技术系统进化法则参考文档

第二章技术系统进化法则 1 2020 4 21 2020 4 21 2 1级 Level1 通常的设计问题 或对已有系统的简单改进 设计人员自身经验即可解决 不需要创新 大约32 的解属于该范围 2级 Level2 通过解决一个技术冲突对已有系统进行少量的改进 采用行业中已有的方法即可完成 解决该类问题的传方法是折衷法 大约有45 的解属于该范围 3级 Level3 对已有系统有根本性的改进 要采用本行业以外已有的方法解决 要解决冲突 大约有18 的解属于该范围 4级 Level4 采用全新的原理完成已有系统基本功能的新解 解的发现主要是从科学的角度而不是从工程的角度 大约有4 的解属于该类 5级 Level5 罕见的科学原理导致一种新系统的发明 大约有1 属于该类 基于TRIZ的技术创新分级 2 2020 4 21 2020 4 21 3 发明等级及其特征 3 2020 4 21 2020 4 21 4 技术系统的概念 技术系统 系统 概念的定义和其特征的描述 目前尚无统一规范的定论 系统是由一些相互联系 相互制约的若干组成部分结合而成的 具有特定功能的一个有机整体 集合 我们可以从三个方面理解系统的概念 1 系统是由若干要素 部件 组成的有机体 2 系统有一定的结构 3 系统有一定的功能 或者说系统要有一定的目的性 4 2020 4 21 2020 4 21 5 技术系统的概念 1 系统是由若干子系统组成的 子系统由元件和操作构成 如运算器 控制器 存储器 输入 输出设备组成了计算机的硬件系统 而硬件系统又是计算机系统的一个子系统 5 2020 4 21 2020 4 21 6 技术系统的概念 2 系统有一定的结构 层次 一个系统是其构成要素的集合 这些要素相互联系 相互制约 系统内部各要素之间相对稳定的联系方式 组织秩序及失控关系的内在表现形式 就是系统的结构 例如钟表是由齿轮 发条 指针等零部件按一定的方式装配而成的 但一堆齿轮 发条 指针随意放在一起却不能构成钟表 子系统层次 6 2020 4 21 2020 4 21 7 技术系统的概念 3 系统有一定的功能 或者说系统要有一定的目的性 系统的功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现出来的性质 能力 和功能 例如信息系统的功能是进行信息的收集 传递 储存 加工 维护和使用 辅助决策者进行决策 帮助企业实现目标 超系统 系统 7 2020 4 21 2020 4 21 8 技术系统实例 帆船 完成 运输货物 这一功能的技术系统由四部分组成 系统名称 帆船系统组件 子系统 水手 帆 桅杆 船体超系统组件 风能 货物等 8 2020 4 21 2020 4 21 9 技术系统的进化 技术系统的进化是指实现系统功能的技术从低级向高级变化的过程 TRIZ技术系统进化理论指出 技术系统一直处于进化之中 解决技术系统矛盾是进化的推动力 所有技术系统的进化都遵循一定的客观规律 9 2020 4 21 技术系统进化的S曲线 产品都是由多个系统组成技术系统 每个技术系统 子系统的进化一般都要经历S 曲线所示的四个阶段 婴儿期 成长期 成熟期 退出期技术系统进化指实现系统功能的技术从低级向高级变化的过程 并且进化是有规律的 最理想的技术系统 它既不消耗任何资源 但却能够实现所有必要的功能 作为物理实体它并不存在 技术系统是沿着提高其理想程度 向最理想系统的方向进化 2020 4 21 10 10 2020 4 21 什么是S曲线 2020 4 21 11 一个技术系统的进化一般经历4个阶段 典型的S曲线是描述一个技术系统的完整生命周期 当一个技术系统的进化完成4个阶段后 必然会出现一个新的技术系统来替代它 如此不断的替代 2020 4 21 TRIZ理论 技术系统进化法则 11 婴儿期 衰退期 成长期 成熟期 11 2020 4 21 2020 4 21 12 技术系统进化不同阶段的特征 通过性能参数随时间变化的规律 可以准确地予测产品和技术所处的生命周期阶段 12 2020 4 21 2020 4 21 TRIZ理论 技术系统进化法则 13 S曲线的意义 描述了技术系统的完整生命周期 描述了技术系统一般发展规律 帮助创造者确定系统的发展阶段 指导产品或技术设计和研发的方向 指导创造者在产品的各个阶段决策制定引导人们在各个领域预见并解决新的任务 