基于根源分析的创新问题求解方法与系统实现

产品创新是企业核心竞争力之所在，是企业在市澈争中取胜的关键l。产品在设计、生产和使用中不可避免的会遇到-些意想不到的问题，而目前普遍采用系统分析法日和失效分析法 寸存在的问题进行分析。其中系统分析法需要对整个系统的各个部件的功能关系分析，失效影响分析则是预先分析最可能发生于生产与使用过程中的不良情况或故障，这两种问题分析方法并不能查找到问题的根本原因，没有找到根本原因而采取的措施只能解决表面问题，简单的快速的解决问题”，并没有真正的解决问题，会导致问题反复的出现，造成资源浪费，甚至产生更多的问题。

针对不易找到问题的根源并采用可靠有效的策略解决问题的现象，利用根源分析法、面向目的的创新设计过程及知识库系统构建了-种基于根源分析的创新策略系统。该系统的目的是将问题分析过程与策略产生融合成-个整体，以期能够找到问题的根源，从可以控制的源头解决问题，并辅以知识库，对产品创新提供-种解决方案。

2根源分析与面向问题的创新设计解决问题的关键是找到问题的根本原因，其次问题的解决又需要正确的工具 ，为了增加设计人员灵感，还需要知识库的专业知识辅助。根源分析法、面向问题的创新设计理论及知识库都是问题分析求解过程不可缺少的组成部分。

2.1根源分析法根源分析即根本原因分析(Root Cause Analysis，RCA)是-种结构化和系统化的问题处理方法，可以深入分析问题、找出引发失效的机理或诱因，是-种简单实用的发现问题、定位原因的分析工具，可以有助于理解并挖掘出现问题背后的详细原因，用以逐步找出问题的根本原因并加以解决，而不是仅仅关注问题的表象 ，以便于采取恰当的改进及预防措施 。

根源分析法常用的工具有因果图、因果分析-鱼骨图及因果分析 why-why图[5-61。其中因果分析-鱼骨图用图形显示根源分析过程，更加直观、简明、更易掌握。因此选用了因果分析-鱼骨图作为根源分析的主要工具。

22面向问题的创新设计面向问题的创新设计方法，以提高现有产品或系统的性能为目标，着重解决现有产品或系统中影响主要功能的问题，使产品趋于理想化 ♀决这类问题的工具主要以 TRIZ理论191中的物-场分析、标准解及矛盾矩阵为主，对系统做渐进式的改进。

2。3知识库创新设计需要大量不同领域知识作为基础，在此之上进行组合、类比、叠加、联想等，以便形成新思想、新概念，达到产品创来稿日期：2012-03-17基金项目：国家自然科学基金资助项目(51175355)；科技部创新方法工作专项资助项 目(201IIMOIOIO0)作者简介：陈 林，(1985-)，男，硕士研究生，研究方向：产品概念设计及创新原理；李 口，(1954-)，男，教授，博士生导师，研究方向：产品创新设计理论、方法与工具第 1期 陈 林等：基于根源分析的创新问题求解方法与系统实现 117新的目的。为了有效支持创新设计的过程，还需要搭建-系列知识库，有效的知识包括专利知识库及发明原理库。

3问题求解框架及流程3.1基于根源分析的问题求解框架基于 D.I.V.E.(Define、Investigate、Verify、Ensure)lo]问题解决工具的思想，根据根源分析的特点及面向问题的创新策略的使用方法，选用合适的分析方法，再辅以相关的知识库作为支撑，构建了的原型系统结构，如图 1所示。

囤 固 回 回 圜 圆 l知识库l J..J团 - 圈园 - 田园 圈囤 - 豳囡图 1系统结构组成Fig.1 System Structure系统设计过程分为定义问题，调查问题，产生策略和验证策略四个阶段。

Define为定义问题阶段 ：目的是制定改善后或解决问题后的目标。采用 5W2H分析法描述问题，明确地说明问题，识别问题的具体要素：人，事情，时间，地点，原因，如何及多少。

