《基礎工業(yè)工程》課程教學中融入TRIZ創(chuàng)新思維方法的研究

王秀麗　朱耿先

摘要：創(chuàng)新是工業(yè)工程專業(yè)的核心思想?！痘A工業(yè)工程》課程教學尤其要注重學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文深入剖析了TRIZ創(chuàng)新思維方法與基礎IE的聯(lián)系，利用TRIZ九屏幕法對基礎IE方法研究的三部分內容進行了系統(tǒng)性詮釋，探討了技術矛盾理論和5W1H的相互補充與完善，最后運用TRIZ方法結合基礎IE技術對該教材中案例進行分析和改進。

關鍵詞：工業(yè)工程;TRIZ;九屏幕法;技術矛盾

中圖分類號：G642???? 文獻標志碼：A???? 文章編號：1674-9324（2019）13-0151-04

《基礎IE》是工業(yè)工程專業(yè)的核心課程之一，也是工業(yè)工程本科生進入專業(yè)課學習和專業(yè)技能培養(yǎng)的第一門必修課，學生通過《基礎IE》課程的學習，能夠熟練掌握方法研究、作業(yè)測定、現(xiàn)場管理等工業(yè)工程技能，為后續(xù)專業(yè)課程的學習與實踐打下良好基礎?！痘AIE》課程的綜合性較強，向下關聯(lián)管理學、物理、數(shù)學和計算機等公共基礎課程，向上支撐設施規(guī)劃與設計、生產(chǎn)計劃與控制、人因工程、先進制造技術等專業(yè)課程。在工業(yè)工程專業(yè)基礎課和專業(yè)課學習中起著承上啟下的關鍵作用。

創(chuàng)新是工業(yè)工程的核心思想，貫穿《基礎IE》課程體系始末。方法研究旨在尋求科學、經(jīng)濟、高效的作業(yè)方法;作業(yè)測定有助于找到提高作業(yè)率的時間利用方案，獲得標準時間;現(xiàn)場管理是通過對作業(yè)現(xiàn)場中的生產(chǎn)要素和管理目標要素進行設計和綜合治理，達到全方位的資源配置優(yōu)化。上述基礎IE的內容學習需要學生具備創(chuàng)新意識、掌握創(chuàng)新方法。教學過程中融入TRIZ創(chuàng)新思維方法可為改進方案的設計打開思路、提供工具。

一、TRIZ理論概述

（一）TRIZ的基本內容

TRIZ是一種基于知識的發(fā)明問題解決系統(tǒng)方法學，該理論誕生于前蘇聯(lián)，是1946年由發(fā)明家、教育家G.S.Altshuller（根里奇·阿奇舒勒）和他的研究團隊，從二百多萬件發(fā)明專利中總結出的創(chuàng)新最常用的方法和原理[1]。阿奇舒勒在研究過程中有兩大發(fā)現(xiàn)：第一是不同行業(yè)的創(chuàng)新方案采用了相同的解決方法;第二是技術系統(tǒng)的變革和發(fā)展并不是隨機的，而是和生物系統(tǒng)一樣遵循著一定的客觀規(guī)律發(fā)展和進化的。

TRIZ是由40條創(chuàng)新原理、8大技術系統(tǒng)進化法則、4種分離方法、76個標準解法形成的。發(fā)展歷程分為經(jīng)典TRIZ和現(xiàn)代TRIZ兩部分，經(jīng)典TRIZ包括創(chuàng)新思維工具、技術系統(tǒng)進化法則、矛盾矩陣、物場模型、標準解法等，而現(xiàn)代TRIZ則包括系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)簡化、三軸分析、知識工程、MPV等[2]。TRIZ強調發(fā)明或創(chuàng)新可依一定的程序與步驟進行，而非隨機的腦力激蕩。

（二）TRIZ的應用

蘇聯(lián)在上世紀中期開始大力培養(yǎng)國民創(chuàng)新能力和素質，將TRIZ學習列入憲法中，有100多所院校開設有TRIZ理論的課程。隨著蘇聯(lián)的解體，人才向西方國家流動，世界各國才得以慢慢了解TRIZ理論并將其應用到本國的發(fā)展中。

