TRIZ理论在六西格玛设计（DFSS）中作用的研究
摘要
DFSS过程包括四个阶段：时机的识别与定义、概念开发、设计优化和设计验证。在概念开发阶段，TRIZ理论对于在现有概念的基础上创造新的概念是实用的，而这些方法包括裁剪法、解毒剂法和警戒哨法。
在DFSS过程中的概念开发阶段后期，运用故障类型与理象分析（FMEA）对上文提到的最新提出的系统概念进行管理。运用FMEA可以发现，雨刷上风的阶梯性可能是一个严重的问题。因此为了试图解决雨刷上风的阶梯性问题，在优化设计阶段，将优化方法运用于其中，所有影响雨刷上风的阶梯性的因素都会被识别，如输入、输出、控制因素和噪声因素；运用优化方法是为了获得雨刷的最佳设计。在设计验证阶段，在一辆真正的汽车上测试挡风玻璃
韩国现代汽车的最佳设计，并且证明满足风的阶梯性的评估标准的目标值。结论就是：在DFSS过程中第二阶段，TRIZ理论可以从目前的信息中创造出新的概念，而这些新的概念会在接下来的DFSS过程中被优化，并被验证满足其实际要求。
介绍
随着汽车工业环境的改变，为了解决工程问题或创造出新的概念，人们迫切希望到一种培养创造力的方法。在DFSS过程中的第二阶段，即概念开发阶段，有许多开发新概念的方法，概念开发阶段在提供最好的创新机会的同时，还是做出最重大决策的时候；人们普遍认为一个系统80％~90％的成本和性能都是在此阶段作出的决定。因此在DFSS的第二阶段创造出新的概念是在DFSS项目中取得成功的关键。在概念开发阶段，可以通过头脑风暴法、标杆管理、分级方法等创造或开发概念。在这几个创新工具中，TRIZ理论为创新提供了有效的工具，它不仅帮助工程师战胜像思维惯性、知识局限性和矛盾冲突等创新杀手，而且也帮助工程师解决一些难题并创造出新的概念。总之，TRIZ理论提供了许多有效的工具，它们可以使工程师们预测未来的技术并从中获得新的灵感。这篇文章将解释在DFSS过程的第二阶段如何通过改善或修改现有的概念或思想将TRIZ理论运用其中，从而创造出新
的概念。运用TRIZ理论有可能开发出比目前更精确的概念，并且概念尚处于初始阶段，由于失效模式也许无法满足其性能和可靠性的标准。在这种情况下，必须要对概念的失效模式进行矫正改进，所以在概念上需要运用FMEA来操作优化方法，修正概念的失效模式，从而完善概念。通过优化，可以使概念得到理想解并更加健全。在最后一个阶段，即设计验证阶段，优化的概念被具体化，然后进行实验来验证优化概念是否满足相关公司评估标准的目标值。这篇文章不但说明了TRIZ理论在DFSS过程的第二阶段的作用，而且也说明了如何将从TRIZ工具和接下来的方法中所创造的概念与DFSS的第二个阶段联系起来，例如FMEA、优化方法和结果验证都是为了使概念在汽车发展中更加完善高效。
TRIZ规划
TRIZ理论包括两个步骤的活动：识别问题与解决问题和概念创新联系起来。每一步又包含几个具体的工具，图（1）显示了TRIZ方法和TRIZ工具；每一种TRIZ工具都有它自己的特点，工程师可以将这些工具运用到他们自己的问题中以获得相应的解决方案，并且完善他们自己的想法与设计。
功能分析作为识别问题的一种工具，它描述了问题在子系统和超系统之间的功能与有效性，
因此它能识别需要解决的关键问题；修整作为一种工具，它可以移除系统确定的组件，并将它们的功能分配给保留系统的某一组件；和当前系统相比，修整工具对在低成本的条件下创造新的概念是有效的。
