第3章_triz發(fā)明技術系統(tǒng)進化及其模式分析

1、1第第3 3章章 技術系統(tǒng)進化技術系統(tǒng)進化及其模式分析及其模式分析2v 3.1 3.1 技術系統(tǒng)和產(chǎn)品進化簡介技術系統(tǒng)和產(chǎn)品進化簡介v 3.2 3.2 技術系統(tǒng)進化模式技術系統(tǒng)進化模式 3.2.1 3.2.1 模式一模式一 技術系統(tǒng)的生命周期技術系統(tǒng)的生命周期 3.2.2 3.2.2 模式二模式二 增加理想化水平增加理想化水平 3.2.3 3.2.3 模式三模式三 系統(tǒng)不均衡發(fā)展導致矛盾出現(xiàn)系統(tǒng)不均衡發(fā)展導致矛盾出現(xiàn) 3.2.4 3.2.4 模式四模式四 增加動態(tài)性和可控性增加動態(tài)性和可控性 3.2.5 3.2.5 模式五模式五 技術集成以增加系統(tǒng)功能技術集成以增加系統(tǒng)功能 3.2.6 3.2

2、.6 模式六模式六 系統(tǒng)元件的匹配與不匹配系統(tǒng)元件的匹配與不匹配 3.2.7 3.2.7 模式七模式七 系統(tǒng)由宏觀向微觀進化系統(tǒng)由宏觀向微觀進化 3.2.8 3.2.8 模式八模式八 提高自動化程度和智能化程度提高自動化程度和智能化程度v 3.3 3.3 技術系統(tǒng)進化綜合運用技術系統(tǒng)進化綜合運用2第第3 3章章 技術系統(tǒng)進化及其模式分析技術系統(tǒng)進化及其模式分析3v 任何領域產(chǎn)品都與生物一樣，存在著任何領域產(chǎn)品都與生物一樣，存在著產(chǎn)生、生長、成熟、衰老和滅亡產(chǎn)生、生長、成熟、衰老和滅亡的進化規(guī)律。的進化規(guī)律。v 掌握了這些規(guī)律，人們就能能動地進行產(chǎn)品的設計開發(fā)，有目的地制掌握了這些規(guī)律，人們就能

3、能動地進行產(chǎn)品的設計開發(fā)，有目的地制定技術改進和創(chuàng)新方向，預測產(chǎn)品當前和未來的地位趨勢。定技術改進和創(chuàng)新方向，預測產(chǎn)品當前和未來的地位趨勢。v TRIZTRIZ法進化理論把法進化理論把技術的進化技術的進化分為分為新發(fā)明、技術進步和技術成熟新發(fā)明、技術進步和技術成熟三個三個階段，并將階段，并將產(chǎn)品產(chǎn)品分為分為嬰兒期、成長期、成熟期和衰退期嬰兒期、成長期、成熟期和衰退期四個階段。四個階段。v 技術系統(tǒng)進化有其自身技術系統(tǒng)進化有其自身固有的模式固有的模式，并總結歸納出技術系統(tǒng)進化八大，并總結歸納出技術系統(tǒng)進化八大模式。模式。33.1 3.1 技術系統(tǒng)和產(chǎn)品進化簡介技術系統(tǒng)和產(chǎn)品進化簡介4 模式一模式

4、一 技術系統(tǒng)的生命周期技術系統(tǒng)的生命周期 模式二模式二 增加理想化水平增加理想化水平 模式三模式三 系統(tǒng)不均衡發(fā)展導致矛盾出現(xiàn)系統(tǒng)不均衡發(fā)展導致矛盾出現(xiàn) 模式四模式四 增加動態(tài)性和可控性增加動態(tài)性和可控性 模式五模式五 技術集成以增加系統(tǒng)功能技術集成以增加系統(tǒng)功能 模式六模式六 系統(tǒng)元件的匹配與不匹配系統(tǒng)元件的匹配與不匹配 模式七模式七 系統(tǒng)由宏觀向微觀進化系統(tǒng)由宏觀向微觀進化 模式八模式八 提高自動化程度和智能化程度提高自動化程度和智能化程度43.2 3.2 技術系統(tǒng)進化模式技術系統(tǒng)進化模式5v 需強調需強調關鍵技術關鍵技術與與核心技術核心技術的區(qū)別。的區(qū)別。p 在現(xiàn)有的產(chǎn)品在現(xiàn)有的產(chǎn)品S

5、S曲線的基礎上，如果對產(chǎn)品中的關鍵技術作改進和曲線的基礎上，如果對產(chǎn)品中的關鍵技術作改進和創(chuàng)新，會形成新一輪的創(chuàng)新，會形成新一輪的S S曲線，多次關鍵技術創(chuàng)新會形成多個曲線，多次關鍵技術創(chuàng)新會形成多個S S曲曲線，形成在線，形成在同一核心技術支持下的所謂同一核心技術支持下的所謂S S曲線族曲線族。（輪軌技術。（輪軌技術高鐵技術）高鐵技術）p 但一旦但一旦核心技術核心技術發(fā)生變化，就應該形成新的產(chǎn)品，形成新的發(fā)生變化，就應該形成新的產(chǎn)品，形成新的S S曲線曲線，并依靠相應的自有的關鍵技術的進步，形成新的，并依靠相應的自有的關鍵技術的進步，形成新的S S曲線族。（磁曲線族。（磁懸浮技術）懸浮技術）

6、5模式一 技術系統(tǒng)的生命周期飛機：飛機：螺旋槳螺旋槳噴氣，核心技術不同，噴氣，核心技術不同，S S曲曲線不同；線不同；核心技術核心技術突破可造成嶄新的產(chǎn)品，但風險大突破可造成嶄新的產(chǎn)品，但風險大，有較長的商業(yè)歷程。，有較長的商業(yè)歷程。關鍵技術關鍵技術的突破是對現(xiàn)有產(chǎn)品的重大改進。的突破是對現(xiàn)有產(chǎn)品的重大改進。6 1.1.理想化與理想解理想化與理想解 2.2.理想化程度評價理想化程度評價 3.3.理想化法則理想化法則 4.4.理想化設計案例理想化設計案例6模式二 增加理想化水平 71.理想化定義：理想化定義：一個技術系統(tǒng)，從某一起點向最終結果進化，是一個一個技術系統(tǒng)，從某一起點向最終結果進化，是

