第9章技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論9.1技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化曲線9.2技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則與模式9.3技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則綜合應(yīng)用

9.1技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化曲線

9.1.1技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化S曲線S曲線描述了技術(shù)系統(tǒng)的一般發(fā)展規(guī)律，通過(guò)分析S曲線可以確定系統(tǒng)的發(fā)展階段，為研發(fā)決策提供參考作用。每個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化，都要經(jīng)歷如圖9.1中S曲線所示的四個(gè)階段：嬰兒期、成長(zhǎng)期、成熟期和衰退期。S曲線完整地描述了一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的生命周期。

圖9.1S曲線變化規(guī)律

S曲線是一條完整地描述了一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)從孕育、成長(zhǎng)、成熟到衰退的變化規(guī)律的S型曲線。圖9.1描述了一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)中各性能參數(shù)的發(fā)展變化規(guī)律，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示系統(tǒng)的性能參數(shù)。

1．?huà)雰浩?/p>

新的技術(shù)系統(tǒng)剛剛誕生，雖然它能提供一些新的功能，但是系統(tǒng)本身存在著效率低、缺陷多、可靠性差等一系列問(wèn)題。同時(shí)，由于大多數(shù)人對(duì)系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展心存疑慮，缺乏信心，人力、物力的投入均很乏力，因此這一階段，系統(tǒng)的發(fā)展十分緩慢。

2．成長(zhǎng)期

在這個(gè)階段，社會(huì)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到新系統(tǒng)的價(jià)值和市場(chǎng)潛力，為系統(tǒng)的發(fā)展投入了大量的人力、物力和財(cái)力。因此，系統(tǒng)中存在的各種問(wèn)題被很好地解決，效率和性能都有很大程度的提高，系統(tǒng)的市場(chǎng)前景很好，能吸引更多的投資，從而促進(jìn)系統(tǒng)的高速發(fā)展。

3．成熟期

系統(tǒng)發(fā)展到這一階段，大量人力和財(cái)力的投入，使技術(shù)系統(tǒng)日臻完善，性能水平接近高限，所獲得的利潤(rùn)達(dá)到最大并有下降的趨勢(shì)。實(shí)際上，此時(shí)大量投入所產(chǎn)生的研究成果，大多是較低水平的系統(tǒng)優(yōu)化和性能改進(jìn)，有見(jiàn)識(shí)的一些投資者漸生去意。

4．衰退期

當(dāng)應(yīng)用于系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展到極限，繼續(xù)發(fā)展很難有進(jìn)一步的突破時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入了衰退期。此時(shí)，該技術(shù)系統(tǒng)可能不再有需求或者將被新開(kāi)發(fā)的技術(shù)系統(tǒng)所取代。新系統(tǒng)開(kāi)始新的生命周期。

9.1.2S曲線族

當(dāng)一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化到一定程度時(shí)，原有的研發(fā)極限被突破，必然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的技術(shù)系統(tǒng)代替它，即現(xiàn)有技術(shù)替代老技術(shù)，新技術(shù)又替代現(xiàn)有技術(shù)，形成技術(shù)的交替。新的技術(shù)系統(tǒng)又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)更高的S曲線，不斷地替代，形成S曲線族。如圖9.2所示。

圖9.2技術(shù)系統(tǒng)S曲線

S?曲線族不僅可以用做一個(gè)歷史時(shí)期內(nèi)的某項(xiàng)技術(shù)發(fā)展變化的預(yù)測(cè)，也可以用來(lái)對(duì)某一時(shí)刻的多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行綜合評(píng)估，可以幫助技術(shù)決策者采取不同的、更有針對(duì)性的產(chǎn)品研發(fā)策略。

