当TOC遇见TRIZ

导语

TOC对冲突的图示化表达方式有助于用TRIZ方法来定义和理解冲突，而TRIZ通用化的发明原理和分离原则对用TOC化解冲突的思考过程也大有裨益。

TRIZ方法运用了39个工程参数、矛盾矩阵和40个发明原理，可以很好地解决工程技术领域的固有冲突，而TOC的冲突图方法可以帮助人们清晰地思考问题的根源和冲突背后的假设，通过挑战错误的假设进而化解冲突。

两种方法都致力于消除冲突，而非对冲突的妥协或折衷。在识别冲突和解决冲突上，TRIZ方法和TOC方法是否可以结合运用，以更好地解决问题？本文尝试做一些分析。

TOC和TRIZ的异曲同工之妙

TOC（Theory of Constraints，约束理论），由以色列物理学家高德拉特创立，用于帮助人们清晰地思考和从根源上解决问题。

TOC的问题解决工具称为“思考程序”，即TP（Thinking Processes）。这些思考程序包含一系列逻辑工具，于1994年首次发表在高德拉特的小说《绝不是靠运气》中。

主要的TP工具包括表达冲突的蒸发云（EC）、描述问题背后因果关系的现况树（CRT）、描述解决方案和预期目标之间逻辑关系的未来树（FRT）、描述解决方案可能导致不良后果的负效应枝条（NBR）等。

高德拉特将问题定义为一个未解决的冲突，正是因为冲突的存在，系统产生各种不良效应，并在系统动力学的效应下循环增强。

为了清晰地描述冲突和解决冲突，他发明了一种结构化的图示方法，称为疑云图或消云法，意为将冲突背后的疑云蒸发殆尽之意。但很多人更喜欢称其为冲突图。为便于读者理解，本文也取冲突图这一术语。

作为物理学家的高德拉特认为，自然界极其和谐，并不存在冲突，总是可以找到双赢解。

之所以认为存在冲突，是因为人们被隐藏在冲突背后的错误假设蒙蔽了双眼。化解冲突的有效方法就在于通过系统性地清晰思考从而找出冲突背后的错误假设。

TRIZ，直译为发明问题解决理论（中文简称萃智），是由苏联科学家根里奇·阿奇舒勒和他的研究机构，通过分析大量专利和创新案例总结出来的一种基于知识、系统化的发明问题解决方法。

TRIZ理论归纳出39个通用工程参数和解决冲突的40个发明原理，并构造了一个40×40的矛盾矩阵。

在应用TRIZ时，需要将每一个具体的问题，描述为可用39个工程参数中的至少2个来表示的冲突，然后在冲突矩阵中找出可用于解决冲突的1～4个发明原理。

冲突（或者叫矛盾）普遍存在于各种产品或服务的设计之中。比如，增加钢板的厚度可以使车辆坚固耐用，但是牺牲了车辆的燃油经济性和运行速度，这里采用厚钢板还是薄钢板就形成了冲突。

又如，用水灭火，大量的水会快速把火灭掉，但是大量的水也会破坏那些没有被大火破坏的结构，甚至在某些情况下，水造成的破坏比火灾造成的破坏更大，因此，使用大量的水和使用少量的水就是一种冲突。

阿奇舒勒指出，找到并移除冲突是解决问题的本质，而折衷只是降低了冲突的程度。

同样是拒绝妥协和折衷，致力于移除冲突，TOC方法和TRIZ方法似乎有异曲同工之妙，这两种方法之间有什么不同，可以结合使用吗？

在现有的文献资料中，TOC方法通常用于解决业务问题和业务管理类的冲突，还没有见到或很少见到单独使用TOC方法解决技术冲突或物理冲突的示例。

但是，已经有大量的TRIZ方法应用于商业、教育、医疗等非制造业，并成功地解决了非技术类的冲突。

有一种解释是，技术冲突或物理冲突通常是非常局部的问题，而TOC的有效性在于解决系统性的核心冲突问题。

但是，TOC对冲突的图示化表达方式有助于用TRIZ方法来定义和理解冲突，而TRIZ通用化的发明原理和分离原则对用TOC化解冲突的思考过程也大有裨益。

用TOC更清晰地定义TRIZ的冲突

我们先来看一下TRIZ理论对冲突的描述和定义。在TRIZ方法下，定义一对冲突可采用如图1所示的基本结构。

图1 TRIZ问题的冲突描述

图1中的②和③构成了一对技术冲突。例如，某工厂的PCB板在生产过程中，存在焊接短路的问题，不良率约0.5%。经检查，发现在焊接元件时，锡膏量如果堆积过多就容易因扩展而导致短路。

针对这个问题，TRIZ的问题描述为：

我想要通过增加锡膏的使用量（C）来增加元器件焊接强度（A），但我不能，因为增加锡膏的使用量（C）会造成锡膏堆积（B1）进而向外扩展造成线路短路（B2）。

在TRIZ的术语中，增加锡膏的使用量和减少锡膏的使用量被称为物理冲突，也叫固有冲突，而两个工程参数之间的冲突（焊接强度A和锡膏堆积B1）被称为技术冲突，也叫折衷冲突。