美國的一些世界級公司，如波音公司，利用TRIZ理論解決了波音飛機空中加油的關鍵技術問題，從而戰(zhàn)勝了法國空中客車公司，為波音贏得了幾億美元的訂單。德國幾乎所有名列世界500強的大企業(yè)都采用了該理論，如西門子、奔馳、寶馬等著名公司都有專門的機構及人員負責該理論的培訓和應用。日本的索尼公司每年都要推出數(shù)種新產(chǎn)品，其動力來源于創(chuàng)新戰(zhàn)略和創(chuàng)新理論方法的研究應用。韓國的三星電子公司也專門成立了協(xié)會，在產(chǎn)品技術研發(fā)部門實施技術創(chuàng)新理論培訓，目前三星公司已成為在中國申請專利最多的國外企業(yè)。

二、TRIZ創(chuàng)新思維方法與基礎IE的聯(lián)系

（一）基于TRIZ九屏幕法的方法研究的系統(tǒng)性詮釋

基礎IE主要內容來自科學管理創(chuàng)始人泰勒的工作研究，方法研究和作業(yè)測定是其兩大主要技術。其中方法研究包括：程序分析、操作分析和動作分析，三部分內容相互關聯(lián)，分別從宏觀、中觀、微觀三個層次對完成一項作業(yè)活動的方法、流程進行分析和優(yōu)化。但是泰勒的科學管理源自針對某項作業(yè)活動的具體方法的改善和優(yōu)化，這使得工業(yè)工程從誕生之日起，對其的評價中一直有只注重細節(jié)而忽略整體的系統(tǒng)性批判。

運用TRIZ的九屏幕法可以做方法研究的系統(tǒng)性詮釋。九屏幕法是以系統(tǒng)組成為基礎，由當前系統(tǒng)引出子系統(tǒng)和超系統(tǒng)，再從時間維度分析各個系統(tǒng)（見圖1），形成事物發(fā)展網(wǎng)絡，引導聯(lián)想，目的在于找到當前系統(tǒng)的未來，即今后的發(fā)展趨勢與創(chuàng)新方向[3]。

1.TRIZ九屏幕法的使用步驟。（1）畫出三橫三縱的表格，將要研究的技術系統(tǒng)填入格1;（2）考慮技術系統(tǒng)的子系統(tǒng)和超系統(tǒng)，分別填入格2和格3;（3）考慮技術系統(tǒng)的過去和未來，分別填入格4和5;（4）考慮超系統(tǒng)和子系統(tǒng)的過去和將來，填入剩下的格中;（5）針對每個格子，考慮可用的各種類型資源;（6）利用資源規(guī)律，選擇解決技術問題。

2.程序分析、操作分析、動作分析的九屏幕法分析。九屏幕法的核心要先界定當前系統(tǒng)、超系統(tǒng)和子系統(tǒng)。（1）以作業(yè)程序為當前系統(tǒng)。所選研究對象為一項作業(yè)程序，位于九屏幕中的“1”的位置?？梢允且粋€工序或一項活動。則當前系統(tǒng)的子系統(tǒng)：構成該工序、活動的操作、步驟或環(huán)節(jié)。當前系統(tǒng)的超系統(tǒng)：工序所在的工藝過程或活動所屬的項目以及與該工序、活動有關的人、機、料、法、環(huán)所構成的作業(yè)現(xiàn)場。方法研究中以當前系統(tǒng)——作業(yè)程序為研究對象的分析為流程程序分析，則工藝程序分析為超系統(tǒng)分析，操作分析為子系統(tǒng)分析。（2）以操作為當前系統(tǒng)。所選研究對象為構成工序的某一個操作，其子系統(tǒng)為構成該操作的動作;其超系統(tǒng)為工序、機器設備、作業(yè)規(guī)程。對應基礎IE的操作分析，則流程程序分析可作為其超系統(tǒng)分析、動作分析為其子系統(tǒng)分析。（3）以動作作為當前系統(tǒng)。所選研究對象為構成操作的某一個動作，則其子系統(tǒng)為構成該動作的動素，其超系統(tǒng)為操作臺布置、操作過程、操作者。對應基礎IE的動作分析，則操作分析是其超系統(tǒng)分析、動素分析為其子系統(tǒng)分析。上述分析用三層九屏幕法將方法研究的全部內容置于一個整體系統(tǒng)，為基礎IE的應用研究建立起系統(tǒng)的框架結構，如圖2所示。

（二）技術矛盾理論與5W1H提問技術的相互補充與完善

技術矛盾是TRIZ矛盾理論中與物理矛盾相對應的一個重要問題，利用矛盾矩陣進行創(chuàng)新設計的關鍵因素是技術矛盾、通用工程參數(shù)和發(fā)明原理[4]。

