以Internet速度推动产品研发创新——“CPC＋TRIZ”的协同威力

以Internet速度推动产品研发创新

——“CPC＋TRIZ”的协同威力

曾令卫博士

新的竞争现实：被动满足——主动引导

近半个世纪来，制造业间的竞争日趋激烈，竞争范围也不断扩大。产品是制造企业间激烈竞争的核心。随着时代的变迁，产品间竞争的要素也不断随之演变。在早期，产品竞争的要素是成本（C），七十年代增加了质量（Q），八十年代增加了交货期（T），九十年代又增加了服务（S）和环境清洁（E），而在二十一世纪，"知识创新"（K）将成为产品竞争的关键因素。同样，企业管理关注的焦点也由传统的成本、质量发展到知识管理和创新。

从历史发展的角度看，为获取成功，企业采取了四种不同的经营模式，见图1。最早的手工制造者实际上就开始采用创新模式（称为“旧的创新模式”）——如果客户有了许多企业还不知如何生产的特殊需求，工匠们就会与客户紧密结合，想方设法设计和制造出客户需要的特殊产品，为客户定制；随着工业革命的开始，大规模生产应运而生，它通过固定产品形状、工艺和生产方式以实现前期投入成本的均摊。大规模生产商非常依赖于创新机构进行新产品的开发，而创新机构也依靠大规模生产商为他们与众不同的设计提供现成的市场。大规模生产成为20世纪美国经济成功的核心，福特成为这一时期的典型代表；而日本企业发现，如果持续的改善加工工艺，并与统计过程控制SPC、全面质量管理TQM、集成产品开发团队IPT等创新方法的持续实施结合起来，可以以更低的成本和更高的质量开发出创新产品；随着客户需求的多变和越来越“挑剔”的消费观念的蔓延，大规模定制模式的固定但颇具柔性、加工工艺的灵敏反应能力赢得了企业的关注，它通过采用模块化技术并借助于IT工具的支持可以解决低成本和高定制的矛盾；如果通过大规模定制仍然无法满足客户的需求或把握市场机遇时，企业不得不继续进行自我更新——创新模式（称为“新的创新模式”），彻底开发出新的产品模块或加工工艺，甚至是完全放弃当前的产品或工艺体系，重构具有竞争力的新体系。

其实，企业的经营模式正是按照上面的方式不断循环转换，采用哪一种或哪几种模式的结合依赖于企业的发展战略和市场定位。但是我们可以看到这样一个事实：创新始终贯穿于所有经营模式之中，新的创新模式正逐渐成为企业走向成功的必然选择。

进一步仔细分析，大规模生产模式实际上是一种以满足假设的客户需求为前提的面向库存方式；持续创新和大规模定制是以满足客户特定（或个性化）需求为目标的低成本定制方式；而在新的创新模式中，企业不再仅仅局限于对客户需求的被动满足上，而是一种在科学的需求获取、分析、统计、预测和满足基础上建立起来的需求引导方式。如果说当前主要还是“满足客户需求的时代”，那么可以肯定的是：下一代将是一个通过“创新引导客户需求的时代”。谁能够先于其竞争对手推出创新产品，并引领市场潮流、抢占市场先机，谁就将成为市场的主导者并赚取大量超额利润。当然，“引导客户需求”并非排斥对客户需求的满足，恰恰相反，它是一种在科学的需求分析和预测前提下对客户需求的更高层次的满足，通过创新性产品让客户真正“体验”到“前所未有”的满足感。

通过产品创新提升企业竞争力

在不同时期，提升企业竞争力的策略和焦点各不相同。更低的成本、更好的质量、更优质的服务等等都是很有效的措施。但是，针对具体的产品，成本、质量、服务的优化都有一定的限度（趋于饱和）。只有创新，持续不断的创新，才是一种“潜力无穷”和“前途无限”的措施。因为创新是永无止境的。

GartnerGroup认为，产品的竞争力可以通过市场大小、市场份额和产品利润三个要素来衡量，即有：竞争力＝市场大小×市场份额×产品利润 ，如图2所示。80年代和90年代分别通过降低产品成本和缩短产品上市时间来提高各单件产品本身的利润及其市场份额（市场占有率）。为了扩大各自的市场份额，“价格战”成了许多企业的“杀手锏”，这在我国的家电行业很典型。结果呢，企业的竞争力并没有提高，反而导致企业的产品研发投入下降、扼杀了创新能力。

