基于技术系统进化法则的预测
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阿奇舒勒于1946年开始创立TRIZ理论,其中重要的之一是系统进化论。
阿奇舒勒技术系统进化论的主要观点是技术系统的进化并非随机的,而是遵循着一定的客观的进化模式,所有的系统都是向“最终理想化”进化的,系统进化的模式可以在过去的专利发明中发现,并可以应用于新系统的开发,从而避免盲目的尝试和浪费时间.阿奇舒勒的技术系统进化论主要有八大进化法则,这些法则可以用来解决难题,预测技术系统,产生并加强创造性问题的解决工具。
这八大法则是:1)技术系统的S曲线进化法则;2)提高理想度法则;3)子系统的不均衡进化法则;4)动态性和可控性进化法则;5)增强集成度再进行简化的法则;6)子系统协调性计划法则;7)向微观级和增加场应用的进化法则;8)减少人工介入的进化法则。
下面,就详细解释阿奇舒勒的技术系统这八大进化法则。
2.2八大技术系统进化法则2。
2.1 技术系统的S曲线进化法则阿奇舒勒通过对大量的发明专利的分析,发现产品的进化规律满足一条S形的曲线。
产品的进化过程是依靠设计者来推进的,如果没有引进新的技术,它将停留在当前的技术水平上,而新技术的引入将推动产品的进化。
S曲线也可以认为是一条产品技术成熟度预测曲线。
图2-1是一条典型的S曲线。
S曲线描述了一个技术系统的完整生命周期,图中的横轴代表时间;纵轴代表技术系统的某个重要的性能参数(39个工程参数),比如飞机这个技术系统,飞行速度、可靠性就是其中重要性能参数,性能参数随时间的延续呈现S形曲线。
一个技术系统的进化一般经历4个阶段,分别是:1)婴儿期2)成长期3)成熟期4)衰退期每个阶段都会呈现不同的特点。
1.技术系统的诞生和婴儿期当有一个新需求、而且满足这个需求是有意义的2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.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。
一. 技术系统进化法则半个世纪前,发明著名的TRIZ理论(发明问题解决理论)的前苏联发明家Altshuller先生在分析大量专利的过程中发现,产品及其技术的发展总是遵循一定的客观规律,而且同一条规律往往在不同的产品技术领域被反复应用。
即任何领域的产品改进、技术的变革过程,是有规律可循的。
人们如果掌握了这些规律,就能能动地进行产品设计并能预测产品的未来发展趋势。
于是,Altshuller 和他的合作伙伴不断总结提炼,形成当前著名的技术系统进化法则,构成TRIZ 理论的核心内容之一。
TRIZ理论中包含的进化法则主要有提高理想度法则,完备性法则,能量传导法则,提高柔性、移动性和可控性法则,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,协调法则等。
这些技术系统进化法则基本涵盖了各种产品核心技术的进化规律,每条法则又包含不同数目的具体进化路线和模式。
下面介绍的键盘等不同产品的核心技术发展就共同遵循一条典型的技术进化路线。
二. 键盘进化实例作为计算机外围设备的重要组成之一,键盘已经是随处可见。
目前常见的键盘是一个刚性整体,体积也比较大,不方便携带。
在美国海军陆战队配备一种可以折叠的键盘,便于行军中携带。
再就是一些PDA产品,将键盘输入功能设置在其柔性的外包装套上,展开后就成了一个比较大的键盘。
而现在液晶触摸屏也可以作为输入设备代替键盘。
最近,以色列一家公司推出一种虚拟激光键盘,它通过将全尺寸键盘的影像投影到桌子平面上,用户在上面就可以象使用物理键盘一样直接输入文本。
上面提到的几种输入设备基本上代表了过去几十年来键盘的主要发展历程。
简单分析一下,可以发现键盘的演变脉络,即从一体化的刚性键盘到折叠式键盘,到柔性的键盘,到液晶键盘,再到激光键盘。
如果我们将键盘核心技术的这种演变过程抽象出来,会发现它是按照从刚性,到铰链式,到完全柔性,到气体、液体,一直到场的发展路线。
其实很多产品的发展也是沿着这条路线不断进化。