7、一個逐步理想化過程。逐步理想化過程。2.理想化目標：理想化目標：發(fā)明創(chuàng)新的理想狀態(tài)是理想解的實現(xiàn)，盡可能地使產(chǎn)發(fā)明創(chuàng)新的理想狀態(tài)是理想解的實現(xiàn)，盡可能地使產(chǎn)品接近于理想解是產(chǎn)品創(chuàng)新的指導思想。品接近于理想解是產(chǎn)品創(chuàng)新的指導思想。3.理想化特點：理想化特點：p 是對客觀世界中所存在物體的一種是對客觀世界中所存在物體的一種抽象抽象，這種抽象在客觀世界并不存在，這種抽象在客觀世界并不存在，又不能通過實驗驗證。，又不能通過實驗驗證。p 理想化理想化是真實物體存在的一種極限狀態(tài)，只能夠無限的接近但是不能達是真實物體存在的一種極限狀態(tài)，只能夠無限的接近但是不能達到。到。p 理想狀態(tài)理想狀態(tài)的設想可以幫助去

8、除其他繁雜的干擾因素，從而更加專注到矛的設想可以幫助去除其他繁雜的干擾因素，從而更加專注到矛盾和發(fā)展本身，有利于解決方案的快速尋求。例如物理學中的理想氣體盾和發(fā)展本身，有利于解決方案的快速尋求。例如物理學中的理想氣體，幾何學中的點與線，材料學的理想晶體結構等。，幾何學中的點與線，材料學的理想晶體結構等。p 理想實驗：理想實驗：宇宙有邊界嗎？慣性定律（斜面、平面）宇宙有邊界嗎？慣性定律（斜面、平面）7 理想化與理想解8v 理想化分為局部理想化和全局理想化兩類。理想化分為局部理想化和全局理想化兩類。 1.1.局部理想化是指對于局部理想化是指對于選定的原理選定的原理，通過不同的實現(xiàn)方法使其理想，通過

9、不同的實現(xiàn)方法使其理想化?；?。 如用如用太陽光太陽光來來加熱加熱容器中的水，就成為太陽能熱水器。但在這一原理下，容器中的水，就成為太陽能熱水器。但在這一原理下，人們采取了多種不同的關鍵技術，如加熱面鍍膜，光能可進不可出等，造人們采取了多種不同的關鍵技術，如加熱面鍍膜，光能可進不可出等，造就了市場上數(shù)十種不同的產(chǎn)品，并不斷進化。就了市場上數(shù)十種不同的產(chǎn)品，并不斷進化。 2.2.全局理想化是指對全局理想化是指對同一功能同一功能，通過選擇，通過選擇不同的原理不同的原理使之理想化。使之理想化。 如如太陽能的利用太陽能的利用可有多種途徑：可有多種途徑： 奧林匹克比賽圣火用透鏡聚焦方式，把光線聚焦到一個點

10、上，光的高能量奧林匹克比賽圣火用透鏡聚焦方式，把光線聚焦到一個點上，光的高能量使物質燃燒，光能轉化為化學能。使物質燃燒，光能轉化為化學能。 隨著現(xiàn)代科技發(fā)展，出現(xiàn)了光伏電池，把太陽光能轉變?yōu)殡娔?。隨著現(xiàn)代科技發(fā)展，出現(xiàn)了光伏電池，把太陽光能轉變?yōu)殡娔堋?理想化分類9局部理想化局部理想化全局理想化全局理想化加強加強 通過參數(shù)優(yōu)化、采用更高級通過參數(shù)優(yōu)化、采用更高級的材料、引入附加調節(jié)裝置等加強的材料、引入附加調節(jié)裝置等加強有用功能的作用。（鋼化玻璃）有用功能的作用。（鋼化玻璃）降低降低 通過對有害功能的補償，減通過對有害功能的補償，減少或消除損失和浪費，采用更加便少或消除損失和浪費，采用更加便宜

11、的材料、標準零部件等。（穩(wěn)壓宜的材料、標準零部件等。（穩(wěn)壓器）器）通用化通用化 采用多功能技術增加有用采用多功能技術增加有用功能的個數(shù)。（多功能打印機）功能的個數(shù)。（多功能打印機）專業(yè)化專業(yè)化 突出功能的主次。（配件突出功能的主次。（配件生產(chǎn)）生產(chǎn)）取消子功能取消子功能 在不影響主要功能在不影響主要功能的前提下，去掉中性的及輔助的的前提下，去掉中性的及輔助的功能。（去掉火車車窗）功能。（去掉火車車窗）取消子系統(tǒng)取消子系統(tǒng) 如果采用某種可用如果采用某種可用資源后可省掉輔助子系統(tǒng)，可降資源后可省掉輔助子系統(tǒng)，可降低系統(tǒng)成本。（建筑物支柱、免低系統(tǒng)成本。（建筑物支柱、免充氣輪胎）充氣輪胎）改變原理改

12、變原理 改變已有系統(tǒng)的工作改變已有系統(tǒng)的工作原理，可簡化系統(tǒng)或使過程更為原理，可簡化系統(tǒng)或使過程更為簡便。（陰極射線顯示器簡便。（陰極射線顯示器- -等離等離子體子體液晶液晶LEDLED）9局部理想化與全局理想化比較10v 理想化是追求理想解的過程。理想化是追求理想解的過程。v 理想解的特點理想解的特點 消除原有系統(tǒng)的缺點消除原有系統(tǒng)的缺點 保留并發(fā)展原有系統(tǒng)的優(yōu)點保留并發(fā)展原有系統(tǒng)的優(yōu)點 不導致系統(tǒng)的復雜化不導致系統(tǒng)的復雜化 不導入新的缺點不導入新的缺點有害功能有用功能）理想化（Ideality10理想化程度評價（理想化公式）11v 理想化過程是有規(guī)律的，是有一定的法則可以參考的。常用的理想

