技术系统进化法则.ppt

内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二1第二章 技术系统进化法则 技术系统的S曲线2技术系统的八大进化法则3 3技术系统的概念3 1基于技术系统进化法则的预测3 4.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二22024/5/7 周二21级（Level 1）：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（Level 2）：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（Level 3）：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（Level 4）：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（Level 5）：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.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二32024/5/7 周二3发发明明等等级级各个各个发发明等明等级级的特征的特征原始状况原始状况问题问题来源及解来源及解题题所需所需知知识识范范围围困困难难程度程度转换转换规规律律解解题题后引起的后引起的变变化化课题课题比例比例第一第一级级合理化合理化建建议议带带有一个通用有一个通用工程参数的工程参数的课课题题问题问题明明显显且解且解题题容易；容易；基本基本专业专业培养培养课题课题没有没有冲突冲突在相在相应应工程工程参数上参数上发发生生显显著著变变化化在相在相应应特性上特性上产产生明生明显显的的变变化化80第二第二级级适度新适度新型革新型革新带带有数个通用有数个通用工程参数、有工程参数、有结结构模型的构模型的课课题题存在于系存在于系统统中的中的问题问题不明确；不明确；传统传统的的专业专业培培训训标标准准问题问题选择选择常用的常用的标标准模型准模型在作用原理不在作用原理不变变的情况的情况下解决了原系下解决了原系统统的功能的功能和和结结构构问题问题第三第三级级专专利利成堆工作量，成堆工作量，只有功能模型只有功能模型的的课题课题通常由其他等通常由其他等级级系系统统和其他行和其他行业业的知的知识识中中衍生而来；衍生而来；发发展和集展和集成的成的创创新思想新思想非非标标准准问题问题利用集成方利用集成方法解决法解决发发明明问题问题在在转变转变作用原理的情况作用原理的情况下使系下使系统统成成为为有价有价值值的、的、较较高效能的高效能的发发明明16第四第四级级综综合性合性重要重要专专利利有有许许多不确定多不确定的因素，的因素，结结构构和功能模型都和功能模型都无先例的无先例的课题课题来源于不同的知来源于不同的知识领识领域（全社会的知域（全社会的知识识）；）；渊博的知渊博的知识识和脱离和脱离传传统统概念的能力概念的能力复复杂杂问题问题运用效运用效应应知知识库识库解决解决发发明明问题问题使系使系统产统产生极高的效能、生极高的效能、并将会明并将会明显显地地导导致相近致相近技技术术系系统统改改变变的的“高高级发级发明明”3第五第五级级新新发现发现和基和基础础性性专专利利没有最初目没有最初目标标，也没有任何也没有任何现现存模型的存模型的课题课题来源或用途均不确定，来源或用途均不确定，（运用全人（运用全人类类的知的知识识）独特异独特异常常问题问题科学和技科学和技术术上的重大突上的重大突破破使系使系统产统产生突生突变变、并将、并将会会导导致社会文化致社会文化变变革的革的“卓越卓越发发明明”1发明等级及其特征.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二42024/5/7 周二4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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二52024/5/7 周二5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。操作操作原原 件件子系统子系统1 1子系统子系统n n系系 统统超系统超系统.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二62024/5/7 周二6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。操作操作原原 件件子系统子系统1 1子系统子系统n n系系 统统超系统超系统超系统超系统层次系统系统层次子系统层次.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二72024/5/7 周二7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.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二82024/5/7 周二8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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二92024/5/7 周二9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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二10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。2024/5/7 周二10.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二11什么是S曲线2024/5/7 周二11一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。2024/5/7 周二TRIZ理论：技术系统进化法则11婴儿期衰退期成长期成熟期.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二122024/5/7 周二12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。tttt时间（阶段）时间（阶段）1234专利数量专利数量经济收益经济收益性能参数性能参数发明级别发明级别.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二132024/5/7 周二TRIZ理论：技术系统进化法则13S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。S曲线曲线进化法则进化法则发展方向发展方向解决方案解决方案.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二142024/5/7 周二TRIZ理论：技术系统进化法则14S曲线的跃迁S曲线族新产品模式新产品模式研发下一代研发下一代竞争技术竞争技术下一个产品模式下一个产品模式的的S曲线曲线能工作能工作能正确工作能正确工作最大性能最大性能最大功效最大功效最佳可靠性最佳可靠性最低成本最低成本过时技术过时技术时间时间主要主要参数参数研发极限研发极限.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二152024/5/7 周二TRIZ理论：技术系统进化法则15产品技术系统进化的例子前人预测:1997SANYO:2001研发极限超声波作用原理超声波作用原理海海尔尔无无洗洗衣衣粉粉洗洗衣衣机机洗涤洗涤效果效果时间时间化学作用原理化学作用原理.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二可编辑162024/5/7 周二TRIZ理论：技术系统进化法则16S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.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二可编辑17二、技术系统进化法则2024/5/7 周二17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。亿维讯创创新制新制胜胜（宇航出版社）创新40法、TRIZ 理论全接触1.完备性法则，提高理想度法则，协调性法则，提高柔性、移动性和可控性子系统非一致性进化法则，向超系统升迁法则，向微观系统升迁法则，能量传导法则。1 技术系统的S曲线进化法则2 提高理想化法则3 子系统协调性进化法则4 动态性进化法则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8 向自动化方向进化法则1）技术系统的S曲线进化法则；2）提高理想度法则；3）子系统协调性进化法则；4）动态性和可控性进化法则；5）子系统的不均衡进化法则；6）增加集成度再进行简化的法则；7）向微观级和增加场应用的法则；8）减少人工介入的进化法则。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二可编辑182024/5/7 周二18TRIZ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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二19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。