技术创新综合效益视角下TRIZ的效果研究
2020-10-12储昭卫梁洪力
姚 威 储昭卫 梁洪力
1(浙江大学公共管理学院,杭州 310058) 2(浙江大学中国科教战略研究院,杭州 310058)3(中国科学院大学公共政策与管理学院,北京 100049)
引 言
TRIZ是俄文“发明问题解决理论”的罗马首字母缩写,是当下最实用的一种创新方法。自2008年科技部推出创新方法专项以来,TRIZ被广泛应用于研发活动、产品设计、专利方案、工程管理等领域,获得了“创新点金术”的美名[1]。在长期推广和应用过程中,TRIZ工具逐渐增多,应用策略趋于复杂,各种变体更是层出不穷[2]。随着TRIZ的大量应用,产业界对TRIZ的应用效果产生了两个困惑:(1)在众多TRIZ工具中,是否所有工具都有相同效果并采取相同的应用策略[3]?(2)以往研究已证实了TRIZ具有改善个人创造力的效果[4],但是否意味着TRIZ也能改善社会经济效益[5]?上述问题显然影响了人们对TRIZ的认识和使用,不利于具体应用和推广政策的制定。因此当下迫切需要研究TRIZ效果来“祛魅”,获得更清晰、更理性的认识[6]:(1)对科技主管部门而言,急需总结过去10余年创新方法推广工作得失,为后续政策优化指明方向;(2)对研究者而言,急需基于实际应用效果对TRIZ进行理论与工具创新;(3)对于企业等应用者而言,急需掌握提高TRIZ工具应用效率的秘诀以改善创新效益。有鉴于此,本文将重点关注TRIZ的工具效果以及TRIZ方法的综合效益两个问题,借助技术创新方法综合效益评估的方法,通过大规模问卷调查和回归分析等方法探索TRIZ的效果。
1 文献回顾
1.1 TRIZ方法的效果研究
Chechurin[6]曾指出由于 TRIZ的诞生和早期发展主要依靠阿奇舒勒及其门徒,并未经过文献发表、同行评议等科学理论诞生的基本流程,导致TRIZ界长期“弥漫着神秘气息”。因此对TRIZ方法和工具效果的规范研究无疑是当前消除“神秘”的好办法,可以让TRIZ获得实践上的“合法性”。根据TRIZ推广应用的基本情况,可将TRIZ的传播和应用总结为图1所示的培训、解题、应用3个过程。对TRIZ效果的研究实际上分别与3个过程对应:培训效果研究、工具效果研究、综合效益研究。
1.1.1 培训效果研究
由于过往10年的主要任务是创新方法推广和普及,因此国内对TRIZ培训效果的研究最为充分,着重探讨了创新方法推广模式、效果、影响因素等,其目的是寻找高效培训和推广的方式方法。如对TRIZ在中国传播普及现状的研究[7],创新方法培训效果评估[8]、梳理影响培训效果的因素[9]和培训模式的研究[10]。
图1 TRIZ效果研究地图
1.1.2 工具效果研究
主要探讨TRIZ工具和方法解决技术问题的效果,其目的是改善企业研发能力和工程师创造力。主要关注3类主题:(1)解决技术难题的效果研究,如有研究认为TRIZ可以提高技术方案的新颖性和多样性[11],提升使用者发现技术问题的能力[12],改善创新产出绩效等[13];(2)对使用者个体创造力的效果的研究,如Birdi等学者研究发现TRIZ能够改善创造力,稳定地提升使用者解决技术问题的能力[14];(3)对解题者的心理效果的研究,如提高使用者解决问题和产生创意时的自信水平[15]、改善自我效能感[16],帮助使用者代入真实工程环境[17]和设计感知[18]。
1.1.3 综合效益研究
主要探讨TRIZ应用的技术效果外溢,分析应用TRIZ能否产生更长远、更广泛的经济社会效益,总结TRIZ推广的得与失。如有研究者设计了指标体系用于评价TRIZ对创新产出和知识产权的影响[19],一些单案例的应用也说明TRIZ具有改善创新生态[20]、促进区域实现创新发展[20],降低污染[22]等经济社会效益。
