精益研发之创新设计平台
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➢ 学科交叉，知识融合——它山之石，可以攻玉
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可变后掠翼战斗机的本体描述片段
波音的本体论字典0.05%片断
精益研发之创新设计平台
•TRIZ工具集与本体论知识 库
➢ TRIZ工具集引导人们按照客观规律解决问题
➢ 本体论将各领域专家的知识有机的组织起来以支 持创新
➢ 二者的联姻帮助设计者：
•实例
俄罗斯套娃：400多项专利？
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TRIZ创新原理<嵌套原理>: 将小物体置于中空的大物体内以节省空间 <嵌套原理>在不同领域的应用:
工程 1994 缩短扭力杆的长度？ 船舶 1990 减少船舶双螺旋推进器的体积？ 电子 1988 减少电容器的体积？ 军工 1979 减少爆破压制超导线圈的废品率？ 农业 1965 使施肥机适应不同的农作物间距？
•标题=S+V+O •问题描述 •方案描 述
•专利信息 •解决方案扩 展
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精益研发之创新设计平台
创新设计平台——矛盾求解
•系统分析 •问题分解
•方案生成
•创新原理
•方案评价 •报告
功能特点: 着眼技术系统的矛盾所在 应用TRIZ方法解决矛盾
•智•管力理资产
•技术矛盾: •静止物体的体积 vs. 温度
提取
8个技术系统进化法则
39×39矛盾矩阵
总结
40个创新原理
11个分离原理
... ...
精益研发之创新设计平台
TRIZ的核心认识
v 产品及其技术的发展像生物体进化一样遵循着诞 生、成长、成熟、衰老、灭亡的客观规律
v 同一条规律往往在不同的产品或技术领域被反复 应用，很多创新实质上往往是其他领域技术在某 一领域的全新应用
•Enterprise Integration
精益研发之创新设计平台
精益研发应用流程——总图
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•系统功能展开（SQFD）
•创新？
•仿真？
•产品功能展开（PQFD）
•创新？
•仿真？ •稳健性 •设计？
•工艺设计展开（PQFD）
•创新？
•仿真？ •稳健性 •设计？
•第
•创新（CAI）
一
阶
•PERA.Innovation 创新设计平台
•系统分析
•问题分解
•矛盾求解
•创新知识
•方案评价
•专利生成
•创新流程管理
•创新数据管理
质
协
量
同
设
仿
计
真
平
平
台
台
•PERA.Simulation •
•PERA.Quality •
•工作流
•数据管理
•知识管理
•多学科优化
•PERA.Foundation •PERA.BASE
•方案评价 •报告
•智•管力理资产
•解决方案: 精确方案 特殊方案 通用方案 类比方案
功能特点: 实例
•动画演示
•精确方案： • 用树脂过滤装置净化水 •特例方案： • 吸附树脂净化地下水 •通用方案： • 光致反应材料纯化流体 • 电渗析净化液体 •类比方案： • 金属硅净化碱性水溶液 • 微生物净化含磷废水 • 废热蒸馏分离回收重水 • 以溶液的共振频率施加能量来淡化海 水
•仿真（CAE）
段
•创新（CAI）
•第
二
•仿真（CAE）
阶
•田口/DOE/参数设计/
段
•容差设计…
•创新（CAI）
•仿真（CAE） •稳健性 •设计 …
•第 三 阶 段
精益研发之创新设计平台
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•摘要
v 精益研发之创新设计平台 v 企业创新的现状 v 创新理论基础简介 v 创新产品简介 v 成功案例
•发动机
•...
•设备 •机器 •is kind of •is kind of
•has sub-kinds
•汽车发动机
•飞机发动机
•火车发动机
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精益研发之创新设计平台
本体论工具——本体论知识库
➢ 运用本体论的知识组织方式，可以帮助用户快速 找到其它领域中解决类似问题的解决方案（可能 是你从来没有想到过的方案！）
•TRIZ工具之技术系统进化法则
•动态法则:
•技术系统向着适应性, 流动性和可操作性增加的方向发展 电脑键盘的进化轨迹 <适应性, 流动性>
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精益研发之创新设计平台
•TRIZ工具之创新原理
➢ 常规解决方法： ▪ 折衷法 ▪ 彻底化解矛盾
•Which one is better?
