《系统进化法则》PPT课件.ppt

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1、TRIZ理论基础技术系统进化法则,石社轩,2,2,、,技术系统/技术过程,矛盾,理想化,资源,系统科学,思维科学,基础知识+专业知识+交叉学科知识,创新思维培养,技术系统进化法则,功能分析,物场模型,矛盾分析,专利分析,发明问题解题流程（ARIZ）,科学原理知识库,辩证法系统论认识论+本体论,发明问题标准解法,技术矛盾发明原理,基本概念,理论基础,问题分析工具,问题求解工具,解题流程,理论来源,资源分析,物理矛盾分离方法,TRIZ 理论体系,哲学思想,TRIZ 理论体系,谋,略,技巧,方法,40个发明原理39个通用工程参数和矛盾矩阵物理矛盾的分离原理物场模型分析,TRIZ 理论体系,2.2 T

2、RIZ的理论体系,谋,略,技巧,方法,TRIZ的创造性思维：系统思维多屏幕法、智能小人法、金鱼法、尺度-时间-成本算子,技术系统进化法则最终理想解（IFR）,发明问题的（76个）标准解法发明问题标准算法物理效应和现象知识库,TRIZ的9大经典理论,TRIZ理论简介,2.3 TRIZ解决问题的方法和流程,效 应 知 识 库,矛盾矩阵,76个发明问题标准解法,发明问题解决程序(ARIZ),理想化,技术系统进化法则,需求功能/资源分析及矛盾定义,物场模型,39个通用工程参数,分离原理,选择和描述问题,40个发明原理,发明问题,最终解决方案,6,三大进化理论 1.达尔文的生物进化论 2.马克思的历史唯

3、物主义社会进化论 3.阿奇舒勒的技术系统进化理论,7,阿奇舒勒先生是研究分析了成千上万例世界上顶尖工程技术领域中的重要专利，使他对技术系统进化趋势的规律产生了最初的理解，由此奠定了他创立解决发明问题的分析方法的基础，并逐渐完善TRIZ创造性解决问题的理论基础。TRIZ原理可理解为：所有技术系统的进化都遵循一定的客观规律。,8,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。,技术系统进化理论指出,TRIZ理论前提和基本认识：,产品及其技术的发展总是遵循着一定的客观规律同一条规律往往在不同的产品或技术领域被反复应用，很多创新实质上往往是其他领域技术在某一领域的全新应用人们只要遵循着产品

4、及其技术发展的客观规律就能能动地进行产品设计并预测产品的未来发展趋势,技术系统进化法则,涵盖了各种产品核心技术的进化规律技术系统由多个子系统组成，子系统由元件和操作构成。系统的更高级系统称超系统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,（幼年期）,（发展期）,（老年期）,技术系统进化法则,技术系统的S曲线进化法则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法则8.子系统协调性法则,技术系统进化生命周期

5、S曲线,、,技术系统进化法则之一 S曲线进化法则,、,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。,婴儿期,衰退期,成长期,成熟期,1-马车的进化S曲线2-滑轨装置车进化S曲线3-发动机驱动车进化S曲线4-螺旋桨飞机进化S曲线5-喷气式飞机进化S曲线6-化学燃料火箭进化S曲线7-核燃料火箭和利用太阳能驱动的固体燃料火箭进化S曲线8-总体的S曲线,提高运输速度的各类技术系统的S曲线,技术系统进化不同阶段的特征,、,t,t,t,t,专利数量,利润,性能参数,发明级别,1,2

6、,3,4,时间（阶段）,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。,实例：飞机机翼的“多-双-单”和“单-多”系统,操纵“索羽茨”紧急降落的多叶型机翼,为亚、超和极超音速飞机配置的多机翼型的动态转换器,机身带有机翼和驱动系统的“宇宙飞船”（非自动升降、降低）,复杂的飞机：单机翼机翼非均质、细长、双系统尾部机翼带细长非均质多系统中断器（在机翼上，非机翼）反转的单系统部分非自动升降和降低：所有辅助系统都安装在双机翼的一侧,带稳定和减速用的反作用多机翼,早先为减速用的伸缩型机翼,为稳定升降用的各种多机翼的翼面,可改变特性的梯形和蜂窝型多机翼的升降翼面,在多机翼一侧安装

7、同样形状的翼面,相反的部件-正向稳定器作为组成飞行火箭的一个系统,可调整特性不同大小翼面的双机翼,相同翼面的双机翼,S.Langpey（1903）双平行机翼wilbur两兄弟（1903）双直立型机翼,G.Caylay（1849）三翼机；W.Sawekuhew（1916）4翼；E.Fedorow5翼机（1895）；English engineerG.Phillips（1883）40翼机,Felix di Felix（1857）Alexander Moszhajski(1884)Otto Lilienthal(1891)单翼机,多机翼,单机翼,双机翼,多机翼,单机翼自动升降系统,多机翼部分自动升降

8、系统,17,门锁的进化,18,电脑键盘的进化轨迹,19,计算机的进化,量子计算机,20,未来的电脑,法则1：完备性法则,一个完整的技术系统包含动力装置、传输装置执行装置和控制装置四个部件,控制装置,控制装置,完整的技术系统,法则1实例,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,法则1：完备性法则,法则1的启示：设计技术系统要考虑到系统的完备性，只有系统完备，才会实现一定的功能。扩展：任何系统，在没有完备的前提下，实现功能是困难的。,法则2：能量传递法则,必须保证能量能从能量源流向技术系统的所有元件。能使能量流动的路径缩短的方向发展，以减少能量损失。,法则2

