系統(tǒng)工程3-2課件

系統(tǒng)工程(C類)

--系統(tǒng)方案的創(chuàng)新

課程主要內(nèi)容發(fā)散思維逆向思維橫向思維立體思維TRIZ方法逆向思維司馬光砸缸的啟示

司馬光面對緊急險情，果斷地用石頭把缸砸破，救了小伙伴性命。常規(guī)的思維模式是“救人離水”。運用了逆向思維“讓水離人”。關(guān)鍵是怎么準確地定義行動方向（目標）。人水相離才是關(guān)鍵發(fā)散思維的特點1、流暢性：（速度和數(shù)量）短時間內(nèi)快速生成大量的觀點。2、變通性：（多樣性)克服慣性思維的束縛，發(fā)散思考。

3、獨特性:（最高目標）構(gòu)思新奇。發(fā)散思維的典型形式逆向思維橫向思維立體思維逆向思維逆向思維也叫“求異思維”，對司空見慣的似乎已成定論的事物或觀點反過來思考，從相反方向思考問題的方法?？赡芎喕瘑栴}，更加容易解決問題。逆向思維的類型(2)功能逆向思維

突破原有事物的功能。

3M便利貼：1968年，3M公司的西爾佛博士，在研發(fā)強力膠粘劑過程中，但是開發(fā)出的膠粘著性不強，但即使重復(fù)粘貼也不會失去粘性。然而，此發(fā)現(xiàn)一直到多年后，才被同事福萊發(fā)掘出新應(yīng)用。福萊想如果可以將這種黏膠貼到紙上，就可以解決舊式書簽常掉出出書本的困擾。開發(fā)了便利貼產(chǎn)品，從而為公司創(chuàng)造了巨額的利潤。逆向思維的類型(3)狀態(tài)逆向思維

突破對事物的某一狀態(tài)的常規(guī)認識。

電鋸：過去木匠用鋸和刨來加工木頭，都木頭不動工具動(人動)。人們設(shè)計發(fā)明了電刨，工具不動,木頭動，采用了狀態(tài)逆向思維。逆向思維的類型(4)因果逆向思維