13、化理想化過程是有規(guī)律的，是有一定的法則可以參考的。常用的理想化法則有：法則有： 法則法則1 1：去除輔助功能：去除輔助功能 （金屬板油漆采用溶劑溶解型涂料，揮發(fā)氣體有害，去掉，采用（金屬板油漆采用溶劑溶解型涂料，揮發(fā)氣體有害，去掉，采用粉末加熱融化，粘結）粉末加熱融化，粘結） 法則法則2 2：去除一些元件：去除一些元件（去掉登月計劃照明燈玻璃外殼）（去掉登月計劃照明燈玻璃外殼） 法則法則3 3：識別自服務：識別自服務（帶印戳的手套給雞蛋打編號、找理想熱膨脹（帶印戳的手套給雞蛋打編號、找理想熱膨脹系數(shù)為系數(shù)為0 0的材料的材料兩種材料（正負抵消）兩種材料（正負抵消） 法則法則4 4：替換零部件：

14、替換零部件（采用鋼質刀桿的機械夾持式硬質合金刀具（采用鋼質刀桿的機械夾持式硬質合金刀具（易脆易脆） 法則法則5 5：改變操作原理：改變操作原理（不倒翁電熨斗）（不倒翁電熨斗） 法則法則6 6：利用資源：利用資源（煤渣做磚）（煤渣做磚）11理想化法則12v 理想化實現(xiàn)的四個步驟：理想化實現(xiàn)的四個步驟： 第一步：描述需要改進的專門技術系統(tǒng)的現(xiàn)有性能；第一步：描述需要改進的專門技術系統(tǒng)的現(xiàn)有性能； 第二步：描述某個性能的理想化設想；第二步：描述某個性能的理想化設想； 第三步：根據(jù)個人經(jīng)驗和理想化設想從上述已抽象出來的六種理想化法則中第三步：根據(jù)個人經(jīng)驗和理想化設想從上述已抽象出來的六種理想化法則中選

15、定幾種法則；選定幾種法則； 第四步：把第三步選定的法則具體化到專門具體的技術系統(tǒng)，并根據(jù)本文已第四步：把第三步選定的法則具體化到專門具體的技術系統(tǒng)，并根據(jù)本文已敘述的理想化的四個特性來判定其解的有效性。敘述的理想化的四個特性來判定其解的有效性。12理想化設計案例13v 理想化目標：理想化目標：人的重心高過橫梁的量越小越好。人的重心高過橫梁的量越小越好。v 采用理想化法則采用理想化法則5：改變操作原理改變操作原理v 發(fā)明了跨越式、剪式、滾式、俯臥式和背越式等不同的跳高姿勢，人發(fā)明了跨越式、剪式、滾式、俯臥式和背越式等不同的跳高姿勢，人的重心逐漸靠近橫桿，獲得的高度是不一樣的，如圖所示：的重心逐漸

16、靠近橫桿，獲得的高度是不一樣的，如圖所示：13案例一 跳高運動的理想化v 沒有新的方法跳得更高，應考慮其沒有新的方法跳得更高，應考慮其他理想化法則他理想化法則14v 背景：背景：有梭織機結構簡單、造價便宜，但梭子的運動耗能太大，能占有梭織機結構簡單、造價便宜，但梭子的運動耗能太大，能占到整臺織機能量消耗的到整臺織機能量消耗的60%60%。v 理想化目標：理想化目標：織機引緯理想化的目標是盡可能降低梭子的質量，甚至織機引緯理想化的目標是盡可能降低梭子的質量，甚至不要梭子。不要梭子。v 理想化進步：理想化進步：v 理想化法則（理想化法則（4 4）“替換零部件替換零部件”的方法的方法，首先出現(xiàn)了劍桿

17、或片梭代，首先出現(xiàn)了劍桿或片梭代替?zhèn)鹘y(tǒng)梭子，大大降低了質量。替?zhèn)鹘y(tǒng)梭子，大大降低了質量。v 理想化法則（理想化法則（2 2）“去掉一些元件去掉一些元件”的方法，的方法，進而擯棄了梭子，發(fā)明進而擯棄了梭子，發(fā)明了噴氣和噴水引緯技術，利用氣流和水流攜帶緯紗通過整個布面，不了噴氣和噴水引緯技術，利用氣流和水流攜帶緯紗通過整個布面，不僅節(jié)省了能量、減少了噪聲，還大大提高了入緯率。如噴水織機入緯僅節(jié)省了能量、減少了噪聲，還大大提高了入緯率。如噴水織機入緯率可高達率可高達1300m/min1300m/min，而有梭織機最高也僅能達到，而有梭織機最高也僅能達到600 m/min600 m/min。14案例二

18、 織機引緯工作的理想化15v 背景：背景：電子具有電子具有電荷特性電荷特性同時具有同時具有自旋特性自旋特性。電荷特性用于電信號的。電荷特性用于電信號的傳輸和能量的傳遞，自旋特性用于存儲材料的制備等等。但是兩個特傳輸和能量的傳遞，自旋特性用于存儲材料的制備等等。但是兩個特性的綜合運用很晚才出現(xiàn)。性的綜合運用很晚才出現(xiàn)。v 方法：方法：v 科研工作者運用理想化方法，首先假設材料達到理想狀態(tài)，即材料中科研工作者運用理想化方法，首先假設材料達到理想狀態(tài)，即材料中雜質不予考慮，材料性能穩(wěn)定，周圍環(huán)境完全理想狀態(tài)。雜質不予考慮，材料性能穩(wěn)定，周圍環(huán)境完全理想狀態(tài)。v 根據(jù)理想狀態(tài)的條件研究發(fā)現(xiàn)，由于其獨特

19、的電子自旋和電荷效應的根據(jù)理想狀態(tài)的條件研究發(fā)現(xiàn)，由于其獨特的電子自旋和電荷效應的同時運用，同時運用，電阻率可以隨著外磁場的變化產(chǎn)生很大的變化電阻率可以隨著外磁場的變化產(chǎn)生很大的變化，具有巨磁，具有巨磁阻效應。阻效應。v 與非鐵磁材料結合，能夠制備很多開創(chuàng)性的電子元器件。與非鐵磁材料結合，能夠制備很多開創(chuàng)性的電子元器件。15案例三 巨磁材料的發(fā)現(xiàn)與運用16v 電視機的進化電視機的進化v 電視機經(jīng)歷了從黑白到彩色，從電子管、晶體管電視迅速發(fā)展到集成電視機經(jīng)歷了從黑白到彩色，從電子管、晶體管電視迅速發(fā)展到集成電路電視的過程，目前，電視正在向智能化、數(shù)字化和多用途化邁進電路電視的過程，目前，電視正在