总体来看,上述研究未能完全回应本文中的研究问题:(1)从研究视角来看,当前主要研究了培训效果和工具效果,只能证明掌握TRIZ和应用TRIZ解题的情况而无法说明应用TRIZ能否产生综合效益;(2)从研究主题来看,当前对综合效益的研究更关注特定工具的效益,缺乏工具间的横向比较;(3)从研究方法来看,以经验研究和案例研究为主,缺乏基于大样本的具有统计意义的实证数据。由于综合效益和工具效果具有较长的滞后性、应用于不同的行业时差异很大,客观上难以直接测评,故本文采取了问卷调查方法来探讨TRIZ的效果。
1.2 技术创新综合效益评价指标体系构建
技术创新的综合效益是指在技术创新活动中的直接或间接效益的总和,综合效益的评价以具体项目为对象,关注技术创新过程中的客观产出[23]。技术创新的综合效益是多元的,但首要目的是获得经济效益,如获得垄断性利润、保持市场份额、降低成本、改善产品性能等[24],提升资源利用率、改善产品质量和生产率等方式也能创造经济效益[25]。技术创新活动还应当关注社会效益。技术创新活动对社会发展具有重要影响,技术创新活动常见的社会效益还包括促进个人发展、改善生活质量、增加社会福利、改善资源利用率等[26-28]。除了经济效益和社会效益外,技术创新还具有知识效益。知识效益通常包括获得发明专利、实用新型专利,形成技术秘诀以及促进技术积累等价值[29-31]。由于技术创新活动潜在的负面效果,还应当全面审视技术创新活动[32],在效益评估时综合考虑创新活动的正面和负面影响[33]。OECD的《Oslo Manual(2018)》[34]是当前比较完善的综合效益评价体系,该体系综合考虑了产品生产和交付、商业组织过程、经济社会和环境影响等多个方面。
综上所述,本文根据评价需要从上述研究成果中遴选了经济、社会、知识产权、污染、安全等多个指标,结合 Spreafico和Russo[22]学者对 TRIZ效果的研究综合构建了应用TRIZ的技术创新综合效益评价指标体系,并根据具体指标编制了问卷题项。如表1所示,本指标体系能够综合衡量TRIZ的效果效益,尤其是引入了安全、生活质量、环保、技术积累等容易被忽视的效益。相比于早期对TRIZ效果的研究局限于成本、专利等单一维度,基于综合效益从多维度衡量TRIZ效果,能够有效拓展认知。
表1 应用TRIZ的技术创新综合效益评价指标
2 研究设计
2.1 问卷设计与调查实施
本次调查的目的是了解TRIZ工具的应用效果,以及TRIZ对综合效益的影响。问卷内容包含两部分:第一部分是对TRIZ工具效果的评价。根据中国创新方法研究会制定的国家二级和三级创新工程师认证要求和相关文献①,共整理出16项常见TRIZ工具,要求被调查者依次对这16项工具的效果直接进行主观评价。第二部分是综合效益评价。综合效益评价的具体指标来源于表1,要求被调查者依次对应用TRIZ后的综合效益进行评价。问卷采用Likert式5点量表,1~5分别表示效果或效益“很小、较小、一般、较大、很大”。问卷为网络问卷,委托中国创新方法研究会在全国通过创新方法二级和三级认证的学员微信群中发放。由于通过二级和三级认证的学员都具备较为丰富的创新方法咨询和解题经验,因此可确保调查结果的质量。最终共回收348份问卷,其中有效问卷284份,有效回收率81.6%。随后,运用SPSS25.0计算可得,调查数据整体的Cronbach's α系数为0.955,说明问卷整体的可靠性较高。
本研究中调查样本的描述性统计分为以下几个方面:
(1)区域和行业分布:从样本的区域分布来看,共覆盖了国内24个省市和国外部分国家和地区,其中浙江、北京、内蒙古、上海、黑龙江、福建、江苏、辽宁等地区的样本均超过8个,国内其他省份共有45个样本,有8名被调查者来自国外。按照中国工程院对工程技术行业的分类目录来看,被调查者的行业覆盖了机械运载、信息电子、冶金材料等多个行业,具体分布情况如图2 所示。 Chechurin[6]、Spreafico 和 Russo[22]等权威学者的研究表明:被调查者的区域和行业分布并不是研究TRIZ效果的必要条件,区域分布主要用于说明TRIZ的推广情况,行业分布则体现了TRIZ现阶段适用范围。
