第3章_triz发明技术系统进化及其模式分析

1、1第第3 3章章 技术系统进化技术系统进化及其模式分析及其模式分析v 3.1 3.1 技术系统和产品进化简介技术系统和产品进化简介v 3.2 3.2 技术系统进化模式技术系统进化模式 3.2.1 3.2.1 模式一模式一 技术系统的生命周期技术系统的生命周期 3.2.2 3.2.2 模式二模式二 增加理想化水平增加理想化水平 3.2.3 3.2.3 模式三模式三 系统不均衡发展导致矛盾出现系统不均衡发展导致矛盾出现 3.2.4 3.2.4 模式四模式四 增加动态性和可控性增加动态性和可控性 3.2.5 3.2.5 模式五模式五 技术集成以增加系统功能技术集成以增加系统功能 3.2.6 3.2.

2、6 模式六模式六 系统元件的匹配与不匹配系统元件的匹配与不匹配 3.2.7 3.2.7 模式七模式七 系统由宏观向微观进化系统由宏观向微观进化 3.2.8 3.2.8 模式八模式八 提高自动化程度和智能化程度提高自动化程度和智能化程度v 3.3 3.3 技术系统进化综合运用技术系统进化综合运用2第第3 3章章 技术系统进化及其模式分析技术系统进化及其模式分析v 任何领域产品都与生物一样，存在着任何领域产品都与生物一样，存在着产生、生长、成熟、衰老和灭亡产生、生长、成熟、衰老和灭亡的进化规律。的进化规律。v 掌握了这些规律，人们就能能动地进行产品的设计开发，有目的地制掌握了这些规律，人们就能能动

3、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。定技术改进和创新方向，预测产品当前和未来的地位趋势。v TRIZTRIZ法进化理论把法进化理论把技术的进化技术的进化分为分为新发明、技术进步和技术成熟新发明、技术进步和技术成熟三个三个阶段，并将阶段，并将产品产品分为分为婴儿期、成长期、成熟期和衰退期婴儿期、成长期、成熟期和衰退期四个阶段。四个阶段。v 技术系统进化有其自身技术系统进化有其自身固有的模式固有的模式，并总结归纳出技术系统进化八大，并总结归纳出技术系统进化八大模式。模式。33.1 3.1 技术系统和产品进化简介技术系统和产品进化简介 模式一模式一 技

4、术系统的生命周期技术系统的生命周期 模式二模式二 增加理想化水平增加理想化水平 模式三模式三 系统不均衡发展导致矛盾出现系统不均衡发展导致矛盾出现 模式四模式四 增加动态性和可控性增加动态性和可控性 模式五模式五 技术集成以增加系统功能技术集成以增加系统功能 模式六模式六 系统元件的匹配与不匹配系统元件的匹配与不匹配 模式七模式七 系统由宏观向微观进化系统由宏观向微观进化 模式八模式八 提高自动化程度和智能化程度提高自动化程度和智能化程度43.2 3.2 技术系统进化模式技术系统进化模式v 需强调需强调关键技术关键技术与与核心技术核心技术的区别。的区别。p 在现有的产品在现有的产品S S曲线的

5、基础上，如果对产品中的关键技术作改进和曲线的基础上，如果对产品中的关键技术作改进和创新，会形成新一轮的创新，会形成新一轮的S S曲线，多次关键技术创新会形成多个曲线，多次关键技术创新会形成多个S S曲曲线，形成在线，形成在同一核心技术支持下的所谓同一核心技术支持下的所谓S S曲线族曲线族。（轮轨技术。（轮轨技术高铁技术）高铁技术）p 但一旦但一旦核心技术核心技术发生变化，就应该形成新的产品，形成新的发生变化，就应该形成新的产品，形成新的S S曲线曲线，并依靠相应的自有的关键技术的进步，形成新的，并依靠相应的自有的关键技术的进步，形成新的S S曲线族。（磁曲线族。（磁悬浮技术）悬浮技术）5模式一

6、 技术系统的生命周期飞机：飞机：螺旋桨螺旋桨喷气，核心技术不同，喷气，核心技术不同，S S曲曲线不同；线不同；核心技术核心技术突破可造成崭新的产品，但风险大突破可造成崭新的产品，但风险大，有较长的商业历程。，有较长的商业历程。关键技术关键技术的突破是对现有产品的重大改进。的突破是对现有产品的重大改进。 1.1.理想化与理想解理想化与理想解 2.2.理想化程度评价理想化程度评价 3.3.理想化法则理想化法则 4.4.理想化设计案例理想化设计案例6模式二 增加理想化水平 理想化定义：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

7、程。逐步理想化过程。理想化目标：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。品接近于理想解是产品创新的指导思想。理想化特点：理想化特点：p 是对客观世界中所存在物体的一种是对客观世界中所存在物体的一种抽象抽象，这种抽象在客观世界并不存在，这种抽象在客观世界并不存在，又不能通过实验验证。，又不能通过实验验证。p 理想化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。到。p 理想状态理想状态的设想可以帮助去除其他繁杂的干扰因素，从

