需求导向创新:基于TRIZ的新产品开发

第1章 导论 科技和人类一样古老。无数大大小小的创新塑造了世界，塑造了人类文明的未来。绝大多数创新都是随机开发的，其创造者并没有使用任何有组织的方法来寻找新的想法。尽管过去随机试错的方法在创新方面取得了巨大的成就（车轮、汽车、收音机、飞机、电脑、抗生素等），但在当今竞争激烈的市场中，这种方法已经变得越来越低效。本章介绍了随机试错法的主要缺陷，并阐述了用系统创新的方法取代试错法的必要性。 1.1 产品开发工艺 每一种新产品，无论这种“产品”是一种技术、一种设备还是一种生产工艺，都源自一个新概念。要想成为产品，必须生成一个概念，然后进行评估，*后进行开发。这些活动的流程构成了产品开发过程（PDP）（图1.1）。 这个过程始于对需求的认知。然后，设计人员必须将此需求转换为一个有着明确定义的问题，或者一组问题。这个阶段的产出是一个或多个问题的陈述，并附有各种约束条件的列表（如性能说明、生产限制、经济条件、法定限制等）。 图1.1 典型产品开发过程的各个阶段 在下一阶段中，针对这些问题将生成各种概念性的解决方案。*重要的决策将在这一阶段产生，这些决策将工程、生产和商业方面的问题综合在一起考虑。 在这个过程的下一个阶段，要按照各种标准对所生成的概念进行评估，从中挑选出*有前景的方案用于设计产品的样品，然后构建并测试样品。在这一过程中，通常要对前面提出的概念性解决方案进行修正。 *后，在细节设计阶段，要进行完整的设计，所有部件的尺寸都要确定，材料也要确定下来，等等。然后，绘制出详细的图纸。 现代工程科学拥有广泛而强大的分析方法和软件工具，可以有效地对新概念进行评估，并将这些概念开发成工艺或产品系列。这些方法经历了几个世纪的渐进式进化。 过去，除了实际尝试之外没有其他方法来检验一个有吸引力的想法。几乎所有的基本化合物都是通过炼金术士进行的大量的盲目试错得到的。即使是托马斯 爱迪生在设计白炽灯泡时，也用了各种各样的材料做了超过6000个试验，才得到一根满意的灯丝。 随着科学技术的不断发展，可以更好地理解什么是可行的，什么是不可能的。今天，许多产品、工艺和它们所需的环境都可以很好地被模拟出来。现在，化工行业每年都有大量的新化合物上市。如果没有成熟的理论方法来进行合理的分析以及合成配方，这是不可能做到的。在处理问题时，工程师可以通过从基础教育中获得的知识，或者利用从他本人或前人经验中及从专利信息和技术文献中获得的知识来过滤掉不合适的概念，当然，也可以使用基于计算机的系统，如计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、有限元分析（FEA）、计算流体动力学（CFD）和其他大大促进产品开发过程的系统。 1.2 产品开发过程中的障碍 在产品开发过程中，排在*不被理解的也因此通常管理不善的阶段的前两名的是对需求的识别和概念开发。 1.2.1 **个障碍：技术战略 **阶段——需求识别，是除了进行市场调研外，还要定义技术战略的过程。这里的关键问题是（或应该是）：“下一项能满足潜在的市场需求的技术是什么?”回答这个问题需要很好地理解科技进化的趋势。 在当今竞争激烈的市场中，制造企业必须在下一个能被市场广泛接受的产品或技术上押下自己的未来。他们必须弄清楚能够获胜的创新将是什么，以便更好地分配足够的资金支持、人力和其他资源。预测的错误会导致竞争对手的优势。 1990年，当时美国钢铁市场的领导者——美国钢铁公司（U.S.Steel）有一次机会选择，是投资传统的热轧技术还是一种新型的小型钢带（CSP）技术。美国钢铁公司*后决定把资金用于进一步改进已确立的热轧技术。他们的竞争对手纽柯钢铁（Nucor Steel）投资了 CSP的开发。如今，纽柯是美国领先的钢铁生产商，而其昔日强大的竞争对手在市场上基本上被边缘化（Cusumano & Markides，2001）。 柯达和宝丽来这两大摄影设备巨头，并没有意识到数码成像技术的出现。他们都受到了率先使用这些技术的竞争对手的残酷打击（Leifer et al .，2000）。 切斯特 卡尔森（Chester Carlson）是静电复印术的创造者，他把他的发明提供给几十家公司。每个公司都拒绝了他，这些公司也因此错过了20世纪*成功的商业机会之一。 1992年，初创公司 Palm公司开发了 Palm Pilot的原型机。然而，这个小玩意并没有让硅谷的风险投资家们兴奋不已。他们认为它只是另一种个人数字助理（类似于惠普的Psion、苹果的Newton和Windows CE PC），并拒绝将其推向市场（Penzias，1997）。