TRIZ技术进化理论及其应用案例.ppt

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1、第六章TRIZ技术进化理论及其应用,2,TRIZ主要工具,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,Altshuller 经过分析250万件世界专利发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡的过程，是有规律可循的。通过对世界专利库的分析，发现并确认了技术在结构上进化的趋势，即进化模式与进化路线；而且还发现，在一个工程领域中总结出的进化模式与进化路线可在另一工程领域实现，即技术进化模式与进化路线具有可传递性根据技术系统进化曲线图，用户可对企业现有产品准确定位，同时可预测产品未来的发展趋势，最终实现生产一代、开发下一代的企业发展战略。为产品创新、市场经

2、营策略的正确制定提供依据，使企业用户在竞争中始终处于领先地位。,系统进化原理,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,例子:自行车进化过程,1818年，诞生了第一辆自行车，称为“木房子”1840年，引入了脚踏板，可以提高速度 1845年，车闸出现了，可以对速度进行控制 1870年，木头车轮被金属材料的车轮所替代 1885年，链轮及链条传动的自行车设计成功 1888年，引入了充气轮胎 1890年，引入了飞轮离合器 20世纪，各种新材料用于自行车零件,在自行车进化的过程中，全世界申请了相关专利1万件。,从历史的观点看，产品处于不断进化之中。TRIZ理论认为所有产品都是处于进化中的“技术系统”，进化

3、是指技术系统特性参数即性能的进化,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,从历史的观点看，产品进化分为如下4个阶段：为系统选择零部件；改善零部件；系统动态化；系统的自控制。,产品进化四个阶段,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,为系统选择零部件：飞机的发明是从100多年前开始的。当时的发明人所考虑的问题是：飞行的部件是什么？发动机是否在机翼内？机翼是固定的还是活动的？如果是活动的，是否与鸟的翅膀相同？发动机的类型是什么？蒸汽发动机还是电动发动机？经过多次实验，选用了固定式机翼及内燃机。改善零部件：发明人改进组成技术系统的不同零部件，对其形状、各种关系进行优化，采用更合适的材料、尺寸等。对于

4、飞机的改进，该阶段的问题是：一架飞机采用几个机翼，一个、两个还是三个；控制系统放在什么位置，前部还是后部；发动机的具体位置；螺旋浆应如何设计，是推动型还是拉动型；一架飞机应采用多少个齿轮，等等。经过该阶段的进化所设计的飞机与今天的飞机已很相似了。系统动态化：在该阶段，很多采用刚性连接的零部件改为柔性连接，如发明了飞机的可伸缩起落架，能改变形状的机翼，机身的前部可上下移动，发明了使飞机垂直升降的发动机等。由于系统动态化进化，系统性能空前提高。系统的自控制：这一进化步骤还没有广泛实现，但可从火箭、航天器的设计中看出该进化步骤已初露端倪，如运行中的航天器可对其自身的某些行为进行自组织。这只是该进化步

5、骤的开始，未来的系统能自动的适应环境。,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,一、系统进化定律和系统进化阶段,系统进化定律是系统发展过程中组件和外部环境之间基本的、稳定的、可重复的关系。这些定律的应用使工程师能够避免系统研发过程中的试验和尝试。,系统进化定律,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,系统进化定律定律的第一组,系统完整性定律该定律指出一个独立的技术系统都必须包括四个最基本的功能主件：动力装置能源；传动装置能源传递；执行部件工具执行系统的主要功能；控制部件导航和控制,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,弓,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,马车,基于TRIZ技术进化理论

6、的创新设计案例,汽车手动刹车,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,汽车,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,练习,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,练习,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,练习,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,系统参数的同步/协调定律该定律指出一个有效的技术系统存在的必要条件是协调：作用周期的协调（或自然频率）其他任何相关参数值的协调。,频率协调新工程系统按照这样的方向来发展：一个物体对另一个物体或者一个工件对另一个工件的作用变得更具动态性和更与工况匹配。连续的作用被脉动

7、取代，脉动的频率可以选择与系统的大部分工况相匹配。额外的作用可以引入，有效的相互作用进行排列,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,应用,可调模板,一块模板（带有孔的厚板）引导在曲面上钻孔。缺点：重新调整模板或孔的模式很费时间。建议：使用弹性元件制成模板，带有刚性部分的多个系统。重新调整模板的过程被减少到简单地弯曲（在两个方向上拉伸）和固定模板。导孔自动放置在同样的倾斜度下。,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,弹性刀片,问题当刮不规则的皮肤表面时，传统的剃刀不能完全地将胡须剃掉，同时会有刮破皮肤的危险。解决方案弹性刀片使用黏合剂连接在弹性支架上。握着剃刀的使用者可以用他的手指使支架发生