基于TRIZ技术进化理论的知识产权战略分析作者:张项民来源:《创新科技》 2012年第5期TRIZ及其技术进化理论TRIZ 理论即发明问题解决理论。
TRIZ理论是由苏联发明家根里奇·阿奇舒勒历经25 年研究了世界各国250 万份高水平发明专利,从中抽出了40万个具有代表性的专利技术,总结提炼出的一套具有完整理论体系的创新方法。
TRIZ理论认为不同的发明创造往往遵循着共同且为数不多的原理、规律或法则,它经过一系列严密的整理和分析,已经发展成为一套成熟的创新理论和方法体系。
TRIZ理论包括九大经典理论体系:技术系统进化的八大法则、最终理想解(IFR)、40 个发明原理、39 个工程参数及矛盾矩阵、物理矛盾和四大分离原理、物质场模型分析、发明问题的76个标准解法、发明问题标准算法(ARIZ)、物理效应和知识效应库。
它可以帮助技术人员分析问题,快速发现问题的本质,准确定义创新性问题和矛盾,还对创新性问题和矛盾提供更合理的解决方案和更好的创意;与此同时,它把个性化的问题转化为通识的TRIZ标准,从而克服人们因知识领域的界限,突破技术难题。
它的基于技术系统的进化法则准确地确定研究方向,预测技术未来的发展趋势,开发新产品,实现技术突破。
在TRIZ理论中,一个产品或物体都可以被看作是一个技术系统,也简称为系统。
TRIZ认为,产品及其技术的发展总是遵循一定的客观规律,而且同一条规律往往在不同产品领域被反复应用。
TRIZ的核心是技术系统进化原理,它可以依据产品中技术系统的进化规律定性预测未来产品的发展趋势,从而帮助企业开发出具有竞争力的新产品。
TRIZ理论中技术系统进化理论主要有9条进化法则,即技术系统的S曲线进化法则;提高理想度法则;整性进化法则;能量传递有效性进化;协调性进化法则;子系统非均衡进化法则;动态性进化法则;向超系统进化法则;向微观级系统进化法则。
这9个法则是适合表达技术进化的通用法则,可以应用于任意存在的技术系统中。
技术系统的进化法则1. 不断追求效率提升:技术系统的发展始终以提高生产力和效率为核心目标。
各种技术创新和发展都致力于提高工作效率和降低资源消耗。
2. 持续优化设计:技术系统的设计追求简单、可靠、灵活和可扩展的原则。
通过持续改进设计和流程,以适应和满足不断变化的需求。
3. 强调安全性:技术系统的进化必须关注安全性。
包括确保系统不易受到恶意攻击或非法访问,并保护用户的隐私和敏感信息。
4. 强化协同与互操作性:技术系统的进化趋势是实现各个系统间的协同工作和互操作性。
通过标准化、互联互通和信息共享,不同系统能够共同工作,实现更大的价值。
5. 不断创新突破:技术系统的进化需要不断创新突破,包括技术创新、商业模式创新和管理创新等。
只有不断引入新的思想和方法,技术系统才能在激烈的竞争中保持竞争优势。
6. 适应环境变化:技术系统的进化必须能够适应环境的变化。
技术系统需要具备灵活性和适应性,能够快速响应环境的变化,并及时调整和优化。
7. 用户体验至上:技术系统的发展应以用户体验为核心。
技术系统的设计和功能应该符合用户需求,提供简单易用、界面友好的体验。
8. 持续学习和改进:技术系统的进化需要持续学习和改进。
随着技术和市场的变化,不断学习新知识、技能和工具,以推动系统的优化和发展。
9. 良好的治理与管理:技术系统的进化需要建立良好的治理和管理机制,包括规范和标准的制定、合理的资源分配和项目管理,以确保系统的高效运行和可持续发展。
10. 在可持续发展的前提下满足多样化需求:技术系统的进化必须在可持续发展的前提下满足社会经济的多样化需求。
在保护环境和资源的基础上,技术系统应满足不同群体的需求,并为社会带来更多的福祉。
3.5 基于技术系统进化法则的方案设计技术系统进化论的主要观点是技术系统的进化并非随机的,而是遵循着一定的客观的进化模式,所有的系统都是向“最终理想化”进化的,系统进化的模式可以在过去的专利发明中发现,并可以应用于新系统的开发。
3.5.1汽车车架的进化路线描述TRIZ中子系统协调性进化法则指出:在技术系统的进化中,子系统的匹配和不匹配交替出现,以改善性能或补偿不理想的作用。
也就是说技术系统的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。
