《创新设计-TRIZ系统化创新教程》 课件 张换高 第5章 根原因分析；第6章 理想解分析

第5章

因果分析与冲突区域确定创新设计研究所主要内容因果分析与冲突区域概述常用因果分析工具基于根原因分析的最终冲突区域确定5-1因果分析与冲突区域概述1.因果分析：原因的含义是导致一个结果出现的条件或事件。直接原因中间原因根原因初始问题直接原因中间原因1中间原因n…根原因第1层第2层~第N-1层第N层症状※因果分析的目的就在于确定问题的根原因5-1因果分析与冲突区域概述2.冲突区域：在系统功能模型中，与系统问题相关的元件间形成的最小单元，表现为两个元件之间相互作用的区域。切黄瓜的问题模型与物质-场模型：S2S1F附着力黄瓜片重力刀刃刀面S2—黄瓜片；S1—刀面F—附着力5-2常用因果分析工具1.根原因分析工具列表：

目前，在工程技术领域中，常用的因果分析法有因果轴分析法、5-WHY分析法、鱼骨图分析法和故障树分析法等。问题求解的各阶段具体工具问题理解流程图、关键事件、雷达图、绩效矩阵问题原因头脑风暴头脑风暴、书面头脑风暴法、是-非矩阵、名义群组矩阵、配对比较问题原因数据收集取样、调查、检查表问题原因数据分析柱状图、帕累托图、散点图、问题集中图、关系图、亲和图、运行图、控制图根原因识别因果图、矩阵图、5-why法、故障树分析根原因消除六项思考帽、创造性解决问题理论、系统创新思考方法解决方案实施树图、力场分析5-2常用因果分析工具1.因果轴分析法：2.5-why分析法：原因结果问题结果分析原因分析5-2常用因果分析工具3.鱼骨图分析法：4.故障树分析法：材料机器人测量环境方法问题、特性、结果5-2常用因果分析工具应用5-why法的鱼骨图分支展开5-3基于根原因分析的最终冲突区域确定1.同级原因间关系与（AND）或（OR）联合关系（Combine）结果原因1原因2A结果原因1原因2O结果原因1原因2C2.基于功能模型的根原因分析过程（1）初步建立系统功能模型，根据问题表象在功能模型上确定直接相关的初始冲突区域。（2）分析冲突区域三元件）与问题表象相关的属性。直接导致问题发生的是初始冲突区域有元件具有某种或某几种属性，这些属性称为问题属性。（4）逐一分析每个问题属性：如果问题属性是由冲突区域外的作用导致的，则以问题属性为结果，重新构建冲突区域。如果问题属性是元件的内部属性，不受外部因素影响，且元件不能继续分解，则记录下来作为备选根原因；如果元件可分解，则分解后，缩小冲突区域范围（冲突区域转换）再进行分析。（5）转换冲突区域，重复以上过程，并根据分析结果修改功能模型。直到确定所有冲突区域和备选根原因。（6）根据分析过程，构件因果逻辑图，逐级分析所有备选根原因的关系。（7）根据备选根原因的关系和根原因的可控性，确定必须消除的根原因。（8）对方案进行评价的选择。5-3基于根原因分析的最终冲突区域确定建立系统功能模型，确定初始冲突区域开始确定必须消除的根原因分别分析冲突区域内三元件的问题属性分析问题属性的成因，确定备选根原因冲突区域转换，重复以上两步的分析过程，直到确定所有冲突区域和备选根原因分析所有备选根原因的关系结束确定冲突区域图5-9基于功能模型的根原因分析过程5-3基于根原因分析的最终冲突区域确定3.冲突区域确定从因果分析所得到的原因中，确定可控可改变的底层原因，确定其中容易消除的原因作为根原因，与根原因相关的冲突区域即为最终的冲突区域。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终冲突区域确定冲突区域的确定是应用TRIZ解题工具解决问题的前提：（1）冲突区域界定了解决问题的最小区域，可保证解决问题过程中系统较小的改变。（2）为了解决问题，需改变冲突区域的元件属性，这种改变可能会导致区域内或区域外的不期望结果产生，即转化为冲突问题。（3）冲突区域可直接用物质-场模型表达，用标准解求解。（4）冲突区域元件功能的重新求解可用效应求解（5）冲突区域往往是有必要执行功能裁剪的区域。（6）冲突区域的理想解是系统的局部理想解，提供系统解题的思路。3.冲突区域确定——意义4.案例分析：刹车管长度不良问题切刀1高速旋转，两个托辊3与平衡径向切削力，切刀同托辊围绕管材2做圆周运动，完成环切；夹钳5、6夹紧工件，夹紧力由汽缸驱动，托板4带动夹5给管材施加一个轴向拉力，以免切口变形过大。活塞气源缸筒气体驱动刹车导管刀具夹钳机床切断夹持驱动驱动保压提供（a）初始功能模型导向5-3基于根原因分析的最终冲突区域确定4.案例分析—冲突区域转换的过程5-3基于根原因分析的最终冲突区域确定5-3基于根原因分析的最终冲突区域确定刹车导管长度不良夹钳的形状、材料夹钳的夹持力不足管件抗压能力不足汽缸对夹钳的驱动力不足活塞与夹钳的连接方式活塞受到的驱动力不足气体压力不足气体对活塞的驱动力不足活塞直径小气源气体压力低传输过程压损大气体量不足缸体密封结构密封磨损程度气体泄漏密封件内外气体压差大OCC刹车导管长度不良问题因果逻辑展开过程CCC5-3基于根原因分析的最终冲突区域确定根原因列表分析本章小结因果分析及冲突区域的概念传统因果分析方法因果轴法、5-why法，鱼骨图法、故障树法基于功能模型的冲突区域确定方法根原因间的关系、根原因的确定、冲突区域确定总结：基于功能模型的根原因分析方法，可以在已有产品的功能模型基础上，通过冲突区域转换，实现因果推理过程，最终根原因选择要考虑根原因间的关系（与、或和联合关系）。冲突区域确定后，后续就是针对冲突区域的元件的问题属性进行修改。谢谢！第6章理想解分析创新设计研究所主要内容理想化理想化水平理想解与最终理想解理想解分析过程引言