13 2020 4 21 2020 4 21 TRIZ理论 技术系统进化法则 14 S曲线的跃迁 S曲线族 14 2020 4 21 2020 4 21 TRIZ理论 技术系统进化法则 15 产品技术系统进化的例子 15 2020 4 21 2020 4 21 TRIZ理论 技术系统进化法则 16 S曲线进化法则实例 电话的创造与创新 有线电话 无线电话 电视电话 16 TRIZ理论 技术系统进化法则 2020 4 21 二 技术系统进化法则 2020 4 21 17 技术系统进化法则是TRIZ理论的核心内容之一 通常人们常常以 八大法则 概述技术系统的进化 然而 八大法则 的内容又不尽一致 不同观点见下表 17 TRIZ理论 技术系统进化法则 2020 4 21 2020 4 21 18 TRIZ的技术系统八大进化法则 1 完备性法则 2 能量传递法则 3 动态性进化法则 4 提高理想度法则 5 子系统不均衡进化法则 6 向超系统进化法则 7 向微观级和场的应用进化法则 8 子系统协调性法则向自动化方向进化法则 技术系统的这八大进化法则可以应用于产生市场需求 定性技术预测 产生新技术 专利布局和选择企业战略制定的时机等 它可以用来解决难题 预测技术系统 产生并加强创造性问题的解决工具 18 TRIZ理论 技术系统进化法则 2020 4 21 法则1 完备性法则 该定律是指自治系统包含工作装置 传动 能源及控制四部分 其中工作装置是直接完成系统主要功能的部分 传动部分将能源传递到所需要的位置 能源部分产生系统运行所需要的能量 控制部分使各部分的参数与行为按需要改变 2020 4 21 19 控制装置 19 2020 4 21 法则1实例 帆船 2020 4 21 20 帆船完成 货物运输 功能的技术系统 货物 桅杆 船体 帆 风能 水手 完整的技术系统 载物 20 2020 4 21 2020 4 21 21 完备性法则的作用 有助于我们准确地判断 现有的组件集合是否构成完整的技术系统 提高技术系统的效率 因为该法则可以帮助我们发现并消除整个系统中效率低下的某个子系统 21 2020 4 21 2020 4 21 22 法则2 技术系统能量传递法则 A技术系统要实现其功能 必须保证 能量能够从能量源流向技术系统的所有元件 如果技术系统中的某个元件不接收能量 它就不能发挥作用 那么整个技术系统就不能执行其有用功能 或者有用功能的作用不足 22 2020 4 21 2020 4 21 23 能量传递法则实例 收音机在金属屏蔽的环境 如汽车 中就不能正常工作 在汽车外加一天线 问题就解决了 23 2020 4 21 2020 4 21 24 B技术系统的进化应该沿着使能量流动路径缩短的方向发展 以减少能量损失 实例 用手摇绞肉机代替菜刀剁肉馅 用刀片旋转运动代替刀的垂直运动 能量传递路径缩短 能量损失减少 同时提高了效率 24 2020 4 21 懂得了能量传导性法则 就可以在特定阶段为新技术系统提供最大功率 有助于我们减少技术系统的能量损失 保证其在特定阶段提供最大效率 2020 4 21 25 能量转递的法则的作用 25 2020 4 21 2020 4 21 26 法则3 技术系统动态性进化法则 技术系统的动态性进化应沿着增加结构柔性 可移动性 可控性的方向发展 以适应环境状况或执行方式的变化 结构柔性 可移动性 固定电话 子母机 手机 直板 折叠 滑盖 可控性 无控制 直接控制 反馈控制 自我调节 26 2020 4 21 2020 4 21 27 A 由刚性趋向柔软 27 2020 4 21 2020 4 21 28 B 提高可移动性 技术系统的进化应该沿着系统整体可移动性增强的方向发展 实例 座椅 28 2020 4 21 2020 4 21 29 C 提高可控性 提高可控性是指 技术系统的进化将沿着系统内各部件的可控性增加的方向发展 银行金库钥匙管理 29 2020 4 21 2020 4 21 30 实例 照相机的进化 实例 路灯的进化 直接控制 每个路灯都有开关 有专人负责定时开闭 间接控制 用总电闸控制整条线路的路灯 引入反馈控制 通过感应光亮度 控制路灯的开闭 自我控制 通过感应光亮度 根据环境明暗自动开闭并调节亮度 30 2020 4 21 2020 4 21 31 法则4 技术系统提高理想度法则 技术系统沿着提高理想度 