應用TRIZ於穴盆創新之研究

摘要

循環經濟是國家發展的重要項目，不管在農業、工業、服務業都要從源頭考慮綠色設計，讓材料不斷循環使用。穴盤育苗自1970年發展至今，已廣泛的應用在各種花卉植物或蔬菜果苗的栽培上，由於穴盤苗具有節省種子，種苗生長整齊、病蟲害少、移植成活率高及可節省人力等優點，因此國內近年來採用穴盤育苗已有明顯增加的情形。但在整個穴盤使用過程中，因成本考量大部分仍使用塑膠、保麗龍的材質，造成環境汙染與處理的成本。在此情況下，如何提升穴盤的品質、降低穴盤成本、及環境的污染問題就成為農業上一項重要的議題。本研究應用功能分析、矛盾矩陣與40發明原則、物質-場分析等TRIZ系統性創新手法，研發一個具循環經濟應用的穴盤產品。本研究所創新研發之新穴盆經30-40天即可充分在田間分解成有机质，不會產生農業廢棄物，而且種植作業速度加快15倍，工資只要九分之一。

前言

穴盤育苗自1970 年發展至今，已廣泛的應用在各種花壇植物或蔬菜苗的培育上，由於穴盤苗具有節省種子，種苗生長整齊、病蟲害少、移植成活率高及可提早採收等優點，因此國內近年來採用穴盤育苗已有明顯增加的情形。一般民間業者多利用簡易網室設施，並依作物特性採用不同規格之穴盤及國外進口介質，或以泥炭土、真珠石、蛭石和土壤調配，進行育苗，育成整齊度高、品質穩定，定植後容易存活之種苗。因此穴盤育苗已發展至利用自動化机組設備進行種苗的大量生產。其生產特點在於使用格式化穴盤、以利各種自動化机組作業，例如介質填充机、自動供盤裝置、真空播種机、自動灑水覆土裝置與積盤机等，並利用溫室設施及適當之管理發展出一套高效率育苗技術(黃泮宮等)。

「循環經濟不只是回收，更是創造價值」，過去傳統產業「從搖籃到墳墓」的商業模式，不斷消耗有限的地球資源進行生產製造，然而眾多商品從離開消費者手中那一刻起，便成為威脅環境的海量垃圾。經濟部中小企業處處長吳明機表示：「循環經濟是國家發展的重要項目，不管在農業、工業、服務業都要從源頭考慮綠色設計，讓材料不斷循環使用。台灣企業有許多創新的做法，打造從搖籃到搖籃的永續供應鏈。」(2018 亞太社會企業高峰會)

在整個穴盤使用過程中，因成本考量大部分仍使用塑膠、保麗龍的材質，造成環境汙染與處理的成本；另有使用泥炭苔為材質，但因材料成本較高且只能使用一次，故仍不普及。在此情況下，如何提升穴盤的品質、降低穴盤成本、及環境的污染問題就成為農業上一項重要的議題。

農業資材廢棄物（非生物性）中，塑膠膜(布、網、盤)有被大量廢棄的問題。本研究著重探討如何使用生物可分解資材於可分解栽培盆、樹苗護根套及包紮植物根部的分解膜等資材製造。故本研究過程主要利用六標準差的 DMAIC 五個步驟的管理流程模式為主軸，應用TRIZ 理論之矛盾矩陣與40 發明原則與物質-場分析與76標準解於穴盤之創新開發，配合新農業、循環經濟之目標，開發出既符合環保標準又具備循環經濟之市場上全新之穴盤產品。以綜觀過去的學術研究報告，我們可以得知，目前穴盤所造成之環境汙染的問題，因此實在有必要針對此問題做進一步的探討。