9.1.3S曲線的作用

分析S曲線有助于了解技術(shù)系統(tǒng)的成熟度，輔助企業(yè)做出適當(dāng)?shù)难邪l(fā)決策。

S?曲線是可以根據(jù)現(xiàn)有專利數(shù)量和發(fā)明級(jí)別等信息計(jì)算出來(lái)的，所以比較客觀地反映了系統(tǒng)的進(jìn)化進(jìn)程。對(duì)于企業(yè)研發(fā)決策來(lái)說(shuō)，值得注意的具有指導(dǎo)意義的是S曲線上的拐點(diǎn)。假設(shè)某企業(yè)正在研發(fā)某產(chǎn)品，在第一個(gè)拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，該企業(yè)應(yīng)從對(duì)當(dāng)前產(chǎn)品所做的原理實(shí)現(xiàn)的研究開(kāi)始轉(zhuǎn)入產(chǎn)品化開(kāi)發(fā)，否則該企業(yè)會(huì)被其他已經(jīng)恰當(dāng)轉(zhuǎn)入商品化的同類企業(yè)甩在后面；當(dāng)出現(xiàn)第二個(gè)拐點(diǎn)后，說(shuō)明產(chǎn)品的技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入成熟期，該企業(yè)因?yàn)樯a(chǎn)該類產(chǎn)品獲得了豐厚的利潤(rùn)，但同時(shí)要繼續(xù)研究和優(yōu)化當(dāng)前產(chǎn)品核心技術(shù)，并著手選擇更新一代的核心技術(shù)，以便將來(lái)在適當(dāng)?shù)臋C(jī)會(huì)進(jìn)入下一輪的競(jìng)爭(zhēng)。

S曲線理論是企業(yè)制定戰(zhàn)略的重要參考尺度，如表9.1所示。

9.2技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則與模式

技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則是為提高自身有用功能，技術(shù)系統(tǒng)從一種狀態(tài)過(guò)渡到另一種狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部組件之間、系統(tǒng)組件與外界環(huán)境間本質(zhì)關(guān)系的體現(xiàn)，主要體現(xiàn)了技術(shù)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)功能的過(guò)程中，技術(shù)系統(tǒng)計(jì)劃和發(fā)展的趨勢(shì)。在經(jīng)典TRIZ中，有八大技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則：完備性法則、能量傳遞法則、協(xié)調(diào)性法則、動(dòng)態(tài)性法則、子系統(tǒng)不均衡進(jìn)化法則、向超系統(tǒng)進(jìn)化法則、向微觀級(jí)進(jìn)化法則和提高理想度法則。

9.2.1完備性法則

完備性法則是指系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)功能必須具備保障最低工作能力的基本組成要素和基本聯(lián)系。要實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能，一個(gè)完整的技術(shù)系統(tǒng)必須包含以下四個(gè)部件：動(dòng)力裝置、傳輸裝置、執(zhí)行裝置和控制裝置，如圖9.3所示。

圖9.3完整的技術(shù)系統(tǒng)完備性分析

執(zhí)行裝置是對(duì)系統(tǒng)作用對(duì)象實(shí)施功能，常稱為“工具”；傳輸裝置把能量或場(chǎng)傳遞給執(zhí)行裝置。動(dòng)力裝置從能量源獲取能量，轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所需的能源；控制裝置控制其他組件如何協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)功能。

完備性法則包含兩層意思：

(1)系統(tǒng)如缺少其中的任一部分，就不能成為一個(gè)完整的技術(shù)系統(tǒng)。

(2)如果系統(tǒng)中的任一部分失效，整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)也無(wú)法幸存。

1．技術(shù)系統(tǒng)完備性分析

實(shí)例1：自行車。

系統(tǒng)名稱：自行車；

功能：運(yùn)輸；

系統(tǒng)作用對(duì)象：人。

自行車技術(shù)系統(tǒng)完備性分析如圖9.4所示。

圖9.4自行車技術(shù)系統(tǒng)完備性分析

實(shí)例2：帆船。

系統(tǒng)名稱：帆船；

功能：運(yùn)輸；

系統(tǒng)作用對(duì)象：貨物。

帆船技術(shù)系統(tǒng)完備性分析如圖9.5所示。

圖9.5帆船技術(shù)系統(tǒng)完備性分析

實(shí)例3：水磨坊。

系統(tǒng)名稱：水磨坊；

功能：研磨；

系統(tǒng)作用對(duì)象：谷物。

水磨坊技術(shù)系統(tǒng)完備性分析如圖9.6所示。

圖9.6帆船技術(shù)系統(tǒng)完備性分析

2．完備性進(jìn)化法則建議

(1)新的技術(shù)系統(tǒng)經(jīng)常沒(méi)有足夠的能力去獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)主要功能，所以依賴超系統(tǒng)提供的資源。