图2 样本所属行业统计图
(2)组织特征:样本所属单位的组织情况如表2所示,从被调查所属单位的规模来看,1000人以上的占据了58.80%,501~1000人的占据14.79%,说明TRIZ的应用以大中型规模的单位为主。从被调查所属单位的性质来看,国有企业、民营企业、科研院所的占比均在30%左右,外资或三资企业占比2.42%。
(3)个体特征:样本的个体特征如表2所示,从性别特征来看,被调查者中男性占比73.95%,女性占比26.41%。从学历特征来看,本科占比35.04%,硕士占比41.60%,博士占比14.81%,专科及其它占比8.55%。从学习TRIZ的时间来看,19.72%少于5年,28.52%为5~10年,51.76%为10年以上。通过对上述描述性统计结果可知,样本基本满足随机抽样条件,能够代表全国创新方法应用的基本情况。
表2 样本基本情况统计
2.2 因子分析
TRIZ方法最初只有发明原理等几项工具,新工具增加使各项工具的用途细化,工具间的互补性和依赖性增强[2]。由于单一工具通常无法直接实现某一技术目标,导致难以区分是哪种工具产生哪种效益。为了更好地观测TRIZ方法及综合效益的基本结构,故采用因子分析的方法将其转换为几个综合指标。
(1)TRIZ工具效果的因子分析
对题项进行KMO和Bartlett检验,得KMO值为0.933,Bartlett球形检验的显著性为0.000,表明数据适宜做因子分析。因子分析结果如表3所示,共识别出3个公因子,因子负载系数介于0.494~0.845,累计解释总体方差值达到了65.682%,因子分析的结果可以接受。根据因子分析结果中公因子所包含的工具特点,并参考Zlotin等[35]对TRIZ工具的分类:分析工具(Analytical Tools),即用于定义、展开和建立问题模型的TRIZ工具;解题工具(Knowledge-based Tools),即提供系统改进方法的TRIZ工具,思维工具(Psychological Operators),即用于改善问题、解决流程和开阔创意的TRIZ工具。最终将公因子1、公因子2、公因子3分别命名为分析工具、解题工具和思维工具。
表3 TRIZ工具应用效果因子分析结果
(2)TRIZ综合效益的因子分析
对题项进行KMO和Bartlett检验,得KMO值为0.925,Bartlett球形检验的显著性为0.000,表明数据适宜做因子分析。因子分析结果如表4所示,共识别出3个公因子,因子负载系数介于0.558~0.893,累计解释总体方差值达到65.878%,因子分析的结果可以接受。根据因子分析结果中公因子所包含的指标特点,参考杨列勋[29]的方法将技术创新分解为知识、经济和社会3类,可以分别将公因子1、2、3命名为经济效益、知识效益和社会效益。
3 研究结果
3.1 TRIZ工具效果的描述性统计
在问卷中,要求被调查者对TRIZ分别按照Likert五级量表对每一项TRIZ工具的效果进行评价,1分为“效果很小”、2分为“效果较小”、3分为“效果一般”、4分为“效果较大”、5分为“效果很大”。调查结果如表5所示,调查结果中均值最高的三项工具为技术矛盾和40条发明原理、物理矛盾和分离原理、功能分析,分别达到了4.15、4.11、4.09,其他各项工具得分的均值都大于3,标准差均小于1。
表4 应用TRIZ的综合效益的因子分析
表5 TRIZ工具效果调查的平均值和标准差
3.2 TRIZ工具综合效益影响的回归分析
3.2.1 TRIZ对综合效益影响的回归模型
根据因子分析结果,可以进一步分析TRIZ的应用对技术创新综合效益的影响,以分析工具、解题工具、思维工具为自变量x1、x2、x3,以经济效益、知识效益和社会效益为因变量y1、y2、y3,建立如下多元线性回归模型:
模型1为TRIZ三类工具对经济效益的影响:
y1=α1+β11x1+β12x2+β13x3+μ1
模型2为TRIZ三类工具对知识效益的影响:
y2=α2+β21x1+β22x2+β23x3+μ2