Investigate为调查问题阶段 ：目的是找出问题的根源和真因，主要包含根源分析的工具。分成两种情况：分析简单的问题时仅采用 5why分析法就可以找到问题的根源；分析复杂的问题时采用因果分析-鱼骨图的分析法，在制造类的产品设计中需要从机器、方法、材料、人员、测量、环境这六个方面展开问题分析。

Verify为验证策略对策阶段：目的是验证行动对策和计划的有效性。对问题分析阶段找到的根本原因进行解决，利用 TRIZ理论中的物-场分析，标准解及矛盾矩阵，在需要的知识库中查找相关的效应，专利，发明原理以及工程实例，类比归纳产生解决方案。

Ensure为确保行动对策后的标准化阶段：从时间、资源利用率及成本的角度考虑确定策略的可行性。对产生的解决方案进行整理，据行业的规则设置各方面的权重，并选用合适的评价准则进行方案的可行性评估。评估的准则有最小时间、最小成本及最小资源原则。

32基于根源分析的问题求解流程求解基于根源分析的创新问题的操作流程，如图2所示。起始于问题定义，终止于报告输出。

(1)用户登录后开始-项设计任务时，首先输入工程信息及相关的问题描述 ，明确需要解决的问题是什么，在什么情况下出现，可插入必要的图片说明；(2)用户根据实际情况选择问题分析工具。比较简单的问题可选用 5why分析法，通过连续设问 3-7个为什么”挖掘问题产生的根本原因∠为复杂的问题则可建立问题鱼骨图，其步骤是：①把要解决的问题写在鱼骨的头上；②从机器、方法、材料、人员、测量、环境这六个方面找出问题并写在鱼骨上；③对鱼骨上的各个方面采用 5why分析法依次进行分析。

(3)用户对上述找到的根源逐个分析，判断是否是不可解决的根源问题，如果不可解决则跳转到前-个原因对其求解∩以直接通过说明解决的简单的原因就直接写出方案，不能直接解决的则进入下-步求解策略过程。

困回 函讧 晶 tCJf-J。。-～ 、图 2系统主要流程图Fig.2 System Flow Chart(4)用户根据需要求解的问题选择，如需要专业知识的辅助可以直接在知识库中查找相关知识 ，进行方案类比，产生解决方案；如果需要进-步的解决策略工具则进入下-步。

(5)用户也可对分析过程中的原因进行归类。存在技术冲突的原因，使用TRIZ理论的矛盾矩阵分析法，确定需要改进的参数和导致恶化的参数，并在知识库中找到利用以上参数得以解决的成功案例，进行类比，得到解决方案；存在物理冲突的则使用分离原理，选则分离原理中对应的方案得到解决方案；还可以利用物-场分析过程，查找产品部件间存在的不足或有害作用，再选择对应的标准解，得到创新方案。

(6)最后对各个阶段产生的方案进行管理筛选，并选择-种评价方式进行方案评价；方案评价的标准有最小资源、最小时间及最小成本三种默认的标准，用户也可根据实际需要定义评价标准。需要用户输入方案中的时间，资源，成本的比重，系统根据方案占用的比率给出最终方案的排序。

(7)如果最终的方案尚可则可选择生成报告，生成的报告包含整个解决方案产生的过程及新的解决方案；如果方案并不可行则返回重新形成方案。

4原型系统的实现4.1系统开发环境原型系统的开发工具与运行环境主要包括：以 Java语言作为开发语言，Eclipse 3.7.0作为集成开发环境，Microsoft Access作为后台数据库管理系统进行系统运行数据和知识资源的存储，使用 AWT和 Swing作为系统界面的主要技术，在 Windows系统环境下开发完成。