理想解是针对已有系统提出的未来应该具有的状态。最终理想解是系统的终极理想状态，但又是很难达到的状态。一般情况下都是退而求其次，以低于最终理想解的某个水平作为系统改进的目标。理想解分析就是为了确定系统改进时能够达到的目标。通过根原因分析在功能模型上确定冲突区域，然后围绕冲突区域进行问题求解，这是产品改进的一般思路，但同时也限定了解的等级不高。为了能得到更高等级的解，需要进行理想解分析。6-1理想化在TRIZ中，理想化包含：理想系统、理想过程、理想资源、理想方法、理想机器、理想物质等。理想化的描述如下：理想机器：没有质量、没有体积，但能完成所需要的工作；理想方法：不消耗能量及时间，但通过自身调节，能够获得所需的效应；理想过程：只有过程的结果，而无过程本身，突然就获得了结果；理想物质：没有物质，功能得以实现。理想化分为局部理想化与全局理想化：局部理想化是指对于选定的原理，通过不同的实现方法使其理想化；全局理想化是指对同一功能，通过选择不同的原理使之理想化。设计人员在设计过程开始需要确定设计目标，即将问题局部理想化还是将其全局理想化。通常首先考虑局部理想化，所有的尝试都失败后才考虑全局理想化。6-1理想化6-1理想化局部理想化的过程有如下4种模式：加强：通过参数优化、采用更高级的材料、引入附加调节装置等加强有用功能的作用；降低：通过对有害功能的补偿，减少或消除损失或浪费，采用更便宜的材料、标准零部件等；通用化：采用多功能技术增加有用功能的个数。如现代多媒体计算机具有电视机、电话、传真机、音响等的功能；专用化：突出功能的主次。如今天的汽车厂主要是组装汽车，而零部件由很多专业配套厂生产。6-1理想化全局理想化有如下3种模式：功能禁止：在不影响主要功能的条件下，去掉中性的及辅助的功能。如采用传统的方法为金属零件刷漆后，从漆的溶剂中挥发出有害气体；采用静电场及粉末状漆可很好的解决该问题，当静电场使漆粉末均匀的覆盖到金属零件表面后，加热零件使粉末熔化，刷漆工艺完成，其间并不产生溶剂挥发。系统禁止：如果采用某种可用资源后可省掉辅助子系统，一般可降低系统的成本。如月球上的真空使得月球车上所用灯泡的玻璃罩是多余的，玻璃罩的作用是防止灯丝氧化，月球上无氧气不会氧化灯丝。原理改变：改变已有系统的工作原理，可简化系统或使过程更为方便。如采用电子邮件代替传统邮件，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）式中参数的意义为：Ideality——理想化水平；Benefits——效益，包括所有有用的特性和效用；Expenses——代价，应该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结果。产品或系统的理想化水平与其效益之和成正比，与所有代价及所有危害之和成反比。不断地增加产品理想化水平是产品创新的目标，通过提高式中分子、降低分母或者使比值提高都是提高理想化水平的基本途径。6-2理想化水平（2）价值与理想化水平价值工程（ValueEngineering，VE），是降低成本提高经济效益的管理学理论。上世纪40年代起源于美国，创始人是麦尔斯（L·D·Miles）。价值工程的理论基础是价值理论公式：V=F/CV/Value——功能价值系数F/Function——功能重要性系数C/Cost——成本系数V提高价值的五种途径为：成本不变，功能提高（F↑/C→=V↑）；功能不变，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）。如果把副作用产生的危害加入到成本中，理想化水平等同于价值工程中的“价值”，因此价值工程方法可用于提高理想化水平。6-3理想解与最终理想解产品在给定条件下处于理想状态的解称为理想解。产品的理想解实现的过程是其理想化水平提高的过程，理想化水平达到无穷大状态的理想解称为最终理想解。最终理想解IFR被分解为多个理想解IFRk，实现每个理想解需要克服多个障碍（Cij）及实现多个目标。