模型3为TRIZ三类工具对社会效益的影响:
y3=α3+β31x1+β32x2+β33x3+μ3
其中,y1、y2、y3分别表示应用TRIZ所获得的经济效益、知识效益和社会效益的因子得分;x1、x2、x3分别表示分析工具、解题工具、思维工具的因子得分;α1、α2、α3分别表示3个模型的常数项;βi=(βi1,βi2,βi3)(i=1,2,3)分别为 3个模型的回归系数;μ1、μ2、μ3分别为3个模型的随机误差,均满足正态分布。
3.2.2 回归分析结果
根据上述3个多元线性回归模型,采用SPSS 25.0对3个多元线性回归模型分别展开计算,回归方程的方差分析结果可知(表略),三项模型的F值均较高,且p值接近0,表明3个线性回归模型中被解释变量与解释变量的线性关系是显著的,可以建立线性模型。
经计算,得到回归系数的显著性检验结果(表略)。在模型1中,TRIZ的分析工具、解题工具和思维工具的回归系数分别为0.138(P<0.05),0.280(P<0.01),0.290(P<0.01),结果显示 3种分析工具的运用均能够显著地提升技术创新项目的经济效益思维工具。
在模型2中,TRIZ的分析工具、解题工具和思维工具的回归系数分别为0.049(不显著),0.315(P<0.01),0.100(P<0.05),结果显示 TRIZ 分析工具的运用对改善知识效益没有显著影响,而解题工具和思维工具的运用均能够显著改善技术创新项目的知识效益。
在模型3中,TRIZ的分析工具、解题工具和思维工具的回归系数分别为0.335(P<0.01),0.259(P<0.01),0.183(P<0.01),结果显示TRIZ分析工具、解题工具、思维工具的运用均能显著地提升技术项目的社会效益。
3.2.3 线性回归的三大问题检验
为保证得到真实的计算结果,还需对线性回归的三大问题进行检验:(1)如表7所示,3个模型的VIF值均为1,表明方程无多重共线性问题;(2)残差正态P-P图中(图略)3个模型的残差均服从正态分布,表明样本来自正态总体,不存在异方差问题;(3)通过Durbin-Watson检验获得3个模型的 D值分别为2.105、1.877、2.334,接近于2,表明线性回归方程无自相关问题。上述检验和诊断结果表明,模型的建立和计算过程是合理的。
4 结果与讨论
4.1 讨 论
4.1.1 TRIZ工具的效果
根据描述性统计的结果可知:
(1)从工具总体效果来看,大部分TRIZ工具的效果评价得分在3.6以上,说明使用者认为TRIZ工具能够对技术创新起正向促进作用。但不同工具的效果评价差异较大,如有4项工具在4分以上,7项工具在3.6~4分,5项工具在3.6分以下。
(2)根据工具间的横向对比,可以发现技术矛盾和40条发明原理、物理矛盾和分离原理、功能分析和因果分析4项工具效果评价最好。这一结果与Cavallucci[36]对TRIZ工具使用频率、知名度的调查结果保持了一致。从而进一步印证了Moehrle提出的猜想:TRIZ工具的知名度、被使用频次和实际效果之间具有高耦合性[37]。如技术矛盾和40条发明原理在早期开发出的TRIZ工具中应用最广泛、知名度最高,效果也优于其他工具。
(3)工具间的横向对比还表明几项思维工具的效果评价较差,如金鱼法、ARIZ、STC算子、小人法和其他工具。实际上,这一调查结果与Ile⁃vbare等[3]的分析基本一致,他曾指出TRIZ的创新思维型工具存在不够直观、无法激发直觉思维、过程武断等不足,导致实际效果较差。
4.1.2 应用TRIZ方法的综合效益
根据回归分析结果,可以发现应用TRIZ的综合效益比较显著。首先,三类TRIZ工具的经济效益都很显著。思维工具和解题工具的回归系数分别为0.29和0.28,要高于分析工具的0.138。有研究认为成本和经济问题通常比较明显,导致突破心理障碍和克服思维固着并解决技术问题成为了产生经济效益的关键[38]。