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v 技术创新是有规律可以遵循的，是有工具可以使 用的，TRIZ解决问题也是符合技术人员通常思 维习惯的。
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精益研发之创新设计平台
工程问题的求解过程
•1 + 1 = ？
演算
•抽 •象
•＋ •＝ •？
•1 + 1 = 2
•联 •想
•＋ •＝
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精益研发之创新设计平台
TRIZ工程问题求解模式
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精益研发之创新设计平台
创新设计平台——问题分解
•系统分析 •问题分解 •方案生成 •方案评价 •报告
功能特点: 三轴分析
因果轴、系统轴、操作轴 三轴分析实例
•智•管力理资产
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精益研发之创新设计平台
创新设计平台——创新知识
•方案生成 •系统分析 •问题分解 •创新知识库
• 由 想不到 到 想得到（方向）
• 由 想得到 到 做得到（方法）
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精益研发之创新设计平台
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•摘要
v 精益研发之创新设计创新 v 企业创新的现状 v 创新理论基础简介 v 创新产品简介 v 成功案例
精益研发之创新设计平台
精益研发之创新设计平台
•系统分析 •问题分解 •方案生成 •方案评价
•参数B
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精益研发之创新设计平台
TRIZ工具集
•ARIZ
•……
•九步法
•算法
•自己的算法
•九屏幕法 •小人法 •金鱼法 •STC算子
•IFR
•……
•创新的思 维
•技术矛盾 •创新原理
•创新的方法
•工
•物理矛盾 •分离方法
具
•物场模型
•标准解法
•根本原因分析•功能分析
•……
•知识库
•技术系 统
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精益研发之创新设计平台
企业创新能力等级
能力等级
•涉及产品变量数
•所用到的知识
第1级
少量的变更
行业内常识
第2级
改变的变量数≤100
行业内已知知识
第3级 第4级 第5级
要加以改善的变量数≤1000 行业外已知知识
要加以改善的变量数≤ 10000
全新的原理
全新的知识
重大的科学发现
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精益研发之创新设计平台
创新理论基础之一——TRIZ
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• 1946年, G. S. Altshuller创立TRIZ（发明问题解决理论，The Theory of Inventive Problem Solving）
• 研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则
• 基于数理的统计分析, 总结前人解决典型技术问题的典型方法和规律, 并将其分类, 便于工程 人员快速对应, 找到解决方案
精益研发之创新设计平台
创新的定义
➢ “创新” 一词最早是由美籍奥地利经济学家约瑟夫·熊彼 得（Joseph A. Schumpeter ）于1912年出版的《经 济发展理论》一书中提出 。
➢ 熊彼特认为，“创新”就是通过对生产要素和生产条件 的重新组合，使企业获取潜在的利润。
➢ 创新的两个特点：
✓ 不等于发明创造 ✓ 必须带来经济效益
•报告
•智力资产 •管理
PERA.Innovation
•Solutions •sysAnalyzer •reFormulator •TRIZ
•Patent Search
•Evaluation
•Patent App •Report •Editor
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精益研发之创新设计平台
创新设计平台——系统分析
研发投入占销售收入比重普遍在 3%以下
来自创新的收益在15%以下
研发投入占销售收入比重大于10% 50%以上的收益来自于创新
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精益研发之创新设计平台
国内企业创新现状
➢ 目前国内企业创新能力有待 提高，仅为1到2级，而美 国企业的能力普遍在3到4 级
➢ 因此国内企业急需一个好的 创新方法，使企业自身的创 新能力从2级提升到3级， 使企业的业绩提高一个数量 级
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•S曲线
•完备性法则
•能量传递法 则 •协调性法
