S曲线与技术进化法则(TRIZ).ppt

S曲线与技术系统进化法则 主讲人 自行车的进化 自行车是1817年法国人西夫拉克发明的 称为 木房子 的第一辆自行车由机架及木制的轮子组成 没有手把 骑车人的脚是驱动装置 该车不能转向 不舒适 自行车的进化 1861年 基于 木房子 的新一代自行车设计成功 该车是现在所说的 早期踏板车 木房子 的缺点依然存在 自行车的进化 1870年 被称为 Ariel 的自行车设计成功 该车前轮安装在一个垂直的轴上 使转向成为可能 但依然不安全 不舒适 驱动困难 自行车的进化 1879年 脚登驱动 链轮及链条传动的自行车设计成功 该类车的速度可以达到很高 但该类自行车没有车闸 因此高速骑车时很危险 自行车的进化 1888年 车闸设计成功 前轮直径已经变大 但零部件材料不过关 影响了自行车的速度 自行车的进化 20世纪 各种新材料用于自行车零件 并且有了折叠自行车 变速自行车 后变速器 前后变速器 自行车的进化 21世纪的自行车 自行车的进化 21世纪的电动自行车 这款电动力自行车外形如同一个平板 它采用汽车用锂电池供电 自行车上的车把 车座和脚蹬等部件都可以折叠起来 只需要一个平板大小的空间就可以存放它 这款车为骑车者提供了许多便利设计 当它使用电力前进时 两个脚蹬可以同时降低到最底端 在车的平板内部还设计了一个储存空间 您可以将笔记本电脑 手机 iPod等随身物品放入其中 它还可以利用您放在存储空间中的笔记本登录到互联网上 并通过前端内置的屏幕为您提供道路导航 自行车的进化 下一代是什么样的呢 下下一代是什么样的呢 下下 下一代呢 技术预测 企业在新产品研发决策过程中 要预测当前产品的技术水平及新一代产品可能的进化方向 这种预测的过程称为技术预测 S曲线 1854年 电话原理就已由法国人鲍萨尔设想出来了 6年之后德国人赖伊斯又重复了这个设想 原理是 将两块薄金属片用电线相连 一方发出声音时 金属片振动 变成电 传给对方 问题是送话器和受话器的构造 怎样才能把声音这种机械能转换成电能 并进行传送 1875年6月2日 贝尔在一次试验中 他把金属片连接在电磁开关上 没想到在这种状态下 声音奇妙地变成了电流 S曲线 婴儿期 当实现系统功能的原理出现后 系统也随之产生 新系统的各组成部分通常是从其它已有的系统中 借 来的 并不适应新系统的要求 婴儿期的特征 对婴儿期的建议 充分利用已有技术系统中部件和资源第一代modem是和已有的电话线相匹配 协调发展的 与已有的其他先进系统或部件相结合modem与3G的结合重点解决阻碍产品进入市场的瓶颈问题调制解调技术的 瓶颈 带宽问题 主要问题 缺乏资源新系统中存在一系列 瓶颈 问题新系统的性能通常不如旧系统 练习 举出一个当前处于婴儿期的技术系统 你认为当前该技术系统面临的最迫切的问题是什么 当前处于婴儿期的产品 动力电池组 电话发明后的几十年里 围绕着电话的经营 技术等问题 大量的专利被申请 Strowger的 自动拨号系统 减少了人工接线带来的种种问题 干电池的应用缩小了电话的体积 装载线圈的应用减少了长距离传输的信号损失 1906年 LeeDe发明了电子试管 它的扩音功能领导了电话服务的方向 后来贝尔电话实验室制成了电子三极管 S曲线 成长期 成长期的特征 制约系统的主要 瓶颈 问题得到解决 系统的主要性能参数快速提升 产量迅速增加 成本降低 随着收益率的提高 投资额大幅增长 特定资源的引入使系统变得更有效 成长期特点 开始获利进入不同的细分市场系统及其部件会有些适度的改变是产品生命周期中最好的阶段 技术系统进入不同的细分市场 专用化 各种类型的GPS 对成长期的建议 首先将新产品推向市场 抢占先发优势 然后不断对新产品进行改进 