第3章_triz发明技术系统进化及其模式分析

3.2.6
3.2.7 3.2.8 3.3
模式六 系统元件的匹配与不匹配
模式七 系统由宏观向微观进化 模式八 提高自动化程度和智能化程度
技术系统进化综合运用
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3.1
技术系统和产品进化简介
任何领域产品都与生物一样，存在着产生、生长、成熟、衰老和灭亡 的进化规律。 掌握了这些规律，人们就能能动地进行产品的设计开发，有目的地制 定技术改进和创新方向，预测产品当前和未来的地位趋势。 TRIZ法进化理论把技术的进化分为新发明、技术进步和技术成熟三个 阶段，并将产品分为婴儿期、成长期、成熟期和衰退期四个阶段。 技术系统进化有其自身固有的模式，并总结归纳出技术系统进化八大 模式。
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案例一 跳高运动的理想化
理想化目标：人的重心高过横梁的量越小越好。 采用理想化法则5：改变操作原理 发明了跨越式、剪式、滚式、俯卧式和背越式等不同的跳高姿势，人 的重心逐渐靠近横杆，获得的高度是不一样的，如图所示：
没有新的方法跳得更高，应考虑其 他理想化法则
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案例二 织机引纬工作的理想化 背景：有梭织机结构简单、造价便宜，但梭子的运动耗能太大，能占 到整台织机能量消耗的60%。 理想化目标：织机引纬理想化的目标是尽可能降低梭子的质量，甚至 不要梭子。 理想化进步： 理想化法则（4）“替换零部件”的方法，首先出现了剑杆或片梭代 替传统梭子，大大降低了质量。 理想化法则（2）“去掉一些元件”的方法，进而摈弃了梭子，发明 了喷气和喷水引纬技术，利用气流和水流携带纬纱通过整个布面，不 仅节省了能量、减少了噪声，还大大提高了入纬率。如喷水织机入纬 率可高达1300m/min，而有梭织机最高也仅能达到600 m/min。

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模式四 增加动态性和可控性
技术系统的进化应该朝着结构柔性、可移动性、可控性增加的方向发 展，以适应环境状态或执行方式的变化，提高技术系统性能以适应不断 变化的环境和满足多重需求。
动态性和可控性进化法则主要是指提高系统的动态性，以更大的柔性 和可移动性来获得功能的实现，提高系统的动态性则要求增加可控性。
例如，网络电视功能可以实现电视机与互联网直接链接，用遥控器上 网浏览和欣赏网络电视、网络图片以及互联网信息。 内臵的无线功能可以将用户计算机通过无线连接，从电视上调阅计算 机资料和播放多媒体。
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汽车的轮胎
传统的汽车轮胎在外胎的里面还有一个充有压缩空气的内胎。
这种轮胎的特点是行驶温度高，不适应高速行驶，使用时内胎在轮胎 中处于伸张状态，略受穿刺便形成小孔，使得轮胎迅速降压，因而不 能充分保证行驶的安全性。 为了弥补这些缺陷，当前汽车轮胎的内外胎合并成一个系统，轮胎不 再使用内胎，空气直接充入外胎内腔。这样消除了内外胎之间的摩擦 ，并使热量直接从轮辋散出，比普通轮胎降温20％以上。
是对客观世界中所存在物体的一种抽象，这种抽象在客观世界并不存在 ，又不能通过实验验证。 理想化是真实物体存在的一种极限状态，只能够无限的接近但是不能达 到。 理想状态的设想可以帮助去除其他繁杂的干扰因素，从而更加专注到矛 盾和发展本身，有利于解决方案的快速寻求。例如物理学中的理想气体 ，几何学中的点与线，材料学的理想晶体结构等。
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案例三 巨磁材料的发现与运用 背景：电子具有电荷特性同时具有自旋特性。电荷特性用于电信号的 传输和能量的传递，自旋特性用于存储材料的制备等等。但是两个特 性的综合运用很晚才出现。 方法：
科研工作者运用理想化方法，首先假设材料达到理想状态，即材料中 杂质不予考虑，材料性能稳定，周围环境完全理想状态。
2.全局理想化是指对同一功能，通过选择不同的原理使之理想化 。
如太阳能的利用可有多种途径： 奥林匹克比赛圣火用透镜聚焦方式，把光线聚焦到一个点上，光的高能 量使物质燃烧，光能转化为化学能。
随着现代科技发展，出现了光伏电池，把太阳光能转变为电能。
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局部理想化

