技术系统的生命周期演化.ppt

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1、TRIZ (发明问题解决理论),技术系统的进化,主讲人：李小海 电话：0454-8791979 手机：13009760896 邮箱：,1、无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式； 2、各种技术难题和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力； 3、技术系统发展的理想状态是用最少的资源实现最大效益的功能。,TRIZ理论三个核心思想,技术系统,汽车作为一个技术系统，轮胎、发动机、方向盘等是汽车的子系统。而每辆汽车都是整个交通系统的组成部分，因此对于汽车而言，交通系统就是汽车的超系统。,电冰箱,分析电冰箱这一技术系统，压缩机、散热

2、板、拉门等是电冰箱的子系统。而电冰箱所处的环境，如：房间，就可以称为电冰箱这一技术系统的超系统。,汽车,技术系统的进化,系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体。,什么是系统？,技术系统,所有运行某个功能的事物可称为技术系统。,什么是技术系统？,技术系统,什么是子系统？,系统是由多个子系统组成的，并通过子系统间的相互作用来实现一定得功能，子系统可以是零件或是看不见的物质，甚至于构成元素。,技术系统,任何技术系统均包括一个或多个子系统，每个子系统执行自身功能，它又可分为更小的子系统。,技术系统,什么是超系统？,超系统是系统所在的环境，环境中的其他相关的系统可以看做

3、是超系统的构成部分。,技术系统,技术系统的构成关系图,技术系统的进化,技术系统的进化,技术系统进化论 技术系统进化论的主要观点是：产品的进化并不是随意的，也同样遵循着一定的客观规律和模式。所有技术的创造与升级都是向最强大的功能发展的。,技术系统进化的过程,技术系统进化就是指实现系统功能的技术从低级向高级变化的过程。,对于一个具体的技术系统来说，对其子系统或元件进行不断地改进，以提高整个系统的性能，就是技术系统的进化过程。,技术系统的进化,木船向轮船的进化,手工操作向机器自动化的进化,黑白电视机向彩色电视机的进化,技术系统的进化,任何一种产品、工艺或技术都在随着时间向着更高级的方向发展和进化，并

4、且它们的进化过程都会经历相同的几个阶段。,技术系统的进化,每个技术系统的进化一般都要经历如S-曲线所示的四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期、衰退期。 S-曲线描述了技术技术系统完整的生命周期。其横轴表示时间，纵轴表示系统的性能参数。 如：在飞机这一技术系统中，飞机的速度、安全性等都是其重要的性能参数。,S-曲线,当有一个新需求、而且满足这个需求是有意义的两个条件同时出现时，一个新的技术系统就会诞生。新的技术系统一定会以一个更高水平的发明结果来呈现。,1、技术系统的诞生和婴儿期,S-曲线,处于婴儿期的系统尽管能够提供新的功能，但该阶段的系统明显地处于初级，存在着效率低、可靠性差或一些尚未解决的问题

5、。由于人们对它的未来比较难以把握，而且风险较大，因此只有少数眼光独到者才会进行投资，处于此阶段的系统所能获得的人力、物力上的投入是非常有限的。,S-曲线,性能的完善非常缓慢，此阶段产生的专利级别很高，但专利数量较少，系统在此阶段的经济收益为负。,处于婴儿期的系统的特征,S-曲线,进入发展期的技术系统，系统中原来存在的各种问题逐步得到解决，效率和产品可靠性得到较大程度的提升，其价值开始获得社会的广泛认可，发展潜力也开始显现，从而吸引了大量的人力、财力，大量资金的投入会推进技术系统获得高速发展。,2、技术系统的成长期（快速发展期）,S-曲线,性能得到急速提升，此阶段产生的专利级别开始下降，但专利数

6、量出现上升。系统在此阶段的经济收益快速上升凸显出来，这时候投资者会蜂拥而至，促进技术系统的快速完善。,处于成长期的系统的特征,S-曲线,在获得大量资源的情况下，系统从成长期会快速进入第3个阶段：成熟期，这时技术系统已经趋于完善，所进行的大部分工作只是系统的局部改进和完善。,3、技术系统的成熟期,S-曲线,性能水平达到最佳。这时仍会产生大量的专利，但专利级别会更低，此时需要警惕垃圾专利的大量产生，以有效使用专利费用。处于此阶段的产品已进入大批量生产，并获得巨额的财务收益，此时，需要知道系统将很快进入下一个阶段衰退期，需要着手布局下一代的产品，制定相应的企业发展战略，以保证本代产品淡出市场时，有新