针对上述问题，用TOC的冲突图来描述（见图2）。

图2 将TRIZ问题转换为TOC冲突图

图2的读法是：为了实现元件焊接质量好（A）这一目标，需要同时满足元件焊接强度高（B）和不产生锡膏堆积（C）这两个必要条件。

为了提高元件焊接强度，我们想要增加锡膏量（D），但是增加锡膏量会妨碍不产生锡膏堆积这一需求。

同时，为了不产生锡膏堆积，我们想要减少锡膏量（D’），但是减少锡膏量会妨碍到元件焊接强度这一需求。于是，我们陷入了冲突。

由上面的介绍可知，在TRIZ术语中将冲突区分为折衷型冲突和固有型冲突（传统上称为技术冲突和物理冲突），本质上是通过消除系统内在的固有冲突，从而解决问题。

TOC的冲突图方法则认为，为了满足目标（A），系统的两个必要条件（需求B和需求C）应当并且也可以同时存在，真正的冲突是为了分别满足两个不同的需求（B和C）而采取的彼此冲突的行动（D和D’）。

图3描述了TRIZ方法中的技术冲突与物理冲突在TOC冲突图中的表达方式和对应关系：共同目标对应的是TRIZ术语中的最终理想解（IFR），需求B和需求C分别对应的是TRIZ术语中由一对工程参数（改善的参数A和恶化的参数B）表达的技术冲突，D和D’对应的是TRIZ术语中的物理冲突，即技术方案C。

图3 以冲突图描述技术冲突和物理冲突

不能正确地识别和定义冲突，就无法有效地化解冲突。

但是，冲突有时候很明显，有时候却非常隐蔽。为此，我们必须清晰地思考，从复杂的问题表象中提炼出冲突，并恰当地表达。

TOC思考程序建立了一套严谨的检查逻辑表述的规则，即7个逻辑分类测试（CLR），应用这一规则可以检查冲突图的构建是否得当，逻辑是否合理。

因此，相较于TRIZ描述冲突的方法，TOC的冲突图从逻辑上讲，更为清晰和易于理解。

用TRIZ更巧妙地化解TOC的冲突

TOC方法化解冲突的关键在于揭示冲突图的逻辑（连接箭头）描述背后的理由，也就是找出箭头背后为冲突提供支持的一个或多个假设。

在这些假设中，必有一些假设是错误的或并不总是为真。一旦能够成功地识别出这些错误的假设，我们就找到了化解冲突的钥匙

然而，限于每个人逻辑能力的差异和思维的惯性，识别冲突背后的错误假设可能并不容易，即使找到了一个或几个错误的假设，能够创造性地提出有效的解决方案也不容易。

面对冲突，可以从哪些方面思考来激发方案的产生呢？TOC提出了四种基本的化解冲突的模型（见图4）。

图4 化解冲突的四种模型

下面以图2所示的要不要增加锡膏量的冲突图为例，来简要说明四种化解冲突模型的用法。

应用模型1的解法，即增加锡膏量，同时设法阻止锡膏堆积；

应用模型2的解法，即减少锡膏量，同时设法提高或者不降低元件的焊接强度；

应用模型3的解法，即选择可以同时提高焊接强度和防止锡膏堆积的焊接方式；

应用模型4的解法，即在有些地方增加锡膏量，在另外一些地方减少锡膏量。

找到一个好的冲突解并不容易，甚至很难。上述文字中的“设法”两个字就饱含了解决问题所需的创意和智慧。这种创意和智慧仍然高度依赖于个人的经验、知识或者是直觉。如果找到初始解，然后就是试错和检验了。

TRIZ方法如何解决这个冲突？仍以增加锡膏量这一题目为例。

增加锡膏量是为了改善元件的焊接强度（要改善的参数14：强度），而增加锡膏量又会恶化另外一个参数，即锡膏产生堆积（对应的是恶化的参数8：静止物体的体积）。通过查矛盾矩阵表，参数（14，8）对应的解决技术冲突的发明原理为（9，14，17，15）。如图5所示。

图5 矛盾矩阵和发明原理示意图

图5中红色框里的数字（9，14，17，15）对应的是40个发明原理中的4个适用于解决本冲突的发明原则。限于篇幅，本文就不再详述这四个原则的具体含义和在本例中的具体应用。

在TRIZ的方法中，从解决技术冲突出发，用到的是矛盾矩阵和发明原理，如果是从解决内在的物理冲突出发，可以直接应用TRIZ的分离原理。

TRIZ的分离原理有四条：空间分离、时间分离、条件分离和整体与局部分离。这四个规则，非常清晰地指出了化解内在冲突（或物理冲突）的四种可能的情形。

回顾图4中TOC化解冲突的四种模型，TRIZ分离原理对应的是模型4：何时D与何时D’，以及模型3：另一种D*。模型1和模型2，就是将发明原理用于解决因采用D或D’导致的技术冲突，即寻找可同时满足两个需求（B和C）的增强型方案（D++和D’++）。