8、变形，这就使刀片发生变形。刀片的弹性应变改变了它的曲率，结果，剃刀刀片可以完全的配合被刮表面轮廓，有效地刮掉胡须。除此之外，割伤皮肤的危险也大大降低了。US Patent 4 893 641,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,汽车前灯在转弯时与方向盘同步,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,练习：参加婚礼的女孩,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,晚上的祷告,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,重载的分担,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,家庭,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于T

9、RIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,34,TRIZ主要工具,定律和系统进化阶段,系统进化定律是系统发展过程中组件和外部环境之间基本的、稳定的、可重复的关系。这些定律的应用使工程师能够避免系统研发过程中的试验和尝试。,系统进化定律,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,系统进化定律定律的第二组,定律的第二组指出独立于技术和物理因素的系统研发条件,增加理想化水平定律技术系统进化的基本定律。它指出技术系统是向着理想化水平增加的方向进化。任何一个技术系统，在它的整个生命周期，都是朝着

10、更可靠、更简单、更有效、更完美的趋势发展，包括：增加功能数；将一些功能转移到工件上；将一些功能转移到超系统或外界环境中；利用已经存在和可用的内部和外部资源,子系统（系统组件）的不均衡进化定律技术冲突该定律指出技术系统不同的子系统（零件/组件）在其整个生命周期总是以不同的频率进化这就产生了技术冲突。,向超系统过渡的进化定律该定律指出，系统在其整个生命周期总是朝着从单系统到双系统和多系统或是不同系统组合的方向进化。,理想解决方案，理想解和增加理想化水平定律,增加理想化水平定律技术系统进化的基本定律。它指出技术系统是向着理想化水平增加的方向进化。任何一个技术系统，在它的整个生命周期，都是朝着更可靠、

11、更简单、更有效、更完美的趋势发展，包括：增加功能数；将一些功能转移到工件上；将一些功能转移到超系统或外界环境中；利用已经存在和可用的内部和外部资源,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,理想的解决方案和最终理想解,理想的解决方案的概念是从为什么有些事情不能做到什么是可能的并且如何实现它的过程中释放思维。最终理想解是通过将您的思维集中到理想的解决方案是什么样的来从TRIZ中产生一些最具创造性的概念。最终理想解同时帮助您从理想状态回到现实（实际的工程问题及其所有的约束条件）的过程中找出解决方案的范围。,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,完美（理想）系统,完美（理想）系统是要求不需要消耗能量

12、、不需要成本来生产和不占据空间。这样的系统虽然不存在并且不能被创建，但是它是我们的目标，它为我们的系统设置了模式。它就像是一个完美的人或是完美的事。我们理解我们不能做到完美，但是我们知道什么是一个完美的人或者说他是我们完美的人或完美事的例子。,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,技术系统的理想化水平可用理想度D表示,增加理想化水平定律,式中Fu是有用功能；Fh是有害功能；Fc是与功能相关的成本。,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,Example:注射器,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,太阳软管,在您的屋顶上可以捕获到阳光，然后将其沿着高反射轴导入，扩散到您的内部空间,理想键盘

13、,一个小的投影器(1.4-by 1.4-by 2.6-inch)在您面前的桌面上传递显示器。触摸每个字母或数字，您都可以听到一个舒适的敲击声记载下您的输入。,占用较少的空间-消耗较少的能量-,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,现代无绳电话,它是由单片铝精心制成。它柔美的曲线与人类的脸型相匹配，很自然的握在手中,更小-消耗更少的能量-更多的功能,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,手表电视,占用较小的空间-消耗较少的能量-,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,Adidas 立体豪华太阳镜,镜片和镜框一个部件,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,“无壳”子弹,新型的子弹技术-“无

14、壳”子弹的G11 步枪,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,系统进化定律定律的第二组,定律的第二组指出独立于技术和物理因素的系统研发条件,增加理想化水平定律技术系统进化的基本定律。它指出技术系统是向着理想化水平增加的方向进化。任何一个技术系统，在它的整个生命周期，都是朝着更可靠、更简单、更有效、更完美的趋势发展，包括：增加功能数；将一些功能转移到工件上；将一些功能转移到超系统或外界环境中；利用已经存在和可用的内部和外部资源,子系统（系统组件）的不均衡进化定律技术冲突该定律指出技术系统不同的子系统（零件/组件）在其整个生命周期总是以不同的频率进化这就产生了技术冲突。,向超系统过渡的进化定律该