而通过创新却可以大大拓展市场本身的大小，从而导致竞争力的大大增强。因此，应对价格战的最好解决方案就是通过创新，不断推出更新更好的产品，用旧的产品来应对降价，而用新的产品来获取高额利润，满足不同层次的、更大范围的市场需求。长虹集团在一段时间的价格战之后于2001年初果敢推出中国首台精显背头电视，大大托展了彩电市场规模——需国内外订单源源不断，使其在2001年再次成为彩电市场最大赢家，这就是一个通过创新提高企业竞争力的典型案例。

同时，通过创新（包括管理的创新、产品本身的创新、流程的创新等等）也可以大大改善产品的成本、质量、上市时间等指标，提高市场份额和产品利润从而大大增强产品的竞争力。

常用产品创新技法

产品研发创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是研发人员进行创造性思维的结果。创新本身意味着不拘一格，但是通过以下一些创新技法有利于在研发过程中诞生全新的思路和想法：

(1) 智暴发（又称头脑风暴法/BS法）：是由美国创造学家A·F·奥斯本于1939年首次提出、1953年正式发表的一种激发性思维的方法，也是一种创造能力的集体训练法：通过会议的形式，让所有参加者在自由愉快、畅所欲言的气氛中，针对某一专题自由交换想法或点子，并以此激励与会者的创意和灵感。参加者提出的方案越多越好，一律记录下来，之后，再研究有哪些切实可行的新建议。

(2) 缺点列举法：尽力列出某事物的缺点，再选出主要缺点，然后研究革新方案。实现创新的关键是正确分析产品中所存在的矛盾。产品设计中的基本矛盾是产品功能成本比不能满足用户要求，它有两种表现形式，一是未能实现某些产品功能质量目标；二是某些功能质量得到改善而某些功能质量却恶化。矛盾分析结果用于指导新作用原理、新物理结构的联想，进而找出相似实例。

(3) 联想类推法：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；

(4) 反向探求法：采用背离惯常的思考方法，通过逆向思维、转换构思，对已有产品或已有方案进行功能、行为、结构、原理的逆向思考寻求解决问题的新途径；

(5) 组合创新法：将现有的技术或产品通过功能、原理、结构的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的长处使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；

(6) 知识链接法：创新是一个动态的和复杂的作用过程，同时也是一个知识供应链的运作过程，它包括知识的组织、利用、产生、转移等过程。通过各种方式将大量涉及创新的相关知识、与知识相关的实体链接组织在一起，在每个知识供应者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。

这里仅列出了几种主要的创新技法，这些技法与具体专业知识无关，实用于任意领域的创新，目前已经在各行业得到广泛的应用。借助于IT工具，可以使这些技法更加实用化，可操作更强。

TRIZ（创造性问题求解理论） ——产品研发创新的理论根基

前苏联发明家G. S. Altshuller等人通过对世界近250万件高水平发明专利的分析研究，总结出人类进行发明创造解决技术问题过程所遵循的40个原理和法则。建立一个由解决技术问题，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，简称TRIZ。其基本原理以二个主要发现为基础：(1) 技术的演化不是一个随机过程，它与顾客需求的演化相关，并且每个工程领域的演化都对其它工程领域产生影响。(2) 创造性问题来源于矛盾，解决矛盾问题有两个方法：一是在冲突参数间寻找折衷方案，二是消除矛盾。TRIZ的目标是通过消除矛盾来解决问题。古典TRIZ由问题建模和问题求解技术组成。现代TRIZ包括四部分：技术演化倾向、问题求解技术、近期专利汇集和功能与价值分析。TRIZ的方法不是针对某个具体的机构、机械或过程，而是要建立解决问题的模型及指明问题解决对策的探索方向，以提供人们思考问题和解决问题过程的科学化依据。

在俄罗斯，TRIZ方法一直被作为大学专业技术必修科目，且已广泛应用于工程领域中。苏联解体后，TRIZ流传于西方，受到极大重视。西北欧、美国、日本、台湾等地出现了以TRIZ为基础的研究、咨询机构和公司，一些大学将TRIZ列为工程设计方法学课程。TRIZ方法工程实用性强，其方法核心系经验的集合，所以可视为一种知识库的方法。如今它已在全世界广泛应用，创造出了成千上万项重大发明。

由于TRIZ是一种知识库的方法，所以它与IT工具的结合可以释放出巨大的能量，为产品研发创新提供实时的指导，同时在产品研发过程中不断扩充和丰富。美国Invention Machine公司推出的计算机辅助创新CAI软件——TechOptimizer就是完全基于TRIZ理论开发的，支持产品概念设计阶段的创新。目前已在全球许多知名企业（如：Intel、联合利华、宝洁、摩托罗拉、福特、通用汽车、惠普等等）中得到广泛应用，成为产品研发创新的首选工具。

