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摘要：创新是工业工程专业的核心思想。《基础工业工程》课程教学尤其要注重学生创新能力的培养。本文深入剖析了TRIZ创新思维方法与基础IE的联系，利用TRIZ九屏幕法对基础IE方法研究的三部分内容进行了系统性诠释，探讨了技术矛盾理论和5W1H的相互补充与完善，最后运用TRIZ方法结合基础IE技术对该教材中案例进行分析和改进。
关键词：工业工程;TRIZ;九屏幕法;技术矛盾
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）13-0151-04
《基础IE》是工业工程专业的核心课程之一，也是工业工程本科生进入专业课学习和专业技能培养的第一门必修课，学生通过《基础IE》课程的学习，能够熟练掌握方法研究、作业测定、现场管理等工业工程技能，为后续专业课程的学习与实践打下良好基础。《基础IE》课程的综合性较强，向下关联管理学、物理、数学和计算机等公共基础课程，向上支撑设施规划与设计、生产计划与控制、人因工程、先进制造技术等专业课程。在工业工程专业基础课和专业课学习中起着承上启下的关键作用。
创新是工业工程的核心思想，贯穿《基础IE》课程体系始末。方法研究旨在寻求科学、经济、高效的作业方法;作业测定有助于找到提高作业率的时间利用方案，获得标准时间;现场管理是通过对作业现场中的生产要素和管理目标要素进行设计和综合治理，达到全方位的资源配置优化。上述基础IE的内容学习需要学生具备创新意识、掌握创新方法。教学过程中融入TRIZ创新思维方法可为改进方案的设计打开思路、提供工具。
一、TRIZ理论概述
（一）TRIZ的基本内容
TRIZ是一种基于知识的发明问题解决系统方法学，该理论诞生于前苏联，是1946年由发明家、教育家G.S.Altshuller（根里奇·阿奇舒勒）和他的研究团队，从二百多万件发明专利中总结出的创新最常用的方法和原理[1]。阿奇舒勒在研究过程中有两大发现：第一是不同行业的创新方案采用了相同的解决方法;第二是技术系统的变革和发展并不是随机的，而是和生物系统一样遵循着一定的客观规律发展和进化的。
TRIZ是由40条创新原理、8大技术系统进化法则、4种分离方法、76个标准解法形成的。发展历程分为经典TRIZ和现代TRIZ两部分，经典TRIZ包括创新思维工具、技术系统进化法则、矛盾矩阵、物场模型、标准解法等，而现代TRIZ则包括系统功能分析、系统简化、三轴分析、知识工程、MPV等[2]。TRIZ强调发明或创新可依一定的程序与步骤进行，而非随机的脑力激荡。
（二）TRIZ的应用
苏联在上世纪中期开始大力培养国民创新能力和素质，将TRIZ学习列入宪法中，有100多所院校开设有TRIZ理论的课程。随着苏联的解体，人才向西方国家流动，世界各国才得以慢慢了解TRIZ理论并将其应用到本国的发展中。
美国的一些世界级公司，如波音公司，利用TRIZ理论解决了波音飞机空中加油的关键技术问题，从而战胜了法国空中客车公司，为波音赢得了几亿美元的订单。德国几乎所有名列世界500强的大企业都采用了该理论，如西门子、奔驰、宝马等著名公司都有专门的机构及人员负责该理论的培训和应用。日本的索尼公司每年都要推出数种新产品，其动力来源于创新战略和创新理论方法的研究应用。韩国的三星电子公司也专门成立了协会，在产品技术研发部门实施技术创新理论培训，目前三星公司已成为在中国申请专利最多的国外企业。
二、TRIZ创新思维方法与基础IE的联系
（一）基于TRIZ九屏幕法的方法研究的系统性诠释
基础IE主要内容来自科学管理创始人泰勒的工作研究，方法研究和作业测定是其两大主要技术。其中方法研究包括：程序分析、操作分析和动作分析，三部分内容相互关联，分别从宏观、中观、微观三个层次对完成一项作业活动的方法、流程进行分析和优化。但是泰勒的科学管理源自针对某项作业活动的具体方法的改善和优化，这使得工业工程从诞生之日起，对其的评价中一直有只注重细节而忽略整体的系统性批判。