(2)隨著技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)逐漸獲得需要的資源，自己提供主要的功能。

技術(shù)系統(tǒng)完備性進(jìn)化階段如表9.2所示。

9.2.2能量傳遞法則

能量傳遞法則是指只有當(dāng)能量從能量源流向所有元件時(shí)，技術(shù)系統(tǒng)才能完全實(shí)現(xiàn)功能。如果技術(shù)系統(tǒng)中的某個(gè)元件不能接收能量，那么該元件就不能發(fā)揮作用，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)完全喪失功能或只能執(zhí)行部分功能。

1．能量傳遞法則內(nèi)涵

(1)技術(shù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)其功能，必須保證能量能夠從能量源流向技術(shù)系統(tǒng)的所有元件。

(2)技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化應(yīng)該沿著能量流動(dòng)路徑縮短的方向發(fā)展，以減少損失。

2．減少能量損失的途徑

(1)縮短能量傳遞路徑，減少傳遞過(guò)程中的能量損失。

(2)最好用一種能量（或場(chǎng)）貫穿于系統(tǒng)的整個(gè)工作過(guò)程，以減少能量形式轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的能量損失。

(3)如果系統(tǒng)組件可以更換，那么將不易控制的場(chǎng)更換為容易控制的場(chǎng)，即機(jī)械場(chǎng)→聲場(chǎng)→熱場(chǎng)→化學(xué)場(chǎng)→電場(chǎng)→磁場(chǎng)/電磁場(chǎng)。

9.2.3協(xié)調(diào)性法則

協(xié)調(diào)性法則是指技術(shù)系統(tǒng)沿著整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)互相更協(xié)調(diào)，且與超系統(tǒng)更協(xié)調(diào)的方向進(jìn)化發(fā)展。也就是說(shuō)，系統(tǒng)的各個(gè)部件需要在保持協(xié)調(diào)的前提下，充分發(fā)揮各自的功能。

協(xié)調(diào)性法則是技術(shù)系統(tǒng)充分發(fā)揮功能的必要條件之一。協(xié)調(diào)各部分工作，可以節(jié)約資源、提高效率。

協(xié)調(diào)性法則的進(jìn)化路線包括形狀協(xié)調(diào)、頻率協(xié)調(diào)和材料協(xié)調(diào)。

(1)形狀協(xié)調(diào)：各子系統(tǒng)之間，以及子系統(tǒng)與超系統(tǒng)之間的形狀要相互協(xié)調(diào)。

①進(jìn)化路線1：相同形狀→自兼容形狀→兼容形狀→特殊形狀。

②進(jìn)化路線2：表面形狀進(jìn)化，平滑表面→帶有凸起的表面→粗糙表面→帶有活性物質(zhì)的表面。

實(shí)例：方向盤，光滑表面→肋狀突起→針點(diǎn)狀粗糙表面→可制熱表面。

③進(jìn)化路線3：內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)化，實(shí)心物體→物體內(nèi)部中空→內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)→毛細(xì)結(jié)構(gòu)→動(dòng)態(tài)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

實(shí)例：汽車保險(xiǎn)杠，實(shí)心緩沖器→中空緩沖器→蜂窩狀結(jié)構(gòu)→毛細(xì)結(jié)構(gòu)→帶有氣囊結(jié)構(gòu)。

④進(jìn)化路線?4：幾何形狀進(jìn)化，點(diǎn)→線→面→體；直線→2D→3D→復(fù)雜線；平面→曲面→雙曲面→復(fù)雜面。

2)頻率協(xié)調(diào)。

①進(jìn)化路線1：?jiǎn)蝹€(gè)物體，連續(xù)運(yùn)動(dòng)→脈沖→周期性作用→增加頻率→共振。

實(shí)例：鉆頭進(jìn)化。

②進(jìn)化路線2：多個(gè)物體，節(jié)奏不匹配→節(jié)奏一致→共振→復(fù)雜相變→利用動(dòng)作間隙。

(3)材料協(xié)調(diào)。

進(jìn)化路線：相同材料→相似材料→惰性材料→可變特性材料→相反特性材料。

9.2.4動(dòng)態(tài)性法則

動(dòng)態(tài)性法則是指技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化應(yīng)該朝著結(jié)構(gòu)預(yù)想性、可移動(dòng)性、可控性增加的方向發(fā)展，以適應(yīng)環(huán)境狀況或執(zhí)行方式的變化。掌握了動(dòng)態(tài)性進(jìn)化法則，有助于提高技術(shù)系統(tǒng)的適應(yīng)性，指導(dǎo)我們花費(fèi)很小的代價(jià)而取得高度通用性、適應(yīng)性及可控性的技術(shù)系統(tǒng)。