不断推出基于该核心技术的性能更好的产品 到成长期结束要使其主要性能指标 性能参数 效率 可靠性等 基本达到最优 练习 举出一个当前处于成长期的技术系统 你认为当前该技术系统面临的最迫切的问题是什么 S曲线 成熟期 成熟期的特征 系统发展趋于缓慢生产量趋于稳定新出现的矛盾会阻碍系统的进一步发展 系统发展趋于缓慢的原因 系统性能已接近自然极限 发展趋于缓慢回报率 有害作用的比值快速增长经济和法律的限制超系统发生改变新出现的矛盾阻碍系统的发展 实例 芯片的运算速度受电子移动速度所限 实例 和汽车相关的问题交通堵塞停车空气污染废旧汽车 实例 汽车速度受规定所限 成熟期的主要特征 系统消耗大量的特定资源系统被附加一些与其主要功能完全不相关的附加功能系统发展寄希望于新的材料和技术 如 纳米材料系统的改变主要是外在的变化 对成熟期的建议 下一步的努力方向是 降低成本 改善外观增添系统服务功能的可能性简化系统 和其他系统或技术相结合 实例 一体打印机 向系统中引入辅助性新功能 手机的发展 GPS功能 照相功能 电视 指纹加密 蓝牙 双卡单待 练习 举出一个当前处于成熟期的技术系统 你认为当前该技术系统面临的最迫切的问题是什么 S曲线 衰退期 相同功能的新技术系统开始排挤老系统系统带来的收益在下降 衰退期出现的原因 新系统已经发展到第二阶段 迫使现有系统退出市场超系统的改变导致对系统需求的降低超系统的改变导致系统生存困难 实例 计算尺 胶片单反机 计算尺 胶片机 存储器 对衰退期的建议 老式明轮船 现代娱乐用的明轮船 武器 比赛项目 寻找新的领域 如体育 娱乐等重点投入资金寻找 选择和研究能够进一步提高产品性能的替代技术 当前处于衰退期的产品 S Curve的相关性四参数法 婴儿期 成长期 成熟期 衰退期 提高运输速度的各类技术系统的S曲线 1 马车的进化S曲线2 滑轨装置车进化S曲线3 发动机驱动车进化S曲线4 螺旋桨飞机进化S曲线5 喷气式飞机进化S曲线6 化学燃料火箭进化S曲线7 核燃料火箭和利用太阳能驱动的固体燃料火箭进化S曲线8 总体的S曲线 S曲线理论是企业制定战略的重要参考尺度 S曲线预测案例 运用罗吉斯曲线 LogisticModel 计算产品的技术生命周期 预测其发展趋势 LogisticModel预测模型 P t 为专利累积个数 为S曲线斜率 也就是S曲线的成长率 为成长曲线中之转折点 Midpoint 的时间点 k则代表成长的饱和水平 即饱和点 Saturation 其定义为 k 10 k 90 也是成长期与成熟期所需的时间长度t 人造板技术专利分析与趋势预测 软件将上述罗吉斯曲线的数学式转换成3项参数 即饱和点 成长时间 Growthtime 和转折点 为操作者自行判断提供参考 专利检索地区为国内专利数据库 对有关人造板加工的专利进行检索 检索出1985年到2007年与人造板有关的发明专利共计403份 实用新型专利3940份 由图可知 人造板技术发展饱和点的专利数量为1191件 整个曲线的成长时间为33714个 整个曲线的成长时间为33714个月 即经历33714个月专利数量会达到饱和点 将计算得到的S曲线加以归纳 可以得出国内人造板技术的生命周期 在婴儿期部分 以专利库的第一笔资料即1988年8月算起 成长期转为成熟期的转折点为313个月 结论 目前国内的人造板技术正处于成长期 由TRIZ理论的S曲线进化法则可知 处于成长期的人造板技术需要降低支出 系统结构及其组成部分需要改善 系统还拥有取之不尽的可以利用的内部和外部资源 通常在这个阶段 系统与不理想因素相关的矛盾还不很尖锐 允许折中和暂缓解决 技术系统进化法则 达尔文 阿奇舒勒 1859年出版了震动当时学术界的 物种起源 技术系统的进化遵循一定的模式和规律 