运用TRIZ的九屏幕法可以做方法研究的系统性诠释。九屏幕法是以系统组成为基础，由当前系统引出子系统和超系统，再从时间维度分析各个系统（见图1），形成事物发展网络，引导联想，目的在于找到当前系统的未来，即今后的发展趋势与创新方向[3]。
1.TRIZ九屏幕法的使用步骤。（1）画出三横三縱的表格，将要研究的技术系统填入格1;（2）考虑技术系统的子系统和超系统，分别填入格2和格3;（3）考虑技术系统的过去和未来，分别填入格4和5;（4）考虑超系统和子系统的过去和将来，填入剩下的格中;（5）针对每个格子，考虑可用的各种类型资源;（6）利用资源规律，选择解决技术问题。
2.程序分析、操作分析、动作分析的九屏幕法分析。九屏幕法的核心要先界定当前系统、超系统和子系统。（1）以作业程序为当前系统。所选研究对象为一项作业程序，位于九屏幕中的“1”的位置。可以是一个工序或一项活动。则当前系统的子系统：构成该工序、活动的操作、步骤或环节。当前系统的超系统：工序所在的工艺过程或活动所属的项目以及与该工序、活动有关的人、机、料、法、环所构成的作业现场。方法研究中以当前系统——作业程序为研究对象的分析为流程程序分析，则工艺程序分析为超系统分析，操作分析为子系统分析。（2）以操作为当前系统。所选研究对象为构成工序的某一个操作，其子系统为构成该操作的动作;其超系统为工序、机器设备、作业规程。对应基础IE的操作分析，则流程程序分析可作为其超系统分析、动作分析为其子系统分析。（3）以动作作为当前系统。所选研究对象为构成操作的某一个动作，则其子系统为构成该动作的动素，其超系统为操作台布置、操作过程、操作者。对应基础IE的动作分析，则操作分析是其超系统分析、动素分析为其子系统分析。上述分析用三层九屏幕法将方法研究的全部内容置于一个整体系统，为基础IE的应用研究建立起系统的框架结构，如图2所示。
（二）技术矛盾理论与5W1H提问技术的相互补充与完善
技术矛盾是TRIZ矛盾理论中与物理矛盾相对应的一个重要问题，利用矛盾矩阵进行创新设计的关键因素是技术矛盾、通用工程参数和发明原理[4]。
技术矛盾的表达方式通常为“如果A，那么B，但是C”，B为改善的积极效果，C为带来的恶化效果。为准确描述改善效果和恶化效果，阿奇舒勒对数量众多的工程参数进行了一般化处理，确定了39种能够表达所有技术矛盾的通用工程参数。又通过对大量专利的研究、分析、比较与统计，归纳出解决矛盾所使用的40项发明原理。根据工程参数的矛盾和发明原理的对应关系，构成一个39×39的矩阵。每两个参数发生矛盾时均可查找到对应的发明原理。该矩阵被称为矛盾矩阵[5]。利用该理论解决问题的思路如图3所示。
技术矛盾理论与“5W1H”方法的巧妙串联可以实现二者的相互补充与完善。
1.“5W1H”提问技术有助于发现“关键问题”。“5W1H”提问技术是工作研究常用的分析技术，是指对研究工作以及每项活动从目的、原因、时间、地点、人员、方法上进行提问，具体提问方法见表1。
通过上述三个层次的提问，为解决技术矛盾问题的第一步：凝练出“关键问题”提供了有效的方法和工具。
2.技术矛盾理论是“5W1H”提问技术的完善和升华。“5W1H”提问技术，第一个层次的提问了解现状、第二个层次的提问发现问题、第三个层次的提问有助于产生新的方案。但对于新方案科学性的论证“5W1H”技术没有涉及。而技术矛盾理论则可以对采用新方案有可能带来的优化参数和恶化参数进行分析论证，通过矛盾矩阵查找合适的发明原理给新方案的选择提供科学的依据。
三、利用TRIZ方法对顾客就餐流程优化案例的改进
易树平教授主编《基础工业工程》第四章中有顾客就餐的工艺程序分析的案例，现运用TRIZ思想结合基础IE方法对该案例进行分析和改进。案例中顾客用餐的流程为：顾客进入餐厅，由门口的礼仪员负责带到大厅或者包间等就餐区域，就坐后拿着就餐卡去点菜区，在点菜员指引下进行点菜。点菜结束后，回到就餐区就坐，等待上菜。上菜的过程是由专门的传菜员负责传菜、服务员负责布菜。顾客吃完饭后走到银台进行结账，完成就餐过程[6]。
教材以工艺流程上的节点（运输点、操作点）为对象，运用“5W1H”技术和“ECRS”四大原则进行优化，优化后的流程是：顾客进入餐厅后，直接去点菜场地点菜，然后入座等待就餐，最后结账离开餐厅。改善后顾客行走距离和就餐时间方面均有明显的优化效果。但缺乏从系统整体的角度进行优化设计，也缺乏对新方案以及有可能引致的矛盾问题进行分析。