则 •动态性法则
•子系统不均衡进化
•创新的规律
•向超系统进化 •向微观型进化
•提高理想度法则
•……
•功能
•矛盾 •理想度
••术术语 语
•资源
•效应
•……
精益研发之创新设计平台
创新理论基础之二——本体论
➢ 人类都用联想和类比的方法解决问题 ➢ 联想和类比来源于事物间的联系 ➢ 本体论将错综复杂、游离零散的信息片断链接在
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精益研发之创新设计平台
•世界知名企业：三星电子
•– 从”技术跟随者”到”行业领跑者”
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• 2006年, 市值突破1000亿美元 (索尼, 410亿美元)
• 2005年, 品牌价值超过索尼 (达149亿美元)
• 2004年, 全球市场份额第一
•
销售额528亿美元，纯利润103亿美元，
•系统分析 •问题分解 •方案生成 •方案评价
功能特点: 技术系统功能模型
定性的描述技术系统的工程问题 传统设计方法: 定量设计的数学模型 TRIZ 设计方法: 定性设计的功能模型 价值工程分析 通过能量流和价值工程确定系统内薄弱的环节 价值工程不再完全依赖于主观评价
•报告
•智•管力理资产
具
•物场模型
•标准解法
•根本原因分析•功能分析
•……
•知识库
•技术系 统
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•S曲线
•完备性法则
•能量传递法 则 •协调性法
则 •动态性法则
•子系统不均衡进化
•创新的规律
•向超系统进化 •向微观型进化
•提高理想度法则
•……
•功能
•矛盾 •理想度
••术术语 语
•资源
•效应
•……
精益研发之创新设计平台
一起，形成有用的知识链与关系网 ➢ 本体论帮助人们去联想和类比，拓宽思维空间，
在浩瀚的知识“海洋”里，很容易地“捞”到所 需要的“针”
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精益研发之创新设计平台
创新设计平台理论基础之二——本体论
描述事物间的联系, 将游离的信息片断链接在一起，形成有用的知识
•燃烧室
•轴
•has parts
•资料来源：TRIZ创始人-G. S. Altshuller 精益研发之创新设计平台
不同创新能力等级企业对比
1、2级企业
创新主要依靠个人“经验”和“灵 感”
3、4级企业 采用高效率的创新方法
只利用行业内已知知识进行产品设 充分借鉴多学科、多领域的知识进行产
计
品设计
智力资产缺乏保护
很好地实现了对企业智力资产的保护和 再利用
精益研发之创新设计平 台
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2020/11/30
精益研发之创新设计平台
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•摘要
v 精益研发之创新设计平台 v 企业创新的现状 v 创新理论基础简介 v 创新产品简介 v 成功案例
精益研发之创新设计平台
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•PERA 精益研发平台
•PERA.Portal 精益研发门户 •精益研发总线
•问题模型
中间工 具
•解决方案 模型
转 化
•待解决的 •问题
演 绎
•最终解决 方案
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精益研发之创新设计平台
TRIZ工具集
•ARIZ
源自文库
•……
•九步法
•算法
•自己的算法
•九屏幕法 •小人法 •金鱼法 •STC算子
•IFR
•……
•创新的思 维
•技术矛盾 •创新原理
•创新的方法
•工
•物理矛盾 •分离方法
精益研发之创新设计平台
•TRIZ工具之创新原理
➢ 技术矛盾——两个参数之间的矛盾
§ 如果改进系统参数A
•参数A
§ 将导致系统参数B的恶化
§ 技术矛盾是技术系统进化通过自然选择的的必 然要求
•技 术 矛 盾 解 决 矩 阵
•01 26 •27 40
•01 – 分割 •26 – 复制 •27 – 廉价替代品 •40 – 复合材料
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精益研发之创新设计平台
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•摘要
v 精益研发之创新设计创新 v 企业创新的现状 v 创新理论基础简介 v 创新产品简介 v 成功案例
市值710亿美元
•
存贮芯片、TFT-LCD、CDMA手机、显
示器、HDTV
• 2003年, 全球品牌价值增幅全球之首 (31%)
精益研发之创新设计平台
•三星电子飞速发展的秘密武器
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精益研发之创新设计平台
•波音引入TRIZ时间比任何人想像都 早