向最理想系统的方向进化 代表着所有技术系统进化法则的最终方向 理想化意味着 系统的质量 尺寸 能量消耗0实现的功能数量 31 2020 4 21 2020 4 21 32 第一台计算机重量 数吨功能 计算现代计算机重量 1000克功能 上千种 包括计算 绘图 通信 多媒体等 法则4实例 32 2020 4 21 下面是该路线所包含的几个状 为了增加理想化水平 最初采用实体的系统增加一个空洞及几个空洞 之后采用毛细孔实体及多孔实体 最后采用多微孔洞实体 空心砖 空心楼板 保温杯等均是按该路线进化的实例 2020 4 21 33 实体 一个空洞 几个空洞 毛细孔实体 多孔洞实体 多微空洞实体 33 2020 4 21 法则5 技术系统子系统的非均衡发展 2020 4 21 34 子系统不均衡进化法则包含着 每个子系统都是沿着各自的S曲线进化的 组成技术系统所包含的各个子系统都是不同步 不均衡进化的 不均衡的进化经常会导致子系统之间的矛盾出现 整个技术系统的进化速度取决于系统中发展最慢的即最不理想的子系统 木桶原理 34 2020 4 21 法则5实例 自行车的进化起先 脚蹬子直接安装在前轮上 自行车速度与前轮直径成正比 为提高速度人们着眼与增加前轮直径 随着前后轮尺寸差异加大 自行车的稳定性变得很差 于是人们开始研究自行车的传动系统 在自行车上装上了链条和链轮 2020 4 21 35 35 2020 4 21 2020 4 21 36 36 2020 4 21 超系统 广义上讲 应该是超出这个系统之外的其他系统 向超系统进化有两种方式 1 使技术系统和超系统的资源组合 2 让系统的某子系统 被容纳到超系统中 向超系统进化的过程进化的任何阶段 2020 4 21 37 法则6 技术系统向超系统进化法则 37 2020 4 21 2020 4 21 38 技术系统首先向系统的合成方向发展技术系统的简化 子系统 双系统 多系统 单系统 超系统 此时 子系统功能得到加强的同时 也简化了原有的系统 单系统 向超系统进化法则 38 2020 4 21 2020 4 21 39 飞机燃油系统向超系统跃迁 空中加油机实例 超系统空中加油机 系统受油机 输油管 子系统 超系统 39 2020 4 21 2020 4 21 40 法则7 向微观级和场的应用进化 沿着减小其元件尺寸的方向发展 从最初的尺寸向原子 基本粒子的尺寸进化 同时能够更好的实现相同的功能实例 电子元件的进化 真空管 晶体管 集成电路 40 2020 4 21 2020 4 21 41 法则7 技术系统向微观级进化法则 技术系统 元件 场的应用 宏观 微观 最初的尺寸 原子 基本粒子尺寸 高效场和增加场效率的方向 41 2020 4 21 2020 4 21 42 由宏观趋向微观 纳米机器人用于人体医学 42 2020 4 21 2020 4 21 43 血管支架微创手术 治疗心脏病微创手术 只要在大腿或上肢上切开一个微小口子 把细微导管插进去 扩张血管 然后在管壁粗厚的地方放一个小支架 血脉立即畅通 进行这个手术 只要十几分钟 并且只需局部麻醉 在2000年 一个普通金属支架在欧美的售价仅为800美元到900美元 而在中国的售价竟高达2000美元 进口含药缓释血管支架每个售价近4万元人民币 43 2020 4 21 2020 4 21 44 场的应用实例 磁场力应用起重机的进化安检设备 44 2020 4 21 2020 4 21 45 法则8 技术系统协调性进化法则 技术系统进化是沿着各个子系统相互之间更协调的方向发展 即系统的各个部件在保持协调的前提下 充分发挥各自的功能 这也是技术系统充分发挥功能的必要条件 子系统协调包括 结构上的协调 各性能参数的协调 节奏频率的协调 45 2020 4 21 2020 4 21 46 协调性法则的作用 协调各部分工作 可以节约资源提高效率 保证技术系统的高度可控性的进一步的自动控制性 进化到高级阶段的技术系统的特征是 子系统为充分发挥其功能 各参数之间要有目的地相互协调或反协调 能够实现动态调整和配合 46 2020 4 21 2020 4 21 47 结构上的协调 比如 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 47 2020 4 21 2020 4 21 48 各性能参数的协调 网球拍的协调设计较轻的球拍更零