由于无法自筹资金，Palm于1995年成为美国机器人技术公司的子公司。此后不久，Palm Pilot获得了巨大成功。如今，Palm再次成为一家独立而繁荣的公司，提供一流的手持设备和配件。 那些在竞争中失去竞争地位的公司的名单在不断增加，不过*初没有得到管理层或金融界支持但*终获得成功的“胜出”产品和技术也在不断增加。 许多商业出版物和顾问认为，市场调查是评估新兴创新成果市场生存能力的*可靠方式。然而，事实证明，各种市场调研方法对渐进式改进创新来说非常有效，但用于评价突破性创新时往往会产生误导。 20世纪60年代末，康宁（Coning）公司对一项有前途的低损耗光纤技术产生了兴趣。该公司向AT&T咨询这项技术的前景（AT&T显然是该技术的潜在用户）。AT&T猜测，对光纤维的显著需求在21世纪的头十年才会出现。然而，康宁更加乐观，并开始发展这项技术。20世纪80年代初，该公司与 MCI取得了重大商业成功（Lynn et al .，1997）。 就连*优秀的专家也无法预测科技的未来。下面这些经常被援引的句子说明了这一点。 “比空中飞行器还要重是不可能的。”1885年皇家学会主席开尔文勋爵（Lord Kelvin）说。 “能发明的东西都已经发明出来了。”1899年美国专利局主任查尔斯 H.杜埃尔（Charles H. Duell）说。 “哪有人会想听演员说话?”1927年华纳兄弟的哈利 华纳说。 “全球市场可能只需要5台电脑。”1943年 IBM董事长托马斯.沃森（Thomas Watson）表示。 *近的一个例子是，比尔.盖茨（Bill Gates）没有预见到互联网的崛起。 事后诸葛亮总是百分百正确，但我们如何确保现在所从事的产品或技术开发是市场未来所需要的呢?我们如何选择*好的解决方案?哪些标准可以有助于我们选择*有前景的概念?识别下一代获胜产品和技术的传统方法无法为这些问题提供可靠的答案。用 TRIZ方法对这些问题进行分析将在第5章和第6章中讨论。 1.2.2 第二个障碍：概念的发展 今天，就像几百年来一样，工程（以及人类活动的其他领域）中的新颖思想主要是由“试错法”产生的。这种方法的本质是为解决某一问题不断生成各种各样的想法。这些想法的产生没有规则，过程通常是随机的。如果一种想法不合适就会被放弃，再提出新的想法。思想的流动是无法控制的，为找到解决方案需要不断进行尝试。 尽管似乎是随机的，但大多数试验都有一个共同的特点：符合所谓的心理惯性的想法居多。这种惯性是由我们的文化和教育背景、以前的经历和“常识”决定的。通常情况下，心理惯性是由一个看似无害的问题产生的，“怎么做”（如“如何解决这个问题”）把问题解决者推向传统的方法，使其丧失想象力，这是通往*佳解决方案的主要障碍。事实上，*好的解决办法往往存在于其他地方，存在于我们的常识认为毫无用处的地方。 例1.1 一个典型的例子与大家公认的工程师中受教育程度*高、*成熟、*具创新力的“火箭科学家”的心理惯性有关。20世纪70年代，美国和苏联在月球探测领域进行了激烈的竞争。由于无力承担类似阿波罗登月计划这样的项目的费用，苏联决定发射一枚无人驾驶的月球探测器，将无人驾驶飞行器送到月球的背面（黑暗的一面）。这个飞行器的目的是把人类从未见过的月球另一面的电视画面传送到地球。白炽灯是*好的光源，然而，当时的灯泡无法承受登月的影响。即使是那些在军用坦克中使用的*耐用的灯泡，在测试过程中也会在玻璃和底座的连接处断裂。 针对这个问题，科研人员把主要精力放在弄清楚如何加强玻璃灯泡上。这个情况被报告给整个登月计划的负责人。他的**个问题是：“灯泡的用途是什么?”答案很明显——在灯丝周围封上一个真空。然而，月球上有充足的完美真空!这个简单的提问解决了这个难题——不需要玻璃灯泡（图1.2）。 图1.2 缺少玻璃就不会被打碎 例1.2 一组经验丰富的汽车设计师正在为一辆新卡车开发排气系统。设计要求包括各种性能和经济标准，*重要的是噪声水平、背压（影响发动机的效率）和成本。所有这些属性都很大程度上受到消声器的特殊设计的影响。商业上还没有能满足所有标准的消声器，所以几个月来，设计团队为找到能满足所有要求的消声器设计方案而对解决方案进行了头脑风暴。 针对如何改进消声器设计提出了各种解决方案，但都没有达到目标。三种作为备选的方案设计A、B和C，*接近要求的参数（表1.1）。只有非常昂贵的消声器 B有可接受的技术表现，但它的成本太高了。新卡车必须启动，超出预算的设计方案 B勉强获批。 表1.1 消声器的变化