7、的产品来承担起企业发展的重担。否则，企业将面临较大的风险，业绩会出现大幅回落。,处于成熟期的系统的特征,S-曲线,成熟期后系统面临的是衰退期。此时技术系统已达到极限，不会再有新的突破，该系统因不再有需求的支撑而面临市场的淘汰。从图中可以看到处于第4阶段的系统，其性能参数、专利等级、专利数量、经济收益4方面均呈现快速的下降趋势。,4、技术系统的衰退期,S-曲线,TRIZ从性能参数、专利级别、专利数量、经济收益4个方面来描述技术系统在各个阶段所表现出来的特点，以帮助人们有效了解和判断一个产品或行业所处的阶段，从而制定有效的产品策略和企业发展战略。,S-曲线,TRIZ从性能参数、专利级别、专利数量、

8、经济收益4个方面来描述技术系统在各个阶段所表现出来的特点，以帮助人们有效了解和判断一个产品或行业所处的阶段，从而制定有效的产品策略和企业发展战略。,S-曲线,成长期,婴儿期,成熟期,衰退期,当一个技术系统的进化完成4个阶段以后，必然会出现一个新的技术系统来替代它（比如图中的系统B、C），如此不断的替代，就形成了S形曲线族。,S-曲线,S曲线的跃迁,S-曲线,评估系统现有技术的成熟度，分析当前所处阶段有利于资源分配，帮助我们做出正确的研发决策。 帮助我们思考如何进行下一代技术和产品的开发。,S曲线的作用,S-曲线,产品进化过程与技术预测,技术预测：通过分析当前产品的核心技术在技术进化过程中的状态

9、（S曲线），预测产品的技术水平 通过分析产品今后可能的进化方向和可能进化的新状态，形成产品创新设想，预测新一代产品 掌握产品当前技术水平，优化现有产品 预测未来发展方向，开发更具竞争力新产品,S-曲线,八大技术系统进化法则,八大技术系统进化法则,1、提高理想度法则 2、完备性法则 3、能量传递法则 4、协调性法则 5、子系统不均衡进化法则 6、向超系统进化法则 7、向微观级进化法则 8、动态性进化法则,多用于技术系统产生初期,用于技术发展中期,用于技术发展后期,其他7个法则都是围绕提高理想度法则进行的,Ideality,=,有害的功能 花费 有用的功能数量,什么是理想度？,0,0,1、提高理想

10、度法则,提高理想度法则,1、一个系统在实现功能的同时，必然有2方面的作用：有用功能和有害功能； 2、理想度是指有用作用和有害作用的比值； 3、系统改进的一般方向是最大化理想度比值； 4、在建立和选择发明解法的同时，需要努力提升理想度水平。,技术系统的理想度法则包括以下四方面含义,提高理想度法则,任何技术系统，在其生命周期之中，是沿着提高其理想度向最理想系统的方向进化的，提高理想度法则代表着所有技术系统进化法则的最终方向。理想化是推动系统进化的主要动力。比如手机的进化、计算机的进化。,提高理想度法则,1）理想系统只工作在需要的地方，在需要的时候做需要的事。,2）理想系统不会浪费时间（系统可在瞬间

11、做一切），物资、能源等。,两个基本的途径可以扩大系统的理想程度,提高理想度法则,1、系统的主要目的是提供一定功能。传统思想认为，为了实现系统的某种功能，必须建立相应的装置或设备；而TRIZ则认为，为了实现系统的某种功能不必引入新的装置和设备，而只需对实现该功能的方法和手段进行调整和优化。,技术系统理想状态包括3个方面内容：,提高理想度法则,2、任何系统都是朝着理想化方向发展的，也就是向着更可靠、简单有效的方向发展。系统的理想状态一般是不存在的，但当系统越接近理想状态，结构就越简单、成本就越低、效率就越高。 3、理想化意味着系统或子系统中现有资源的最优利用。,提高理想度法则,手机的进化,1973