20、向智能化、數(shù)字化和多用途化邁進。v 例如，網(wǎng)絡電視功能可以實現(xiàn)電視機與互聯(lián)網(wǎng)直接鏈接，用遙控器上例如，網(wǎng)絡電視功能可以實現(xiàn)電視機與互聯(lián)網(wǎng)直接鏈接，用遙控器上網(wǎng)瀏覽和欣賞網(wǎng)絡電視、網(wǎng)絡圖片以及互聯(lián)網(wǎng)信息。網(wǎng)瀏覽和欣賞網(wǎng)絡電視、網(wǎng)絡圖片以及互聯(lián)網(wǎng)信息。v 內置的無線功能可以將用戶計算機通過無線連接，從電視上調閱計算內置的無線功能可以將用戶計算機通過無線連接，從電視上調閱計算機資料和播放多媒體。機資料和播放多媒體。17v 汽車的輪胎汽車的輪胎v 傳統(tǒng)的汽車輪胎在外胎的里面還有一個充有壓縮空氣的內胎。傳統(tǒng)的汽車輪胎在外胎的里面還有一個充有壓縮空氣的內胎。v 這種輪胎的特點是行駛溫度高，不適應高速行駛，

21、使用時內胎在輪胎這種輪胎的特點是行駛溫度高，不適應高速行駛，使用時內胎在輪胎中處于伸張狀態(tài)，略受穿刺便形成小孔，使得輪胎迅速降壓，因而不中處于伸張狀態(tài)，略受穿刺便形成小孔，使得輪胎迅速降壓，因而不能充分保證行駛的安全性。能充分保證行駛的安全性。v 為了彌補這些缺陷，當前汽車輪胎的內外胎合并成一個系統(tǒng)，輪胎不為了彌補這些缺陷，當前汽車輪胎的內外胎合并成一個系統(tǒng)，輪胎不再使用內胎，空氣直接充入外胎內腔。這樣消除了內外胎之間的摩擦再使用內胎，空氣直接充入外胎內腔。這樣消除了內外胎之間的摩擦，并使熱量直接從輪輞散出，比普通輪胎降溫，并使熱量直接從輪輞散出，比普通輪胎降溫2020以上。以上。v 無內胎輪

22、胎提高了行駛安全性，在穿孔較小時能夠繼續(xù)行駛，中途修無內胎輪胎提高了行駛安全性，在穿孔較小時能夠繼續(xù)行駛，中途修理比有內胎輪胎容易，無須拆卸輪輞，而且因為有較好的柔軟性，所理比有內胎輪胎容易，無須拆卸輪輞，而且因為有較好的柔軟性，所以可改善輪胎的緩沖性能，提高輪胎的使用壽命。以可改善輪胎的緩沖性能，提高輪胎的使用壽命。18l所謂子系統(tǒng)的不均衡進化法則是指任何技術系統(tǒng)的子系統(tǒng)進化都是所謂子系統(tǒng)的不均衡進化法則是指任何技術系統(tǒng)的子系統(tǒng)進化都是不均衡的。不均衡的。l一個完整的系統(tǒng)包括動力裝置、傳輸裝置、執(zhí)行裝置和控制裝置四一個完整的系統(tǒng)包括動力裝置、傳輸裝置、執(zhí)行裝置和控制裝置四部分組成。部分組成。

23、l如果，改進某一特定參數(shù)，必然使得這一參數(shù)所從屬的子系統(tǒng)完美如果，改進某一特定參數(shù)，必然使得這一參數(shù)所從屬的子系統(tǒng)完美化，故其進化比其他子系統(tǒng)要迅速?；?，故其進化比其他子系統(tǒng)要迅速。l子系統(tǒng)進化對其他子系統(tǒng)具有直接或間接的影響，不理想的子系統(tǒng)子系統(tǒng)進化對其他子系統(tǒng)具有直接或間接的影響，不理想的子系統(tǒng)不能全面滿足對系統(tǒng)日益改善的要求，因而導致矛盾。不能全面滿足對系統(tǒng)日益改善的要求，因而導致矛盾。l掌握了子系統(tǒng)的不均衡進化法則，可以幫助我們及時發(fā)現(xiàn)并改進系掌握了子系統(tǒng)的不均衡進化法則，可以幫助我們及時發(fā)現(xiàn)并改進系統(tǒng)中最不理想的子系統(tǒng)，從而提升整個系統(tǒng)的進化階段。統(tǒng)中最不理想的子系統(tǒng)，從而提升整個系

24、統(tǒng)的進化階段。l比如，計算機、汽車的發(fā)展、更新和換代恰恰是由于某些零部件技比如，計算機、汽車的發(fā)展、更新和換代恰恰是由于某些零部件技術的不均衡發(fā)展引起的。術的不均衡發(fā)展引起的。18模式三 系統(tǒng)不均衡發(fā)展導致矛盾出現(xiàn)19l缺少任何一個部分缺少任何一個部分，系統(tǒng)就不能成為一個完整的系統(tǒng)；如果系統(tǒng)中，系統(tǒng)就不能成為一個完整的系統(tǒng)；如果系統(tǒng)中任一部分失效，整個技術系統(tǒng)就無法任一部分失效，整個技術系統(tǒng)就無法“幸存幸存”，任何一個部分的薄，任何一個部分的薄弱環(huán)節(jié)都將使整個系統(tǒng)性能的提高受到限制。弱環(huán)節(jié)都將使整個系統(tǒng)性能的提高受到限制。l系統(tǒng)均衡發(fā)展系統(tǒng)均衡發(fā)展，有助于確定更好發(fā)揮系統(tǒng)功能的改進方向，從而少