15、定律指出，系统在其整个生命周期总是朝着从单系统到双系统和多系统或是不同系统组合的方向进化。,系统进化定律定律的第二组,定律的第二组指出独立于技术和物理因素的系统研发条件,增加理想化水平定律技术系统进化的基本定律。它指出技术系统是向着理想化水平增加的方向进化。任何一个技术系统，在它的整个生命周期，都是朝着更可靠、更简单、更有效、更完美的趋势发展，包括：增加功能数；将一些功能转移到工件上；将一些功能转移到超系统或外界环境中；利用已经存在和可用的内部和外部资源,子系统（系统组件）的不均衡进化定律技术冲突该定律指出技术系统不同的子系统（零件/组件）在其整个生命周期总是以不同的频率进化这就产生了技术冲突

16、。,向超系统过渡的进化定律该定律指出，系统在其整个生命周期总是朝着从单系统到双系统和多系统或是不同系统组合的方向进化。,向超系统过渡的进化定律该定律指出系统在其整个生命周期总是朝着下列的方向进化：从单系统 到双系统和多系统 到不同系统的组合,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,到双系统和多系统,潮汐涡轮机,单一系统双系统多系统,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,从一个机身的单架飞机-双机身-多个机身,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,焊接:from one laser beam-double las

17、er beam,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,不同系统的组合,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,？,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,？,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,瑞典 丹麦,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,69,TRIZ主要工具,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,定律

18、和系统进化阶段,系统进化定律是系统发展过程中组件和外部环境之间基本的、稳定的、可重复的关系。这些定律的应用使工程师能够避免系统研发过程中的试验和尝试。,系统进化定律,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,系统进化定律定律的第三组,定律的第三组指定在物理因素/限制条件,向微级别（纳米级别）过渡的定律该定律指出系统是向着组件分割的方向进化（首先是，工作方式的分割）,增加系统的可控性/柔性的定律技术系统的进化是朝着下列方向：增加可控性；从“刚性”到柔性结构；从“刚性”到柔性参数。,物理限制条件,光学测量法的准确性受光的波长限制,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,向微级别（纳米级别）过渡的定律

19、该定律指出系统是向着组件分割的方向进化（首先是，工作方式的分割）,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,微型发动机,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,系统进化定律定律的第三组,定律的第三组指定在物理因素/限制条件,向微级别（纳米级别）过渡的定律该定律指出系统是向着组件分割的方向进化（首先是，工作方式的分割）,增加系统的可控性/柔性的定律技术系统的进化是朝着下列方向：增加可控性；从“刚性”到柔性结构；从“刚性”到柔性参数。,增加系统的可控性,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,增加系统的可控性,基于TRI

20、Z技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,动态化,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,倾转旋翼机,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,可携带的EZ 床,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,站姿角度（柔性）椅,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,二、系统进化模式,模式1：技术系统的进化的阶段性；模式2：向增加系统理想化水平的方向进化；模式3：技术系统的不均

21、衡进化；模式4：向增加动态性和可控性方向进化；模式5：先使系统的复杂性增加而后向减少系统的复杂性方向进化；模式6：部件的匹配与不匹配交替出现；模式7：由宏观系统向微观系统的进化；模式8：增加自动化程度，减少人的介入。,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,三、技术进化路线,相似的单一系统到集成系统的进化路线：单系统两系统多系统集成多系统；并行设计,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,不同的单一系统到集成系统的进化路线：单系统两系统多系统多系统的集成；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,物体和物质的分割进化路线：单一物体分割的多个物体液体或粉末

22、气体场；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,空间分割程度的进化路线：实体物体空心物体具有多空穴的物体具有毛细管的系统具有活性毛细管的系统；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,表面分割的进化路线：平面具有凸起的表面粗糙表面具有活性孔的表面；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,流体分割的进化路线：连续流体分成两部分的流体分成几部分的流体分成很多部分的流体；增加动态性的进化路线；刚性体单铰体多铰体柔性体液体或气体场；超系统系统子系统物质；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,节奏的一致性进化路线：连续作用脉动以共振的方式脉动几个作用移动波；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案

23、例,动作一致性进化路线：不同步作用局部同步作用同步作用在间歇期间作用；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,可控性增加的进化路线：直接对作用物体的控制通过中间物的控制具有反馈的控制具有智能反馈的控制；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,维度的进化路线：点线面体,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,线性结构的几何进化路线：线2维曲线3维曲线复合3维曲线；,表面的几何进化路线：平面单一曲率的平面两个曲率的平面组合平面；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,立体结构的几何进化路线：立方体圆柱体球体组合体,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,场的可控性进化路线：重力场机械场热场电