TechOptimizer以现代TRIZ理论的四部分内容为依据，包括以下七大功能模块：支持功能建模和功能优化的产品功能分析、工艺流程分析、支持方案评价和特性优化的特性传递、解决技术矛盾的大量创新原理、技术系统的演化和趋势预测、图文并茂的科学原理检索、基于全球知名专利局数据库的网络助手等。其中每个模块都内嵌了大量科学知识和应用实例，覆盖了几何学、机械学、热学、光学、电学、磁学、电磁学、物理学、化学、微粒子等多个科学领域。通过这些实例，用户能够更好的理解创新原理、科学原理、法则，以便能应用这些原理法则创造性的解决自己的实际问题。前面介绍的缺点列举法、联想类推法、知识链接法等创新技法都在TechOptimizer的具体功能中有所体现。

TRIZ的研究，为产品研发创新提供了理论根基，而基于TRIZ的TechOptimizer充分运用各种创新技法为研发创新提供了切实可行的IT工具。

协同产品商务CPC——产品研发创新的协同环境

协同产品商务CPC是继ERP，PDM之后又一全新的管理理念，它通过充分利用Web技术，增强企业与企业之间的协作能力，灵活适应动态的商业环境并提供产品全生命周期的信息管理，能够大大改善离散型制造企业的核心业务过程，实现产品的客户化定制以及快速地推出创新产品。关于CPC理念，作者已在参考文献5中进行了详细介绍，此处不再赘述。

CPC可以通过以下功能支持研发创新：

 知识管理：知识存储、检索和利用，便于研发团队间知识的共享和重用。

基于Web的协同工作环境：可以为地理上分布的研发团队运用 “头脑风暴法” 进行创新提供全面支持。也为主企业、供应商、分销商与客户通力合作、协同研发真正满足客户需求的创新产品提供技术保障。

规范的流程体系：确保研发创新过程按照规范的流程进行运作。

合理的组织模式和团队：一方面有利于充分调动研发人员的创新积极性，另一方面也可通过IPT（集成产品开发团队）或CPT（集成产品开发团队），实施并行工程，确保研发的创新性产品便于制造、装配和服务，同时具有良好的市场前景。

可视化工具：提供研发产品的全三维数字化模型，支持协同研发的高效交流、评价和仿真等。

联邦数据服务：为异构信息化系统和异构数据提供统一入口和联邦服务，便于利用各种分布式知识支撑创新。

总之，CPC通过Internet技术，把产品设计、工程、制造、采购、市场、销售、客户紧密地联系到一起，形成一个全球的知识网络，在协作环境中寻求研发创新和全新的商业机会。

产品创新实现方案

目前，“创新”一词在各大媒体可谓铺天盖地，但是具体到企业的产品研发，如何进行创新，如何才能抢占先机开发出创新性产品引领市场潮流，成为令各企业领导者极其头痛的问题。许多企业都已经注意到：引进创新性人才、在企业内建立有利于创新的环境和氛围、从制度上保证和鼓励创新等等都是实现创新非常有效的措施。也就是说，企业的创新涉及到人才创新、制度创新、管理创新、技术创新等多方面的问题，而本文主要集中于研究如何采用创新技法、创新理论和IT工具的结合以支持技术方面的产品研发创新。

众所周知，产品开发的生命周期可分为需求分析、概念设计、详细设计、工艺分析、加工制造等不同阶段。根据成本沉淀理论，产品总价值约80%～85%是在产品研发阶段决定的，其中约75％是在产品概念设计阶段决定的，如图3所示。另一方面，产品设计初期相应的设计知识较少、设计自由度大、对设计人员的约束少、创新的空间广，随着设计过程的进行，设计知识逐渐增加，设计的自由度也相应减少，见图4。因此，早期阶段的创新和决策对最终产品具有决定性的作用。要实现产品研发创新，企业关注的焦点应该沿着产品生命周期逐步前移——主要集中在产品研发的早期阶段（包括需求分析和概念设计阶段）。

已在企业广泛应用的CAD技术，专注于产品的详细设计阶段。

CAD从最初的纯粹绘图系统发展到全三维数字化模型，并不断推出了基于参数化、变量化、VGX、动态导航、Drag-and-Drop等时髦技术的新版产品。早期的PDM系统简化了文档、结构、流程的管理。这些技术和工具的应用目的主要是为了将产品研发人员从繁重的体力劳动中解放出来，以便专注于创新。但它们对创新的支持是间接的，也是非常有限的。