突破已有關(guān)事物間的因果關(guān)系。

溫度計：正向：溫度改變體積；逆向：體積的變化推知溫度的變化。發(fā)電機：先有奧斯特的電能生磁，后來法拉第的磁能生電。

留聲機：愛迪生發(fā)現(xiàn)送話器聽筒音膜有規(guī)律的振動，號來把震動還原為聲音。

逆向思維案例：美洲銀行大廈1972年12月23日，尼加拉瓜共和國首都馬那瓜發(fā)生了大地震，死亡萬余人。唯獨18層的美洲銀行大廈竟安然屹立在震中區(qū)的一片廢墟中，轟動了全球。美洲銀行大廈的結(jié)構(gòu)設(shè)計者是林同炎（美籍華人，著名工程結(jié)構(gòu)專家）。他設(shè)計的美洲銀行大廈時，突破了一般常規(guī)的思維框架，突破了以剛對剛的正面思維模式，不是把設(shè)計思維放在增強結(jié)構(gòu)剛度來提高抗震性方面，而是采用了逆向思維。以房屋次要構(gòu)件開裂的損失來避免建筑物倒坍的設(shè)計思想：在一般受力情況下，建筑物有足夠的剛度來承受外力；而當受到突如其來的強烈外力時，可由房屋內(nèi)部結(jié)構(gòu)中某些次要構(gòu)件的開裂，使房屋總剛度驟然減弱，從而大大減少地震力對大樓的破壞。橫向思維—另辟蹊徑橫向思維又稱“側(cè)向思維”，是發(fā)散思維的又一種形式。利用其他領(lǐng)域里的知識，從另外的途徑間接地解決問題的一種思維形式。跳出傳統(tǒng)的邏輯思維框架，思維廣度大大增加。導(dǎo)入案例：叩診法一百多年前，奧地利的醫(yī)生奧恩布魯格，想解決怎樣檢查出人的胸腔積水這個問題。其父是酒商，在經(jīng)營酒業(yè)時，只要用手敲一敲酒桶，憑叩擊聲，就能知道桶內(nèi)有多少酒。奧恩布魯格聯(lián)想：人的胸腔和酒桶相似，如果用手敲一敲胸腔，憑聲音，不也能診斷出胸腔中積水的病情嗎?發(fā)散思維練習(xí)1.游客有時會從帕臺農(nóng)神廟的古老立柱上砍下一些碎片，雖然明知這種行為是違法的，但是這些游客仍舊把它作為紀念品帶走。當局如何才能阻止這一行動呢？管理當局從原來維修帕臺農(nóng)神廟時所用的礦石場里收集了一些大理石碎片，每天把這些碎片散放在帕臺農(nóng)神廟的周圍。游客以為他們撿起來的碎片是從古老的立柱上掉下來的，因此他們感到很滿意。發(fā)散思維練習(xí)2.在一個小鎮(zhèn)里有四家鞋店，它們銷售同樣型號、同一系列的鞋子，然而，其中一家鞋店丟失的鞋子是其他三家平均每家的３倍，為什么會出現(xiàn)這種情況，又如何解決這個問題呢？鞋店在外擺一雙鞋子中的一只作為陳列品，一家鞋店擺的是左鞋，其他三家擺的是右鞋。小偷偷走這些陳列的鞋子之后，還必須把它配成對，因此，擺列左鞋的鞋店被偷的鞋子要多于其他三家。管理者把陳列的鞋子改成右鞋，這樣被偷的數(shù)量就大幅度下降了。發(fā)散思維3.加利福尼亞州的阿爾托斯市政府被森林大火所困擾，他們想清除城鎮(zhèn)周圍山坡上的灌木叢，但因為無路，如果用螺旋槳飛機來運送除灌木人員，反而極易引起火花，導(dǎo)致火災(zāi)。他們該怎么辦？政府當局購買或者租借了成群的山羊，把它們放在山坡上放牧。由于山羊吃掉草木，控制了灌木叢的生長，并且能到達靠其他方法難以到達的陡峭坡段，灌木叢火災(zāi)因此大大減少。發(fā)散思維練習(xí)5.一位年輕的股票經(jīng)紀人即將開始經(jīng)營他自己的業(yè)務(wù)，但是他沒有客戶。他如何使一些富有的人相信他能夠準確地預(yù)計股票價格走勢呢？他一開始列出８００個富人，給其中一半人發(fā)送的預(yù)測中他預(yù)言ＩＢＭ的股票將在下周上升，在給另一半預(yù)測中預(yù)言ＩＢＭ的股票下周將下降。結(jié)果ＩＢＭ的股票下降了，這樣他就選中了收到正確預(yù)言的這４００個人。他再向其中的２００人預(yù)言通用電器的股票下周上升，向另外２００人預(yù)言該股票將在下周下降……重復(fù)這個過程，直到他手里有２５個人。對這２５個人而言，他連續(xù)５次預(yù)言正確。他再和其中的每個人聯(lián)系，卻說他們中的幾個把他們的股票交給他來管理。發(fā)散思維練習(xí)6.許多商店把價格定得略微低于一個整數(shù)，９.９９美元而不是１０美元，或者９９.９５美元而不是１００美元。通常假設(shè)這樣做會使顧客覺得價格看起來更低。但是這并不是這種做法開始的原因，那么這種定價方式最初始的目的是什么呢？一開始的做法是為了保證店員不得不在每筆交易中打開放錢的抽屜，找零錢給顧客。這樣就會被迫把銷售收入記錄下來，并且使得店員不能把這些錢據(jù)為己有。發(fā)散思維練習(xí)7.在加利福尼亞淘金熱期間，一位年輕的創(chuàng)業(yè)者懷著把帳篷賣給礦工的想法來到此地。他認為，成千上萬的人聚集在一起找金礦，那里肯定會有一個非常好的帳篷市場。不幸的是，天氣非常溫暖，礦工們都是露天睡覺，沒有多少人買他的帳篷。他該怎么辦呢？他把他帳篷上的粗棉布割下來，然后用它做成褲子賣給礦工們。這個人的名字叫萊維·施特勞斯。通過適應(yīng)市場環(huán)境和創(chuàng)新，他得以創(chuàng)造了一個一直持續(xù)到今天的品牌。