動(dòng)態(tài)性法則包括三個(gè)子法則：

(1)提高柔性法則。技術(shù)系統(tǒng)沿著系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)柔性增強(qiáng)的方向進(jìn)化發(fā)展，即原有技術(shù)系統(tǒng)的剛性降低，變得更加易于彎曲、折疊，是創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一個(gè)方向。

進(jìn)化路線：剛體系統(tǒng)→單鉸鏈系統(tǒng)→多鉸鏈系統(tǒng)→柔性系統(tǒng)→場(chǎng)連接系統(tǒng)。

(2)提高可移動(dòng)性法則：技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化應(yīng)該沿著系統(tǒng)整體可移動(dòng)性增強(qiáng)的方向發(fā)展，即技術(shù)系統(tǒng)可動(dòng)的部位不斷增多，移動(dòng)的范圍不斷擴(kuò)大，移動(dòng)的速率不斷提高。

進(jìn)化路線：不可動(dòng)系統(tǒng)→部分可動(dòng)系統(tǒng)→高度可動(dòng)系統(tǒng)→整體可動(dòng)系統(tǒng)。

(3)提高可控性法則。技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化將沿著技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)各部件可控性增加的方向發(fā)展，即技術(shù)系統(tǒng)依靠自身控制的能力逐漸提高，而受超系統(tǒng)直接控制的依賴性逐漸降低。

進(jìn)化路線：直接控制→間接控制→反饋控制→自動(dòng)控制。

9.2.5子系統(tǒng)不均衡進(jìn)化法則

子系統(tǒng)不均衡進(jìn)化法則是指構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)的進(jìn)化過(guò)程存在差異。每個(gè)技術(shù)系統(tǒng)都是由多個(gè)實(shí)現(xiàn)不同功能的子系統(tǒng)組成的，而每個(gè)子系統(tǒng)的進(jìn)化是不均勻的。子系統(tǒng)不均勻法則是指：

(1)任何技術(shù)系統(tǒng)所包含的各個(gè)子系統(tǒng)都是同步、均勻進(jìn)化的，每個(gè)子系統(tǒng)都是沿著自己的發(fā)展曲線向前發(fā)展的。

(2)這種不均勻的變化經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致子系統(tǒng)出現(xiàn)矛盾。

(3)整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化速度取決于系統(tǒng)中發(fā)展最慢的子系統(tǒng)的進(jìn)化速度。改進(jìn)進(jìn)化最慢的子系統(tǒng)，就能提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

9.2.6向超系統(tǒng)進(jìn)化法則

向超系統(tǒng)進(jìn)化法則是指技術(shù)系統(tǒng)沿著單系統(tǒng)、雙系統(tǒng)、多系統(tǒng)的方向發(fā)展；當(dāng)技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化達(dá)到極限時(shí)，實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能的子系統(tǒng)會(huì)從系統(tǒng)中剝離，轉(zhuǎn)移至超系統(tǒng)中成為超系統(tǒng)的一部分。

根據(jù)向超系統(tǒng)進(jìn)化法則，技術(shù)系統(tǒng)可以在資源約束的條件下，通過(guò)系統(tǒng)合并增加功能或降低費(fèi)用，從而提高整體價(jià)值。同時(shí)，部分子系統(tǒng)向超系統(tǒng)融合并得到改進(jìn)，并使得原技術(shù)系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化，還可通過(guò)與超系統(tǒng)組件合并獲得大量資源。向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的進(jìn)化路線包括系統(tǒng)參數(shù)差異增加、系統(tǒng)功能差異增加和集成深度增加。

1．系統(tǒng)參數(shù)差異增加

參數(shù)差異增加是指隨著技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化，相互合并的系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)相同或相似功能的情況下，系統(tǒng)參數(shù)差異不斷增加，最終使整體系統(tǒng)存在實(shí)現(xiàn)相同功能的不同系統(tǒng)。

合并路徑：相同系統(tǒng)合并→同類差異系統(tǒng)合并→同類競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)合并。

其中，“相同”表示參與合并的系統(tǒng)參數(shù)一致，“同類差異”表示參與合并的系統(tǒng)相似，但至少有一個(gè)參數(shù)不一致；“同類競(jìng)爭(zhēng)”表示參與合并的系統(tǒng)功能相似，但特征和性質(zhì)完全