文獻探討

穴盤

穴盤育苗顧名思義是利用穴盤容器來栽培種苗，其優點為種苗移植成活率高且生育恢復生長快速。由於每株種苗的根系擁有獨立的生長空間，但另一方面要提高單位面積內的育苗數量及減低種苗運輸的重量，穴盤內的每一穴格必需儘量縮小，也限制了根系生長的空間。有限的介質容量降低了對水養分的緩衝能力，因此根系之生長環境與傳統苗床生長環境有很大的差異，常不適合採用一般的土壤，必須以人工調製的介質來育苗，故對穴盤種類、穴格大小與介質種類選擇等必須視作物種類與經濟成本加以考量。

目前常用的穴盤規格可分為：(一)美國式，多為PE 塑膠製品，穴盤常用規格為54×28cm;(二)荷蘭式，為保麗龍製品，穴盤規格為60×40cm。穴格有不同形狀、直徑、深淺、容積等差異，穴格數由72~800 格不等，容積約5~30 立方公分， 約有50 種之多，在蔬菜育苗上多用美國式128 格與荷蘭式240 格穴盤。穴格大小與形狀常影響介質理化性的表現，同樣穴格數，方形者較圓形者介質容量多出33%，穴格較深者比淺穴格有更高的通氣性。穴格大小對種苗生長影響很大，穴格大則容積大介質多，通氣性較佳，pH 值較穩定，所需生育期短，幼苗生長較快，較耐貯運。而小穴格者雖然單位面積產量高，生產成本低，但介質容積小，介質通氣性差含水量高，鹽類累積很快，生長易受到阻礙，育苗技術難度較高。因此採用穴盤育苗，應先確立生產何種作物，瞭解根系發育性形，並根據作物種苗之大小與生長速率等因素選用適當規格穴盤，以兼顧生產效能與種苗品質。由於穴盤穴格小，一般土壤的理化性無法滿足穴盤育苗的需求，適合穴盤根系生長的栽培介質應具備四種特色：

1. 保肥力佳，供應根系發育所需養分，並避免養分流失。

2. 保水力強，避免根系水分快速蒸發乾燥。

3. 透氣性佳，使根部呼出之二氧化碳(CO2)容易與大氣中之氧氣(O2)交換，減少根部缺氧情形發生。

4. 不易分解利於根系穿透，且能支撐植物。過於疏鬆的介質，植株容易倒伏，介質及養分容易分解流失。

循環經濟與可分解生物資材

台灣當前經濟與產業發展受到外部全球景氣復甦減緩、先進國家再工業化、紅色供應鏈崛起，以及內部產業結構的影響，導致對外出口動能減緩、對內消費不足、國內外投資不振以及薪資成長停滯等經濟弱勢表現，因此政府規劃相關政策計畫以刺激內需帶動經濟成長。在政策推動上政府規劃將以「結合在地產業」、「國內需求支持產業」、「進入國際市場」等三大步驟，提出「五大產業」作為策略性推動重點。後來在創新、就業、分配之外，加了一項永續發展，成為政府四大推動目標，並因此增加了循環經濟、新農業等兩項推動重點。因此，「五加二」產業指的就是，亞洲矽谷、生技醫療、綠能、智慧機械及國防航太等五大產業，再加上新農業與循環經濟。

現有農業資材使用就是典型的「線性經濟」產品，線性經濟指的是資源從開採、製造、使用到廢棄，為一直線從搖籃到墳墓的流動。這會造成許多產品只能使用一次便隨即遭到丟棄。若用以往的思維來研發新的穴盆，並無法從根本上解決穴盆帶來的環境汙染問題。根據行政院主計總處統計的綠色國民所得帳中指出，我國近年來農業資材廢棄物（非生物性），如：塑膠膜（布、網、盤）及廢棄包裝等消耗量約為10 萬公噸。如何有效的減少農業廢棄物呢？