全局理想化

加强 通过参数优化、采用更高级 的材料、引入附加调节装置等加强 有用功能的作用。（钢化玻璃）
第3章 技术系统进化
及其模式分析
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第3章 技术系统进化及其模式分析
3.1 技术系统和产品进化简介
3.2
技术系统进化模式
模式一 技术系统的生命周期 模式二 增加理想化水平
3.2.1 3.2.2
3.2.3
3.2.4 3.2.5
模式三 系统不均衡发展导致矛盾出现
模式四 增加动态性和可控性 模式五 技术集成以增加系统功能
法则6：利用资源（煤渣做砖）
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理想化设计案例
理想化实现的四个步骤：
第一步：描述需要改进的专门技术系统的现有性能； 第二步：描述某个性能的理想化设想； 第三步：根据个人经验和理想化设想从上述已抽象出来的六种理想化法则中 选定几种法则；
第四步：把第三步选定的法则具体化到专门具体的技术系统，并根据本文已 叙述的理想化的四个特性来判定其解的有效性。
无内胎轮胎提高了行驶安全性，在穿孔较小时能够继续行驶，中途修 理比有内胎轮胎容易，无须拆卸轮辋，而且因为有较好的柔软性，所 以可改善轮胎的缓冲性能，提高轮胎的使用寿命。
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模式三 系统不均衡发展导致矛盾出现

所谓子系统的不均衡进化法则是指任何技术系统的子系统进化都是 不均衡的。 一个完整的系统包括动力装臵、传输装臵、执行装臵和控制装臵四 部分组成。
飞机：螺旋桨——喷气，核心技术不同，S曲 线不同； 核心技术突破可造成崭新的产品，但风险大 ，有较长的商业历程。 关键技术的突破是对现有产品的重大改进。
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模式二 增加理想化水平
1.理想化与理想解
2.理想化程度评价
3.理想化法则 4.理想化设计案例
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理想化与理想解 1. 理想化定义：一个技术系统，从某一起点向最终结果进化，是一个 逐步理想化过程。 2. 理想化目标：发明创新的理想状态是理想解的实现，尽可能地使产 品接近于理想解是产品创新的指导思想。 3. 理想化特点：


如板凳——转椅——滚轮椅。
如固定式民居——车载式民居——房车
清扫工具的进化 进化路径：扫帚→吸尘器→清扫机器人。
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模式四 增加动态性和可控性
3.提高可控性


通过可控性增加，系统能够向着更易操作，更智能的方向发展。
技术系统的进化将沿着系统内各部件的可控性增加的方向发展。 本路径的技术进化过程：无控制的系统→直接控制→间接控制→反 路灯的进化： 馈控制→自我调节控制的系统。 直接控制：开关 车床进化 间接控制：总闸 进化过程：手动车床→机械半自动车床→数控车床→车削中心 反馈控制：感应光 。 条件控制：红外线 远距离控制：网络技术

降低 通过对有害功能的补偿，减 少或消除损失和浪费，采用更加便 宜的材料、标准零部件等。（稳压 器）
通用化 采用多功能技术增加有用 功能的个数。（多功能打印机） 专业化 生产） 突出功能的主次。（配件




局部理想化与全局理想化比较
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理想化程度评价（理想化公式）
有用功能 理想化（Ideality ）＝ 有害功能
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切割技术的进化
进化路径：刀→剪刀→钢筋钳→线切割机床→水切割→激光切割 。
切割技术的进化过程
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传动系统的进化
进化路径：连杆传动→链传动→带传动→液压传动→磁场传动。
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模式四 增加动态性和可控性

