多创新方法集成与融合应用的LCUE矩阵法研究及实施

创新是企业提高制造能力和行业竞争力的核心动力。通过创新活动，企业可建立更加高效的生产体系，而创新方法是指企业在创新活动中用于解决产品与流程相关的技术、管理与服务难题时，使用和总结出来的思维、科学方法与工具的总称，其具有一定的领域无关性，在某种程度上也是使能、集成和融合领域相关工程技术的“纽带”。面对日益复杂的企业难题，如何建立科学的创新方法应用体系，将其导入企业并指导企业解决生产难题，进而通过提质、增效和降本实现企业创新能力提升是企业亟需解决的问题。据此，国内外学者在单一创新方法独立应用研究的基础上，进行多创新方法应用研究。如Wang等[1]提出了一种集成TRIZ和DMAIC的框架结构；Vinodh等[2]针对汽车零部件开发设计问题提出了一种基于TRIZ、AHP和QFD的集成模型，从而在多准则下确定创新和可持续性最佳的设计方案；Raj[3]将QFD用于精益生产的VSM中，通过QFD方法改进当前价值流图并得到未来价值流图；皮成功等[4]研究了多创新方法应用过程决策模型和评价机制，构建了一套多方面的评价指标体系；裴小兵等[5]基于创新方法工具集构建了创新方法、管理要素和业务流程的三维集成模型。

目前，对多创新方法应用研究主要集中在两种或多种创新方法相互结合或改进使用上，也涉及创新方法分类体系的建立。考虑到创新方法之间相互借鉴和结合使用能有效地优化创新成果，因此，面对日益复杂的生产难题，迫切需要构建一套指导企业实施多创新方法集成与融合应用的方法体系、动态可定制化应用模式与规范流程。基于上述观点，本文提出一种实现多创新方法集成与融合应用的方法体系，并给出支持企业多层次实施多创新方法集成与融合应用的LCUE矩阵法。

1 多创新方法集成与融合应用

与企业生产难题相对应，本文中的创新方法也是一个广义概念，企业通过使用创新方法解决生产难题，完成创新活动。为方便论述，首先对相关概念进行约定。

(1)生产难题是指企业在实际生产运行各个环节中出现的或潜在的困难和瓶颈，如设计不合理、质量不达标等。通过解决这些困难，可使产品质量、企业效率提升，从而为企业带来更多利润。企业从事创新活动的动因和目的就是解决上述困难，结果就是生产难题被有效解决。

(2)创新方法是指在生产实践中提出与总结的科学思维、方法和工具的总称，具有一定的运行逻辑，可帮助企业解决实际工程问题。创新方法既指针对某一类生产难题的广义方法，如六西格玛管理中的DMAIC、精益生产中的价值流VSM法等，也指一些设计和分析使用的具体工具方法，如思维导图、鱼骨图、正交实验等。

1.1 企业生产难题空间

企业创新活动具有生产难题导向，目的是解决生产难题，使生产资源优化配置与运作。同时，企业创新活动是一个持续过程，只有不断解决生产难题，才能持续发展[6]。同样，创新方法应用也具有生产难题导向。对于不同类型的企业，生产资源配置与运作方式不同，生产目的不同，因此，企业面临的生产难题也不同。为描述不同企业的组织形态和生产特点，需要划分企业类型。目前，最广泛的分类方法有美国生产库存控制学会(APICS)提出的制造企业分类标准、Gartner Group分类法和按制造资源配置的分类法[7]，上述分类方法分别从某一个角度(如基于生产模式、订单和资源配置)划分企业类型。为从多角度描述企业的核心特点以及对应的生产难题，本文结合相关研究，采用多维度冗余分类方式对企业类型进行划分，如图1所示。

在企业分类空间中每一个点对应着一个具体企业，其每一个维度坐标对应着一种企业类型，确定企业类型之后，企业所对应的生产难题随之确定。每个企业在企业分类空间中所处的位置不同，面临的生产难题也不同，因此，可依托多维度企业分类空间构建企业生产难题空间。依据多维度企业分类关系，生产难题可映射成为多维空间的立方体，企业难题空间包含了企业当前生产状态下所有的生产难题，不同企业的生产难题空间可能会彼此交融。