25、，有助于確定更好發(fā)揮系統(tǒng)功能的改進方向，從而少走彎路節(jié)約時間和資源。同時利用它可以對冗雜的系統(tǒng)進行簡化。走彎路節(jié)約時間和資源。同時利用它可以對冗雜的系統(tǒng)進行簡化。l在經(jīng)濟學中有在經(jīng)濟學中有短板理論短板理論。指出木桶的裝載量由其最短的一塊木板決。指出木桶的裝載量由其最短的一塊木板決定。這兩種理論有異曲同工之妙。定。這兩種理論有異曲同工之妙。l如：自行車運動系統(tǒng)由動力裝置如：自行車運動系統(tǒng)由動力裝置腳蹬、傳動裝置腳蹬、傳動裝置車鏈及軸車鏈及軸承、執(zhí)行裝置承、執(zhí)行裝置車輪和控制系統(tǒng)車輪和控制系統(tǒng)騎車人握車把的手組成，若騎車人握車把的手組成，若掉鏈、車胎爆了掉鏈、車胎爆了19模式三 系統(tǒng)不均衡發(fā)展導致

26、矛盾出現(xiàn)2020模式四 增加動態(tài)性和可控性v技術系統(tǒng)的進化應該朝著技術系統(tǒng)的進化應該朝著結構柔性、可移動性、可控性增加結構柔性、可移動性、可控性增加的方向發(fā)的方向發(fā)展，以適應環(huán)境狀態(tài)或執(zhí)行方式的變化，提高技術系統(tǒng)性能以適應不斷展，以適應環(huán)境狀態(tài)或執(zhí)行方式的變化，提高技術系統(tǒng)性能以適應不斷變化的環(huán)境和滿足多重需求。變化的環(huán)境和滿足多重需求。v動態(tài)性和可控性進化法則主要是指提高系統(tǒng)的動態(tài)性，以更大的柔性動態(tài)性和可控性進化法則主要是指提高系統(tǒng)的動態(tài)性，以更大的柔性和可移動性來獲得功能的實現(xiàn)，提高系統(tǒng)的動態(tài)性則要求增加可控性。和可移動性來獲得功能的實現(xiàn)，提高系統(tǒng)的動態(tài)性則要求增加可控性。v增加系統(tǒng)的動

27、態(tài)性和可控性的路徑很多，主要從以下增加系統(tǒng)的動態(tài)性和可控性的路徑很多，主要從以下4 4個方面進行闡述個方面進行闡述。21v 1.1.提高結構柔性提高結構柔性 剛體剛體單鉸鏈單鉸鏈多鉸鏈多鉸鏈柔性體柔性體液體、氣體液體、氣體場場21模式四 增加動態(tài)性和可控性提高系統(tǒng)柔性的進化過程提高系統(tǒng)柔性的進化過程v 人們避暑降溫：人們避暑降溫：蒲扇（剛體）蒲扇（剛體）折疊扇（單鉸鏈、便于攜帶）折疊扇（單鉸鏈、便于攜帶）電風扇擺電風扇擺脫人工（多鉸鏈）脫人工（多鉸鏈）空調（場）空調（場）22v 切割技術的進化切割技術的進化進化路徑：刀進化路徑：刀剪刀剪刀鋼筋鉗鋼筋鉗線切割機床線切割機床水切割水切割激光切割激光

28、切割。切割技術的進化過程切割技術的進化過程23v 傳動系統(tǒng)的進化傳動系統(tǒng)的進化進化路徑：進化路徑：連桿傳動連桿傳動鏈傳動鏈傳動帶傳動帶傳動液壓傳動液壓傳動磁場傳動。磁場傳動。24v2.2.提高可移動性提高可移動性技術系統(tǒng)的進化應該沿著提高系統(tǒng)整體可移動性的方向發(fā)展。技術系統(tǒng)的進化應該沿著提高系統(tǒng)整體可移動性的方向發(fā)展。本路徑反映了下面的技術進化過程：本路徑反映了下面的技術進化過程：固定的系統(tǒng)固定的系統(tǒng)可移動的系統(tǒng)可移動的系統(tǒng)隨意移動的系統(tǒng)隨意移動的系統(tǒng)。在日常生活中，有很多這樣的實例。在日常生活中，有很多這樣的實例。如板凳如板凳轉椅轉椅滾輪椅。滾輪椅。如固定式民居如固定式民居車載式民居車載式民

29、居房車房車24模式四 增加動態(tài)性和可控性v清掃工具的進化清掃工具的進化v進化路徑：進化路徑：掃帚掃帚吸塵器吸塵器清掃機器人。清掃機器人。253.3.提高可控性提高可控性通過可控性增加，系統(tǒng)能夠向著更易操作，更智能的方向發(fā)展。通過可控性增加，系統(tǒng)能夠向著更易操作，更智能的方向發(fā)展。技術系統(tǒng)的進化將沿著系統(tǒng)內各部件的可控性增加的方向發(fā)展。技術系統(tǒng)的進化將沿著系統(tǒng)內各部件的可控性增加的方向發(fā)展。本路徑的技術進化過程：本路徑的技術進化過程：無控制的系統(tǒng)無控制的系統(tǒng)直接控制直接控制間接控制間接控制反饋控制反饋控制自我調節(jié)控制的系統(tǒng)。自我調節(jié)控制的系統(tǒng)。車床進化車床進化進化過程：進化過程：手動車床手動車床

30、機械半自動車床機械半自動車床數(shù)控車床數(shù)控車床車削中車削中心。心。25模式四 增加動態(tài)性和可控性v 路燈的進化：路燈的進化：v 直接控制：開關直接控制：開關v 間接控制：總閘間接控制：總閘v 反饋控制：感應光反饋控制：感應光v 條件控制：紅外線條件控制：紅外線v 遠距離控制：網(wǎng)絡技術遠距離控制：網(wǎng)絡技術264 4、提高穩(wěn)定度、提高穩(wěn)定度v本路徑的技術進化過程：本路徑的技術進化過程：v靜態(tài)固定的系統(tǒng)靜態(tài)固定的系統(tǒng)有多個固定狀態(tài)的系統(tǒng)有多個固定狀態(tài)的系統(tǒng)動態(tài)固定系統(tǒng)動態(tài)固定系統(tǒng)多變系多變系統(tǒng)。統(tǒng)。27v 增加集成度再進行簡化規(guī)則是指技術系統(tǒng)首先趨向于集成度增加的方增加集成度再進行簡化規(guī)則是指技術系統(tǒng)