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“困扰研发小组长达数年的一些难题，经过仅数个星期的TRIZ培训，就找到了完美的解决方 案。”
“TRIZ在行业的成功推广与应用迫切需要网络化的教学平台。”
—Don Masingale
波音公司先进技术预研项目负责人
TRIZ专家
精益研发之创新设计平台
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•摘要
v 精益研发之创新设计平台 v 企业创新的现状 v 创新理论基础简介 v 创新产品简介 v 成功案例
精益研发之创新设计平台
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可变后掠翼战斗机的本体描述片段
波音的本体论字典0.05%片断
精益研发之创新设计平台
•TRIZ工具集与本体论知识 库
➢ TRIZ工具集引导人们按照客观规律解决问题
➢ 本体论将各领域专家的知识有机的组织起来以支 持创新
➢ 二者的联姻帮助设计者：
•实例
俄罗斯套娃：400多项专利？
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TRIZ创新原理<嵌套原理>: 将小物体置于中空的大物体内以节省空间 <嵌套原理>在不同领域的应用:
工程 1994 缩短扭力杆的长度？ 船舶 1990 减少船舶双螺旋推进器的体积？ 电子 1988 减少电容器的体积？ 军工 1979 减少爆破压制超导线圈的废品率？ 农业 1965 使施肥机适应不同的农作物间距？
•标题=S+V+O •问题描述 •方案描 述
•专利信息 •解决方案扩 展
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精益研发之创新设计平台
创新设计平台——矛盾求解
•系统分析 •问题分解
•方案生成
•创新原理
•方案评价 •报告
功能特点: 着眼技术系统的矛盾所在 应用TRIZ方法解决矛盾
•智•管力理资产
•技术矛盾: •静止物体的体积 vs. 温度
提取
8个技术系统进化法则
39×39矛盾矩阵
总结
40个创新原理
11个分离原理
... ...
精益研发之创新设计平台
TRIZ的核心认识
v 产品及其技术的发展像生物体进化一样遵循着诞 生、成长、成熟、衰老、灭亡的客观规律
v 同一条规律往往在不同的产品或技术领域被反复 应用，很多创新实质上往往是其他领域技术在某 一领域的全新应用
•Enterprise Integration
精益研发之创新设计平台
精益研发应用流程——总图
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•系统功能展开（SQFD）
•创新？
•仿真？
•产品功能展开（PQFD）
•创新？
•仿真？ •稳健性 •设计？
•工艺设计展开（PQFD）
•创新？
•仿真？ •稳健性 •设计？
•第
•创新（CAI）
一
阶
•PERA.Innovation 创新设计平台
•系统分析
•问题分解
•矛盾求解
•创新知识
•方案评价
•专利生成
•创新流程管理
•创新数据管理
质
协
量
同
设
仿
计
真
平
平
台
台
•PERA.Simulation •
•PERA.Quality •
•工作流
•数据管理
•知识管理
•多学科优化
•PERA.Foundation •PERA.BASE
•方案评价 •报告
•智•管力理资产
•解决方案: 精确方案 特殊方案 通用方案 类比方案
功能特点: 实例
•动画演示
•精确方案： • 用树脂过滤装置净化水 •特例方案： • 吸附树脂净化地下水 •通用方案： • 光致反应材料纯化流体 • 电渗析净化液体 •类比方案： • 金属硅净化碱性水溶液 • 微生物净化含磷废水 • 废热蒸馏分离回收重水 • 以溶液的共振频率施加能量来淡化海 水
•仿真（CAE）
段
•创新（CAI）
•第
二
•仿真（CAE）
阶
•田口/DOE/参数设计/
段
•容差设计…
•创新（CAI）
•仿真（CAE） •稳健性 •设计 …
•第 三 阶 段
精益研发之创新设计平台
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•摘要
v 精益研发之创新设计平台 v 企业创新的现状 v 创新理论基础简介 v 创新产品简介 v 成功案例
•发动机
•...
•设备 •机器 •is kind of •is kind of
•has sub-kinds
•汽车发动机
•飞机发动机
•火车发动机
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精益研发之创新设计平台
本体论工具——本体论知识库
➢ 运用本体论的知识组织方式，可以帮助用户快速 找到其它领域中解决类似问题的解决方案（可能 是你从来没有想到过的方案！）
•TRIZ工具之技术系统进化法则
•动态法则:
•技术系统向着适应性, 流动性和可操作性增加的方向发展 电脑键盘的进化轨迹 <适应性, 流动性>
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精益研发之创新设计平台
•TRIZ工具之创新原理
➢ 常规解决方法： ▪ 折衷法 ▪ 彻底化解矛盾
•Which one is better?