如图3.19所示。
对车架增加保险杠,提高汽车的防撞性能,提高安全性。
图3.19 车架进化路线这次进化的地方是将原来的最容易发生碰撞的前端增加了保险杠,从而使得汽车的防撞性能得到改善。
3.5.2汽车控制系统的进化路线描述TRIZ指出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。
本文选择动态性的增加可控性进化路线:无控制→直接控制→反馈控制→自我调节,即引入某种部件,即增加防抱死系统,具体方案如图3.20所示。
图3.20 控制系统进化路线防抱死制动系统ABS全称是Anti-lock Braking System,即ABS,可安装在任何带液压刹车的汽车上。
它是利用阀体内的一个橡胶气囊,在踩下刹车时,给予刹车油压力,充斥到ABS的阀体中,此时气囊利用中间的空气隔层将压力返回,使车轮避过锁死点。
ABS(Anti-lock Braking System)防抱死制动系统,通过安装在车轮上的传感器发出车轮将被抱死的信号,控制器指令调节器降低该车轮制动缸的油压,减小制动力矩,经一定时间后,再恢复原有的油压,不断的这样循环(每秒可达5~10次),始终使车轮处于转动状态而又有最大的制动力矩。
、在制动时,ABS根据每个车轮速度传感器传来的速度信号,可迅速判断处车轮的抱死状态,关闭开始抱死车轮上面的常开输入电磁阀,让制动力不变,如果车轮继续抱死,则打开常闭输出电磁阀,这个车轮上的制动压力由于出现直通制动液贮油箱的管路而迅速下移,防止了因制动力过大而将车轮完全抱死。
《TRIZ入门及实践》读书报告————————基于技术系统进化法则的预测什么是TRIZ?看完这本书的人应该会知道,TRIZ意译为发明问题的解决理论。
是由前苏联发明家根里奇.阿奇舒勒创立的。
阿奇舒勒通过对各行业数百万件高水平发明专利进行分析,基于唯物辩证法、系统论和认识论,发现了人类进行科学研究和发明创新的背后所遵循的客观规律,提出了有关发明创新问题的基本理论。
如今TRIZ 理论不仅在工程技术领域的得到深入应用,也逐步推广到其他技术领域和管理领域。
创新方法创新应用,TRIZ理论定会在加快兵团的农业现代化和新型工业化发展中发挥重要作用。
TRIZ理论成功地揭示了创造发明的内在规律和原理,着力于澄清和强调系统中存在的矛盾,其目标是完全解决矛盾,获得最终的理想解。
它不是采取折衷或者妥协的做法,而且它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程,而不再是随机的行为。
实践证明,运用TRIZ理论,可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。
要基于技术系统进化法则进行预测,我们首先要了解什么是技术系统?技术系统的进化法则有哪些?大致的内容是什么?在此作一一介绍。
(一)技术系统及其八大进化法则要知道什么是技术系统,必须知道什么是系统?按照《现代汉语词典》的说法,系统是指相关事物按一定的关系组成的整体。
这里说的相关事物,指构成系统的元件,以及完成系统功能的运作。
因此,我们可以更加明确地把系统定义为元件与运作组成的功能团。
不同系统实现不同的功能,技术系统实现的是技术属性的功能。
因此,技术系统定义为:由具有相互联系的元件与运作所组成的、以实现某种功能或职能的事物的集合。
技术系统进化法则TRIZ理论中包含的进化法则主要有:完备性法则,能量传递法则,动态性进化法则,提高理想度法则,子系统不均衡进化法则,向超系统进化法则,向微观级进化法则,协调性进化法则。
这些技术系统进化法则基本涵盖了各种产品核心技术的进化规律,每条法则又包含不同数目的具体进化路线和模式。
(1)什么是技术完备性法则?是指技术系统要实现某种功能的必要条件是在整个技术系统中一定要包含四个相互关联的基本子系统,即动力装置、传输装置、执行装置和控制装置。
从实现功能的角度来说,技术系统如何划分?从实现功能的角度来说,技术系统课划分为两类:改变物体参数的系统,即执行技术系统;测量物体参数的系统,即测量技术系统。