英國環境經濟學家大衛·皮爾斯（David W.Pearce）和R·克里·特納（R. Kerry Turner）於1989 年在他們的著作＜自然資源與環境經濟學＞提出「循環經濟」（Circular economy）的概念。在此書中，傳統的開放式經濟被認為是在沒有內在循環傾向下發展出來的，同時也將環境視為廢物的大水庫。而循環經濟，一種再生系統。目的是透過降低、封閉或縮減物質和能量的循環，達到物質投入與廢棄、排放減少的目的。循環經濟有很多定義，其中英國艾倫麥克阿瑟基金會（EllenMacArthur Foundation, 以下稱EMF）於2012 年時報告提出：「循環經濟具有可回復性與可再生性，其特性是透過用心的設計，從一條完整價值鏈與跨不同價值鏈的系統，檢討各式各樣的經濟活動，建立資源循環圈。」循環經濟的模式建構在C2C（搖籃到搖籃）的概念，EMF 把這樣的競技模式會製成一張模式系統圖，為現今多數國家智庫探討循環經濟時常用的藍本。其中，該會將整個系統分為「工業原料」（Technical material）以及「生物原料」（Biological material）

兩個循環體系。若要尋找農業資材製造的材質應從生物原料循環體系尋找，才能在農田施作時更符合循環經濟真正的理念。

系統性創新

創新 (Innovation)源自於拉丁文Novus，係介紹某種新事物或新的觀念，最早是由美籍奧地利經濟學家Schumpeter (1934)提出，他認為：「先有發明，後有創新」，而此創新的觀念也深深地影響後來學者們對於創新的看法。管理大師Peter Drucker(1985)也對創新下定義，他認為創新是為賦予資源具有創造財富的新能力，同時創新是可以透過學習、訓練而來。Kotler (2012)則認為不論是任何商品、服務或創意，只要被人們視為是新穎的，即是所謂的創新。Vrakking在創新模型(1990)對於創新則提出相對於其他競爭者，應以更新與設計來創造優勢。創新的定義各有不同說法，根據本研究對於創新的定義整理可發現到創新範圍涉及一切新的發明、構想、設計、製造、行銷，以及後續商業價值活動等等。Betz（1993）指出創造產品的新概念或新程序只能被視為發明，創新則是必須將新產品帶到市場上，進而產生利益。Afuah (1998)提到創新是將發明予以商品化，且須滿足消費者所需；管理大師Christensen (2016)在一次專訪中提到創新的新觀點，以「用途」的視角找出顧客消費的「起因」，而重新架構創新；他說創新應從以往聚焦在產品創新轉而更應該聚焦思考，顧客用那個產品做什麼，分析的核心不再是消費者，而是消費者想要的用途，而用途理論能發掘促使消費者購買產品背後的因果機制，了解顧客選擇產品背後原因，就是去了解發生了什麼，是情境中需要完成的任務是什麼，如果能了解這些，設計發展產品就比較明確直接了。

隨著科技的迅速發展及社會急速變遷的時代，企業為求永續經營，「創新」已然成為企業在競爭激烈市場中尋求生存的重要工具。如同管理學之父彼得.杜拉克(Peter Drucker) 指出：「不創新，即滅亡」。由此可見創新之於企業、組織之重要性。

Gause(1990)認為在解決問題之前先深入了解問題，在資訊爆炸的今天，訊息變化過快思慮下，對事物判斷漸趨淺薄，於是在深入了解問題的根源後，會發現看似多如牛毛的問題中，其實潛藏著許多「虛假」的問題，因此提出解決問題之前必須模擬思考以貼近實際所需。Brown (2009)提到「設計思考」是一個人為本的解決問題方法論，最早由美國著名設計公司IDEO提出，後來因為IDEO與史丹佛大學聯合設立普拉特納設計學院而受到矚目，設計思考有別於過去從設計師本身觀點出發的設計模式，而以使用者一樣的角度看世界，透過情境模擬觀察使用者使用狀況，感同身受的去體驗，產生符合使用者真正需求的產品。

