正確的問題:先瞭解事情的本質,並且確定,我們所要解決的問題真的是問題嗎?
  2. 問題的衝突點就是創新的機會:衝突是進步的障礙,一切的進步障礙來自於衝突,找到真正的衝突點就找到創新的機會,TRIZ的矛盾矩陣表,就是利用這個原理。
  3. 能夠正確的分析與解釋、歸納39個矛盾參數與40個發現原則:這部份需要累積豐富的經驗與另一種層面的聯想與透過腦力激盪的引導來完成。