(2)什么是技术系统能量传递法则?技术系统实现其基本功能的必要条件之一是:能量能够从能量源流向技术系统的所有元件。
学习后能解决什么问题?如果技术系统的某个元件接收不到能量,他就不产生效用,那么整个系统就不能执行其有用功能或者所实现的有用功能不足。
(3)什么是技术系统动态进化法则?动态性进化法则提出以下几个方面的进化趋势:技术系统会向提高其柔性、可移动性和可控性的方向进化。
具体内容:1、提高柔性子法则提高技术系统的进化过程,技术系统将会从刚性体逐步进化到单铰链、多铰链、柔性体、液体/气体,最终进化到场的状态。
提高可移动性子法则提高可移动性法则指出,技术系统的进化,应该沿着技术系统整体可移动性增强的方向发展。
例如清洁工具的进化:扫帚——吸尘器——遥控清扫机,还有座椅的进化:四腿椅——摇椅——转椅——滚轮椅提高可控性子法则提高可控性法则指出系统的进化应该沿着增加系统内各部件可控性的发展方向。
例如路灯的进化:分别开闭——总控开闭——自动感应开闭——自动感应开闭并自调亮度,还有照相机调焦的进化:手动调焦——通过按钮调焦——感应光线调焦——自动调焦(4)技术系统提高理想度法则技术系统理想度法则指出技术系统朝着提高系统理想度的方向进化,其公式可以表示为理想度=所有有用功能/( 所有有害功能+成本)按照理想度的概念,最理想的产品是怎样的?改产品作为实体并不存在,但是其有用功能仍然能够实现。
我们称这种情况下的产品为最理想产品;称这种情况下的设计方案为理想化最终结果。
技术系统A经过不断发展,历经了系统的不断扩展,子系统数量的不断增加,然后其技术系统、子系统、超系统进入了螺旋发展(扩展)与(收缩)的时期,最终结果是引入“理想物质”来代替整个技术系统A,于是系统A收缩于系统B,完成了一轮提高理想度的进化法则。
技术系统的理想度可以定义为他的定性特征,他反映一个技术系统对于一个理想系统的近似程度。
最理想的产品或者技术系统(也称理想系统)是不存在的。
但是理想化的最终结果是产品设计的一个努力的方向,是技术系统向最理想系统进化的过程。
理想化最终结果的广义概念表述是,技术系统某参数的改进,不会对系统的其他参数产生不利影响。
明确问题的理想化最终结果,有可能引领问题的解决者得到最优的、有远见的问题解决方案。
而且,“提高理想度法则”是TRIZ解决矛盾时的一个关键思想。
首先,理想化最终结果意味着,在技术系统中,每件事情或者功能必须仅仅花费系统内部的已有资源,自我实现:其次,在技术系统中,所需操作,必须仅仅在必要的位置上和时间内(5)子系统不均衡进化法则任何系统各子系统的进化,都不是均衡一致的。
这个法则,在技术系统发展和进化的各个阶段都适用。
利用这一法则的知识,可以帮助设计人员,及时发现技术系统中不理想的子系统,并改进或以较先进的子系统代替这些不理想的子系统。
从而使我们能以最小成本,实现对这一特定参数的改进。
(6)技术系统向超系统进化法则超系统:就是超出这个系统以外的其他系统。
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。
(7)技术系统向微观级进化法则技术系统向微观级进化法则指出,技术系统及其子系统在进化发展过程中,向着减小它们尺寸的方向进化。
例如键盘进化实例作为计算机外围设备的重要组成之一,键盘已经是随处可见。
目前常见的键盘是一个刚性整体,体积也比较大,不方便携带。
在美国海军陆战队配备一种可以折叠的键盘,便于行军中携带。
再有就是一些PDA产品,将键盘输入功能设置在其柔性的外包装套上,展开后就是一个键盘。
而现在液晶触摸屏也可以作为输入设备代替键盘。
最近,以色列一家公司推出一种虚拟激光键盘,它通过将全尺寸键盘的影像投影到桌子平面上,用户在上面就可以象使用物理键盘一样直接输入文本。
上面提到的几种输入设备基本上代表了过去几十年来键盘的主要发展历程。
简单分析一下,可以发现键盘的演变规律,即从一体化的刚性键盘到折叠式键盘、到柔性的键盘、到液晶键盘、再到激光键盘。
如果我们将键盘核心技术的这种演变过程抽象出来,会发现它是按照从刚性、到铰链式、到柔性、到气体、到液体,一直到场的发展路线。
其实很多产品的发展也是沿着这条路线不断进化。