12、年诞生，重800克。仅能电话通信,重仅数十克；超过100种。包括通话、闹钟、短信、游戏、mp3、GPS、录音、照相等。,第一部手机,现代手机,提高理想度法则,计算机的进化,现代计算机：重1000克；功能：上千种。包括数学计算、绘图、通信、多媒体等。,第一台计算机：重数吨；功能：数学计算,提高理想度法则,最理想的技术系统应该是：并不存在物理实体，也不消耗任何资源，但是却能够实现所有必要的功能，即物理实体趋于零，功能无穷大，简单说，就是“功能俱全，结构消失”。,提供理想度可以从以下4个方向予以考虑： 1、增加系统的功能； 2、传输尽可能多的功能到工作元件上； 3、将一些系统功能移转到超系统或外部环

13、境中； 4、利用内部或外部已存在的可利用资源。,提高理想度法则,减少花费方面建议使用理想资源：阳光、地热、潮汐、地磁、人体能等。,理想能源,提高理想度法则,提高理想度是技术系统发展的终极目标，给我们指明了方向。其他的进化法则都是围绕这条法则进行的。,提高理想度法则的作用,提高理想度法则,2、完备性法则,要实现某项功能，一个完整的技术系统必须包含以下四个部件：动力装置、传输装置、执行装置和控制装置。,完备性法则,完整的技术系统,系统如果缺少其中的任一部件，就不能成为一个完整的技术系统。 如果系统中的任一部件失效，整个技术系统也无法“幸存”。,完备性法则,完备性法则有助于确定实现所需技术功能的方法

14、并节给资源，利用它可对效率低下的技术系统进行简化。,完备性法则,刷牙,完成“清洁牙齿”这一功能的技术系统由四部分组成：,完备性法则,帆船,完成“运输货物”这一功能的技术系统由四部分组成。,完备性法则,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。,完备性法则的作用,完备性法则,技术系统要现实其功能，能量必须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原件不能接收能量，它就不能发挥作用，那么整个系统就不能执行其有用功能，或者有用功能作用不足。,3、能量传递法则,能量传递法则,多米诺骨牌,收音机的能量传递 收音机在金属屏蔽的环境（如汽车中）就不能收听

15、到高质量的广播。尽管收音机内各子系统功能都正常，但电台传导的能量源受阻，使整个系统不能正常工作。在汽车外加一天线，问题就解决了。,能量传递法则,1、提高系统各部分的传导率。 2、减少能量转换的形势。 3、使系统各部分间的能量传递路径最短。,降低能量损失可采取的措施：,能量传递法则,钢或铝导线输电，未来的发展方向是超导材料。,能量从技术系统的一部分向另一部分的传递可以通过物质媒介（轴、齿轮等），场媒介（磁场、电流等）,提高能量传导率,能量传递法则,蒸汽火车 化学能热能压力能机械能,柴油火车 化学能压力能机械能,电动火车 电能机械能,能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为

16、其他形式。或者从一个物体转移到另外一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总和保持不变,减少能量转换形式,能量传递法则,缩短能量的流动路径,人有五种感觉分别是视觉、味觉、听觉、嗅觉、触觉。实现这些功能的奇观眼睛、鼻子、耳朵、舌头。,能量传递法则,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。,能量转递的法则的作用,能量传递法则,结构完善；能量可以传递；然后需要的就是结构之间的协调。,4、协调性法则,协调性法则,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

17、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。,协调性法则,协调性法则,协调性法则,结构上的协调,一、场与作用对象的固有频率相协调（或者失调）。 二、在技术中存在多个场时，应该协调（或者失调）所使用的各个场的频率。 三、如果两个动作，两者互不相容，那么就让一个动作在另一个动作停顿时进行。,节奏频率的协调,协调性法则,英国研制出一种没有噪音的风扇，里面安装有麦克和扩音器：麦克风捕获电机和叶片的噪声，通过电子组件转换成相反相位的声音并被扩音器再次播放出来，噪音就被彻底消除了。,协调各个场的频率,协调性法则,如果两个动作，两者互不相容