立體思維提示：思考問題時跳出平面的限制逆向思維思考題：有四個相同的瓶子，怎樣擺放才能使其中任意兩個瓶口的距離都相等呢？發(fā)散思維練習(xí)（同學(xué)們試著回答）１.在某城市里，地鐵里的燈泡經(jīng)常被偷，這會導(dǎo)致安全問題。接手此事的工程師不能改變燈泡的位置，也沒多少預(yù)算供他使用，他如何解決？這位工程師把電燈泡的螺紋改為左手方向或者是逆時針方向，而不再用傳統(tǒng)的右手方向或順時針方向。這意味著當小偷認為他們正在試圖擰下電燈泡時，實際上他們反而是在擰緊它們。

發(fā)散思維練習(xí)2.舒適航空公司是歐洲以低成本領(lǐng)先的航空公司。它已經(jīng)在低成本空中旅行方面作出了多項創(chuàng)新。在舒適航空公司的航班中沒有免費的飲料，如果你想喝點什么就必須掏錢去買。在近期的一期雜志中，有一篇文章說明了這種做法的兩大優(yōu)點：一個優(yōu)點是帶來了收入，你認為另一個會是什么呢？不提供免費飲料給舒適航空公司帶來的第二個好處是由于需求減少，他們可以減少飛機上的一間廁所。這樣就可以多設(shè)一些座位。導(dǎo)入故事：用試錯法解決創(chuàng)新問題導(dǎo)入故事：用試錯法解決創(chuàng)新問題在很長的創(chuàng)造發(fā)明歷史中，這些問題都是用一種方法來解決的——試錯法。試錯法的效率非常低，需要很長的時間的反復(fù)嘗試，創(chuàng)新成本很高。Triz方法根里奇?阿奇舒勒TRIZ理論簡介

上世紀40年代，前蘇聯(lián)科學(xué)家阿奇舒勒帶領(lǐng)他的團隊希望找到發(fā)明創(chuàng)造的方法。他們在研究了250萬份發(fā)明專利后，得出一個結(jié)論：人們解決技術(shù)問題的方法很多是重復(fù)的。TRIZ解決問題的方法和流程矛盾矩陣避免盲目試錯TRIZ的典型應(yīng)用TRIZ在世界500強企業(yè)和跨國公司得到廣泛應(yīng)用

TRIZ在世界500強企業(yè)和跨國公司得到廣泛應(yīng)用TRIZ的典型應(yīng)用國內(nèi)知名企業(yè)的典型應(yīng)用船舶系統(tǒng)工程部等702,710，712，713，715等研究所中航601等研究所203等研究所

方案創(chuàng)新中的多目標沖突

----技術(shù)矛盾方案創(chuàng)新中經(jīng)常面臨多目標沖突為了增大波音飛機引擎的功率，需要更多的空氣進如引擎，因此需要改進引擎整流罩的設(shè)計。增大引擎整流罩的截面直徑，提升了功率（優(yōu)化的工程參數(shù)），同時，也減小引擎整流罩最低點離開地面的距離，增加了起飛和降落的風險（劣化的工程參數(shù)）技術(shù)矛盾工程參數(shù)