比如轴承,它从开始的单排球轴承,到多排球轴承,到微球轴承,到气体、液体支撑轴承,到磁悬浮轴承。
又如切割技术,从原始的锯条,到砂轮片,到高压水射流,到激光切割等。
它们在本质上基本都是沿着和键盘相似的演变路线不断发展的。
(8)技术系统协调性进化法则技术系统协调性进化法则指出,技术系统向着其子系统各参数协调、系数参数与超系统各参数相协调的方向发展进化。
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,各参数之间有目的地相互协调或反协调,能够实现动态调整和配合。
子系统各参数之间的协调,包括材料性质、几何结构和尺寸、质量上的相互协调。
(二)基于技术进化法则的技术预测与新产品开发显然,一旦掌握了这些规律,我们就可以在此基础上,确认目前产品所处的发展状态,发现产品存在的缺陷和问题,并预测未来的发展趋势,制定产品开发战略和规划。
这就是我们常说的技术预测。
技术预测包含一个重要内容,那就是产品进化曲线——S曲线,用于表示产品从诞生到退出市场这样一个生命周期的基本发展过程。
在TRIZ理论中将进化曲线分为四个阶段,即婴儿期,成长期,成熟期和衰退期。
婴儿期和成长期一般代表该产品处于原理实现、性能优化和商品化开发阶段,到了成熟期和衰退期,则说明该产品技术发展已经比较成熟,盈利逐渐达到最高并开始下降,需要开发新的替代产品。
随着产品的不断更新换代,形成了该类产品的进化曲线族。
产生进化曲线——S曲线。
TRIZ理论提供了一种识别和确认产品所处状态的技术,即首先总结出特定时间内与产品相关的专利数量,专利级别,市场利润因此,基于技术进化法则,可以使我们的产品开发具有可预见性,对于提和产品性能的基本变化规律,那么通过对当前产品的相关参数变化提高产品创新的成功率,缩短发明周期,都具有重要意义和价值。
化情况,我们就可以确定该产品处于生命周期的哪个阶段,从而为制定产品开发策略提供参考。
产品进化与研发预测实例:案例一直升飞机的诞生与发展二十世纪最重大的发明之一,是飞机的诞生。
人类自古以来就梦想着能像鸟一样在太空中飞翔。
而2000多年前中国人发明的风筝,虽然不能把人带上太空,但它确实可以称为飞机的鼻祖。
本世纪初在美国有一对兄弟他们在世界的飞机发展史上做出了重大的贡献,他们就是莱特兄弟。
在当时大多数人认为飞机依靠自身动力的飞行完全不可能,而莱特兄弟确不相信这种结论,从1900年至1902年他们兄弟进行1000多次滑翔试飞,终于在1903年制造出了第一架依靠自身动力进行载人飞行的飞机“飞行者”1号,并且获得试飞成功。
他们因此在1909年获得美国国会荣誉奖。
同年,他们创办了“莱特飞机公司”。
这是人类在飞机发展的历史上取得的巨大成功。
1903年12月17日莱特兄弟驾驶他们制造的飞行器员进行首次持续的、有动力的、可操纵的飞行。
1910年12月10日,在法国巴黎展览会上,有一架飞机在表演时坠毁。
驾驶员被抛出燃烧的机舱。
但是,这架飞机却引起人们很大关注。
因为它使用的一台新型发动机。
设计者就是飞机驾驶员本人,他是罗马尼亚人,名叫亨利·科安达,毕业于法国高等技术学校。
他设计的发动机是用一台50马力的发动机使风扇向后推动空气,同时增设一个加力燃烧室,使燃气在尾喷管中充分膨胀,以此来增大反推力。
这就是最早的喷气发动机。
本世纪30年代后期,活塞驱动的螺旋桨飞机的最大平飞时速已达到700公里,俯冲时已接近音速。
音障的问题日益突出。
前苏、英、美、德、意等国大力开展了喷气发动机的研究工作。
德国设计师,奥安在新型发动机研制上最早取得成功。
1934年奥安获得离心型涡轮喷气发动机专利。
1939年8月27日奥安使用他的发动机制成He-178喷气式飞机。
喷气发动机研制出之后,科学家们就进一步让飞机进行突破音障的飞行,经过10多年之后这项工作终于被美国人完成了。
1947年10月14日在美国加利福尼亚州的桑格菲尔地区,贝尔公司试飞能冲破音障的飞机。
上午10时一架巨大的B-29轰炸机,在机舱下悬挂着一驾造型奇特的小飞机起飞了。
这架小飞机命名为X-1火箭飞机。
X -1飞机装有4台火箭发动机,总推力2700公斤,使用的燃料是危险的液氢和酒精。