31、首先趨向于集成度增加的方向，緊接著再進行簡化的進程。向，緊接著再進行簡化的進程。v 通常先集成系統(tǒng)功能的數(shù)量和質量，然后用性能更好、更簡單的系統(tǒng)通常先集成系統(tǒng)功能的數(shù)量和質量，然后用性能更好、更簡單的系統(tǒng)來替代先前的集成系統(tǒng)。如：來替代先前的集成系統(tǒng)。如： 雙體船可增加穩(wěn)定性雙體船可增加穩(wěn)定性 組合音響將收音機、磁帶機、組合音響將收音機、磁帶機、VCDVCD集成為一個多功能系統(tǒng)。集成為一個多功能系統(tǒng)。 電子芯片上元器件的集成大大提高了運算存儲功能電子芯片上元器件的集成大大提高了運算存儲功能 材料科學中的自旋器件集成，將單位面積的信息存儲能力從幾材料科學中的自旋器件集成，將單位面積的信息存儲能力

32、從幾GBGB擴充到幾百擴充到幾百GBGB。27模式五 技術集成以增加系統(tǒng)功能28v(1) 增加集成度的路徑增加集成度的路徑v增加集成度的路徑經(jīng)歷了以下階段：增加集成度的路徑經(jīng)歷了以下階段：創(chuàng)建功能中心創(chuàng)建功能中心附加或輔助子附加或輔助子系統(tǒng)加入系統(tǒng)加入通過分割、向超系統(tǒng)轉化或向復雜系統(tǒng)的轉化來加強易通過分割、向超系統(tǒng)轉化或向復雜系統(tǒng)的轉化來加強易于分解的程度。于分解的程度。v(2) 簡化路徑簡化路徑v本路徑反映了下面的技術進化階段，本路徑反映了下面的技術進化階段，v第一，通過第一，通過選擇選擇實現(xiàn)輔助功能的最簡單途徑來進行初級簡化；實現(xiàn)輔助功能的最簡單途徑來進行初級簡化；v第二，通過第二，通過

33、組合組合實現(xiàn)相同或相近功能的元件來進行部分簡化；實現(xiàn)相同或相近功能的元件來進行部分簡化；v第三，通過第三，通過應用自然現(xiàn)象應用自然現(xiàn)象或或“智能智能”物替代專用設備來進行整體的物替代專用設備來進行整體的簡化。簡化。29v(3(3）單）單- -雙雙- -多路徑多路徑v本路徑的技術進化階段：本路徑的技術進化階段：單系統(tǒng)單系統(tǒng)雙系統(tǒng)雙系統(tǒng)多系統(tǒng)。多系統(tǒng)。v雙系統(tǒng)又分為單功能雙系統(tǒng)、多功能雙系統(tǒng)、局部簡化雙系統(tǒng)和完雙系統(tǒng)又分為單功能雙系統(tǒng)、多功能雙系統(tǒng)、局部簡化雙系統(tǒng)和完整簡化雙系統(tǒng)；整簡化雙系統(tǒng)；v多系統(tǒng)包括單功能多系統(tǒng)、多功能多系統(tǒng)、局部簡化多系統(tǒng)和完整多系統(tǒng)包括單功能多系統(tǒng)、多功能多系統(tǒng)、局部簡

34、化多系統(tǒng)和完整簡化多系統(tǒng)。簡化多系統(tǒng)。v技術系統(tǒng)依靠子系統(tǒng)的逐一加入使系統(tǒng)向更多功能的方向發(fā)展。技術系統(tǒng)依靠子系統(tǒng)的逐一加入使系統(tǒng)向更多功能的方向發(fā)展。v洗衣機的進化洗衣機的進化v進化路徑是：進化路徑是：單功能單桶洗衣機單功能單桶洗衣機洗、甩雙功能雙桶洗衣機洗、甩雙功能雙桶洗衣機洗、洗、甩雙功能的單桶洗衣機甩雙功能的單桶洗衣機洗、甩、烘干等多功能單桶洗衣機。洗、甩、烘干等多功能單桶洗衣機。30（4 4）子系統(tǒng)分離路徑）子系統(tǒng)分離路徑 技術系統(tǒng)進化到極限時，它實現(xiàn)某項功能的子系統(tǒng)會從系統(tǒng)中剝離，轉移至技術系統(tǒng)進化到極限時，它實現(xiàn)某項功能的子系統(tǒng)會從系統(tǒng)中剝離，轉移至超系統(tǒng)，作為超系統(tǒng)的一部分。超

35、系統(tǒng)，作為超系統(tǒng)的一部分。 在該子系統(tǒng)的功能得到增強和改進的同時，也簡化了原有的技術系統(tǒng)。向超在該子系統(tǒng)的功能得到增強和改進的同時，也簡化了原有的技術系統(tǒng)。向超系統(tǒng)進化有兩種方式：系統(tǒng)進化有兩種方式： 一是使技術系統(tǒng)和超系統(tǒng)的資源組合；一是使技術系統(tǒng)和超系統(tǒng)的資源組合； 二是讓系統(tǒng)的某子系統(tǒng)容納到超系統(tǒng)中。二是讓系統(tǒng)的某子系統(tǒng)容納到超系統(tǒng)中。 例例 飛機燃油系統(tǒng)向超系統(tǒng)進化飛機燃油系統(tǒng)向超系統(tǒng)進化空中加油機空中加油機 最初副油箱是飛機的一個子系統(tǒng)，進化后副油箱脫離了飛機，進化至超系統(tǒng)最初副油箱是飛機的一個子系統(tǒng)，進化后副油箱脫離了飛機，進化至超系統(tǒng)。當飛機長距離飛行時，以空中加油機的形式給飛機