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v 技术创新是有规律可以遵循的，是有工具可以使 用的，TRIZ解决问题也是符合技术人员通常思 维习惯的。
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精益研发之创新设计平台
工程问题的求解过程
•1 + 1 = ？
演算
•抽 •象
•＋ •＝ •？
•1 + 1 = 2
•联 •想
•＋ •＝
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精益研发之创新设计平台
TRIZ工程问题求解模式
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精益研发之创新设计平台
创新设计平台——问题分解
•系统分析 •问题分解 •方案生成 •方案评价 •报告
功能特点: 三轴分析
因果轴、系统轴、操作轴 三轴分析实例
•智•管力理资产
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精益研发之创新设计平台
创新设计平台——创新知识
•方案生成 •系统分析 •问题分解 •创新知识库
• 由 想不到 到 想得到（方向）
• 由 想得到 到 做得到（方法）
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精益研发之创新设计平台
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•摘要
v 精益研发之创新设计创新 v 企业创新的现状 v 创新理论基础简介 v 创新产品简介 v 成功案例
精益研发之创新设计平台
精益研发之创新设计平台
•系统分析 •问题分解 •方案生成 •方案评价
•参数B
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精益研发之创新设计平台
TRIZ工具集
•ARIZ
•……
•九步法
•算法
•自己的算法
•九屏幕法 •小人法 •金鱼法 •STC算子
•IFR
•……
•创新的思 维
•技术矛盾 •创新原理
•创新的方法
•工
•物理矛盾 •分离方法
具
•物场模型
•标准解法
•根本原因分析•功能分析
•……
•知识库
•技术系 统
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精益研发之创新设计平台
企业创新能力等级
能力等级
•涉及产品变量数
•所用到的知识
第1级
少量的变更
行业内常识
第2级
改变的变量数≤100
行业内已知知识
第3级 第4级 第5级
要加以改善的变量数≤1000 行业外已知知识
要加以改善的变量数≤ 10000
全新的原理
全新的知识
重大的科学发现
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精益研发之创新设计平台
创新理论基础之一——TRIZ
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• 1946年, G. S. Altshuller创立TRIZ（发明问题解决理论，The Theory of Inventive Problem Solving）
• 研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则
• 基于数理的统计分析, 总结前人解决典型技术问题的典型方法和规律, 并将其分类, 便于工程 人员快速对应, 找到解决方案
精益研发之创新设计平台
创新的定义
➢ “创新” 一词最早是由美籍奥地利经济学家约瑟夫·熊彼 得（Joseph A. Schumpeter ）于1912年出版的《经 济发展理论》一书中提出 。
➢ 熊彼特认为，“创新”就是通过对生产要素和生产条件 的重新组合，使企业获取潜在的利润。
➢ 创新的两个特点：
✓ 不等于发明创造 ✓ 必须带来经济效益
•报告
•智力资产 •管理
PERA.Innovation
•Solutions •sysAnalyzer •reFormulator •TRIZ
•Patent Search
•Evaluation
•Patent App •Report •Editor
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精益研发之创新设计平台
创新设计平台——系统分析
研发投入占销售收入比重普遍在 3%以下
来自创新的收益在15%以下
研发投入占销售收入比重大于10% 50%以上的收益来自于创新
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精益研发之创新设计平台
国内企业创新现状
➢ 目前国内企业创新能力有待 提高，仅为1到2级，而美 国企业的能力普遍在3到4 级
➢ 因此国内企业急需一个好的 创新方法，使企业自身的创 新能力从2级提升到3级， 使企业的业绩提高一个数量 级
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•S曲线
•完备性法则
•能量传递法 则 •协调性法
则 •动态性法则
•子系统不均衡进化
•创新的规律
•向超系统进化 •向微观型进化
•提高理想度法则
•……
•功能
•矛盾 •理想度
••术术语 语
•资源
•效应
•……
精益研发之创新设计平台
创新理论基础之二——本体论