在给定的条件或约束下，理想解有如下的4个特点：消除了原系统的不足之处；保持原系统的优点；没有使系统变得更复杂（采用无成本或可用资源）；没有引入新的缺陷。6-3理想解与最终理想解

考虑割草机作为工具，草坪上的草作为被割的目标。割草机在割草时发出噪音、消耗燃料、产生空气污染、甩出的草片有时会伤害推割草机的工人。假如设计者的任务是改进已有的割操机(局部理想化），设计者可能会很快想到要减少噪音、增加安全性、降低燃料消耗。但如果确定理想解，就会勾画出未来割草机及草坪维护工业更佳蓝图。用户需要的究竟是什么？是非常漂亮且不需要维护的草坪。割草机本身不是用户需要的一部分。从割草机与草坪构成的系统看，其理想解为草坪上的草长到一定的高度就停止生长。至少国际上有两家制造割草机的公司正在试验这种理想草坪的草种，该草种被称为“漂亮草种（smartgrassseed）”。工程设计自动化药物施作园艺改良基因改造6-3理想解与最终理想解6-4理想解分析的过程（1）ARIZ中，理想解分析的步骤设计的最终目的是什么？理想解是什么？达到理想解的障碍是什么？出现这种障碍的结果是什么？不出现这种障碍的条件是什么？创造这些条件存在的可用资源是什么？6-4理想解分析的过程问题的最终目的是什么？兔子能够吃到新鲜的青草。理想解是什么？兔子永远自己吃到青草。达到理想解的障碍是什么？放兔子的笼子不能移动。出现这种障碍的结果是什么？由于笼子不能移动，可被兔子吃的草地面积不变，短时间内青草就被吃光了。不出现这种障碍的条件是什么？当兔子基本吃光笼子内的鲜草时，笼子移动到另一块有青草的地方。创造这些条件存在的可用资源是什么？笼子本身按上轮子，兔子自己可推动其运动到有青草的地方。即兔子本身就是可用资源。例：农场养兔子需要新鲜草，农场主既不希望兔子走的太远而不易被发现，又不希望花很多时间把鲜草送到兔子旁边。应用上述5步分析该问题并提出理想解。6-4理想解分析的过程（2）从资源的角度分析理想解将IFR用不同级别描述有助于系统的改进：1）采用超系统的资源（X-元件）2）采用系统资源3）采用冲突区域的资源。元件1元件2元件3元件6元件5元件7制品例：高层建筑玻璃窗外部清洁问题

（1）利用超系统资源

6-4理想解分析的过程例：高层建筑玻璃窗外部清洁问题