9、实例,尽管收音机内各子系统工作都正 常，但收音机在汽车（金属屏蔽 的环境）中电台传导的能量源受 阻不能正常收听广播，在汽车外加一根天线，问题就解决了绞肉机替代菜刀，用旋转运动代 替刀的垂直运动，能力传递路径 缩短，能量损失减少，同时提高了效率,能量传递法则,启示：任何系统的运行均需要能量，我们可以希望消耗较少的能量，但不能希望系统不消耗能量。-世界上没有免费的午餐,法则3：动态性进化法则,技术系统的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,不同产品技术的进化路径,刚性,单铰链,多铰链,柔性,气体、液体,场,切割技术的动态性进化,水切割,激光切割,线切割

10、机床,法则3实例,柔软性可移动性可控性照相机进化：,柔性体,液体/气体,场,手动调焦,通过按钮调焦,感应光线调焦,自动调焦,法则3实例航空燃气涡轮发动机的进化,1930s第一台燃气涡轮发动机的转子-单转子、单级整体压气机、单级涡轮,法则3实例航空燃气涡轮发动机的进化,1970s的RB199(狂风战斗机)三转子，整台发动机共上万个零件。,法则3实例航空燃气涡轮发动机的进化,1990s的EJ200(欧洲战斗机EFA),1990s末期的PW6000,与70年代的发动机相比，新一代发动机的零件数目减少1/3。,法则3实例航空燃气涡轮发动机的进化,发动机零件数目由增加到减少发动机性能的不断提高推重比：2

11、 15耗油率：60%，比70s20%寿命、平均故障时间、平均大修时间生命期成本、噪声,法则4：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,技术系统进化法则4 提高理想度法则,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度，向最理想系统的方向进化提高理想度法则是所有进化法则的基础。,什么是理想度？,定量描述：定性描述：为实现有用功能的所有花费最理想的状况：有用功能 资源的消耗 0,有害作用之和,有用功能之和

12、,理想度,测量金属腐蚀度的理想方案,、,最终理想解利用已有资源去掉容器但能实现有用功能盛酸溶液？腐蚀的有害作用自动消失,传统设计者 铂金容器 耗费资源 耗费时间,法则4实例,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,44,计算机的进化,量子计算机,45,未来的电脑,法则5：子系统不均衡进化法则,任何技术系统所包含的子系统都不是同步、均衡进化的，每个子系统都是沿自己的S曲线向前发展。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。,法则5实例,自行车的进化起先、脚蹬子直

13、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,技术系统进化法则5子系统不均衡进化法则,技术系统由多个实现各自不同功能的子系统组成。子系统不均衡进化法则包含着：任何技术系统中的每一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；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）利用这一法则的知识，可以帮助创造者及时发现并改进最不理想的子系统,自行车的不均衡进化,法则6：向超系统进化法则,技

14、术系统沿着从单系统双系统多系统的方向发展进化到极限时，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强改进的同时，也简化了原有的技术系统,法则6：向超系统进化法则,法则6：向超系统进化法则,法则6实例,飞机在长距离飞行时，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，不必再随身携带庞大的燃油箱,“逐步增加逐步减少”（“单-双/多-单”）技术系统总模式,单系统,双或多系统,相似的功能,不同的功能,逐步部分地减少系统,减少成新的单系统,具有相似的特性,具有混合的特性

15、,具有不同的特性,具有相反的特性,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,法则7：向微观进化法则,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,各类物体的进化路径,原子、粒子,分子、离子,复合分子,粉末,针状和纤维状物体,实心物体,沸石和胶质材料,带填充物的毛细管材料,毛细管-多孔材料,多孔的材料,中空的均质体,实心物体,结构的进化路径,材料的进化路径,中空结构的进化路径,技术系统进化法则7向微观级和场的应用进化法则,技术系统：元件：场的

16、应用：,微观,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,播放机向微观的进化,新颖的发明,法则8：协调性法则,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。表现在：结构上的协调各性能参数的协调工作节奏/频率上的协调,技术系统进化法则之八子系统协调性进化法则,组成技术系统的各个子系统、各个部件在保持协调的前提下，充分发挥各自的功能。表现在：结构上协调。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。性能参数的协调。比如：网球拍需要考虑两个性能参数的协调：一方面要将球拍整体重量降低，以提

17、高其灵活性；同时要增加球拍头部重量，以保证产生更大的挥拍力量。工作节奏和频率上的协调。比如吸尘器吸力太大，吸嘴会粘住地毯,(a)积木,(c)浇灌混凝土,(b)网球拍,结构、性能、节奏和频率的协调性,法则8实例,结构上的协调 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各性能参数的协调 网球拍需要考虑两个性能参数的协调：将球拍整体重量降低，以提高其灵活性，同时增加球拍头部重量，以保证产生更大的挥拍力量工作节奏/频率上的协调 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,系统进化法则的作用,引导市场需求定性技术预测产生新技术实施专利布局（专利池）和标准战略适时选择企业战略。,