客户需求的理解和科学预测是产品创新的重要前提，但令人遗憾的是在需求分析阶段目前尚无非常完善的专用支撑工具，许多工作还必须依靠人工或间接的IT手段。当然，随着质量功能部署QFD方法、CRM系统（包括商业智能BI）、统计等技术和系统的结合发展，相信在不久对于需求的分析和处理将更趋合理化。

所幸的是，在概念设计这一最重要的创新阶段，基于TRIZ的TechOptimizer为我们带来了实实在在的利益。创新不再仅仅是一个遥不可及的空中楼阁。专利知识库、多学科科学原理、技术演化趋势、技术系统的矛盾解决方案、产品功能价值的分析评估等等都为产品的创新提供了直接的支持。

CPC支持产品全生命周期和产品相关各方（主企业、供应商、分销商、客户等）的广泛协同，并以商务方式运作实现价值链的优化。而且，CPC可以将需求分析、概念设计、详细设计、工艺分析等阶段的单点支撑工具通过文档、流程、产品结构、Web协同等功能有机组织和管理起来，大大加快研发创新速度、倍增创新能力。

因此，根据当前中国企业的现状，在利用已有CAD/CAM/PDM工具的基础上，选用“CPC＋TRIZ”的组合解决方案，是构建企业完美的创新研发体系的最佳选择。产品研发早期的决策正确与否离不开各种设计知识和知识管理技术（创建、表示、管理、推理）的支持。尽量增加设计早期阶段（如：概念设计阶段）的设计知识和设计自由度不仅有利于创新，还可以达到减少返工次数和缩短产品开发周期的目的，见图4。CPC与TRIZ正是通过提升知识为企业财富，通过知识的充分利用和共享来实现产品研发创新。充分发挥二者的协同威力，必将为企业开发创新产品、提升国际竞争力作出重要贡献。

正如ERP，“CPC＋TRIZ”组合解决方案的实施首先是一个管理变革的问题，绝非几套IT工具软件的实施。其核心在于结合企业产品研发实际，以开发具有市场前景的创新性产品为目标，进行研发战略、研发流程、研发组织结构、研发团队（绩效和评估）以及具体研发方法学的提升和改造。而相应的IT工具是为了使得先进的研发管理理念和方法得以固化并确保高效实现。由于CPC涉及到产品生命周期的全过程，而TRIZ方法在我国的研究和应用也才刚刚起步，所以要充分发挥二者的协同威力，还需要咨询公司、科研院所与企业通力合作，逐步推进。

结束语

无论从技术本身的发展还是从市场需求的演变角度看，产品研发创新都将成为提升企业竞争力的重要因素。创新是一个极其复杂的课题，但具体到产品研发也并非无章可循。创新技法、TRIZ理论都为新产品的研发提供了很好的指导。在管理变革的基础上充分利用优秀的IT工具可以大大加快研发创新的速度。

本文在介绍创新、TRIZ、CPC等相关理论和技术的基础上，提出了“CPC+TRIZ”的组合创新方案，目的在于将CPC的协同知识创新与TRIZ的多学科综合深度知识创新相结合，为我国企业的产品研发创新提供一套全新的思路和切实可行的解决方案。

参考资料

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2.   工程领域中的概念设计及创新，同济大学，齐从谦、邵丹

3.   基于WEB的计算机辅助机械创新设计系统研究，孙延明、赖朝安、郑时雄，《现代制造工程》， 2002/3

4.    新产品开发的关键技术--计算机辅助创新，《机电信息》，2001/9

5.     从80%中榨取利润，曾令卫，《IT经理世界》，2002/5

6.     Fey V S, Riven E I, Verkin I M. Application of the theory of inventive problem solving to design and manufacturing systems. Annal of the CIRP, 1994,43(1):107-110

7.     Janet K. Allen and Farrokh Mistree, A Robust Conceptual Exploration Method for Enhancing Productivity in Concurrent Systems Design, Concurrent Engineering: Research and Applications, 1997,9 V5 Number 3

8.     David G. Ullman. The Mechanical Design Process. McGraw-Hill, Inc., 1997

9.     David M. Anderson, B. Joseph Pine II: Agile Product Development for Mass Customization: How to Develop and Deliver Products for Mass Customization, Niche Markets, JIT, Build-to-Order and Flexible Manufacturing, McGraw-Hill, Inc., 1997