一个企业从事创新活动的动因和目的就是不断解决其生产难题空间中的生产难题。但在现实生产场景中，企业生产难题之间存在各种联系和耦合[8-10]，单一的创新方法无法取得理想的结果，需要多创新方法集成与融合应用。与企业生产难题空间相对应，所有潜在可用的创新方法形成了创新方法集。在创新方法集中，一些创新方法是针对某一特定领域生产难题的，如面向质量管理的DMAIC、面向精益生产的VSM等，还有一些创新方法是各领域通用的，如头脑风暴法、鱼骨图分析法等。因此，根据生产难题所属领域不同，一个生产难题可以采用多个创新方法解决，一个创新方法也可以解决多个生产难题，企业生产难题空间与创新方法集之间是N∶M关系。对于一个企业来说，其生产难题是多领域复合的，如对于质量管理问题，六西格玛管理可以有效地发现生产流程中存在的问题，找出需要改进和创新的地方，但是不能提供支撑创新过程的工具。而TRIZ正是一种系统创新工具，故将六西格玛和TRIZ融合不仅可以指导企业“做什么”，也可以指出“如何去做”，为解决复杂的企业生产难题提供了更加高效的解决方案[11]。

对于复杂的企业生产难题，多创新方法集成与融合应用可以很好地适应这种复杂性，在生产难题解决过程中，根据形成的子难题，动态选择合适的创新方法是创新方法集成与融合应用的关键。由生产难题导向的创新方法集成与融合应用过程可以用图2所示的事件模型表示。

待解决的目标生产难题可以看作是初始状态，然后根据生产难题所属企业的分类特点，选择合适的创新方法，应用创新方法的过程可以看作是创新事件，而应用创新方法的结果是将生产难题分解或者转移到一个新的状态，即将生产难题分解为一系列子难题或者转换为另一个生产难题。最后，当要解决的生产难题为空时，应用过程结束。在整个生产难题解决过程中，多个创新方法是以生产难题为导向进行集成与融合应用的。

1.2 多创新方法集成与融合应用模型构建

经过不断积累与探索，目前可用的创新方法已有百余种。由于各种创新方法并非孤立存在，依据创新方法面向的生产难题和创新方法自身特点，可对其进行多角度分类研究和使用。如李存金[12]提出的基于创新活动周期、创新原理和创新思维的三维度创新方法分类体系。创新方法分类可明确创新方法应用场景，有利于建立创新方法之间的联系。多创新方法集成与融合应用就是将多种表面上没有直接关系的创新方法联合应用，形成一个整体，使创新活动效益最大化。本文在多创新方法集成要素与集成模式研究的基础上[13-15]，从创新方法自身流程属性出发，建立多创新方法集成与融合应用模型。

多创新方法集成与融合应用依赖于从创新方法应用过程中提炼出相应的“流”和“点”特征，其本质是寻找多种创新方法应用流程之间的交叉和包含。据此，创新方法能被划分成“容器型”创新方法或“构件型”创新方法。

(1)容器型创新方法是指具有“流”属性的创新方法。其使用过程可明确地分为多个阶段，各个阶段串联或并联执行。如DMAIC，其使用过程可被明确地划分为定义、测量、分析、改进和控制5个阶段。

(2)构件型创新方法是指具有“点”属性的创新方法，常用来直接解决某“点”的具体问题。如质量控制中的鱼骨图法、统计分析中的帕累托图等。

容器型创新方法指定了创新方法使用规范流程，建立了创新方法使用过程总体结构，但没有指定每个流程内部具体使用什么工具。因此，构件型创新方法可以嵌入容器型创新方法中使用，同时容器型创新方法也可以看作一个整体，嵌入到其它容器型创新方法之中，形成多重嵌套。多创新方法集成与融合应用模型如图3所示。在图3中，容器是指容器型创新方法，构件是指构件型创新方法。一个最基本的容器只包含有构件，不包含其它容器，如图中容器B。当将一个容器看成一个整体并不关注其使用流程时，可将其看作构件嵌套在其它容器中使用，如图中容器B和容器C作为容器A的子容器嵌套在容器A中，此时容器A可看作是一个多级嵌套容器。

容器型创新方法是将多个创新方法联合使用的基础，它提供了一个使用流程“模板”，但本身并不规定流程内部的具体填充。因此，在每一个流程中都可以根据具体生产难题灵活选择创新方法。依据创新方法自身属性以及容器型创新方法的“流”特征，预先对容器型创新方法的各流程填充适当的创新方法，便构成一个基于容器型创新方法的柔性模板。柔性模板是指容器型创新方法的每个流程中都包含一个创新方法集合，而在具体使用过程中，针对具体生产难题，可以动态选择和增删新的创新方法。因此，多创新方法集成与融合应用实现过程就是柔性模板动态化配置过程。

