現(xiàn)代TRIZ理論中因果鏈分析應(yīng)用研究

現(xiàn)代TRIZ理論中因果鏈分析應(yīng)用研究1946年，前蘇聯(lián)著名的發(fā)明家阿奇舒勒創(chuàng)立了TRIZ理論。經(jīng)過60余年的應(yīng)用和發(fā)展，TRIZ理論被逐步地傳播到全世界各個(gè)國家。而TRIZ理論自身也在不斷地豐富和拓展，在經(jīng)典TRIZ理論的基礎(chǔ)上逐步發(fā)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(yīng)用目的等多個(gè)方面都有所不同。目前，越來越多的工程師將TRIZ應(yīng)用到解決生產(chǎn)、研發(fā)和設(shè)計(jì)過程中的具體技術(shù)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(yīng)用該工具的使用流程和注意事項(xiàng)，使盡可能多的TRIZ應(yīng)用者和愛好者更好的應(yīng)用該工具。一、因果鏈分析概述在應(yīng)用TRIZ理論解決問題的過程中，首先需要明確技術(shù)問題本身，對所面對的初始問題進(jìn)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(guān)系的工具有很多種，如在六西格瑪管理中經(jīng)常應(yīng)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(diǎn)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(qiáng)的實(shí)用性。因?yàn)橄啾瘸到y(tǒng)而言，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可控性和可改變性，對于解決問題有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)性。1．因果鏈分析的概念和特點(diǎn)因果鏈分析是一種識別解析工程系統(tǒng)關(guān)鍵原因的分析手段。它是通過建立因果鏈的缺陷而完成的，是將目標(biāo)問題和關(guān)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(diǎn)。一是因果鏈分析雖然有較為明確的步驟和算法，但由于應(yīng)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(diǎn)不同，往往分析的結(jié)果不同。二是因果鏈分析是其他TRIZ解決問題的基礎(chǔ)，只有通過因果鏈分析得到關(guān)鍵問題后才能進(jìn)行解決。三是因果鏈分析是為了搜索識別目標(biāo)問題的關(guān)鍵原因，通過解決關(guān)鍵原因可消除目標(biāo)問題。而關(guān)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(yùn)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(yīng)用流程中，通常有兩種方式，一是面對技術(shù)問題，在初始問題形勢分析的基礎(chǔ)上，對確定的問題進(jìn)行因果鏈分析，找出造成問題出現(xiàn)的根本原因或關(guān)鍵原因，針對這些關(guān)鍵原因再利用其他TRIZ的工具進(jìn)行分析和解決，如利用功能分析、技術(shù)矛盾、物理矛盾等。二是面對問題在初始問題形勢分析的基礎(chǔ)上開展功能分析、流分析后，針對分析結(jié)果中的不足作用、有害作用再應(yīng)用因果鏈分析，尋找造成不足或有害作用的原因。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，如下圖所示。因果鏈分析能夠?qū)⒍鄠€(gè)造成問題的原因進(jìn)行挖掘，使問題更個(gè)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(jié)果。（3）注意確定根本原因。在一層一層分析原因時(shí)，當(dāng)有下列原因出現(xiàn)時(shí)，不需要繼續(xù)向下尋找。一是當(dāng)不能繼續(xù)找到下一層的原因時(shí)；二是當(dāng)達(dá)到自然現(xiàn)象時(shí)；三是當(dāng)達(dá)到制度/法規(guī)/權(quán)利等極限時(shí)；四是當(dāng)遇到人的問題時(shí)；五是當(dāng)遇到過大的成本時(shí)。（4）注意識別關(guān)鍵原因。因果鏈分析完成后，需要識別關(guān)鍵原因。這時(shí)需要應(yīng)用者結(jié)合問題特征和相關(guān)領(lǐng)域知識進(jìn)行選取。如果能夠從根本原因上解決問題，確定根本原因?yàn)殛P(guān)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(gè)檢查原因節(jié)點(diǎn)，找到第一個(gè)可以改變或控制的原因節(jié)點(diǎn)，確定為關(guān)鍵原因。通過清除關(guān)鍵原因從而清除因果鏈中的大部分原因。根本原因可能是關(guān)鍵原因，也可能不是關(guān)鍵原因。三、因果鏈分析案例利用釘子將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(shí)發(fā)現(xiàn)繩子與釘子接觸的地方有鐵銹。通過因果鏈進(jìn)行分析，確定摔壞的關(guān)鍵問題。從油畫的破碎區(qū)域和時(shí)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(qiáng)的向上支撐力，同時(shí)油畫本身不能承受這種壓力。油畫不能承受壓力是因?yàn)橛彤嫳旧淼牟馁|(zhì)較脆，同時(shí)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?yàn)榈孛嬗捕雀?，油畫下降速度快。油畫下降速度快是因?yàn)槔K子斷了，同時(shí)油畫從高處墜落。油畫從高處墜落是因?yàn)闉闈M足觀賞的需求，必須處于高處。繩子斷了是因?yàn)橛彤嬏亍⒗K子應(yīng)力過于集中、繩子承受壓力不足造成。繩子承受壓力不足是因?yàn)槔K子材質(zhì)的問題和釘子生銹。釘子生銹是因?yàn)榉块g內(nèi)有水分和釘子表面無隔絕空氣的涂層。