技术系统的发展 在一定限度内 是可预测的 1 技术系统概念2 系统 子系统 超系统3 技术系统进化论 主要内容 系统由若干相互联系 相互作用的部分组成的 在一定环境中具有特定功能的有机整体 技术系统设计人员所设计的产品 是以一定的技术手段来实现社会特定需求的人造系统 是一种系统至少有一个部分是人造的符合完备性法则的要求 什么是技术系统 系统的本质属性 1 系统特征 飞机是飞行 缝纫机是缝制衣服2 作用客体 空气 缝制的衣服3 主要有效功能 飞机运送货物 缝纫机缝制衣服 例 电冰箱的系统特性 作用客体和系统属性 系统特性 制冷作用客体 空气系统属性 冷藏食物 系统结构图 环境 输入 输入 输出 系统 子系统 子系统 子系统 子系统 系统 子系统 超系统 以汽车为例 轮胎 发动机 方向盘等是汽车的子系统 交通系统就是汽车的一个超系统 因为每辆汽车都是整个交通系统的一个组成部分 当然 气候 车库等也是汽车的超系统 当前系统 课堂练习2 请说明电冰箱的子系统和超系统 技术系统进化法则 为提高自身有用功能 技术系统从一种状态过渡到另一种状态时 系统内部组件之间 系统组件与外界环境间本质关系的体现萨拉马托夫 技术系统进化理论基础 1996年指出了技术系统发展进化的方向和宏观模式 技术系统进化法则 技术系统进化法则 1 技术系统完备性法则2 技术系统能量传递性法则3 协调性法则4 提高理想度法则5 动态性和可控性进化法则6 子系统不均衡进化法则7 向微观级进化法则8 向超系统进化法则 进化法则之间的层次关系 提高理想度法则 完备性法则 能量传递法则 协调性法则 动态性进化法则 子系统不均衡进化法则 向微观级进化法则 向超系统进化法则 生存法则 发展法则 这款打印机不仅身形小巧 能够装入手提袋 而且还装备了OLED背光显示设备 这款袖珍打印机长为23厘米 宽为6厘米 它的OLED屏防水防尘 还能显示打印状态 通过暗藏的USB接口 您可以让它连接电脑充电 此外 您只要将这个接口与电脑或者其它设备相接 再放入A4纸 打印机就能工作了 使用简单 方便 便携打印机 最终理想解 IdealFinalResult 理想解 产品进化 火柴硬盘 提高理想度法则 最理想的技术系统 作为物理实体它并不存在 但却能够实现所有必要的功能 技术系统是沿着提高其理想度 向最理想系统的方向进化提高理想度法则是所有进化法则的方向 无键键盘 明亮玻璃键盘上蚀刻键的方框 使其与动作捕捉照相机结合 跟踪你手指的位置 提高理想度途径 容量9G转速10000转 分钟 容量40G 功能 尺寸 质量 1 硬盘2 计算器 电脑3 汽车 手机 1 提高有益的参数2 降低有害的参数3 提高有益参数的同时降低有害参数 提高有益参数 增加有用功能 无论白天黑夜 TriWave能在没有任何人工照明的情况下拍摄清晰入微的图片 主要技术是在照相机的硅传感器外包裹有一层晶锗 晶锗能接收多种波长的光波 因此 在白天TriWave能 看见 可见光 在夜晚 则依靠红外光波拍摄 2008年最佳发明 完备性法则 能源 动力装置 传动装置 执行装置 对象 控制装置 外部控制 系统主要部分 执行装置 传动装置 动力装置 控制装置 技术系统从能量源处获得能量 并将能量转换 作用到对象上 一个完整的技术系统必须包括四个部分 动力装置传输装置执行装置控制装置判断现有技术系统是否完整技术系统进化方向 系统不断由不完备向完备发展 逐步减少人的参与 以便提高系统效率 实例 锄头 犁 专用农业机械标枪 弓箭 枪 帆船运输系统 能源风能 动力装置帆 传动装置桅杆 执行装置船体 控制装置 对象水 外部控制水手 舵 请分析台式风扇的系统主要部分 能源 动力装置 传动装置 执行装置 对象 控制装置 外部控制 