2024/5/7 周二19产产 品品传输装置传输装置执行装置执行装置动力装置动力装置能量源能量源控制装置.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二20法则1实例帆船2024/5/7 周二20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.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二212024/5/7 周二21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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二222024/5/7 周二22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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二232024/5/7 周二23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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二242024/5/7 周二24B 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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二25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。2024/5/7 周二25能量转递的法则的作用.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二262024/5/7 周二26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。A.结构柔性：B.可移动性：固定电话 子母机 手机(直板,折叠,滑盖)C.可控性：无控制直接控制反馈控制自我调节.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二27内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二28.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二292024/5/7 周二29A、由由刚性性趋向柔向柔软.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二302024/5/7 周二30B.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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二312024/5/7 周二31C.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.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二322024/5/7 周二32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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二332024/5/7 周二33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：n系统的质量、尺寸、能量消耗 0n实现的功能数量 .内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二342024/5/7 周二34n第一台计算机n 重量：数吨n 功能:计算n 现代计算机n 重量：1000克n 功能：上千种。包括计算、绘图、通信、多媒体等法则4实例.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二35 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2024/5/7 周二35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.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二36法则5：技术系统子系统的非均衡发展2024/5/7 周二36 子系统不均衡进化法则包含着：1.每个子系统都是沿着各自的S曲线进化的；2.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；3.不均衡的进化经常会导致子系统之间的矛盾出现;4.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）。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二37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。2024/5/7 周二37.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二382024/5/7 周二38.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二39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。2024/5/7 周二39法则6：技术系统向超系统进化法则.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二402024/5/7 周二40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.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二412024/5/7 周二41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.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二422024/5/7 周二42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.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二432024/5/7 周二43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.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二442024/5/7 周二44由宏观趋向微观纳米机器人用于人体医学录音机随身听便携CD机mp3耳环播放机.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二452024/5/7 周二45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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二462024/5/7 周二46场的应用实例磁场力应用起重机的进化安检设备.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二472024/5/7 周二47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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二482024/5/7 周二48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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二492024/5/7 周二49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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二502024/5/7 周二50各性能参数的协调网球拍的协调设计较轻的球拍更零活，较重的球拍能产生更大的挥拍力量，因此需要考虑两个参数的协调。设计师讲球拍整体重量降低，提高了灵活性，同时增加了球拍头部的重量，保证了挥拍的力量。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二512024/5/7 周二51浇灌混凝土节奏和频率的协调性为提高混凝土强度，建筑工人在浇注施工中，一面灌混凝土，一面用震荡器进行振荡，以确保混凝土的密实。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二522024/5/7 周二52协调各个场的频率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。.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二53.内蒙古科技大学：内蒙古科技大学：闫炳文闫炳文2024/5/7 周二周二54