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?qū)蛹壧S，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(diǎn)。根據(jù)問題的實(shí)際情況，在因果鏈分析的基礎(chǔ)上，將關(guān)鍵原因轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵問題?？梢詫㈥P(guān)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(guān)鍵原因轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵問題，針對關(guān)鍵問題利用TRIZ中的其他工具予以解決。本例中不再進(jìn)行分析。四、結(jié)論與展望本文較為系統(tǒng)地闡述了在應(yīng)用因果鏈分析的過程中應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)和操作流程，并運(yùn)用案例詳細(xì)介紹了因果鏈分析，對于學(xué)習(xí)TRIZ理論的工程師應(yīng)當(dāng)具有一定的指導(dǎo)意義。但是我們也應(yīng)看到，運(yùn)用因果鏈分析電子分析的角度不同，得到的結(jié)果也會有所不同，因此在實(shí)際分析項(xiàng)目的過程中，應(yīng)注意選擇因果鏈的起始點(diǎn)，同時(shí)不要做過多的跳躍。責(zé)編/劉紅偉基于TRIZ理論的空氣凈化器發(fā)展分析文/東北大學(xué)機(jī)械學(xué)院李海洋趙新軍一、引言近年來，空氣污染日益嚴(yán)重，“霧霾”一詞成為全民關(guān)注的熱點(diǎn)，《2014中國環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，全國開展空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測的161個(gè)城市中，僅有16個(gè)城市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)。持續(xù)惡化的空氣污染嚴(yán)重危害人類的身體健康，這也使得人們對空氣質(zhì)量問題的關(guān)注不斷提高，能凈化室內(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發(fā)展與演變，探索空氣凈化器的發(fā)展方向。二、空氣凈化器的發(fā)展歷程國家空氣凈化器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中把空氣凈化器定義為“從空氣中分離和去除一種或多種污染物的設(shè)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(jìn)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(jì)，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(jì)，萊昂納多·達(dá)·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(shí)所產(chǎn)生的有毒粉末。1.第一代空氣凈化器—機(jī)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·迪恩共同研發(fā)了一款新型防護(hù)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(yīng)用于空氣凈化器中。該技術(shù)最初是用于核能研究防護(hù)，確保科學(xué)家的呼吸安全，HEPA對直徑0.3μm以上的微粒去除效率可達(dá)到99.7%以上，可以過濾煙霧、灰塵以及細(xì)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(hù)成本高，且只能濾除懸浮微粒、無法濾除有害氣體。此時(shí)的空氣凈化器多為箱式結(jié)構(gòu)，且產(chǎn)品體積大、機(jī)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(jì)80年代，空氣凈化器開始應(yīng)用于家庭，隨著空氣污染逐漸加重，人們對空氣凈化器的凈化能力要求越來越高?？諝鈨艋髟O(shè)計(jì)重心轉(zhuǎn)移到空氣凈化技術(shù)的研發(fā)，在此期間多種凈化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，廣泛應(yīng)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)基礎(chǔ)上結(jié)合了靜電集塵、活性炭吸附等技術(shù)，提高第一代空氣凈化器去除顆粒污染物功效的同時(shí)，還增加去除花粉、細(xì)菌等功能。此時(shí)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)等不足之處。3.第三代空氣凈化器—主動式空氣凈化器離子化技術(shù)的誕生將空氣凈化器從被動凈化空氣轉(zhuǎn)變到可以主動凈化空氣，利用空氣的彌漫性可以凈化整個(gè)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(shù)的出現(xiàn)解決了這一問題，因?yàn)槠浞磻?yīng)過程中本身不發(fā)生變化和損耗，安全無毒，降低了產(chǎn)品成本，也更迅速地殺滅空氣中的各種病毒、細(xì)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(fēng)機(jī)，因此在噪音和耗電量方面都非常低。與此同時(shí)，這類產(chǎn)品也無需更換過濾網(wǎng)，但在使用一段時(shí)間之后，這類空氣凈化器的電極部分仍需要水洗。第二、第三代空氣凈化器比較見表1。4.第四代空氣凈化器—復(fù)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(shù)并不能完全去除空氣中的污染物質(zhì)。復(fù)合式空氣凈化器應(yīng)用多種技術(shù)和材料結(jié)合來達(dá)到功能最大化的目的。