1.3 多创新方法集成与融合应用理论

当联合使用多个创新方法解决企业生产难题时，创新方法之间的关联关系主要来自两个方面：一是不同创新方法之间输出与输入的关联。如容器型创新方法中，上一个流程的创新方法输出作为下一个流程的创新方法输入；二是不同创新方法使用流程的包含与交叉，如两个容器型创新方法嵌套使用。

根据多个创新方法使用联合程度，本文提出创新方法应用的3个层次：多创新方法集成应用、多创新方法融合应用、多创新方法集成与融合应用。

(1)多创新方法集成应用是指针对一系列企业生产难题，同时使用多个创新方法解决，但各个创新方法分别解决独立的生产难题，创新方法之间既没有输入输出关系，也没有流程包含关系，各创新方法之间关联关系微小，使用过程互不影响。

(2)多创新方法的融合应用是指针对一个具体的企业生产难题，以一个容器型创新方法为模板，在流程中融合使用其它构件型创新方法。此时，嵌入流程中各创新方法之间存在输入输出关系，前一个求解环节的创新方法输出结果会作为下一个求解环节的创新方法输入。同时，创新方法之间存在流程包含关系，容器型创新方法流程被细化，构件型创新方法作为一个整体被包含。各创新方法之间关联关系紧密，使用过程相互影响。

(3)多创新方法的集成与融合应用是指针对一系列企业生产难题，使用与其相对应的一系列容器型创新方法模板。每个容器型创新方法模板内部是基于多创新融合，而模板之间是基于多创新方法集成。不同容器型创新方法模板可能会共用一些构件型创新方法，创新方法通过模板内聚，在模板之间又存在耦合关系。创新方法之间存在流程包含和交叉、输入输出关系，关联关系非常紧密，使用过程相互影响。

2 多创新方法集成与融合应用的LCUE矩阵法

创新方法发挥作用的关键是企业应用[16]。多创新方法集成与融合应用模型在理论上给出了多个创新方法的使用模式，并根据创新方法之间的关联程度划分为个不同的应用层次。对于企业来说，使用创新方法的目的是为解决面临的生产难题，但在多创新方法集成与融合应用过程中，不仅涉及多个创新方法，而且需要根据企业生产难题的实际需求与约束，对柔性模板进行灵活选择与动态配置。因此，将多创新方法集成与融合应用理论引入企业生产一线，指导企业正确实施多创新方法集成与融合是创新方法应用的关键。

2.1 多创新方法集成与融合应用实施流程

实施流程就是在时间上对完成过程进行最优化设计，确定好各项任务的先后顺序，以达到科学有效的执行效果。为了更加有效地将多创新方法集成应用在企业推广实施，制定标准的实施流程和架构是关键。为此，张爱琴等[17]提出创新方法推广应用的四层框架模型，即创新方法推广应用现状、创新方法推广应用阶段、创新方法推广应用驱动因素和创新方法推广应用平台；魏永幸等[18]探究了创新方法的推广实施流程，认为创新方法本身比较复杂，实施过程中科学的流程与指导尤为重要。

结合相关研究和本文提出的多创新方法集成与融合应用模型特点，企业实施多创新方法集成与融合应用的前提是企业员工对基础创新方法有一定的掌握，实施过程是多创新方法集成与融合应用模型实例化，实施结果是形成企业工程知识和对创新方法的评估。因此，本文进一步提出多创新方法集成与融合应用流程规范，如图4所示。

多创新方法集成与融合应用实施流程主要包括导入(Leading-in)、配置(Configuring)、使用(Using)和评估(Evaluating)4个阶段。

(1)导入(Leading-in)：将多创新方法集成与融合应用理论引入企业，给企业培训基础创新方法，使企业各个层次员工掌握相关创新方法的使用。同时，导入阶段还要协助企业挖掘企业目前生产环节中存在的生产难题，建立企业生产难题空间，明确企业要解决的生产难题。

(2)配置(Configuring)：在明确要解决的企业生产难题的前提下，为目标难题选择多创新方法柔性模板，如对于企业的产品设计难题，选择TRIZ柔性模板；对于车间的质量管控难题，选择DMAIC柔性模板等，并对柔性模板各阶段创新方法进行配置，即选择适合企业生产条件和难题约束的创新方法，配置结果是适应企业生产难题的柔性化模板。

(3)使用(Using)：是多创新方法集成与融合应用实现过程，使用阶段包括对柔性模板中具体创新方法的选择和实际运用。使用阶段具体落实在柔性模板中所配置的所有基础创新方法的使用上，使用结果是一套生产难题解决方案，并且根据企业员工对多创新方法的实际操作情况，将使用过程知识工程化。