在知识效益方面,TRIZ解题工具的回归系数为0.315,说明它是TRIZ促进技术知识产生的关键。思维工具则起到一定的辅助作用,帮助使用者破除思维的“固着效应”。分析工具的知识效益不显著,推测原因如下:(1)经典TRIZ的因果分析工具存在“用相关性取代因果性”以及“已知因果偏差”两个弊端,容易导致“错误归因”;(2)九屏幕法、资源分析无法向知识空间拓展,导致分析结果局限于已知的资源和时间上,对分析问题的帮助有限[39]。以基于TRIZ的专利规避实践为例:知识库、系统裁剪等解题工具被频繁用于突破机械、化工等行业的专利壁垒,思维工具作为补充也产生了一些新专利,但在此过程中对分析工具的使用却十分谨慎[40]。
在社会效益方面,分析工具的回归系数为0.335,要高于解题工具的0.259和思维工具的0.183。说明产生社会效益的前提是将社会诉求转换为技术需求,其次才是技术实现。在实际应用过程中为了强化分析环节,常常将VOC(顾客之声)、QFD(质量功能展开)等分析工具与TRIZ集成,如使用突出环境参数的EC-QFD(环境意识的质量功能展开)和TRIZ集成用于可持续型设计(Sustainable Design)[41]。
4.2 结论与建议
4.2.1 研究结论
经过上述研究和分析,可以得出以下结论:(1)使用者对TRIZ工具效果的评价以正面为主,但对部分工具效果评价较差。技术矛盾和40条发明原理、物理矛盾和分离原理、功能分析、因果分析4项工具的效果评价较高,STC算子、小人法、金鱼法、ARIZ和其他几项思维工具的效果评价相对较差;(2)TRIZ方法总体上都具有显著的综合效益。TRIZ的三类工具都能显著改善经济效益和社会效益,其中解题工具和思维工具对改善知识效益的效果显著,但分析工具对改善知识效益不显著;(3)三类TRIZ工具对综合效益的贡献存在明显差异:其中思维工具改善经济效益的效果最突出,解题工具提升知识效益的效果最明显,分析工具对提高社会效益的效果最显著。
4.2.2 对TRIZ未来研究及应用推广的建议
(1)对评价较差的工具实施针对性改进,具体可以通过两个途径实现:①可以通过明确基本概念和使用流程确保工具能够被正确使用,如明确九屏幕法中“过去-现在-未来”的定义,将问题分析过程区别为内因(属性)、外因(条件),都显著提高了解题效果[1];②也可通过与非TRIZ工具集成实现互补[42],如与EC-QFD集成可以有效提高TRIZ工具对生态环保类问题分析效果[41]。
(2)在应用TRIZ工具分析及解决问题时要充分挖掘和兼顾经济效益、知识效益以及社会效益。为服务于上世纪50~80年代的研发活动,TRIZ在诞生之初更强调通过破除技术障碍引领经济增长,而开发和应用者的知识效益和社会效益意识相对薄弱。这已不适合当代的发展诉求,尤其是当前我国技术转型和产业升级所面临的环境保护、提高资源利用率和掌握知识产权主动性等方面的迫切需求。Darrell Mann等[43]曾批评前苏联学者和经典TRIZ体系对社会效益关注太少,因此其尝试在经典TRIZ基础上将技术矛盾的通用工程参数从39个增加到48个,新增的9个参数中有8个与社会效益直接相关。综上,为使TRIZ的综合效益最大化,在分析问题时,应以大工程观的视野,将除技术以外的生态、社会、文化、可持续发展等更多隐性的超系统因素纳入考虑;在方案决策阶段,除考虑当前需求外,还应对潜在的、长远的、综合性的效益需求赋予更高的权重,使传统的技术问题解决方案转变为兼顾经济效益、知识效益和社会效益的综合性决策,从而提高TRIZ方法的实际应用效果和影响力。
(3)在解决问题时根据对效益的不同需要灵活选择工具,如强调经济效益时,应关注思维工具的应用,着重突破现有资源和因果关系的束缚;强调知识效益时,要增加知识库等解题工具的应用,重点在原理和实现途径层面展开突破;强调社会效益时要加强系统裁剪等分析工具的应用,尝试消除对社会和环境的长期潜在危害。
注释:
①中国创新方法研究会为科技部下属的官方认证机构,负责全国创新方法认证标准的制定和考核工作。