（一）就餐流程的九屏幕法分析
利用TRIZ理论的九屏幕法分析就餐流程，设定当前技术系统是就餐的工艺程序，超系统是整个餐厅的运营系统，子系统是礼仪员、服务员、点菜员等工作人员的作业流程。如表2所示。
基于上述分析，从当前系统、超系统、子系统的现在和未来入手，找到优化设计的突破口和发展方向为以下两个方面：（1）当前系统中顾客点餐环节，过去是菜单点菜，顾客看不见食材和菜品样品，现在的点餐环节在这方面做出了改善，但增加了点餐的复杂性和点菜员的工作量，可考虑用现代先进的点菜系统如IPAD或电脑系统取代传统点餐工具，将食材和菜品照片上传到点菜系统中，顾客进行自助智能点餐。（2）子系统工作人员的作业流程优化，过去工作人员的作业为由礼仪员将顾客引至座位，点菜员收点菜单传至后厨，服务员上菜，最后收银员结账，该流程服务环节多，效率低，顾客等待时间长。而顾客接受的是餐饮服务而非人员服务，结合当前系统中点菜系统的优化，可将工作人员的作业流程优化如下：由自助点菜系统汇集点菜信息，后厨安装一个客户端自动显示并智能提示后厨工作人员顾客所在的桌次，所点菜品，然后进入加工过程。加工完毕，由智能传输机根据桌次完成传菜过程。而结账过程则可以在顾客点餐后直接在IPAD或电脑上通过支付宝或微信支付。
（二）新方案引致的技术矛盾分析与优化
教材中改进的要点是运用“5W1H”提问技术和以“ECRS”四大原则为指导取消了顾客点餐前的就坐。该项改进可以简化顾客的活动流程，但增加了服务员的工作量，服务员需要在顾客点餐前收集餐桌使用和预定信息以确保点菜完毕后顾客可以就座，并且在顾客点餐后根据余座信息将顾客引至合适的座位，在以顾客就餐的工艺程序分析中，不会考虑到改进会导致服务员工作量增加的问题。
用技术矛盾理论分析，关键问题是取消顾客点餐前的就座，技术矛盾是改善的积极效果是简化顾客的活动流程，恶化效果是增加了服务人员的工作量。通过对39个通用工程参数（表）的查询，确定工程参数一个是工作强度、一个是流程的方便性，再对矛盾矩阵进行查询（见表3），可以从40个创新原理中找出符合该例子的4个创新原理：32.改变颜色、40.复合材料、
3.局部质量、28.机械系统替代。根据实际情况来看，改变颜色、复合材料、局部质量都不适用于点餐流程，而最符合的创新原理就是机械系统替代，采取一种新的点菜系统来替代传统的点菜系统，这个结果与用九屏幕法进行系统优化分析的方向一致。
四、结语
创新是工业工程的核心思想，创新能力是工业工程师必须具备的基本能力，在现阶段工业工程专业课程的教学中，對学生创新意识和创新能力的培养方面没有引起足够的重视。本文尝试将《基础工业工程》这一工业工程专业的核心课程和创新方法论——TRIZ理论结合起来，在课程教学当中引入TRIZ理论，通过TRIZ理论的学习，提高学生的创新意识和创新兴趣，引导学生利用生动形象的九屏幕法、矛盾矩阵、小人法、金鱼法等TRIZ理论进行工业工程案例分析，发散学生的创新思维，提供创新方法，产生更多更好的优化思路和优化方案[7，8]，持续创新是工业工程发展的不竭动力。
參考文献：
[1]龚益鸣，丁明芳.TRIZ——解决创造性问题的理论[J].研究与发展管理，2004，16（1）：40-44.
[2]杜洁.基于TRIZ理论的大学生创新创业能力影响要素研究[D].西安科技大学，2014.
[3]赵敏，史晓凌，段海波.TRIZ入门及实践[M].北京：科学出版社，2009.
[4]彭慧娟，成思源.TRIZ的理论体系研究综述[J].机械设计与制造，2013，（10）：270-272.
[5]陈乐尧，唐恒宁，等.基于TRIZ矛盾矩阵解决压路机叉脚开裂问题[J].湖南工程学院学报，2017，27（3）：21-24.
[6]易树平，郭伏.基础工业工程[M].北京：机械工业出版社，2015.
[7]于澍.基于现代TRIZ理论的高校创新创业教育方法应用探析[J].太原城市职业技术学院学报，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