(4)评估(Evaluating)：是对整个创新方法使用过程和结果的总结和评价，并且涉及对企业相关层次员工在创新方法实施过程中的绩效考核。

2.2 支持企业实施多创新方法的LCUE矩阵

对于一个企业来说，应用创新方法是其发展的助推力[19]，但实施多创新方法集成与融合应用的具体过程是复杂的系统工程，受多方面因素影响，如企业组织形式、员工知识水平以及创新方法本身复杂程度等。侯光明等[20]通过对创新方法的使用调研，从组织维度、过程维度、知识维度3个维度构建了面向工程项目的多创新方法集成应用模型，系统地阐述了企业实施多创新方法集成与融合应用模式，但其集成的框架模型仅限于理论，没有结合企业具体问题和多创新方法集成与融合应用流程进行研究。在此基础上，本文从企业生产难题导向的角度，进一步结合创新方法的实施流程提出了组织(Organization)、知识(Knowledge)、输入(Input)、过程(Process)、输出(Output)5个维度，并结合多创新方法导入(Leading-in)、配置(Configuring)、使用(Using)和评估(Evaluating)实施流程，构建支持企业实施多创新方法集成与融合应用的LCUE矩阵，如图5所示。

在组织层面上，组织层次是多创新方法集成与融合应用实施主体。因此，建立办公室、项目制和执行小组制三层组织架构，分别对应企业决策层、管理层和实施层。企业办公室作为决策层，在多创新方法集成与融合应用实施过程中，不需要完全掌握创新方法理论的所有技术环节，只需从整体上对多创新方法集成与融合应用项目实施给予支持。项目组作为多创新方法集成与融合应用实施管理单位，其成员必须要有创新意识，并对多创新方法的基础和应用过程有着深入的理解，主导多创新方法集成与融合应用整个流程。执行小组是多创新方法集成与融合应用的实施层，主要由技术人员组成，在多创新方法集成与融合应用实施过程中，其任务明确，是创新方法工具的具体实施者。

在知识层面上，实施多创新方法集成与融合应用过程中会涉及到各种知识，包括创新方法知识、领域知识、生产难题知识、解决方案知识等。创新方法则是将这些知识连接在一起形成企业工程知识的途径，多创新方法集成与融合应用过程可以促进知识转换与共享，从而形成知识流[21]。在多创新方法集成与融合应用实施过程中，知识的建立有利于企业形成企业知识库，最后将知识工程化。

输入、过程和输出是每个实施阶段需要考虑的IPO，因为多创新方法集成与融合应用实施过程是由企业生产难题导向的，因此，每个实施阶段的输入就是对应的企业实际生产难题，输出则是生产难题的解决方案。通过增加输入和输出维度，可以让企业在实施多创新方法集成与融合应用过程中明确各阶段需要提供的输入条件和最后要达到的输出结果分别是什么。相比三维度应用模型，五维度的LCUE矩阵可以更加全面地指导多创新方法集成与融合应用实施过程中的各个环节。企业在实施过程中，可对照LCUE矩阵，对组织、知识、输入、过程和输出5个维度分别进行填充，当整个矩阵完成之后，企业便完成了多创新方法集成与融合应用全过程。

LCUE矩阵是对企业实施多创新方法集成和融合应用的全面指导性规范，遵循LCUE矩阵规范，可有效避免实施过程各环节出现问题，达到效益最大化。LCUE矩阵是一个环环相扣的结构，在矩阵中某一项受其左相邻项和上相邻项的影响，也同时影响其右相邻项和下相邻项。这种相互之间的影响关系可以很容易定位到不足环节，比如某项目小组在配置过程中进行不下去，就需要考虑该小组对生产难题是否有清晰的认识，以及其导入环节的培训工作是否到位。同时，LCUE矩阵可以迭代循环使用，如果最后评估发现流程中出现了问题，就可以直接重新迭代使用，更正错误并重新评估。

3 应用实例

本文以某空调装配企业将价值流分析方法导入车间并提升装配效率为例，验证以LCUE矩阵为指导的多创新方法集成与融合应用的可行性。现场主要的生产难题有生产现场线边物流摆放无序、物料配送路径存在交叉重复、生产线上有大量的等待、动作以及工程不良等。构建该企业实施多创新方法集成与融合应用的LCUE矩阵，如图6所示。

