基于TRIZ理论的产品技术成熟度预测应用

郑州大学 机械工程学院 袁 峰 朱 俊 陈江义

基于TRIZ理论的产品技术成熟度预测应用

郑州大学 机械工程学院 袁 峰 朱 俊 陈江义

通过对多种历史数据分析表明，技术进化过程有其自身的规律与模式，是可预测的。基于TRIZ理论的产品技术进化过程类似于物种的成长过程，要经历婴儿期、成长期、成熟期和退出期。在时间区域上表现为产品的特性参数沿S曲线的增长，该理论不仅能预测技术的发展，而且还能展现预测结果实现的产品的可能结构状态，对于产品创新设计具有指导作用。现实中产品在技术系统进化过程所处的S曲线位置就是产品的技术成熟度所在的区域，预测当前产品技术成熟度的过程就是对产品技术成熟度预测。产品技术成熟度预测可以帮助现代企业认清楚自身技术的发展水平和发展潜力，审时度势地进行自身和产品的技术创新，降低企业投资的风险，提高企业投资的效益，营造和保持企业在市场的竞争优势。

一、TRIZ理论

当代产品技术的创新是促进企业利润增长的重要因素。由于决定产品技术发展水平和速度问题解决随时间的推移是有一定规律的，对此，前苏联G.S.Altshuller教授经过对世界250万件专利发明的研究分析著就了闻名世界的TRIZ理论。TRIZ（theory of inventive problem solving）是俄文中发明问题解决理论的词头。G.S.Altshuller依据世界上著名的专利发明，研究了消除冲突的方法，提出了消除冲突的发明原理，建立了消除冲突的基于知识的逻辑方法，这些方法包括发明原理（Inventive Principles）、发明问题解决算法 （ARIZ，A lgorithm for Inventive problem solving）及标准解（TRIZ standard Techniques）。

TRIZ解决发明问题的一般方法：首先将要解决的特殊问题加以定义、明确；然后根据TRIZ理论提供的方法将需要解决的特殊问题转化为类似的标准问题，而针对类似的标准问题已总结、归纳出类似的标准解决方法；最后依据类似的标准解决方法就可以解决用户需要的特殊问题。

二、基于TRIZ理论的产品技术成熟度预测

TRIZ理论历经50多年的发展已经成为国内外特别是欧美国家工程领域的研究热点，许多世界著名大公司都开始研究TRIZ理论并用来解决实际的产品技术创造。A ltshuller通过对大量专利研究发现：产品进化满足生物进化中的S曲线，同一代产品进化分为四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期、退出期。确定产品在S曲线上的位置是产品进化理论研究的重要内容，称为产品技术成熟度预测。4种曲线用于技术系统在“S曲线”上所处位置的预测。这4种曲线分别是：单位时间内的专利数、单位时间内的专利或发明级别、单位时间内的技术性能、单位时间内的利润。收集当前产品的有关数据建立这4条曲线，所建立曲线的形状与这4条曲线的形状比较，就可确定产品的技术成熟度。

产品的技术成熟度预测的过程：首先要对专利数量进行统计，然后选择相应的数学模型将统计数据拟合成曲线，最后将拟合好的曲线与标准S曲线相比较，做出技术成熟度判断。处于成熟期或衰退期的产品，通过开发新的核心技术从低水平过渡到高水平S曲线，以保证企业的核心竞争力。处于婴儿期和成长期的产品，对其结构参数进行优化，从而尽快为企业带来利润。技术成熟度预测曲线如图1所示。

三、应用TRIZ原理对液压支架进行技术预测

在采煤工作面的煤炭生产过程中，液压支架是综合机械化采煤工作面的主要设备之一，液压支架可以防止顶板冒落，维持一定的作业空间，保证工人安全和各项作业的正常进行，还能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。液压支架的应用可以增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产。由于矿井下条件非常恶劣，安全重于泰山，则液压支架的技术先进性、安全性、可靠性显得特别重要。近几十年液压支架行业发展迅速，企业投资力度加大，因此，预测液压支架的技术成熟度对该行业的发展起着至关重要的指导作用。

对中华人民共和国国家知识产权局专利数据库进行检索，查询2001－2010年与液压支架的技术和设计相关的专利共743项，对这些专利按申请年份进行分类并分级。TRIZ从性能参数、专利等级、专利数量和经济收益4个方面来描述技术各个阶段的特点。将所描绘的4个图形与标准的产品技术成熟度预测曲线相对比，就可以确定当前液压支架在其S曲线上的位置。

1.专利数曲线。将专利数量按时间段分别进行统计，绘出时间-专利数量的关系曲线，从图2中可以发现，在2002年该领域的专利数随时间有逐渐上升又下降的趋势出现在第一个拐点，在2003年有了逐步上升的趋势。技术成熟度预测曲线上有两处和实绘图相符合，通过进一步的分析发现第二处比第一处更符合一些，处于现有技术处于标准曲线的第三个阶段。

2.专利级别曲线。从图3中可以发现，液压支架的创新级别处于下降趋势，目前专利级别处于第一级和第二级之间， 与特征曲线比较， 处于生命周期的成熟阶段。将图3与图1技术成熟度曲线中时间-专利级别曲线进行比较，发现也有两处相符合，其中第2处更符合一些。在该处，专利级别一直处于下降趋势，与图3的曲线趋势一致，而第1处表示的曲线在下降到一定程度时有上升的趋势。

3.性能曲线。将液压支架的性能确定为安全性，统计数据并绘制成图4。由图4可以发现，液压支架的主要性能指标处于上升阶段。将图4与图1中时间-性能曲线相比较，发现液压支架的主要性能一直处于缓慢上升的趋势，处于成熟度曲线中的成熟期。

4.利润曲线。虽然收益很难评估，但是可以利用液压支架的销售数量作近似估计。根据收集的数据进行汇总得到图5。由图5可以看出，2003年以来销售量一直处于上升阶段。

综合图6中实绘图与标准技术成熟度曲线的相似位置可以看出，目前，液压支架的技术研发处于成熟阶段，虽然对辅助、次要和不足进行改进能够优化现有系统，但不能满足长期竞争力的发展要求。因此TRIZ建议开发新的核心技术来代替目前的技术。

四、结论

产品技术成熟度预测是TRIZ理论的一项重要研究内容，当前产品在其进化过程中所处的位置，就是当前产品的技术成熟度。本文，笔者以TRIZ进化理论为基础，介绍了产品技术成熟度的预测方法，以液压支架技术成熟度预测为例，详细论述了应用TRIZ进化理论进行产品技术进化预测的方法与过程。

产品技术成熟度代表了产品技术的发展水平和发展趋势，是衡量产品和技术的重要的参考指标，具有非常重要的意义：

1.产品技术成熟度是企业制定战略计划时首先要考虑的问题之一，因此进行产品技术成熟度预测对于企业具有重要的战略意义。

2.产品技术成熟度可以为技术引进和技术贸易提供参考依据，降低投资风险，提高投资效益。

3.产品技术成熟度可以作为某些职能部门进行项目审批的重要参考依据。

4.产品技术成熟度预测的过程可以帮助企业了解技术系统进化过程，从中发现技术进化路线，为技术的进一步发展提供参考，还可以帮助寻找自身的差距，赶超同类先进技术。总之通过研究产品技术成熟度可以帮助企业和相关部门认清现状。加快企业技术创新和新产品开发速度，提高市场竞争力和综合技术实力具有重要意义。