将TRIZ的发明原理和分离原理应用于TOC的冲突图化解似乎是一个令人兴奋和值得期待的做法。

然而，很少见到这方面的使用案例，更为困难的是传统TRIZ中的39个工程参数描述的多是产品设计中用到的参数，对于商业、贸易、管理等非技术领域的适用性较弱。

沿袭这一解决冲突的思路，为了更好地在产品设计以外的领域应用TRIZ的创新方法，可能需要扩展TRIZ的参数表，甚至是可能需要对现有的40个发明原理进行内涵上的补充修订。

因为现实中的冲突是千差万别的，如果不加以归纳则无法建立稳定的解决途径。

案例：换产的经济批量

在制造业中，经常需要进行不同型号的生产转换，例如，冲压机和注塑机需要更换模具、机械加工设备需要更换工装卡具等。

每一次生产转换都需要花费成本，包括时间成本、原材料成本等。换产后的生产批量越大，所需的转换次数就越少，同时，平均每件产品的单位转换成本就越低。见图6中的红色曲线。

图6 传统的经济批量模型

然而，如果以更大的批量进行生产，则又会增加大量的库存。过多的库存不仅占用资金和空间，还会增大包括存货损失在内的存货持有成本。即，生产批量越大，存货持有的成本就越高。见图6中的蓝色曲线。

大批量生产因为需要较少的生产切换而减少了准备成本，而小批量生产通过更加及时地生产来减少库存。

经济批量模型就是在这两个关注焦点之间找到的一种折衷或者平衡的系统方法。它通过建立多个理想的假设条件，从而导出一个计算经济批量的公式。

现实的冲突是，为了获得更低的生产总成本，一方面需要增大生产批量，另一方面需要减少生产批量。除了折衷生产批量，就没有其它更好的方法了吗？

如何化解这个冲突？先来看丰田汽车公司的最佳实践（见图7）。

图7 丰田应用SMED化解冲突

丰田挑战的是冲突图上方的关于换产时间是个常数的假设。

丰田认为，经济批量模型中的换产时间不是一个固定值，而是经过SMED改善可以大幅降低的变量。换产时间缩短了，就可以以更小的生产批量同时满足低换产成本和低存货成本，冲突就此消失。

应用TRIZ的分离原理可化解上述冲突：

01

在空间上分离

空间分离原则指的是，对同一个参数（如换产批量）的两个不同的要求（如批量大、批量小），在不同的空间实现。

在生产作业的过程中，将同一批次生产数量的不同部分分割为不同的大小。

例如，区分“加工批量”和“转移批量”的概念，并且加工批量可以不等于转移批量。加大加工批量可以很好地满足节省换产成本的需求，同时，减小转移批量可以加速流转从而节省存货成本。如此一来，冲突得以化解（见图8）。

图8 换产批量的冲突解

02

在时间上分离

时间分离原则指的是，对同一个参数的两个不同的要求，在不同的时间段实现。

在不同的时期，根据当时的市场需求情况和前后工序的流动性，动态性地主动调整生产批量的大小或重新计算经济生产批量。例如，在某一周加大生产批量，以节省换产成本，在另外一周减少生产批量，以节省存货成本。

03

有条件分离

条件分离原则指的是，将对同一个参数的两个不同的要求在不同的条件上得到满足。

例如，如果换型的设备或工序是瓶颈工序，尽可能加大生产批量以减少换产损失（节省换产成本），如果是非瓶颈工序，则尽可能减小生产批量以降低在制品（节省存货成本）。

还有另外一个条件可以应用。根据后工序或瓶颈工序的在制品水平和消耗速度来决定增大生产批量还是减小生产批量。

当然，这需要两个基本措施予以保障，其一是采用信息化手段提高系统对需求变化的反应速度，其二是减少设备换型时间的均值和变异（即波动）的大小。

04

整体与局部分离

整体与局部分离也称为层次分离，这一分离原理的要求是，将对同一个参数的两个不同的要求，在不同的系统级别上实现。

为此，可以选择将当前系统转化为子系统、反系统或超系统。因为，在不同的系统层级上，冲突可能更容易解决。

本例中考虑从当前系统（单一设备）过渡到超级系统（前后相依的生产工序及设备）以消除换产批量的冲突。

例如，可以将制造特定类型零件所需的机器组合在一起，形成一个连续的制造单元，使零件以连续的方式一件件流动，而不是批量流动。

将TRIZ的创新原理应用于传统的TOC冲突图，为冲突的化解增添了一个新的路径。

这个新路径不是从识别冲突图中的错误假设出发，而是从通用的发明原理和分离原则出发。

应用这种方式，冲突解的产生不再是单纯依赖个人经验和直觉的灵光乍现，而是基于人类丰富知识库的支持来获得化解冲突的当前最优解。

相信TOC与TRIZ结合运用的案例会越来越多。