科技创新课件-八大技术系统进化法则

动力装置 帆
传动装置 桅杆
执行装置 船体
产品 货物
控制装置
外部控制 水手
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二、技术系统能量传递法则
技术系统实现其基本功能的必要条件之一： 能量能够从能量源流向技术系统的所有元件
例如，收音机在金属 屏蔽的汽车中就不能 收听高质量的广播， 就因为电台传递的能 量源受阻。如果在汽 车外加天线，问题即 可得到解决。
Windows open according to temperature reading 窗户的开关根据温度的值
Different heat/ventilation programmes depending on greenhouse contents 根据花房的需求设置不同的程序控制
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七、向超系统进化法则
JSPC
Multi head screwdriver Flat head screwdriver
单头螺丝刀
Multi changeable screwdriver h
Twin head screwdriver
双头螺丝刀 更多种类的螺丝刀 换头螺丝刀
Single lens
Dual lens
Dual telescopic lens
20
增加理想化水平
JSPC
• 增加新的有效功能，从超系统中获取功能 • 传输尽量多的外部已存在的可利用资源，尤其是利用免费 资源，以降低成本 • 利用内部及外部已存在的可利用资源，尤其是利用免费资 源，以降低成本 • 删除低效或无效功能，减少有害功能数量 • 预防有害功能的产生，将有害功能消除或转化为中性功能， 减轻有害功能等级 • 将有害功能转到超系统去
另外注意的一点：要使技术系统的某元件具有可控性，必须在该元 件和控制装置之间提供能量传递通路。
JSPC
12
二、技术系统能量传递法则
JSPC
技术系统的 进化应该沿着能量流动路径缩短的方向发展，以减少能量的损失。
several energy
Reduced energy
One energy conversion No energy conversion
JSPC
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最终理想解确定的步骤
• • • • • • 设计的最终目的是什么？ 理想解是什么？ 达成理想解的障碍是什么？ 出现这个障碍的后果是什么？ 避免出现这个障碍的条件是什么？ 要制造这些条件存在的可用资源是什么？
JSPC
液晶0.44英寸 等离子150英寸
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农场养兔子的难题
• 方式：放养 • 难题：农场主不希望 兔子走得太远农场主 不愿意也不可能花费 大量的资源割草运回 来喂兔子
JSPC
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十大技术系统进化法则
S曲线法则
JSPC
完备性法则 动态性进化 法则
能量传递法则
提高理想度法则
子系统不均 衡进化法则
向超系统 进化法则
向微观级 进化法则 协调性法则
向减少人工 介入和自动 化方向法则
7
技术系统进化法则
•
适用情况：预测产品或技术的发展趋势
JSPC
问题
进化曲线
发展方向
解决方案
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五、子系统不均衡进化法则
自行车的不均衡进化
JSPC
自行车的进化
30
JSPC
31
六、动态性进化法则
JSPC
水切割
激光切割
• 沿着增加系统可移动性的方向发展 • 沿着增加系统的柔性方向发展 • 沿着增加系统可控性方向发展
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六、动态性进化法则—可移动性
JSPC
固定电话
子母机
手机
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六、动态性进化法则—柔性化
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理想化方法
• 部分理想化
a)加强有用功能 d)增加集成度 b)降低有害功能 e)功能专用化 c)功能通用化 f)增加柔性
JSPC
• 全部理想化
a)功能剪切 简化系统 b)系统剪切，去除多余子系统 c)原理改变，获得全新的系统 d)系统换代
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最终理想解
• • • • 保持原系统所有的优点 消除原系统所有缺点 没有增加系统的复杂度 没有产生新的缺陷
Blade
Blade plus file
Blade plus file hook
Blade plus file hook saw
Blade plus file hook saw scissors
43 Blade plus file hook saw scissors corkscrew
七、向超系统进化法则
3
JSPC
2 1
4
性能参数
t
专利数量 发明级别
t
利润
t
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。
t
婴儿期
成长期
成熟期
衰退期
15
三、S曲线进化法则
JSPC
s曲线族图
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四、提高理想度法则
JSPC
• 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。
移动投影机
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四、提高理想度法则
提高理想度途径
М , Г, Э 尺寸 .质量 А
JSPC
第一，提高有益的参数 第二，降低有害的参数 第三，提高有益参数的同时 降低有害参数
1
容量9G 转速10000转/分钟
2
3
Ф 功能
容量40G
1，硬盘 2，计算器、电脑 3，汽车，手机
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什么是理想度？
• 定量描述： 理想度＝
• 技术系统首先向系统的合成方向发展
单系统 双系统 多系统
JSPC
单系统
• 技术系统的简化
子系统 超系统 此时，子系统功能得到加强的同时， 也简化了原有的系统。
40
“逐步增加→逐步减少”（“单-双/多-单”）技术系统总模 JSPC 式
单系统
双或多系统
相似的功能
不同的功能
具有相似 的特性
具有混合 的特性
系统由多个子系统组成， 并通过子系统间的相互作 用实现一定的功能。 系统之外的高层次系统 称之为超系统，系统之 内的低层次系统称之为 子系统。
JSPC
5
系统、子系统、超系统
以汽车作为一个系统，轮胎、 发动机、方向盘等是汽车的子系 统；交通系统就是汽车的一个超 系统，因为每辆汽车都是整个交 通系统的一个组成部分。当然， 气候，车库等也是汽车的超系统。 “当前系统”是一个相对的 概念。如果我们以轮胎作为“当 前系统”来研究的话，那么轮胎 中的橡胶、子午线、充气嘴等就 是轮胎的子系统，而汽车、驾驶 员、气候、车库、交通系统等就 都是汽车的超系统。
Addition of feedback
Addition of intelligent feedback
直接控制
通过中介控制
通过反馈控制