在进-步的系统实现中，为将软件交互性能和流畅性发挥到最佳水平，利用面向对象的开发语言 JAVA，在 Eclipse开发环境下开发问题求解系统。在知识库检索方面，实现了全文和关键雪l18 机械设计与制造No.1Jan.2013词检索，能为设计人员主动提供相关知识。

4.2系统开发主要程序拈系统开发按照需求的功能主要分成问题分析拈，创新策略解决拈，知识库拈及方案管理拈这四个部分，系统程序包就包含：bris(系统引导程序包，用于引导系统启动，加载需要的数据库及主界面面板 )、problemAnalys(问题分析包 ，包含问题分析过程的分析法包)、knowledgeBase(知识库包，调用、检索和管理数据库)、help(帮助关于包，系统相关帮助，介绍系统的操作)、CaseManger(方案管理包，对产生的方案管理包括添加，修改和删除及方案评价)、ProjectReport(程报告包，用于生成报告)。主要程序包结构及调用关系，如图 3所示。

圉 Bfis.knowledgeBa.[卤 匦 卤 图 3系统主要程序包结构及调用关系Fig.3 System Package Structure and Call Relations每个独立的拈均封装到独立的子包中，各个子拈也在内部建立独立的子包。这样便于拈的增减与修改，便于后期维护。系统数据库结构：数据库中包含的发明原理库和专利知识库均存在独立的表中。在检索知识库的时候，可以通过检索条目名称或者条目具体内容。系统由主引导类bris引导，启动时加载brisFrame系统主面板及 DBMSManager(数据库管理类)，连接数据库，以便使用过程中随时调用。系统可直接连接专利库网站及百度等搜索引擎，方便用户随时查找需要的资料。

5应用实例问题描述：在笔记本电脑及智能手机日益普及的今天，无线局域网作为有线网络的扩充，使人门摆脱了线缆的束缚，其传输速率也从最开始的 l 1 Mbps发展到现在普遍使用的300Mbps，已经不亚于有线网络的速度，能满足日常办公和家庭生活的使用，方便了人们上网冲浪，也逐渐普及开来。但是，随着无线局域网的普及，网络连接中断，无法连接的网络故障频繁出现，给使用者带来很多不便。要彻底解决网络故障问题，就需要找到网络故障出现的根源。无线网络出现故障的原因可能来自多个方面，可以采用复杂问题的根源分析法进行解决。

首先明确需要解决的问题是无线局域网网络无法连接。从以下因素考虑出现问题的原因：(1)从人的因素考虑，其原因有：操作不当、无线终端的设置不正确、输入了错误的网络密码、连接到错误的无线接入点、不小心关闭了设备的无线功能、无线网卡开关易被触碰到；(2)从机器的因素考虑，其原因有：无线接入点处理能力有限、接人点处理器发热量太大造成功能下降、无线接人点散热不足、设备外壳的散热孔开在上方易堵塞、无线接人点设备发射功率有限电磁辐射太大有害降；(3)从材料的因素考虑，其原因有：无线接人点外壳散热效果不好、无线接人点外壳使用的材料是工程塑料、使用廉价的材质以节约成本；(4)从环境的因素考虑，其原因有：接入点设备电压不稳、无线接人点附近有大功率电磁设备干扰、网络中心出现故障、无线终端与接入点之间有多重墙壁阻隔、附近有其他无线接入点干扰；(5)从方法的因素考虑，其原因有：信号覆盖不好，超出接人点信号覆盖范围，无线终端与无线接入点距离较远。

6结论基于根源分析的创新策略系统提供了完整的查找根源问题的辅助工具，能帮助用户找到问题的根本原因，集成了目前比较易用的TRIZ理论工具，并建立了完善的知识库。设计人员通过检索并利用知识库中的专业知识形成很多创新想法，完成产品创新，同时用户还能利用该系统解决很多实际问题-发的系统基于JAVA语言，使得系统具有跨平台特性，易于移植。当然，该系统并不完善，在日后的研究中还需要加以改进。