答案 台式风扇的系统的主要部分 能源 动力装置 传动装置 执行装置 对象 控制装置 外部控制 电 开关 扇叶 传动轴 电机 空气 人 练习 以切割工具为例 按照完备性法则分析系统的组成和进化趋势 能量传递法则 技术系统实现功能的必要条件 能量必须能够从能量源流向技术系统中的所有元素技术系统应该沿着使能量流动路径缩短的方向进化 以减少能量损失 能源 动力装置 传动装置 执行装置 对象 控制装置 外部控制 如果某个元件接收不到能量 就不能发挥作用 这会影响到技术系统的整体功能实例 多米诺骨牌 能量传递法则 减少能量损失的途径 缩短能量传递路径 减少传递过程中的损失减少能量形式的转换 最好用一种能量形式贯穿系统的整个工作过程 从而减少能量在转换过程中的损失用可控性好的能量形式代替可控性差的能量形式机械场 声场 热场 化学场 电场 磁场 缩短能量传递路径 减少能量形式的转换 内燃机车 能量利用率 30 50 化学能 热能 压力能 机械能 化学能 压力能 机械能 电能 机械能 热力驱动的鼠标 协调性法则 技术系统是沿着各个子系统之间更协调的方向进化 这也是整个技术系统能发挥其功能的必要条件 子系统间的协调性主要表现在 结构上的协调各性能参数之间的协调工作节奏 频率上的协调 协调性法则 结构上的协调如 早期积木只能摞 搭 现代积木可自由组合 随意插合成不同的形状 协调性法则 各性能参数之间的协调比如 网球拍需要考虑两个性能参数的协调 一方面要将球拍整体重量降低 以提高其灵活性 同时要增加球拍头部重量 以保证产生更大的挥拍力量 协调性法则 工作节奏 频率上的协调 板材生产线 洗瓶作业 实例 有880个轮子的巨型车 F1赛车 系统中的各个子系统不是 独自 工作的 必须相互协调 良好的协调性是整个技术系统发挥其功能的必要条件 动态性进化法则 技术系统应该沿着结构柔性 可移动性 可控制性增加的方向进化 提高柔性子法则提高可移动性子法则提高可控性子法则 1 提高柔性子法则 单铰链 多铰链 刚体 柔性体 气体 液体 场 粉末 有两种特性的刚体 实例 动态性进化路线 实例 三星显示器 不可移动 可移动 单圆柱铰接 双圆柱铰接 球铰接 可分离 实例 实例 NECP ISM APen stylePersonalNetworkingGadgetPackage 提高可移动性子法则 技术系统应该沿着系统整体可移动性增强的方向进化 不可动 部分可动 高度可动 整体可动 可移动性进化路线 提高可控性子法则 技术系统应该沿着系统整体可控制性增强的方向进化 利用中介物 引入反馈机制 智能反馈 直接控制 间接控制 反馈控制 自我控制 老式路灯 提高可控性子法则 摧毁建筑物造成的灰尘总是让邻居苦不堪言 因此 日本建筑公司Kajima开发了一种更干凈的破坏技术 此技术2008年春天被首次采用 干凈利落地摧毁了一幢17层楼的办公楼 具体操作是 首先破坏掉大楼的第一层 用计算机控制的水压千斤顶支撑大楼 然后重复前面步骤 这种有序的拆卸过程便于控制石棉和其他有毒材料 也安全 旧大楼99 的钢材 水泥和92 的内部材料得以循环使用 通常的材料回收率只有55 并且摧毁大楼所用的时间比传统方法减少1 5 子系统不均衡进化法则 任何技术系统所包含的各个子系统都不是同步 均衡进化的 每个子系统都是沿着自己的S曲线发展 这种不均衡的进化常常导致子系统之间出现矛盾 整个技术系统的进化速度取决于系统中最 慢 的那个子系统的进化速度 实例 实例 自行车的速度受传动装置限制 子系统不均衡进化法则 一只木桶 最短的一片决定其容量 向微观级进化法则 技术系统是沿着减小其元件尺寸的方向进化的 电子管 晶体管 集成电路 大规模集成电路 ENIAC TX 0 IBM5150 笔记本电脑 