技術矛盾的表達方式通常為“如果A，那么B，但是C”，B為改善的積極效果，C為帶來的惡化效果。為準確描述改善效果和惡化效果，阿奇舒勒對數(shù)量眾多的工程參數(shù)進行了一般化處理，確定了39種能夠表達所有技術矛盾的通用工程參數(shù)。又通過對大量專利的研究、分析、比較與統(tǒng)計，歸納出解決矛盾所使用的40項發(fā)明原理。根據(jù)工程參數(shù)的矛盾和發(fā)明原理的對應關系，構成一個39×39的矩陣。每兩個參數(shù)發(fā)生矛盾時均可查找到對應的發(fā)明原理。該矩陣被稱為矛盾矩陣[5]。利用該理論解決問題的思路如圖3所示。

技術矛盾理論與“5W1H”方法的巧妙串聯(lián)可以實現(xiàn)二者的相互補充與完善。

1.“5W1H”提問技術有助于發(fā)現(xiàn)“關鍵問題”?！?W1H”提問技術是工作研究常用的分析技術，是指對研究工作以及每項活動從目的、原因、時間、地點、人員、方法上進行提問，具體提問方法見表1。

通過上述三個層次的提問，為解決技術矛盾問題的第一步：凝練出“關鍵問題”提供了有效的方法和工具。

2.技術矛盾理論是“5W1H”提問技術的完善和升華。“5W1H”提問技術，第一個層次的提問了解現(xiàn)狀、第二個層次的提問發(fā)現(xiàn)問題、第三個層次的提問有助于產(chǎn)生新的方案。但對于新方案科學性的論證“5W1H”技術沒有涉及。而技術矛盾理論則可以對采用新方案有可能帶來的優(yōu)化參數(shù)和惡化參數(shù)進行分析論證，通過矛盾矩陣查找合適的發(fā)明原理給新方案的選擇提供科學的依據(jù)。

三、利用TRIZ方法對顧客就餐流程優(yōu)化案例的改進

易樹平教授主編《基礎工業(yè)工程》第四章中有顧客就餐的工藝程序分析的案例，現(xiàn)運用TRIZ思想結合基礎IE方法對該案例進行分析和改進。案例中顧客用餐的流程為：顧客進入餐廳，由門口的禮儀員負責帶到大廳或者包間等就餐區(qū)域，就坐后拿著就餐卡去點菜區(qū)，在點菜員指引下進行點菜。點菜結束后，回到就餐區(qū)就坐，等待上菜。上菜的過程是由專門的傳菜員負責傳菜、服務員負責布菜。顧客吃完飯后走到銀臺進行結賬，完成就餐過程[6]。

教材以工藝流程上的節(jié)點（運輸點、操作點）為對象，運用“5W1H”技術和“ECRS”四大原則進行優(yōu)化，優(yōu)化后的流程是：顧客進入餐廳后，直接去點菜場地點菜，然后入座等待就餐，最后結賬離開餐廳。改善后顧客行走距離和就餐時間方面均有明顯的優(yōu)化效果。但缺乏從系統(tǒng)整體的角度進行優(yōu)化設計，也缺乏對新方案以及有可能引致的矛盾問題進行分析。

（一）就餐流程的九屏幕法分析

利用TRIZ理論的九屏幕法分析就餐流程，設定當前技術系統(tǒng)是就餐的工藝程序，超系統(tǒng)是整個餐廳的運營系統(tǒng)，子系統(tǒng)是禮儀員、服務員、點菜員等工作人員的作業(yè)流程。如表2所示。

基于上述分析，從當前系統(tǒng)、超系統(tǒng)、子系統(tǒng)的現(xiàn)在和未來入手，找到優(yōu)化設計的突破口和發(fā)展方向為以下兩個方面：（1）當前系統(tǒng)中顧客點餐環(huán)節(jié)，過去是菜單點菜，顧客看不見食材和菜品樣品，現(xiàn)在的點餐環(huán)節(jié)在這方面做出了改善，但增加了點餐的復雜性和點菜員的工作量，可考慮用現(xiàn)代先進的點菜系統(tǒng)如IPAD或電腦系統(tǒng)取代傳統(tǒng)點餐工具，將食材和菜品照片上傳到點菜系統(tǒng)中，顧客進行自助智能點餐。（2）子系統(tǒng)工作人員的作業(yè)流程優(yōu)化，過去工作人員的作業(yè)為由禮儀員將顧客引至座位，點菜員收點菜單傳至后廚，服務員上菜，最后收銀員結賬，該流程服務環(huán)節(jié)多，效率低，顧客等待時間長。而顧客接受的是餐飲服務而非人員服務，結合當前系統(tǒng)中點菜系統(tǒng)的優(yōu)化，可將工作人員的作業(yè)流程優(yōu)化如下：由自助點菜系統(tǒng)匯集點菜信息，后廚安裝一個客戶端自動顯示并智能提示后廚工作人員顧客所在的桌次，所點菜品，然后進入加工過程。加工完畢，由智能傳輸機根據(jù)桌次完成傳菜過程。而結賬過程則可以在顧客點餐后直接在IPAD或電腦上通過支付寶或微信支付。