➢ 人类都用联想和类比的方法解决问题 ➢ 联想和类比来源于事物间的联系 ➢ 本体论将错综复杂、游离零散的信息片断链接在
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精益研发之创新设计平台
•世界知名企业：三星电子
•– 从”技术跟随者”到”行业领跑者”
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• 2006年, 市值突破1000亿美元 (索尼, 410亿美元)
• 2005年, 品牌价值超过索尼 (达149亿美元)
• 2004年, 全球市场份额第一
•
销售额528亿美元，纯利润103亿美元，
•系统分析 •问题分解 •方案生成 •方案评价
功能特点: 技术系统功能模型
定性的描述技术系统的工程问题 传统设计方法: 定量设计的数学模型 TRIZ 设计方法: 定性设计的功能模型 价值工程分析 通过能量流和价值工程确定系统内薄弱的环节 价值工程不再完全依赖于主观评价
•报告
•智•管力理资产
具
•物场模型
•标准解法
•根本原因分析•功能分析
•……
•知识库
•技术系 统
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•S曲线
•完备性法则
•能量传递法 则 •协调性法
则 •动态性法则
•子系统不均衡进化
•创新的规律
•向超系统进化 •向微观型进化
•提高理想度法则
•……
•功能
•矛盾 •理想度
••术术语 语
•资源
•效应
•……
精益研发之创新设计平台
一起，形成有用的知识链与关系网 ➢ 本体论帮助人们去联想和类比，拓宽思维空间，
在浩瀚的知识“海洋”里，很容易地“捞”到所 需要的“针”
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创新设计平台理论基础之二——本体论
描述事物间的联系, 将游离的信息片断链接在一起，形成有用的知识
•燃烧室
•轴
•has parts
•资料来源：TRIZ创始人-G. S. Altshuller 精益研发之创新设计平台
不同创新能力等级企业对比
1、2级企业
创新主要依靠个人“经验”和“灵 感”
3、4级企业 采用高效率的创新方法
只利用行业内已知知识进行产品设 充分借鉴多学科、多领域的知识进行产
计
品设计
智力资产缺乏保护
很好地实现了对企业智力资产的保护和 再利用
精益研发之创新设计平 台
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2020/11/30
精益研发之创新设计平台
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•摘要
v 精益研发之创新设计平台 v 企业创新的现状 v 创新理论基础简介 v 创新产品简介 v 成功案例
精益研发之创新设计平台
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•PERA 精益研发平台
•PERA.Portal 精益研发门户 •精益研发总线
•问题模型
中间工 具
•解决方案 模型
转 化
•待解决的 •问题
演 绎
•最终解决 方案
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精益研发之创新设计平台
TRIZ工具集
•ARIZ
源自文库
•……
•九步法
•算法
•自己的算法
•九屏幕法 •小人法 •金鱼法 •STC算子
•IFR
•……
•创新的思 维
•技术矛盾 •创新原理
•创新的方法
•工
•物理矛盾 •分离方法
精益研发之创新设计平台
•TRIZ工具之创新原理
➢ 技术矛盾——两个参数之间的矛盾
§ 如果改进系统参数A
•参数A
§ 将导致系统参数B的恶化
§ 技术矛盾是技术系统进化通过自然选择的的必 然要求
•技 术 矛 盾 解 决 矩 阵
•01 26 •27 40
•01 – 分割 •26 – 复制 •27 – 廉价替代品 •40 – 复合材料
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精益研发之创新设计平台
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•摘要
v 精益研发之创新设计创新 v 企业创新的现状 v 创新理论基础简介 v 创新产品简介 v 成功案例
市值710亿美元
•
存贮芯片、TFT-LCD、CDMA手机、显
示器、HDTV
• 2003年, 全球品牌价值增幅全球之首 (31%)
精益研发之创新设计平台
•三星电子飞速发展的秘密武器
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精益研发之创新设计平台
•波音引入TRIZ时间比任何人想像都 早
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“困扰研发小组长达数年的一些难题，经过仅数个星期的TRIZ培训，就找到了完美的解决方 案。”
“TRIZ在行业的成功推广与应用迫切需要网络化的教学平台。”
—Don Masingale
波音公司先进技术预研项目负责人
TRIZ专家
精益研发之创新设计平台
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v 精益研发之创新设计平台 v 企业创新的现状 v 创新理论基础简介 v 创新产品简介 v 成功案例
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