(1)Step1导入Leading-in。首先在该企业建立创新方法实施项目，成立价值流分析导向的效率提升实施项目组，组建创新方法应用推广办公室和车间小组，办公室成员为企业中高层领导及核心技术人员，车间小组成员为车间技术员工。在办公室层次制定详细的项目实施方案和完成指标，并制定创新激励政策和创新方法手册，具体落实在车间小组上。

相关组织成立之后，对企业员工进行自上而下的创新方法培训。在办公室层面，对20名成员进行每周一天，持续一个月的培训，为实施员工引入精益生产的思想，并受到企业领导的重视；在车间小组层面，对车间100多名技术人员集中培训3～5次，并对员工提出的现实生产难题进行答疑；在员工创新方法培训的同时，收集企业各环节存在或潜在的生产难题，共收集生产难题50多项。培训过程中，一共在该企业引入创新方法30余个，培训之后对员工进行考核，95%以上员工通过考核，明确企业现阶段的不足与生产难题，掌握价值流相关创新方法。

(2)Step2配置Configuring。根据收集到的该企业生产难题，明确企业目前亟需解决装配线效率较低的生产难题，为该企业配置价值流分析导向的创新方法柔性模板(VSM柔性模板)。在VSM柔性模板中，将价值流分析导向的应用过程分为问题界定、现状分析、未来规划、实施改进和总结确认5个阶段。根据培训情况，将28个创新方法分别填充到相应阶段，构成VSM柔性模板，如图7所示。

(3)Step3使用Using。使用阶段采取任务制方式执行，项目组依据办公室制定的各阶段具体任务，将任务下放到具体车间，由车间员工根据具体问题选择合适的创新方法。此阶段通过VSM柔性模板动态选择创新方法，以实现多创新方法集成与融合应用。

在问题界定环节，根据企业装配线现状，对目前投入生产的15种空调产品进行P-Q分析，并根据确定的关键空调产品进行现状分析和未来规划。价值流图是一种描述物流和信息流的形象化工具，可以清晰明确地呈现装配线上的物流。因此，通过绘制当前价值流图分析现状，并根据当前价值流图分析绘制未来价值流图。通过当前价值流图和未来价值流图分析，确定导致装配效率低下的原因之一是装配线不平衡，存在瓶颈工时。因此，对某型号空调产品30个装配步骤与11个装配工位的时间和约束条件进行统计，进一步实施装配线改进。装配线平衡改进过程中，既可以采取基于工业工程的ECRS方法，也可以采用智能算法。由于本型号的空调装配步骤和涉及的装配工位较多，因此，采用遗传算法对装配线进行改进，改进目标是缩短生产节拍，提高装配线平衡率。

改进之后装配线的装配节拍由19s缩短到17s，装配线平衡率由0.73提升到0.81。最后，根据装配线改进结果制定实施计划，并分析是否存在其它生产难题。

(4)Step4评估Evaluating。评估是实施多创新方法集成与融合应用的最后一个环节，通过评估可以让企业更加全面地了解多创新方法集成与融合应用的特点，以及实施过程中的不足，从而为多创新方法集成与融合应用再次实施积累经验。项目组一旦确定VSM柔性模板所涉及的所有阶段已完成，便可以将企业骨干成员组成评估专家小组，对创新方法应用结果进行评估。评估的主要依据是实施多创新方法集成与融合应用为企业带来的经济效益；评估的目的是对多创新方法集成与融合应用过程进行总结，同时对实施过程中表现优异的员工和小组进行奖励。在本案例中，该企业实施VSM创新方法柔性模板应用前后装配线关键指标对比如表1所示。

通过在该企业成功实施VSM导向的精益持续改善方法，发现并改进了装配流程中的浪费与非增值环节，为企业制定了装配线平衡方法，解决了装配过程效率低的生产难题，明显提高了生产效率，为企业带来了可观的经济效益。

4 结语

多创新方法集成与融合应用是一种面向企业复杂生产难题且应用效果显著的创新方法使用模式。据此，本文以企业生产难题为导向，提出了一种多创新方法集成与融合应用理论以规范化地解决企业生产难题，依托所建立的多创新方法集成与融合应用模式，提出了一种可在多维度上指导企业实施多创新方法集成与融合应用的LCUE矩阵法。某空调企业实施VSM柔性模板导向的装配生产线效率持续提升的案例表明，结合LCUE矩阵的多创新方法集成与融合应用模式具有系统化、规范化解决生产难题的特点，对提升装配过程效率作用显著、效果理想。同时，本文所提模式对解决其它相似问题也具有普适性。

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