創新是可以有目的、有系統的創新，是從分析機會來源開始的，創新同時具備概念性與感知性，所以必須出去觀察、詢問與聆聽，分析觀察以滿足潛在使用者的期望價值觀和需要。

TRIZ 理論

TRIZ 創新理論是來自前蘇聯的發明家Genrich Altshuller（1926~1998），這位被譽為TRIZ 之父所發展出的一套解決創意性問題的原理。TRIZ 是俄文Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch 的縮寫，其含義「發明問題的解決理論」全英文翻譯為Theory of the Solution of Inventive Problems，中文翻譯為「萃思」。當初由Genrich Altshuller 與其研究團隊從1946 年開始，分析超過數十萬件專利，發現技術系統的開發創新是有規律地，無論是新產品設計開發抑或是現有產品功能或外型改良，都可用此一系統性創新方法(趙新軍，2003)。當時此發明理論被列為國家機密，因此不為外界所知，直至前蘇聯瓦解後， 從事研究TRIZ 方法的人員遷居於美國密西根等地繼續進行研究後，才在美國等西方國家的學界慢慢傳聞開來， 國際知名TRIZ 專家Savransky 認為TRIZ 方法是一種以知識為基礎，從設計者角度來思考，用以解答發明問題之系統化方法學(Savransky,2000) 。TRIZ 經過將近一世紀的研究與實證，被視為一套既高效率又可靠的創意思考及創新設計系統化方法， 其目的是為解決創新時所產生的問題，TRIZ 強調發明或創新可依循一定的步驟與程序，參考前人發明過程的理，找出問題的解答，而非天馬行空、腦力激盪。

物質-場分析

50 年來 Altshuller 與他的TRIZ 團隊提出諸多發明創新之問題分析工具與解題方法， 一般泛稱為TRIZ 方法。其中質-場分析模型(Substance-Field Analysis)是技術結構與發明基本的手法，由TRIZ 大師Altshuller 提出一套運用於分類創新問題與運算的子系統，此理論為質-場分析(Substance-Field Analysis)或簡稱，「S-Field」。質-場分析模型包括1 個場(Field)與2 個物質元素(Substance) 場，即是兩個物質間施力方法，其基本物質-場三角型模型如圖8 ( Terninko et al., 1998; Xiaoming et al., 2007; 宋明弘，2016 )所示︰依據國際萃智協會(MATRIZ)副會長Ikovenko 2009 年萃智國際證照教材內容所述，進行質-場分析可以先做功能分析( Function Analysis )以清楚辨識問題，接著利用標準發明解演繹法的六個步驟進質場分析以解決問題，六個步驟為：1.描述主要問題、2.列出所有互動元件、3.建立系統質場模型、4.列出對應的標準解、5.建立新的質場模型、6.找出解決方式(林永禎，2011) 。

矛盾矩陣與40 發明原則

TRIZ所謂的矛盾 (contradictions)是當試圖改變一個產品或工程特性時，卻導致另一個工程特性惡化，面對如此技術上的矛盾，傳統方法採取妥協方式，降低惡化的因素影響，但Altshuller認為一個具有創意的解決方案，設計時即可找出這些惡化因素，而且可以完整有效地消除，Altshuller針對最具創意的40萬個個案中發現僅有39個工程特性的改進和惡化因素，並歸納出解決這些矛盾的40個發明原則，對應到矩陣中的矛盾元素，他進一步將39個改善和惡化因素組織成一個矛盾矩陣表 (contradiction matrix)，提供研發人員找到解決技術矛盾的40項發明適用原則(宋明弘，2016) 。