增加高级反馈控制
Manual focusing 手动调焦
Press a button to focus (Mechanism) 增加按钮（机械调焦）
Focusing happens according to light reading 通过光的强度调焦
具有不同 的特性
具有相反 的特性
逐步部分地减少系统
减少成新的单系统
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七、向超系统进化法则
JSPC
飞机燃油系统向超系统跃迁—空中加油机实例
输油管 系统 受油机
超系统 空中加油机
子系统
超系统
42
七、向超系统进化法则
JSPC
Mono system
Bi system
Tri system
Poly system
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一、技术系统完备性法则
JSPC
系统主要部分 – 执行装置、传动装置、动力装置、控制装置
能源
动力装置
传动装置
执行装置
产品
控制装置
外部控制
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一、技术系统完备性法则
测量工作系统
JSPC
能源
动力装置 转换器
传输装置
执行装置 传感器
产品
控制装置
外部控制
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一、技术系统完备性法则
帆船运输系统
JSPC
能源 风能
Steam Trian - Chemical to heat to pressure to mechanical 蒸汽机火车——化学能转 换为热能再转换为机械能
Diesel Train - Chemical to pressure to mechanical 柴油机火车——化学能 转换为机械能
Electric Train - Electrical to mechanical 电火车——化学能转 换为机械能
JSPC
应用上面的5步骤，分析并提出最终理想解
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农场养兔子的难题
JSPC
• 设计的最终目的是什么？ 兔子能够吃到新鲜的青草 • 理想解是什么？ 兔子永远自己吃到青草 • 达成理想解的障碍是什么？ 为防止兔子走的太远照看不到，农场主用笼子放养兔子，这样，放兔 子的笼子不能移动 • 出现这个障碍的后果是什么？ 由于笼子不能移动，可被兔子吃到的笼下草地面积有限，短时间内草 被吃光了 • 避免出现这个障碍的条件是什么？ 当兔子吃光笼子下的青草时，笼子移动到另一块有青草的草地上 • 要制造这些条件存在的可用资源是什么？可用资源是兔子 • 解决方案：给笼子装上轮子，兔子自己推着笼子移动，去不断获得青 草。
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JSPC
IFR实例1
• 问题：给鸡蛋打日期戳 • IFR: 鸡蛋自动打上日期戳
分析资源：物质、能量、动作 方案：利用已有的动作
27
JSPC
IFR法的作用
• 直接设想最理想的技术系统，在解决问题 的最初就使矛盾更加尖锐化 • 有利于更彻底的解决矛盾，得到最理想的 解决问题方案。
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五、子系统不均衡进化法则
Automatic focusing 自动调焦
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六、动态性进化法则—增加可控性
花房自动调节环境案例
JSPC
Opening window with stick - Direct action 打开窗户直接控制
Press a button to open windows (Mechanism) 增加一个机械按钮控制
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技术系统
JSPC
系统的定义：一个产品或物品都可以看做 是一个技术系统，技术系统可以简称为系 统 系统是具有系统特征的部件和联系的总和， 这里的特征是系统个别部件所没有的。 系统特性：飞机飞行，缝纫机缝制衣服 作用客体：飞机作用于空气，缝制的衣服 主要有效功能：飞机运送货物，缝纫机缝制
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系统、子系统、超系统
有Leabharlann Baidu功能之和 有害作用之和＋成本
JSPC
• 最终理想解：按照理想度的概念，最理想的产品应该 是这样的：该产品作为实体并不存在，但是有用功能 仍然能够实现。即是最终理想解。 • 最理想的状况： 有用功能 ∝ 资源的消耗 0
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理想化的要素
JSPC
• 理想系统：没有实体，没有物质，不消耗能源，但能实现 一切需要的功能。 • 理想过程：只有过程的结果而无过程本身 • 理想资源：有无穷无尽的资源，可随意使用却不必付费。 • 理想方法：不消耗时间和能量，通过自身调节能达到所需 目的 • 理想机器：没有实体的机器，但能完成所需要的工作。 • 理想物质：没有物质，但能实现物质的功能 • ...............................................................
JSPC
刚体
单铰链
多铰链
柔性体
液体/气体
场
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六、动态性进化法则—柔性化
测量距离的案例
JSPC
直尺
折尺
卷尺
声波测量器
激光测量仪
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六、动态性进化法则—柔性化
JSPC
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六、动态性进化法则—柔性化
JSPC
37
六、动态性进化法则—增加可控性
JSPC
Direct control
Control through intermediary
技术系统进化法则
进化法则的作用和意义
1、预测新产品的方向与特征
JSPC
2、对于现有产品的改进方向给予建议
3、产品专利规避的分析工具
2
技术系统进化法则
JSPC
1、技术系统完备性法则 2、技术系统能量传递性法则 3、技术系统的S曲线进化法则 4、提高理想化法则； 5、子系统不均衡进化法则； 6、动态性进化法则； 7、向超系统进化法则； 8、子系统协调性法则； 9、向微观级和场的应用进化法则； 10、向减少人工介入和自动化方向进化法则。
JSPC
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 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．
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三、S曲线进化法则
JSPC
• 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。
性 能
图 4-11
成熟期
衰退期
成长期
婴儿期
发展时期
产品进化s形曲线
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三、S曲线进化法则