矛盾矩阵法、科学效应、物质-场模型、发明问题解决算法（ARIZ）以及技术系统进化法则可应用于解决问题和概念创新；阿奇舒勒的矛盾矩阵、发明原理和分割原理可应用于一个技术系统遇到矛盾的情况，例如技术矛盾和物理矛盾。一个技术矛盾就是指当一个参数改善时而另一个参数却恶化；阿奇舒勒的矛盾矩阵作为一种解决问题的工具，它可以为需要解决的技术矛盾提供确定的发明原理。一个物理矛盾是指一个系统对同一参数具有相反的需求，一个物理矛盾可用分割原理进行解决，即分离相反的需求。当可行的解决方案和技术可运用于其它行业时，科学效应是非常有效的；科学效应作为解决问题的工具，它是以识别并利用存在的技术为基础。当技术问题和解决方案的模型被描述为物质与场的相互作用时，可运用物质-场模型进行解决。如果运用矛盾矩阵法、科学效应和物质-场模型等工具还不能到一个满意的解决方案时，那就需要应用ARIZ；ARIZ可将一个不清楚的，模糊的初始技术问题转换成一个非常清晰的问题模型，同时扩展现有的资源以帮助解决问题。当一个技术系统有太多的问题和矛盾时，就很难到一个解决方案，此时技术系统进化法则
可引出下一代的新概念。
DFSS 第二阶段中的概念开发
下面的策略不仅可以从现有的概念中创造出新的概念，而且能够巩固我们已有的概念，从而防止其他策略规避它们。
1 裁剪法 2解毒剂法 3警戒哨法
裁剪法
裁剪法就是排除系统一个或几个组件，同时保留或者甚至提高系统组件的有用功能。和初始系统相比，最终系统将有更高的价值，因为它降低了系统成本并且使系统更加简单；因此最终系统成为了新概念。运用裁剪法的步骤如下：首先，运用功能分析对当前系统进行分析，依据分析的结果排除当前系统中确定的组件，并将它们的功能分配到保留系统的其他组件上，以此来创造新的概念。为了证明裁剪法的效果，VCR发动机和挡风玻璃雨刮片被挑选出来，按上述步骤对它们进行开发新概念。
1 VCR发动机案例的研究
与图（2）所示的当前系统相比较，将此策略运用到VCR发动机的开发中是为了获得一个新的概念。如果发动机的压缩比变大，则它的热效率随之增加，从而燃料燃烧效率更高，但由于振动发动机的功率降低。因此发动机需要高的压缩比来获得更高的燃料燃烧效率，但是我们需要用低的压缩比获得高的发动机效率。
图（3）表明了对当前系统和裁剪过的系统进行功能分析。如图（3）所示，当前系统组件A、B、C、控制链路、控制引脚被修整；如图（3）裁剪过的系统所示，转移到下拉杆上的功能被分配到气缸柱上。
由于修整的作用，出现了一个次要问题，那就是气缸柱必须转移到下拉杆上，这是因为不知道如何利用气缸柱来移动下拉杆。因此运用发明原理解决图（4）所示的次要问题：利用第14个发明原理（曲面化法：控制引脚的移动轨道沿着控制槽内部的曲面，控制引脚和下拉杆的底部连接起来）来解决下拉杆底部的轨道问题；利用第15个发明原理（动态法：控制槽在可变压缩比的条件下上下移动）来获得概念，改变控制槽的位置并到最终理想的可变压缩比。控制槽的新概念如图（4）所示，通过合并控制单元来适应控制槽的位置，从而使控制槽的概念变的完整。
2 雨刷案例的研究
另一个运用裁剪法的案例就是挡风玻璃雨刮片，图（5）显示出目前的雨刷由主／次刮片、主／次刮水臂、轭等组成。
图（6）说明了对当前系统和剪裁过的系统进行功能分析，主刮片被裁剪，其功能转移到次刮水臂上，而次刮水臂的功能有被分配到主刮片上。
图（6）还说明了经裁剪后系统所产生的新概念。新概念中的主刮片转移到次刮水臂上，而它不能转移到当前系统的次刮水臂上；图（7）说明了经修整后的雨刷的新概念，与当前系统相比，新概念减少了组件的数目，从而降低了系统的成本。
解毒剂策略