迷你数码相机 植入式血糖测量仪 向微观级进化法则 最初 技术系统是在宏观级别上进化的 当资源耗尽时 就开始在微观级别上进化 进化路径 提高物质的可分性和分散物质的组合性提高混合物质 空隙 物质 的可分性 运用毛细现象和多孔材料用场代替物质 向 场 物质 或场转变 提高物质的可分性 Solidrubbersole Simpleaircavity Separatecavities Gelfilledlinkedvoids 向微观级进化法则 向超系统进化法则 技术系统沿着以下路线进化 单系统 双系统 多系统当技术系统进化到极限的时候 系统中实现某项功能的子系统会从系统中被剥离出来 转移到超系统中 成为超系统的一部分 在该子系统的功能得到增强的同时 也简化了原有的技术系统 单系统 双系统 多系统 单 双 多 增加相同对象 单 双 多 增加不同对象 向超系统跃迁 实例 飞机的航程受载油量的限制 技术系统进化法则 完备性法则能量传递法则协调性法则提高理想度法则动态性进化法则子系统不均衡进化法则向微观级进化法则向超系统进化法则 进化法则的作用 预测产品未来的发展方向 做出前檐决策 通过产品发展方向的预测 解决实际问题 进行专利规避 超越竞争对手 对设计活动的指导作用 新产品设计 确定符合进化规律的设计方向现有产品改进 选择符合进化规律的解决方案 举例一个你熟悉的技术系统1 请用S曲线法则分析该系统处于那个阶段2 请用提高理想度法则确定系统的最终理想解3 请用子系统不均衡法则找出最不理想的子系统 这款概念雨伞采用压缩空气作为遮雨部件 通过调整伞柄的控制按钮 您可以自如控制 调整雨伞的空气伞直径 这样一来 伞的部件便只剩下一支伞柄 而您也不用再为雨天撑伞进入室内 弄湿地板而发愁了 S曲线与进化法则之间的关系 婴儿期 成长期 成熟期 衰退期 时间 性能参数 完备性法则 能量传递法则 协调性法则 提高理想度法则 动态性进化法则 子系统不均衡进化 向微观级进化 向超系统进化 多维进化空间 系统进化的组合轨迹 任何技术系统的进化都是在多个进化法则的共同作用下进行的 C A B 遵从进化的规律 进化模式和进化路线 技术进化模式 给出了技术进化的一般方向 每条模式之下有多条技术进化路线组成 技术进化路线 由技术所处的不同状态构成 表明了技术进化由低级向高级进化的过程 提供了技术预测的功能 MannDarrell的11种进化模式 系统向理想化方向进化 向增加系统的动态性方向进化 向增加系统分割的方向进化 向增加空间分割的方向进化 向增加表面分割的方向进化 向增加可控性方向进化 向超系统方向进化 即先增加系统的集成性再简化 向增加几何体复杂性的方向进化 向能量转换路径最短的方向进化 向增加系统动作协调性的方向进化 向增加系统节奏和谐性的方向进化 进化模式和进化路线的关系 模式 1 模式 2 模式 11 路线 1 1 路线 1 2 路线 1 m1 路线 11 1 路线 11 2 路线 11 m11 每种进化模式都有多条进化路线 每条进化路线是从结构进化的特点描述产品核心技术所处的状态 进化路线的方向 通过对大量专利的分析 Altshuller发现产品通过不同的技术路线向理想解方向进化 理想解 产品进化路线 依时间 空间 界面分类有35种进化路线 基于空间分类的进化路线 SpaceSegmentation空间分割由左至右演化由专利及知识库萃取而来每一个演化转变均存在有好处 benefits 理想性增加的相关联性Benefits增加 cost也可能增加 但大多数或长期的观点 其净利益 netbenefit 是增加的 基于空间分类的进化路线 此概念在35个进化路线中 除了单 双 多 Mono Bi Poly 与简约设计 Trimming 