（二）新方案引致的技術矛盾分析與優(yōu)化

教材中改進的要點是運用“5W1H”提問技術和以“ECRS”四大原則為指導取消了顧客點餐前的就坐。該項改進可以簡化顧客的活動流程，但增加了服務員的工作量，服務員需要在顧客點餐前收集餐桌使用和預定信息以確保點菜完畢后顧客可以就座，并且在顧客點餐后根據(jù)余座信息將顧客引至合適的座位，在以顧客就餐的工藝程序分析中，不會考慮到改進會導致服務員工作量增加的問題。

用技術矛盾理論分析，關鍵問題是取消顧客點餐前的就座，技術矛盾是改善的積極效果是簡化顧客的活動流程，惡化效果是增加了服務人員的工作量。通過對39個通用工程參數(shù)（表）的查詢，確定工程參數(shù)一個是工作強度、一個是流程的方便性，再對矛盾矩陣進行查詢（見表3），可以從40個創(chuàng)新原理中找出符合該例子的4個創(chuàng)新原理：32.改變顏色、40.復合材料、

3.局部質量、28.機械系統(tǒng)替代。根據(jù)實際情況來看，改變顏色、復合材料、局部質量都不適用于點餐流程，而最符合的創(chuàng)新原理就是機械系統(tǒng)替代，采取一種新的點菜系統(tǒng)來替代傳統(tǒng)的點菜系統(tǒng)，這個結果與用九屏幕法進行系統(tǒng)優(yōu)化分析的方向一致。

四、結語

創(chuàng)新是工業(yè)工程的核心思想，創(chuàng)新能力是工業(yè)工程師必須具備的基本能力，在現(xiàn)階段工業(yè)工程專業(yè)課程的教學中，對學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面沒有引起足夠的重視。本文嘗試將《基礎工業(yè)工程》這一工業(yè)工程專業(yè)的核心課程和創(chuàng)新方法論——TRIZ理論結合起來，在課程教學當中引入TRIZ理論，通過TRIZ理論的學習，提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新興趣，引導學生利用生動形象的九屏幕法、矛盾矩陣、小人法、金魚法等TRIZ理論進行工業(yè)工程案例分析，發(fā)散學生的創(chuàng)新思維，提供創(chuàng)新方法，產(chǎn)生更多更好的優(yōu)化思路和優(yōu)化方案[7，8]，持續(xù)創(chuàng)新是工業(yè)工程發(fā)展的不竭動力。

參考文獻：

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[3]趙敏，史曉凌，段海波.TRIZ入門及實踐[M].北京：科學出版社，2009.

[4]彭慧娟，成思源.TRIZ的理論體系研究綜述[J].機械設計與制造，2013，（10）：270-272.

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[6]易樹平，郭伏.基礎工業(yè)工程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.

[7]于澍.基于現(xiàn)代TRIZ理論的高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育方法應用探析[J].太原城市職業(yè)技術學院學報，2018，（01）：158-159.

[8]Lou Yonghai，Li Jianhua.Business Model Innovation of Enterprises by Physical Contradiction Means of TRIZ，ECBI，2009.

Research on Integrating TRIZ's Innovative Thinking Method into the Teaching of "Basic Industrial Engineering"

WANG Xiu-li1，ZHU Geng-xian2

（1.Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China;

2.China Electric Construction Luqiao Group，Beijing 100048，China）

Abstract：Innovation is the core idea of industrial engineering.The teaching of basic industrial engineering should pay more attention to cultivate students' innovative ability.This article deeply analyzes the connection between TRIZ innovation method and basic IE，uses the nine screen method of TRIZ to systematically annotate the method research of basic IE，discusses the mutual supplement and perfection of the technical contradiction theory and 5W1H of IE，and finally analyzes and improves the case in the textbook by using the TRIZ method and the basic IE technology.

Key words：industrial engineering;TRIZ;nine screen method;technical contradiction