解毒剂策略就是巩固我们已有的概念，使其他人无法规避（解毒剂策略就是巩固发明，防止其他人在我们已有概念的基础上发明创造），我们可以运用以下方法实施这种策略，即：我们自己规避我们创造的概念，然后被规避的概念可发展成更加完善的概念或下一代概念。因此其他人就不会试图开发与我们已有概念相关的概念。如图（4）所示，将解毒剂
策略运用于VCR发动机的控制槽概念是为了巩固运用裁剪法后得到的初始控制槽概念。图（8）说明了对VCR发动机初始控制槽概念进行功能分析。
图（8）也说明了修整控制引脚是为了规避初始控制槽概念，并且控制槽通过上引脚与下拉杆连接在一起，因此产生了控制槽的新概念，如图（9）所示。通过运用解毒剂策略，巩固了我们已有的初始控制槽概念，从而得到控制槽新概念，所以对其他人而言，规避VCR发动机控制槽概念是很困难的。
警戒哨法
当当前的概念是简单的，基础关键的，但有时却是过时的且难以利用的时候，就可以运用警戒哨策略。在上文的案例中，人们需要预测技术是如何依据基础概念进行发展的并且如何为渐进式创新的核心技术创造新的概念。对其他人而言，渐进式创新的新概念可能成为对技术有效利用的障碍。
技术系统进化法则可帮助将警戒哨法运用到新概念的开发中去。在统计学上，技术系统进化法则可以说明技术系统进化的方向，即描述技术系统从一种状态到另一种状态的自然转
变，它们是以高水平技术进化模式的技术历史分析为基础的。技术系统进化法则有几个替补法则，如：可控性增强法则和人为干涉减少法则。因此它们可以预测将来的技术，以便创造出许多与将来核心技术发展趋势相关联的新概念。这种策略也可运用于CVVA发动机的气门正时上，图(10)所示的是当前CVVA概念。
当气门升程被设置时，不可能改变当前系统的气门正时（气门正时取决于气门升程，以便在固定气门升程时不可能改变气门正时）；由于可控性被当前系统限制，根据系统进化法则，随着技术系统的进化，可控性增强（可控性增强法则）。因此在当前系统的基础上创造一个新概念必须运用可控性增强法则。为了增强当前CVVA的可控性，需要运用发明原理发明新概念，如图（11）所示。图（11）所示的新概念中，次凸轮按如下方法运转：滚筒与驱轴分开（第一个发明原理：分割法），并且滚筒的中心位置通过执行机构移动（第15个发明原理：动态法），使得新概念中的次凸轮的驱轴与滚筒之间的距离发生改变，从而气门正时可脱离气门升程被单独控制。
正如新概念下的机械装置使气门正时随着气门升程的改进而独立工作。如图（12）所示，当次凸轮的驱轴与滚筒之间的距离在20~25mm间改变，气门升程固定为5mm时，可获得不同的气门正时（α和β）。
DFSS第二阶段中的FMEA
从TRIZ方法中得出的概念处于初始阶段，且由于失效模式的存在也许并不能满足性能和可靠性的要求，为了防止概念存在失效模式，必须通过运用FMEA到概念的失效模式。FMEA可以出潜在的概念失效模式，从而到相应的对策。在DFSS第三阶段（优化设计阶段）和第四阶段（设计验证阶段）也需要确定概念潜在的失效模式或使概念更完善。FMEA可运用于运用TRIZ方法产生的雨刷新概念中，因为它是初始概念，并且有可能包含潜在的失效模式。表（1）列出了运用FMEA对雨刷进行分析，到其失效模式，如：将不充分的功能转移到水上、吸水、噪音与振动、风的阶梯性。
在雨刷的失效模式中，风的阶梯性可能是一个严重的问题，并且会频繁发生。表（1）表明了由雨刷扰流板的不对称形状造成风的阶梯性的失效模式，此时建议在雨刷扰流板的设计上运用优化方法，从而移除风的阶梯性的失效模式并改善它。因此在DFSS第三四阶段分析雨刷的概念以此来优化雨刷扰流板并核实优化结果。
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