Altshuller指出發明者常常會面臨到「技術矛盾」與「物理矛盾」的問題。「技術矛盾」是指在一系統中，當一個參數被改善時，另一個參數即變差，例如動力對照耗油量、重量對照強度等；「物理矛盾」則是指同一個參數的兩個互相相對的特性，例如冷和熱、長和短、軟和硬等。當遇到一個問題時，先行判斷此問題之矛盾點是技術矛盾抑或物理矛盾，如果是技術矛盾，可以使用TRIZ中的「矛盾矩陣」來解決矛盾。在利用矛盾矩陣的方法中，TRIZ整理出常用的39個工程上的參數，利用參數間常出現的矛盾，在40個創新發明原則中找出其中可能解決此矛盾點的法則。如果在矛盾矩陣中的39個工程參數找不到適合參數，或在40個創新原則中找不到適合的法則，則必須把技術上的矛盾轉換成物理上的矛盾，再利用時間、空間或尺寸上的分離原理將物理上的矛盾分離，然後使用類比思考方式尋求解(洪永杰、徐業良，2004)。

應用TRIZ之個案分析

九宮格分析

九宮格分析可以協助了解產品的全貌，但卻常常會造成問題發散的現象；故本研究採用5W2H九宮格以利問題與分析之聚焦。相關之5W2H分析如圖所示：

5W2H分析圖

功能分析

功能分析主要目的是用以了解系統中個子系統零件間的衝突狀況，通常會配合修剪(TRIM)手法簡化零件，本研究功能分析如圖所示：

功能分析圖

由功能分析中可了解目前穴盆對第地球環境所造成的汙染是優先要解決的問題。

矛盾矩陣與40發明原則

首先透過IF-THEN-BUT分析，以釐清優化與避免惡化之因子：

IF：如果穴盤可以不用塑化材料。

THEN：環境就可以不受汙染，而且使用上會更方便。

BUT：製作上會更耗時。

接著將它轉成工程參數，如下：

優化：31. 「物體本身所產生的有害因素」33. 「使用方便性」。

避免惡化：25. 「時間的損失」。

再將此衝突轉成矛盾矩陣如圖所示。

矛盾矩陣表

由矛盾矩陣表獲得6項發明原則，但並非全數可參考，經分析後取得適用之發明原則如下：

1. 「分割」:將模組製成大穴盤分割各種作物規格。

22. 「將有害便有益」:以農作廢棄物製成育苗穴盤，穴盤在40天內降解於土壤中成為有機質，增加土壤透氣及養分。

10. 「預先作用」:種子播種在有機穴盤，節省育苗時間空間及人力。

34. 「丟棄與復原」:將土地成長作物廢棄再循環利用回歸大地。

物質-場分析

首先進行物質-場分析之原模型分析( Function Analysis )以清楚辨識問題，分析如圖所示。

物質-場分析之原模型分析

在清楚辨識問題後，再進行物質-場分析修正模型

物質-場分析修正模型

再應用76標準解：

第一類：「建立或拆解物质-场模型」中之:

S1-2-3：「引入物质消除有害作用」

由物質-場分析中可了解目前穴盆的地球環境汙染問題，可以藉由引入新的物質，取代現行塑膠材料。

最終研發設計

綜合上述之5W2H之九宮格分析與功能分析、矛盾矩陣與40發明原則、物質-場分析等TRIZ系統性創新工具，本研究之創新研發設計如圖所示。

最終研發設計

結論

現有農業資材使用就是典型的「線性經濟」產品，線性經濟指的是資源從開採、製造、使用到廢棄，為一直線從搖籃到墳墓的流動。這會造成許多產品只能使用一次便隨即遭到丟棄。若用以往的思維來研發新的穴盆，並無法從根本上解決穴盆帶來的環境汙染問題。

本研究應用功能分析、矛盾矩陣與40發明原則、物質-場分析等TRIZ系統性創新工具，藉由生物資材循環經濟之改善改變農業生產流程，創造農業事業循環經濟模式，創新研發新型秸秆木漿穴盤，具有育苗定植抑制雜草驅虫合一的功能，大約30-40天即可充分在田間分解成有机质，不會產生農業廢棄物，而且種植作業速度加快15倍，工資只要九分之一。

參考文獻

中文部分

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