Petrov的技术进化定律

Petrov的技术进化定律

随政治、科技、经济、工业等的发展，人类的需求不断变化，为满足这些新的需求要求产品具有新的功能，而新功能的实现又要求开发新系统或改进已有系统。所以Petrov的技术进化定律系统包括三类定律[49][50]：需求进化定律、功能进化定律及系统进化定律，如图2.10所示。

需求进化的一般趋势是首先满足基本需求，之后满足智能的及创造性的需求。需求进化具有多样性的特点，其定律包括需求理想化、需求动态增长、需求协调、需求合并及专门化等定律，如图2.11所示。

需求进化定律可以用于预测未来的需求。由此可以定义新的功能及系统来满足这些未来的需求，需求进化所提供的知识还可帮助发现系统新的进化趋势。

功能要满足需求，功能随需求的进化而进化。功能进化定律包括功能理想化、功能动态增长、功能协调、向单功能或多功能传递等定律，如图2.12所示。

系统进化定律分为新系统构成定律及已有系统改进定律。新系统构成定律定义新系统具有生命力的规范，包括系统性、完整性、丰富性、连接存在性、协调性等定律。已有系统的改进定律给出了已有系统进化的方向，包括增加理想化水平、系统组成部件的不均衡发展、系统动态程度增加、协调性、向超系统传递等定律，其中的系统动态程度增加定律又由系统向微观传递、增加物质——场相互作用、信息饱和等定律组成，如图2.13所示。

2-3-3 十种进化模式及进化路线

本文通过对DE的八种进化模式进行分析，然后结合Petrov的技术进化定律中的已有系统改进定律，从实用性的角度对技术进化按结构、时间、功能、可控性及理想化进行分类，总结出如下十种进化模式：

模式一：精简化，指系统由简单到复杂、再由复杂到简单的进化；

模式二：微观化，指系统由宏观物体向微观物体的进化；

模式三：柔性化，指系统向动态性增加的方向进化；

模式四：曲面化，指系统几何形状的进化；

模式五：多维化，指系统向维数增加的方向进化；

模式六：调和化，指系统向各部件和谐的方向进化；

模式七：集成化，指系统向超系统方向进化；

模式八：自动化，指系统向可控性增加的方向进化；

模式九：智能化，指系统向减少人的介入方向进化；

模式十：理想化，指系统向增加理想化水平的方向进化。

十种进化模式应用在系统已经存在并且需要改进的情况下，是技术系统发展的一般趋势，在系统改进和创新设计上应用最广，每种进化模式也包含着多条进化路线，本文中总结出的进化路线主要根据Invention Machine公司的TechOptimizer中的预测模块按进化模式归纳的，下面分别介绍：

模式1：精简化

系统结构首先是由简单到复杂，然后再由复杂到简单的进化。在新工程系统开发中设计者试图合并系统单元或元件达到最小数目，工程系统中包含的元件数目不断减少。一些相对不关键的元件可以从工程系统中剔除，保留下的元件实现他们的功能。在这种模式形成的进化路线：裁剪（Triming）和合并（Convolution）；

路线1-1 裁剪：完整系统→删除一个零件→删除两个零件→删除整个部件

在新工程系统开发中设计者试图合并系统单元或元件以达到最小数目，工程系统中包含的元件数目不断减少，一些相对不关键的元件可以从工程系统中剔除，保留下的元件实现系统功能。

路线1-2 结构合并：多个单系统→功能交叉→功能相同的系统合并成单系统

在空间上将功能相同或相似的物体连接在一起，组成一个超系统（更高层次的单系统），通过合并功能相同或相似的系统，实现精简化的进化模式。

路线1-3 时间合并：多个连续操作→在时间上合并相似或相连的操作

在时间上合并相似或相连的操作，提高工作效率，实现加工过程精简化进化模式。

模式2：微观化

一个子系统或其组成元件可以用能完全实现其功能的一种材料或场来代替，例如材料的微观形式可以表现为分子、原子等，通过物理变化、化学变化或其他作用来实现向微观水平过渡，系统从宏观物体向微观物体的进化主要是由于对工具材料要求不同部位有不同特性，起不同作用，而解决这种要求冲突，可以向微观界过渡，这是因为向微观界过渡可以增加物质分离的程度和零部件结合的可能性；同时可以增加物质和空洞的结合（例如形成一种多孔的材料）；最终系统的一部分或整个部分用场来代替。在这种模式下的进化路线如下：

路线2-1物质或物体的分割：整块→分成两块→分成多个部分→粉末（液体、泡沫、胶体）→悬浮微粒（气体、等离子体）→场（真空）

整块实心物体在使用时效率低并且不可靠，因此设计者试图通过增加分割的程度来改善效率和可靠性。整块实心物体可以分割成几个小部分或者用粉末来代替，粉末又可以进一步分割成分子、液体或等离子体，这些又可以用场来代替，例如激光。

路线2-2空间分割：实心物体→物体内部引入空洞→将空洞分割成几个小空洞→制成多孔结构→制成活性的毛孔

新的工程系统可以按这样一条路线发展：它的元件占用空间要有效利用。其他材料或空洞可以引入到单块物体中，然后将空洞分割成几个部分。空洞数目增多，重量就会减少。并且催化物质和场可以引入到毛孔中。

路线2-3表面分割：平坦表面→表面上有许多突起→形成粗糙表面→活性的表面

改善一个工程系统时，通过分割物体表面成许多小面，可以获得很多优点。在平面上生成分割的突起，突起数数目增加，表面变得越来越粗糙。催化物质注入到粗糙之处后，表面就变成一个活性面。

路线2-4流动分割：沿一方向的连续流动→分成两部分→分成几个部分→许多部分

在工程系统中，一个物体对另一个物体的作用经常以连续不断的流动形式发生。为了与物体的工况协调作用，后者应分割成细小部分。在这种情况下，不同部分的流动参数可以变化，流动可以是聚合的，也可以是分散的或者彼此之间发生冲突。

模式3：柔性化

动态性的增加，即子系统的适应性或灵活性越来越适应对系统可变需求，一个刚硬的、不可移动的、不可流动的子系统变成动态子系统，然后形成多铰接子系统，再变成一弹性体（相当于无穷的铰接），进而又形成柔性体。通过加上场（电磁场，热场等）代替物质甚至可以达到更高的灵活性。

路线3-1 动态性增加：刚性体→一个铰接→两个（多个）铰接→弹性体→分子结构（液体、