18、，那么就让一个动作在另一个动作停顿时进行。,两个动作的协调,协调性法则,德国飞机设计师安东尼富克及他的同伴们发明使用凸轮的射击同步协调器。,射击同步协调器,协调性法则,网球拍重量与力量的协调：较轻的球拍更灵活，较重的球拍能产生更大挥拍力量，因此需要考虑两个性能参数的协调。 设计师将球拍整体重量降低，提高了灵活性，同时增加球拍头部的重量，保证了挥拍的力量。,各性能参数的协调,协调性法则,网球拍,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。,协调性法则的作用,协调性法则,提高技术系统的高度适应性，知道这个法则就可以花费很小代价就可以取得通用性、高度适应性、可

19、控性的技术系统。,动态性法则的作用,动态性进化法则,5、子系统不均衡进化法则,子系统不均衡进化法则是指： 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-曲线向前发展 这种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子系统的进化速度,掌握了该法则，可以帮助人们及时发现并改进最不理想的子系统。,子系统均衡进化法则,每个技术系统都由多个实现不同功能的子系统组成。,自行车的进化,早大十九世纪中期，自行车还没有链条传动系统，脚蹬直接安装在前轮轴上。此时，自行车的速度与前轮直径成正比。 因此为了提高速度，人们采用增加前轮直径的

20、方法。但是一味的增加前轮直径，会使前后轮尺寸相差太大，从而导致自行车在前进中的稳定性很差，很容易摔倒。 后来，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，用后轮的转动来推动车子的前进，且前后轮大小相同，以保持自行车的平衡和稳定。,子系统均衡进化法则,利用这一法则的知识，可以及时发现技术系统的不理想子系统。及时改进不理想的子系统或及较先进的子系统替代他们，使得可能以最小成本改进系统的基础参数。 可以帮助人们及时发现并改进最不理想的子系统。,子系统不均衡进化法则作用,子系统均衡进化法则,6、向超系统进化法则,A. 技术系统的进化是沿着从单系统 双系统 多系统的方向发展,瑞士军刀,剃须

21、刀的进化,单头 双头 多头,向超系统进化法则,B. 技术系统进化达到极限时，它实现某项功能的子系统会从系统中剥离，转移至超系统，作为超系统的一部分。在该子系统的功能得到增加改进的同时，也简化了原有的技术系统。,空中加油机,长距离飞行时，飞机需要在飞行中加油。 最初：燃油箱是飞机的一个子系统 进化后，燃油箱脱离了飞机，进化至超系统，以空中加油机的形式给飞机加油。飞机系统简化，不必再携带数百吨的燃油。,向超系统进化法则,小锅炉脱离，作用由超系统来替代,供暖设备,向超系统进化法则,7、向微观级进化法则,技术系统的进化是沿着减小其原件尺寸的方向发展的。即原件从最初的尺寸向原子、基本粒子的尺寸进化，同时

22、能够更好地实现相同功能。,向微观级进化法则,电子元件的进化,真空管 晶体管 集成电路,播放器的进化,录音机 随身听 便携CD机 mp3 耳环播放器,向微观级进化法则,8、动态性进化法则,技术系统的进化应该沿着结构柔性、可移动性、可控性增加的方向发展，以适应环境状况或执行方式的变化。 掌握了“动态性进化法则”，有助于提高技术系统的高度适应性。,动态性进化法则,提高柔性法则 提高系统柔性的进化过程如下：,散热工具,门锁,动态性法则包括三个子法则：,动态性进化法则,B.提高可移动性法则。 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。,清扫工具,座椅,动态性进化法则,C. 提高可控性法则,

23、提高可控性法则是指，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。,动态性进化法则,照相机的进化,手动调焦 通过按钮调焦 感应光线调焦 自动调焦,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,动态性进化法则,切割工具的进化,结构动态性进化法则,动态性进化法则,八大技术系统进化法则,1、提高理想度法则 2、完备性法则 3、能量传递法则 4、协调性法则 5、子系统不均衡进化法则 6、向超系统进化法则 7、向微观级进化法则 8、动态性进化法则,多用于技术系统产生初期,用于技术发展中期,用于技术发展后期,其他法则都是围绕提到理想度法则进行的,