36、加油。飛機系統(tǒng)得到了簡化。當飛機長距離飛行時，以空中加油機的形式給飛機加油。飛機系統(tǒng)得到了簡化，不必再攜帶數(shù)百噸的燃油。，不必再攜帶數(shù)百噸的燃油。31v 系統(tǒng)元件可采用匹配也可不匹配來改善系統(tǒng)功能，消除負面效應。系統(tǒng)元件可采用匹配也可不匹配來改善系統(tǒng)功能，消除負面效應。v 指在技術系統(tǒng)的進化中，子系統(tǒng)的匹配和不匹配交替出現(xiàn)，以改善性能或補指在技術系統(tǒng)的進化中，子系統(tǒng)的匹配和不匹配交替出現(xiàn)，以改善性能或補償不理想的作用。償不理想的作用。v 子系統(tǒng)間的協(xié)調性是整個技術系統(tǒng)發(fā)揮功能的必要條件，子系統(tǒng)間的協(xié)調性子系統(tǒng)間的協(xié)調性是整個技術系統(tǒng)發(fā)揮功能的必要條件，子系統(tǒng)間的協(xié)調性可以表現(xiàn)為形狀上的協(xié)調，工

37、作節(jié)奏和頻率上的協(xié)調，以及性能參數(shù)等方面可以表現(xiàn)為形狀上的協(xié)調，工作節(jié)奏和頻率上的協(xié)調，以及性能參數(shù)等方面的相互協(xié)調。的相互協(xié)調。v 匹配：匹配： 一輛車上安裝四個相同的車輪；一輛車上安裝四個相同的車輪； 機械系統(tǒng)中的主要元件的應有相同的壽命設計機械系統(tǒng)中的主要元件的應有相同的壽命設計v 不匹配：不匹配： 賽車的前輪小后輪大，便于加速。賽車的前輪小后輪大，便于加速。 機械系統(tǒng)中的安全銷釘，電氣裝置中的保險裝置等。這種不匹配使機電機械系統(tǒng)中的安全銷釘，電氣裝置中的保險裝置等。這種不匹配使機電系統(tǒng)運行更安全。系統(tǒng)運行更安全。31模式六 系統(tǒng)元件的匹配與不匹配（協(xié)調化進化）321)1)形狀協(xié)調形狀協(xié)

38、調各子系統(tǒng)之間，以及子系統(tǒng)與超系統(tǒng)的形狀要相互協(xié)調。各子系統(tǒng)之間，以及子系統(tǒng)與超系統(tǒng)的形狀要相互協(xié)調。例如，軸承接觸形狀協(xié)調的進化，如圖例如，軸承接觸形狀協(xié)調的進化，如圖4-94-9所示。螺母與螺栓配合所示。螺母與螺栓配合的部分須具有相同的形狀，還有如耳機與耳機插孔之間的協(xié)調、汽車的部分須具有相同的形狀，還有如耳機與耳機插孔之間的協(xié)調、汽車車門與車身的協(xié)調等。車門與車身的協(xié)調等。v圖圖4-9軸承接觸形狀協(xié)調的進化軸承接觸形狀協(xié)調的進化33v（2 2）工作節(jié)奏和頻率上的協(xié)調）工作節(jié)奏和頻率上的協(xié)調v【例例】沒有噪聲的電扇沒有噪聲的電扇v英國研制出了一種沒有噪聲的電扇，里面安裝有麥克風和擴音器。英

39、國研制出了一種沒有噪聲的電扇，里面安裝有麥克風和擴音器。麥克風捕獲電機和葉片的噪聲，通過電子組件轉換成麥克風捕獲電機和葉片的噪聲，通過電子組件轉換成相反相位相反相位的聲的聲音并被音并被擴音器再次播放出來擴音器再次播放出來，噪聲就被徹底消除了。，噪聲就被徹底消除了。34v（3 3）性能參數(shù)的協(xié)調）性能參數(shù)的協(xié)調v 例例 汽車車輪定位參數(shù)的協(xié)調汽車車輪定位參數(shù)的協(xié)調v車輪定位參數(shù)是存在于懸架系統(tǒng)和各活動機件間的相對角度。保持車輪定位參數(shù)是存在于懸架系統(tǒng)和各活動機件間的相對角度。保持車輪定位參數(shù)正確的協(xié)調可確保車輛直線行駛，改善車輛的轉向性車輪定位參數(shù)正確的協(xié)調可確保車輛直線行駛，改善車輛的轉向性能

40、，確保轉向系統(tǒng)自動回正，避免軸承因受力不當而受損失去精度能，確保轉向系統(tǒng)自動回正，避免軸承因受力不當而受損失去精度，還可以保證輪胎與地面緊密接合，減少輪胎磨損、懸架系統(tǒng)磨損，還可以保證輪胎與地面緊密接合，減少輪胎磨損、懸架系統(tǒng)磨損以及降低油耗等。以及降低油耗等。v汽車車輪的定位參數(shù)，不僅能夠影響汽車的行駛性能，還能夠影響汽車車輪的定位參數(shù)，不僅能夠影響汽車的行駛性能，還能夠影響行車的安全性。因此，經(jīng)常進行汽車車輪定位參數(shù)的檢查和調整，行車的安全性。因此，經(jīng)常進行汽車車輪定位參數(shù)的檢查和調整，能夠減少輪胎和懸架系統(tǒng)的磨損，降低油耗，是安全行車的重要保能夠減少輪胎和懸架系統(tǒng)的磨損，降低油耗，是安全

41、行車的重要保證。證。35v 技術系統(tǒng)總是趨于從宏觀向微觀進化。技術系統(tǒng)總是趨于從宏觀向微觀進化。v 如：如：灶具初始燒木材，然后變?yōu)闊?、燒氣，后來出現(xiàn)電加熱灶具灶具初始燒木材，然后變?yōu)闊?、燒氣，后來出現(xiàn)電加熱灶具、電磁爐、微波爐。、電磁爐、微波爐。電子元器件從最初的真空管到晶體管到集成電路。電子元器件從最初的真空管到晶體管到集成電路。播放器從開始的龐大體積的錄音機到后來巴掌大小的隨身聽、播放器從開始的龐大體積的錄音機到后來巴掌大小的隨身聽、便攜便攜CDCD機到手指大小機到手指大小MP3MP3，到可以放在耳朵旁的耳環(huán)播放器。，到可以放在耳朵旁的耳環(huán)播放器。35模式七 系統(tǒng)由宏觀向微觀進化36