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(fù)合固化結(jié)晶活性炭濾網(wǎng)結(jié)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(fù)合固化結(jié)晶活性炭濾網(wǎng)則可以有效捕捉并分解空氣中的甲醛、苯、TVOC等有害物質(zhì)，將被動凈化方式和主動凈化方式結(jié)合一起，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)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(zhì)量的不斷關(guān)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(shí)還需要提供健康的空氣。于是在傳統(tǒng)凈化器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)師為其添加了空氣加濕、定時(shí)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(jī)內(nèi)置智能控制系統(tǒng)，具有智能檢測空氣質(zhì)量和濕度的功能，可根據(jù)室內(nèi)環(huán)境凈化空氣和調(diào)節(jié)濕度，同時(shí)還能提供健康空氣?？諝鈨艋鞯男问揭膊辉倬窒抻诩彝ビ秒娖餍问剑缜迦A大學(xué)所設(shè)計(jì)的“核孔膜防霧霾窗紗”（圖2c），其核心技術(shù)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(qiáng)大穿透力制作而成，孔徑只允許分子通過，因此PM2.5等細(xì)小顆粒物會被薄膜擋住，這款窗紗對PM2.5的有效阻擋率達(dá)到98%以上。德國TrittecAG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(fēng)拂過窗紗，就會因摩擦而產(chǎn)生不被人感知的靜電，并長時(shí)間維持，當(dāng)微塵靠近就被迅速阻隔。三、TRIZ理論在空氣凈化器發(fā)展中的應(yīng)用目前我國空氣凈化器日趨完善，設(shè)計(jì)師們在設(shè)計(jì)空氣凈化器時(shí)使用了很多TRIZ理論中的發(fā)明創(chuàng)造原理，有效解決了設(shè)計(jì)中所遇到的問題。TRIZ理論在空氣凈化器中的應(yīng)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(shè)計(jì)師利用TRIZ理論的曲面化原理，設(shè)計(jì)出了圓柱式空氣凈化器，沒有棱角，增加安全性，給人溫和的感覺。同時(shí)減小了凈化器體積，并且圓柱式結(jié)構(gòu)可承載更多濾網(wǎng)，使得過風(fēng)距離和停留時(shí)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(zhì)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(shè)計(jì)師為了使產(chǎn)品更時(shí)尚美觀，運(yùn)用TRIZ理論中非對稱和改變顏色的原則設(shè)計(jì)出各種異形空氣凈化器，色彩絢麗、造型獨(dú)特，擺放在室內(nèi)不僅僅是空氣凈化設(shè)備，還是一件裝飾品，美觀實(shí)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(xì)菌、有毒氣體等凈化功能的同時(shí)還增加了空氣加濕、定時(shí)等功能，這則是運(yùn)用TRIZ理論的多功能原則，多種功能合為一體，增大產(chǎn)品的競爭力和價(jià)值，滿足消費(fèi)者更多需求。空氣凈化器的凈化功能不斷完善，但并不能根據(jù)室內(nèi)環(huán)境情況調(diào)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功效，設(shè)計(jì)師則利用TRIZ理論動態(tài)化原則設(shè)計(jì)出智能空氣凈化器，在產(chǎn)品中加入智能控制系統(tǒng)檢測室內(nèi)空氣質(zhì)量，并隨室內(nèi)空氣質(zhì)量情況調(diào)整工作狀態(tài)，節(jié)約資源，快速有效，還可以通過指示燈顯示室內(nèi)空氣質(zhì)量，讓使用者隨時(shí)感受到空氣凈化器的顯著功效。在空氣凈化器凈化技術(shù)方面，空氣凈化器最初的單層濾網(wǎng)式過濾，凈化效果差，設(shè)計(jì)師為使其能凈化更多污染物，在原有的基礎(chǔ)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則，利用多層結(jié)構(gòu)代替單層結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品性能。自從人們將設(shè)計(jì)重心轉(zhuǎn)移到空氣凈化技術(shù)，便有大量的研究成果運(yùn)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(shè)計(jì)師運(yùn)用TRIZ理論中多孔材料原則，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斤柡偷娜秉c(diǎn)，不及時(shí)更換容易產(chǎn)生二次污染?；钚蕴俊{米二氧化鈦復(fù)合光催化技術(shù)的出現(xiàn)解決了這一問題，活性炭可快速吸附空氣中極低濃度的污染物加快光催化作用，二氧化鈦的光催化作用則促使活性炭吸附的污染物向二氧化鈦轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)活性炭的原位再生，使空氣凈化器無需更換活性炭，從而降低成本，方便使用。這個(gè)過程運(yùn)用的就是TRIZ理論中的自我服務(wù)原則。四、空氣凈化器未來發(fā)展趨勢分析通過分析空氣凈化器的發(fā)展歷程，預(yù)測空氣凈化器的未來發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn)：1.智能化智能家居是生活發(fā)展的大趨勢，空氣凈化器作為家居系統(tǒng)中的重要組成部分，必將順應(yīng)發(fā)展趨勢，逐漸完善其智能性（圖3a）。這將使空氣凈化器使用更便捷舒適、更人性化，人們可以隨時(shí)掌握和操控家居環(huán)境。2.模塊化近年來人們對家居產(chǎn)品的需求愈發(fā)紛繁龐雜，并且追求個(gè)性化，傳統(tǒng)意義上的空氣凈化器總也難以滿足所有用戶的各類差別化需求。所以說，模塊化（圖3b）將是空氣凈化器的發(fā)展趨勢之一，未來空氣凈化器可將濾