不同。

2．系統(tǒng)功能差異增加

功能差異增加是指隨著技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化，相互合并系統(tǒng)的功能差異不斷增加，最終形成各系統(tǒng)功能互斥的整體系統(tǒng)。

合并路徑：競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)合并→關(guān)聯(lián)系統(tǒng)合并→不同系統(tǒng)合并→相反系統(tǒng)合并。

其中，“競(jìng)爭(zhēng)”表示參與合并系統(tǒng)的主要功能相同；“關(guān)聯(lián)”表示參與合并的系統(tǒng)針對(duì)同一對(duì)象、位于同一操作過(guò)程，或處于相同條件；“不同”表示參與合并系統(tǒng)的主要功能和特征互不相同；“相反系統(tǒng)”表示參與合并的系統(tǒng)具備相反或者互斥的功能。

3．集成深度增加

集成深度增加是指隨著技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化，相互合并的系統(tǒng)在維持和增強(qiáng)原有功能的基礎(chǔ)上，其聯(lián)系不斷增加，結(jié)構(gòu)不斷精簡(jiǎn)。

合并路徑：無(wú)連接→有連接→局部簡(jiǎn)化→完全簡(jiǎn)化。

9.2.7向微觀級(jí)進(jìn)化法則

向微觀級(jí)進(jìn)化法則是指技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化沿著減少其元件尺度的方向發(fā)展，即元件從最初的尺度向原子、基本粒子的尺度進(jìn)化，同時(shí)能夠更好地實(shí)現(xiàn)相同的功能。

根據(jù)向微觀級(jí)進(jìn)化法則，研發(fā)人員可以通過(guò)預(yù)測(cè)下一代技術(shù)系統(tǒng)的尺寸和適用范圍進(jìn)行針對(duì)性的開(kāi)發(fā)，從而降低研發(fā)成本，提高研發(fā)成果的競(jìng)爭(zhēng)力。

隨著元件的微觀化，技術(shù)系統(tǒng)的形態(tài)也不斷地向微觀級(jí)演化，并最終達(dá)到最理想的狀態(tài)，即“功能俱全，結(jié)構(gòu)消失”。

進(jìn)化路線：整體→多個(gè)部分→粉末→液體→氣體→場(chǎng)。

9.2.8提高理想度法則

提高理想度法則是指技術(shù)系統(tǒng)沿著提高其理想度，向最理想系統(tǒng)的方向進(jìn)化。理想的技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)該是不消耗能量，但是卻能夠?qū)崿F(xiàn)所有必要的功能。

隨著系統(tǒng)的進(jìn)化，要提高其理想度，可以在不削弱系統(tǒng)主要功能的前提下，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的某些組件或操作。提高理想度法則的進(jìn)化路線包括簡(jiǎn)化子系統(tǒng)、簡(jiǎn)化操作和簡(jiǎn)化組件。

①簡(jiǎn)化子系統(tǒng)：簡(jiǎn)化傳輸裝置→簡(jiǎn)化動(dòng)力裝置→簡(jiǎn)化控制裝置→簡(jiǎn)化執(zhí)行裝置。

②簡(jiǎn)化操作：修正功能的操作→輔助功能的操作→產(chǎn)生功能的操作。

③簡(jiǎn)化組件：完整的系統(tǒng)→去掉部分組件→部分簡(jiǎn)化的系統(tǒng)→完全簡(jiǎn)化的系統(tǒng)。

9.3.1技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)

通過(guò)分析S曲線有助于了解技術(shù)系統(tǒng)的成熟度，從而做出合理的研發(fā)決策。

(1)對(duì)處于嬰兒期和成長(zhǎng)期的技術(shù)、產(chǎn)品，應(yīng)加大資金和人力的投入，對(duì)結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，促使其盡快成熟，為企業(yè)帶來(lái)利潤(rùn)。同時(shí)，應(yīng)盡快申請(qǐng)專利保護(hù)技術(shù)。

9.3技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則綜合應(yīng)用

(2)對(duì)處于成熟期或衰退期的產(chǎn)品，應(yīng)避免大量進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的投入或避免進(jìn)入該產(chǎn)品領(lǐng)域，同時(shí)應(yīng)關(guān)