42、v（1 1）向微觀級轉化的路徑）向微觀級轉化的路徑v技術系統(tǒng)向微觀級轉化主要體現(xiàn)在以下技術系統(tǒng)向微觀級轉化主要體現(xiàn)在以下3 3個方面：個方面：v第一，宏觀級的系統(tǒng)向微觀級轉化；第一，宏觀級的系統(tǒng)向微觀級轉化；v第二，由通常形狀的平面系統(tǒng)向立體系統(tǒng)轉化；第二，由通常形狀的平面系統(tǒng)向立體系統(tǒng)轉化；v第三，高度集成系統(tǒng)向高度分離的子系統(tǒng)第三，高度集成系統(tǒng)向高度分離的子系統(tǒng)( (如粉末、顆粒等如粉末、顆粒等) )、次分子、次分子系統(tǒng)系統(tǒng)( (泡沫、凝膠體等泡沫、凝膠體等) )、化學相互作用下的分子系統(tǒng)、原子系統(tǒng)轉化、化學相互作用下的分子系統(tǒng)、原子系統(tǒng)轉化。37v（2 2）向具有高效場的路徑轉化）向具有

43、高效場的路徑轉化v突破機械場，向熱場、磁場、電場、化學場和生物場等復合場作用突破機械場，向熱場、磁場、電場、化學場和生物場等復合場作用的路徑轉化。本路徑的技術進化階段可表示為：的路徑轉化。本路徑的技術進化階段可表示為：應用機械交互作用應用機械交互作用應用熱交互作用應用熱交互作用應用分子交互作用應用分子交互作用應用化學交互作用應用化學交互作用應用應用電子交互作用電子交互作用應用磁交互作用應用磁交互作用應用電磁交互作用和輻射應用電磁交互作用和輻射。可以?？梢钥闯?，動態(tài)性進化法則中，在向增加系統(tǒng)柔性的方向發(fā)展里面指出看出，動態(tài)性進化法則中，在向增加系統(tǒng)柔性的方向發(fā)展里面指出的技術系統(tǒng)進化階段也是符合

44、向高效場路徑轉化的。的技術系統(tǒng)進化階段也是符合向高效場路徑轉化的。v（3 3）向增加場效率的路徑轉化）向增加場效率的路徑轉化v本路徑的技術進化階段：本路徑的技術進化階段：應用直接的場應用直接的場應用有反方向的場應用有反方向的場應用應用有相反方向的場的合成有相反方向的場的合成應用交替場振動共振駐波等應用交替場振動共振駐波等應用應用脈沖場脈沖場應用帶梯度的場應用帶梯度的場應用不同場的組合作用。應用不同場的組合作用。38v（4 4）向系統(tǒng)分割的路徑轉化）向系統(tǒng)分割的路徑轉化v本路徑的技術進化階段：本路徑的技術進化階段：固體或連續(xù)的物體固體或連續(xù)的物體有局部內勢壘的物體有局部內勢壘的物體有完整勢壘的物

45、體有完整勢壘的物體有部分間隔分割的物體有部分間隔分割的物體有長而窄連接的物有長而窄連接的物體體用場連接零件的物體用場連接零件的物體零件間用結構連接的物體零件間用結構連接的物體零件間用程零件間用程序連接的物體序連接的物體零件間沒有連接的物體。零件間沒有連接的物體。v 例例 立銑刀的空間分割進化立銑刀的空間分割進化v為了改善精密切削中的振動，沿此進化路線的進化過程為：裝配式為了改善精密切削中的振動，沿此進化路線的進化過程為：裝配式硬質合金銑刀硬質合金銑刀在刀片上采用特殊形狀的三維斷屑槽在刀片上采用特殊形狀的三維斷屑槽刀槽采用不刀槽采用不同螺旋角度交替的槽同螺旋角度交替的槽帶油孔噴霧冷卻球頭銑刀帶油

46、孔噴霧冷卻球頭銑刀。從目前切削技術。從目前切削技術沿空間分割這條進化趨勢看，前兩個進化階段已完成，但后兩個進沿空間分割這條進化趨勢看，前兩個進化階段已完成，但后兩個進化階段還沒有實施。化階段還沒有實施。39v 技術系統(tǒng)向自動化方向進化，意味著通過減少那些機械的、重復的人技術系統(tǒng)向自動化方向進化，意味著通過減少那些機械的、重復的人工介入，提高技術系統(tǒng)的功能效益，用來實現(xiàn)那些枯燥的功能，來解工介入，提高技術系統(tǒng)的功能效益，用來實現(xiàn)那些枯燥的功能，來解放人們去完成更具有創(chuàng)造性的工作。放人們去完成更具有創(chuàng)造性的工作。v 向自動化方向進化的一般路徑：向自動化方向進化的一般路徑：人工動作的系統(tǒng)人工動作的系

47、統(tǒng)替代人工但仍保留替代人工但仍保留人工動作的方法人工動作的方法用機器動作完全代替人工。用機器動作完全代替人工。最初洗衣都用搓衣板，后用洗衣機，并先后出現(xiàn)單缸、雙缸、最初洗衣都用搓衣板，后用洗衣機，并先后出現(xiàn)單缸、雙缸、全自動洗衣機。全自動洗衣機。機器人智能化程度的日益提高，在一些場合已經(jīng)可以代替人進機器人智能化程度的日益提高，在一些場合已經(jīng)可以代替人進行工作。行工作。目前對機械和電氣電子產(chǎn)品經(jīng)常使用遙控器來控制，或編寫操目前對機械和電氣電子產(chǎn)品經(jīng)常使用遙控器來控制，或編寫操作程序控制，大大減輕了人的體力勞動和腦力勞動。作程序控制，大大減輕了人的體力勞動和腦力勞動。39模式八 提高自動化程度和智能化程度40v 例例4-12 4-12 汽車變速器的進化汽車變速器的進化v 減少人的參與在汽車變速器的演化中主要表現(xiàn)在減少人的參與在汽車變速器的演化中主要表現(xiàn)在能量資源、操作系統(tǒng)和控制能量資源、操作