之外 其它均适用 基于界面分类的进化路线 简约设计 Trimming 设计者更聪明地善用资源而减少子系统使达到相同 更佳 功能从左至右利益增加 成本增加 系统复杂度进化的曲线 宝丽来公司的PoGo无墨口袋照片打印机 IFRand EvolutionaryLimit 现有系统存在有 进化的极限 进化的极限与IFR有段差距寻求现有系统 进化的潜力 进化潜力的定义 技术系统的目前技术水平与技术系统能够达到的进化极限之间的差距 MannDarrell 进化潜力 就存在于当前进化状态和最高进化状态之间 进化路线 空间分割 实体 中空 多孔 毛细孔 多孔 活性毛细孔结构 技术进化路线的应用 产品概念形成模型 技术进化路线的应用 MannDarrell的进化潜力雷达图 产品进化位置的量化 利用模糊集 0 1 2 3 4 5 来度量产品的相对进化位置 下图为产品相对每一进化模式位置的确定过程 沿第n条进化路线的进化位置 第n条进化路线 1 SpaceSegmentation 空间 1 5实体 中空 多孔 毛细孔 多孔 活性毛细孔结构实体滚子结构 solidrollerstructures 增加的 强度 重量 比值 增加的润滑负载能力2 GeometricEvolutionTrend 3 4点 一维线性 二维平面 三维表面对称的设计 其第三维度并未完全运用如内环 innerrace 与外环 outerrace 的轮廓 轴承端面等 举例 轴承系统 球面滚子轴承 3 SurfaceSegmentation 表面分割 1 4光滑表面 肋状表面 立体粗糙面 作用孔面4 ControllabilityTrend 控制度 1 4直接控制 加入中介 反馈 智能反馈无任何反馈装置 或可考虑增加来监控轴承的状况如磨损 负载等 以优化轴承作业情况 举例 轴承系统 球面滚子轴承 举例 轴承系统 球面滚子轴承 阶层雷达图由零组件展开有利于辨识出研发焦点进化项目可以不同 动作协调 与个别滚子较无关 但是与所有滚子在整个系统里互动就有关 如何进行产品技术进化潜力的预测 1 分析产品的关键专利数据2 选择相关的TRIZ技术进化路线3 构建产品技术进化潜力雷达图4 产品技术进化潜力预测5 评估预测结果 用下面三条进化路线分析你选定的系统 然后进行技术进化潜力预测并提出系统未来发展的方向 加入中介 反馈 直接控制 智能反馈 双系统 多系统 单系统 单系统 2 可控性进化路线 3 增加系统集成路线 1 动态程度进化路线 练习 工程实例 点胶机的进化 为了预测点胶机的开发方向以适应现代封装要求 将TRIZ理论中的技术进化趋势与技术系统子系统相结合 根据点胶机子系统结构特点 分析了点胶装置子系统沿不同进化趋势进化的规律 确定了点胶机子系统目前所处进化路线的位置 最后根据目前位置得出点胶机将来可能的开发方向 半自动点胶机 全自动三维点胶机 手动胶枪 气动胶枪 自动点胶机 胶水 点胶机的进化 点胶机的技术系统结构 以自动点胶机为例 能量资源 动力系统 传动系统 执行系统 对象胶水 控制系统 外部控制 丝杠 电机 微处理器 喷头 电能 人 点胶机的进化趋势 1 减少人的参与 人 人 工具 人 动力工具 人 半自动工具 人 自动工具 全自动工具2 动态性 可控性直接控制 中介控制 添加反馈 智能反馈3 线性几何进化 空间 点 线 平面曲线 轴对称 三维曲线4 由单一到双向再到多样 增加相同对象 单系统 双系统 三系统 多系统 集成的多系统5 由单一到双向再到多样 增加差异性 相似部件 不同特征的部件 相反部件 不同部件6 自由度进化路线 单自由度系统 双自由度系统 三自由度系统 四 五 六自由度系统 1 减少人的参与 1 人直接利用胶水瓶进行粘接 点胶的操作和控制都需