A的優(yōu)化工程參數(shù)B

的劣化技術(shù)矛盾：改進工程系統(tǒng)時，可以優(yōu)化工程參數(shù)A，同時導(dǎo)致工程參數(shù)B的惡化陷入一種兩難的困境當工程師們需要改善工程/產(chǎn)品的一些技術(shù)參數(shù)時，經(jīng)常遇見技術(shù)矛盾39個通用工程參數(shù)序號名稱序號名稱序號名稱1運動物體的重量14強度27可靠性2靜止物體的重量15運動物體作用時間28測試精度3運動物體的長度16靜止物體作用時間29制造精度4靜止物體的長度17溫度30物體外部有害因素作用的敏感性5運動物體的面積18光照度31物體產(chǎn)生的有害因素6靜止物體的面積19運動物體的能量32可制造性7運動物體的體積20靜止物體的能量33可操作性8靜止物體的體積21功率34可維修性9速度22能量損失35適應(yīng)性及通用性10力23物質(zhì)損失36裝置的復(fù)雜性11應(yīng)力或壓力24信息損失37監(jiān)控與測試的困難程度12形狀25時間損失38自動化程度13結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性26物質(zhì)或事物的數(shù)量39生產(chǎn)率概括了工程系統(tǒng)中絕大部分技術(shù)沖突所涉及的幾何、物理、性能等參數(shù)39個通用技術(shù)參數(shù)的屬性分類幾何參數(shù)：長度、面積、體積、形狀物理參數(shù)：重量、速度、力、應(yīng)力/壓強、溫度、光照度有害因素參數(shù)：作用于物體的有害因素、物體產(chǎn)生的有害因素功率參數(shù)；物體的能量消耗、功率技術(shù)參數(shù)：操作時間、可靠性、強度、適用性和通用性、可制造性、可操作性、可維護性、制造精度、設(shè)計復(fù)雜性、自動化程度、生產(chǎn)率、對象的穩(wěn)定性與測量有關(guān)的參數(shù)：測量的必要性、測量精度損失參數(shù)：能量損失、物質(zhì)損失、信息損失、時間損失40條發(fā)明原理用有限的40條原理來指導(dǎo)解決無限的技術(shù)沖突問題矛盾矩陣矛盾矩陣列舉了需要改進的工程參數(shù)與同時產(chǎn)生惡化的工程參數(shù)之間的技術(shù)矛盾，給出以前成功處理了相似矛盾的創(chuàng)新原理。阿奇舒勒矛盾矩陣表（局部放大）系統(tǒng)惡化的特性(參數(shù))系統(tǒng)改善的特性(參數(shù))運動物體質(zhì)量靜止物體質(zhì)量運動物體尺寸速度運動物體質(zhì)量靜止物體質(zhì)量運動物體尺寸速度運動物體使用能量制造精度案例1：波音飛機發(fā)動機整流罩的改造問題描述：為了采用功率更大的引擎，需要有更多的空氣進入引擎，必須使引擎整流罩的直徑增大，但與地面的距離減小了，影響了飛型起降的安全。技術(shù)沖突分析：“運動物體的面積”(希望改善的技術(shù)特性)和“運動物體的尺寸”(惡化的技術(shù)特性)是該系統(tǒng)中發(fā)生沖突的兩個參數(shù)。案例1：波音飛機發(fā)動機整流罩的改造39個通用技術(shù)參數(shù)39個通用技術(shù)參數(shù)創(chuàng)新原理案例1——波音飛機發(fā)動機整流罩的改造

TRIZ建議的創(chuàng)新探索方向：原理14-曲面化原理原理15-動態(tài)化原理原理18-振動原理原理4-不對稱原理建議：原理14-曲面化原理原理15-動態(tài)化原理原理18-振動原理原理4-不對稱原理最終解決方案：

應(yīng)用創(chuàng)新原理4，將整流罩改為不對稱形狀案例1——波音飛機發(fā)動機整流罩的改造以曲線取代線性零件，以曲面取代平面，以球體取代立方體使用滾筒、球、螺旋以旋轉(zhuǎn)運動取代線性運動，利用離心力以非對稱形式替代對稱形式如果對象已經(jīng)是非對稱，增加其非對稱得程度曲面化原理(原理14)以曲線取代線性零件，以曲面取代平面，以球體取代立方體使用滾筒、球、螺旋以旋轉(zhuǎn)運動取代線性運動，利用離心力例：鼠標用球狀結(jié)構(gòu)將平面動作轉(zhuǎn)換成向量動態(tài)化原理(原理15)將一個靜止的物體變?yōu)檫\動的物體；將一個結(jié)構(gòu)剛性的物體變?yōu)槿嵝晕矬w；使系統(tǒng)具有自動調(diào)節(jié)的特性。例：帶鉸接的超常公交車（使得公交車的長度可以達到25米，乘客可以達到300人）；加了萬向輪的椅子；活動扳手；人造衛(wèi)星上的天線（形狀記憶合金）；振動原理（原理18）使物體振動。如果已在振動，則提高它的振動頻率。利用共振頻率。用壓電振動器替代機械振動器。非對稱性原理（原理4）以非對稱形式替代對稱形式如果對象已經(jīng)是非對稱，增加其非對稱得程度。最終解決方案：

應(yīng)用創(chuàng)新原理4，將整流罩改為不對稱形狀背景：撕開膠粘的信封時，會把信封內(nèi)