24、磁场化学场生物场；机械场：摩擦场压力场移动场流场振动场；电磁场：磁场电场光场；单一场两个混合场多个混合场的螺旋式进化；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,构件裁剪的进化路线：多构件执行功能的系统裁剪不执行功能的构件减少执行功能的构件数增加执行构件的功能；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,材料的进化路线：贵重材料一般材料复合材料功能材料；信息饱和度的进化路线：机械系统自动化系统自我检测系统自我复制系统；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,物场作用加强的进化路线：非物场系统简单的物场系统改变的物质和场物质和场的一致性改变的物场结构加强的物场系统；改变的物场结构简单的物场综合的物

25、场扩展的物场；综合的物场：内部综合的物场外部综合的物场使用外部环境的综合物场；扩展的物场：链式物场双重物场混合的物场；增强的物场：简单增强的物场综合增强的物场扩展增加的物场；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,引入物质或场的进化路线：引入物质与已有两物质中之一在广义概念上相同：内部添加外部添加环境添加两物质之间添加；引入物质与已有两物质不同：内部添加外部添加环境添加两物质之间添加；引入场：内部添加外部添加环境添加两物质之间添加；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,技术系统的进化潜能是为了实现TRIZ进化模式与现代产品设计方法学的融合而提出的新

26、概念，将技术系统的进化潜能定义为当前技术系统的相对成熟度与其能够达到的进化极根之间的差值。进化潜能可通过图所示的进化潜能图直观地表示给定技术系统进化情况,四、技术进化潜能,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,产品进化位置的量化,产品相对进化模式位置的确定,表1 产品进化位置的模糊量化,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于进化路线创新解产生过程,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,问题描述 往复密封是液压缸关键技术，其性能对液压缸的低速特性、运动的灵敏性和动、静刚度起决定性作用。通过市场调研，用户要求对液压往复密封提出改进设计要求。,液压往

27、复密封的进化路线 液压往复密封创新包括新的密封材料和功能性材料的应用、密封件的截面形状设计、密封结构的改进和密封件的组合。本文从材料、结构、截面形状和功能几方面来分析往复密封技术的进化历程，并归纳和总结出与往复密封进化相关的进化路线如图所示。,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,(a)材料进化路线；(b)增加系统的动态性进化；(c)增加系统分割的进化路线。(d)增加空间分割的进化路线,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,(e)增加表面分割的进化路线;(f)增加可控性的进化路线(g)向超系统进化的进化路线;(h)增加几何体复杂性的进化路线；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,(i)

28、几何体的进化路线;(j)减小能量的进化路线(k)增加系统协调性的进化路线;(l)增加动作协调性的进化路线；,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,液压往复密封的进化潜能图,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,液压往复密封的创新解,单一密封材料难以同时满足密封和耐磨要求，因此密封材料的多元化、复合化和功能性材料的应用是往复密封材料创新的重要方向。探索磁场、电场、化学场和生物场等复合场作用的密封技术可获得往复密封的突破式创新。沿空间分割进化路线开发具有多孔和毛细管的密封结构可大大提高密封的润滑性能，减少粘滑阻力、降低磨损率。,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,液压往复密封的创新解,几何

29、体进化是一个比较明显的进化趋势，当在设计过程中探索所有能得到的自由度时，就会得到密封件的创新设计。开发截面形状更复杂的密封件可使密封性能、耐磨性大幅度提高，增加密封件的寿命和可靠性。往复密封技术沿表面分割的进化已处于第三个阶段，开发具有活性孔的密封件可进一步增加密封装置的动态性，从而得到新型往复密封结构。,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,液压往复密封的创新解,要增加密封的可控性，应开发带有反馈控制和智能控制的密封装置。液压往复密封技术在可控性、充分利用系统内部资源、向理想化方向进化等方面还有很大的进化潜能。液压往复密封在系统动作的协调性和节奏和谐性方面刚刚实施进化，因此沿该方向开发密封产品将引发液压往复密封的突破式发展,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,根据上述提供的方向进行往复密封的研究开发，会获得往复密封的创新设计。当然，要得到创新设计解，必须根据创新方向构思相应的创新设计方案。如沿往复密封件几何体进化方向可预测下一个结构进化状态应为复杂的截面形状，图所示为由此构思的密封创新设计的一个方案。由于该密封的弹性力可调，且带有止口，可提高往复密封的密封性能和耐磨性。,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,基于TRIZ进化理论的产品创新设计实例练习牙刷,基于TRIZ技术进化理论的创新设计案例,课程结束,谢谢！,