2.提高可移动性


技术系统的进化应该沿着提高系统整体可移动性的方向发展。
本路径反映了下面的技术进化过程：固定的系统→可移动的系统→ 随意移动的系统。在日常生活中，有很多这样的实例。
取消子功能 在不影响主要功能 的前提下，去掉中性的及辅助的 功能。（去掉火车车窗） 取消子系统 如果采用某种可用 资源后可省掉辅助子系统，可降 低系统成本。（建筑物支柱、免 充气轮胎） 改变原理 改变已有系统的工作 原理，可简化系统或使过程更为 简便。（阴极射线显示器-等离 子体——液晶——LED）
技术成熟度
发明
技术进步
成熟
时间
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3.2
技术系统进化模式
模式一 技术系统的生命周期
模式二 增加理想化水平
模式三 系统不均衡发展导致矛盾出现 模式四 增加动态性和可控性 模式五 技术集成以增加系统功能 模式六 系统元件的匹配与不匹配 模式七 系统由宏观向微观进化 模式八 提高自动化程度和智能化程度
理想化是追求理想解的过程。
理想解的特点
①消除原有系统的缺点 ②保留并发展原有系统的优点 ③不导致系统的复杂化 ④不导入新的缺点
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理想化法则 理想化过程是有规律的，是有一定的法则可以参考的。常用的理想化 法则有： 法则1：去除辅助功能 （金属板油漆采用溶剂溶解型涂料，挥发气体有害，去掉，采用 粉末加热融化，粘结） 法则2：去除一些元件（去掉登月计划照明灯玻璃外壳） 法则3：识别自服务（带印戳的手套给鸡蛋打编号、找理想热膨胀 系数为0的材料——两种材料（正负抵消） 法则4：替换零部件（采用钢质刀杆的机械夹持式硬质合金刀具（ 易脆） 法则5：改变操作原理（不倒翁电熨斗）
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模式一 技术系统的生命周期 需强调关键技术与核心技术的区别。
在现有的产品S曲线的基础上，如果对产品中的关键技术作改进和 创新，会形成新一轮的S曲线，多次关键技术创新会形成多个S曲 线，形成在同一核心技术支持下的所谓S曲线族。（轮轨技术—— 高铁技术）
但一旦核心技术发生变化，就应该形成新的产品，形成新的S曲线 ，并依靠相应的自有的关键技术的进步，形成新的S曲线族。（磁 悬浮技术）
根据理想状态的条件研究发现，由于其独特的电子自旋和电荷效应的 同时运用，电阻率可以随着外磁场的变化产生很大的变化，具有巨磁 阻效应。 与非铁磁材料结合，能够制备很多开创性的电子元器件。
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电视机的进化
电视机经历了从黑白到彩色，从电子管、晶体管电视迅速发展到集成 电路电视的过程，目前，电视正在向智能化、数字化和多用途化迈进 。
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模wk.baidu.com三 系统不均衡发展导致矛盾出现

缺少任何一个部分，系统就不能成为一个完整的系统；如果系统中 任一部分失效，整个技术系统就无法“幸存”，任何一个部分的薄 弱环节都将使整个系统性能的提高受到限制。 系统均衡发展，有助于确定更好发挥系统功能的改进方向，从而少 走弯路节约时间和资源。同时利用它可以对冗杂的系统进行简化。 在经济学中有短板理论。指出木桶的装载量由其最短的一块木板决 定。这两种理论有异曲同工之妙。 如：自行车运动系统由动力装臵——脚蹬、传动装臵——车链及轴 承、执行装臵——车轮和控制系统——骑车人握车把的手组成，若 掉链、车胎爆了
增加系统的动态性和可控性的路径很多，主要从以下4个方面进行阐述 。
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模式四 增加动态性和可控性
1.提高结构柔性 刚体——单铰链——多铰链——柔性体——液体、气体——场
提高系统柔性的进化过程
人们避暑降温：蒲扇（刚体）——折叠扇（单铰链、便于携带）——电风扇摆 脱人工（多铰链）——空调（场）
理想实验：宇宙有边界吗？惯性定律（斜面、平面）
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理想化分类
理想化分为局部理想化和全局理想化两类。
1.局部理想化是指对于选定的原理，通过不同的实现方法使其理 想化。
如用太阳光来加热容器中的水，就成为太阳能热水器。但在这一原理下 ，人们采取了多种不同的关键技术，如加热面镀膜，光能可进不可出等 ，造就了市场上数十种不同的产品，并不断进化。


如果，改进某一特定参数，必然使得这一参数所从属的子系统完美 化，故其进化比其他子系统要迅速。
子系统进化对其他子系统具有直接或间接的影响，不理想的子系统 不能全面满足对系统日益改善的要求，因而导致矛盾。 掌握了子系统的不均衡进化法则，可以帮助我们及时发现并改进系 统中最不理想的子系统，从而提升整个系统的进化阶段。 比如，计算机、汽车的发展、更新和换代恰恰是由于某些零部件技 术的不均衡发展引起的。