8、而更加专注到矛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。，几何学中的点与线，材料学的理想晶体结构等。p 理想实验：理想实验：宇宙有边界吗？惯性定律（斜面、平面）宇宙有边界吗？惯性定律（斜面、平面）7 理想化与理想解v 理想化分为局部理想化和全局理想化两类。理想化分为局部理想化和全局理想化两类。 1.1.局部理想化是指对于局部理想化是指对于选定的原理选定的原理，通过不同的实现方法使其理，通过不同的实现方法使其理想化。想

9、化。 如用如用太阳光太阳光来来加热加热容器中的水，就成为太阳能热水器。但在这一原理下容器中的水，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，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。，造就了市场上数十种不同的产品，并不断进化。 2.2.全局理想化是指对全局理想化是指对同一功能同一功能，通过选择，通过选择不同的原理不同的原理使之理想化使之理想化。 如如太阳能的利用太阳能的利用可有多种途径：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，光的高能奥林匹克比赛圣火

10、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。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。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。8理想化分类局部理想化局部理想化全局理想化全局理想化加强加强 通过参数优化、采用更高级通过参数优化、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）有用功能的作用。（钢化玻璃）降低降低 通过对有害功能的补偿，减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。（稳压宜

11、的材料、标准零部件等。（稳压器）器）通用化通用化 采用多功能技术增加有用采用多功能技术增加有用功能的个数。（多功能打印机）功能的个数。（多功能打印机）专业化专业化 突出功能的主次。（配件突出功能的主次。（配件生产）生产）取消子功能取消子功能 在不影响主要功能在不影响主要功能的前提下，去掉中性的及辅助的的前提下，去掉中性的及辅助的功能。（去掉火车车窗）功能。（去掉火车车窗）取消子系统取消子系统 如果采用某种可用如果采用某种可用资源后可省掉辅助子系统，可降资源后可省掉辅助子系统，可降低系统成本。（建筑物支柱、免低系统成本。（建筑物支柱、免充气轮胎）充气轮胎）改变原理改变原理 改变已有系统的工作改变

12、已有系统的工作原理，可简化系统或使过程更为原理，可简化系统或使过程更为简便。（阴极射线显示器简便。（阴极射线显示器- -等离等离子体子体液晶液晶LEDLED）9局部理想化与全局理想化比较v 理想化是追求理想解的过程。理想化是追求理想解的过程。v 理想解的特点理想解的特点 消除原有系统的缺点消除原有系统的缺点 保留并发展原有系统的优点保留并发展原有系统的优点 不导致系统的复杂化不导致系统的复杂化 不导入新的缺点不导入新的缺点有害功能有用功能）理想化（Ideality10理想化程度评价（理想化公式）v 理想化过程是有规律的，是有一定的法则可以参考的。常用的理想化理想化过程是有规律的，是有一定的法则

13、可以参考的。常用的理想化法则有：法则有： 法则法则1 1：去除辅助功能：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（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）粉末加热融化，粘结） 法则法则2 2：去除一些元件：去除一些元件（去掉登月计划照明灯玻璃外壳）（去掉登月计划照明灯玻璃外壳） 法则法则3 3：识别自服务：识别自服务（带印戳的手套给鸡蛋打编号、找理想热膨胀（带印戳的手套给鸡蛋打编号、找理想热膨胀系数为系数为0 0的材料的材料两种材料（正负抵消）两种材料（正负抵消） 法则法则4 4：替换零部件：替换零部件（采用钢质刀杆的机械夹持式硬

14、质合金刀具（采用钢质刀杆的机械夹持式硬质合金刀具（易脆易脆） 法则法则5 5：改变操作原理：改变操作原理（不倒翁电熨斗）（不倒翁电熨斗） 法则法则6 6：利用资源：利用资源（煤渣做砖）（煤渣做砖）11理想化法则v 理想化实现的四个步骤：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；选定几种法则； 第四步：把第三

15、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。叙述的理想化的四个特性来判定其解的有效性。12理想化设计案例v 理想化目标：理想化目标：人的重心高过横梁的量越小越好。人的重心高过横梁的量越小越好。v 采用理想化法则采用理想化法则5：改变操作原理改变操作原理v 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：的重心逐渐靠近横杆，获得的高度是不一样的，如图所示：13

16、案例一 跳高运动的理想化v 没有新的方法跳得更高，应考虑其没有新的方法跳得更高，应考虑其他理想化法则他理想化法则v 背景：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到整台织机能量消耗的60%60%。v 理想化目标：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。不要梭子。v 理想化进步：理想化进步：v 理想化法则（理想化法则（4 4）“替换零部件替换零部件”的方法的方法，首先出现了剑杆或片梭代，首先出现了剑杆或片梭代替传统梭子，大大降

17、低了质量。替传统梭子，大大降低了质量。v 理想化法则（理想化法则（2 2）“去掉一些元件去掉一些元件”的方法，的方法，进而摈弃了梭子，发明进而摈弃了梭子，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率可高达1300m/min1300m/min，而有梭织机最高也仅能达到，而有梭织机最高也仅能达到600 m/min600 m/min。14案例二 织机引纬工作的理想化v 背景：背景：电子具有电子

18、具有电荷特性电荷特性同时具有同时具有自旋特性自旋特性。电荷特性用于电信号的。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。性的综合运用很晚才出现。v 方法：方法：v 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。杂质不予考虑，材料性能稳定，周围环境完全理想状态。v 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根据理想状态的条件研究发现，由于

19、其独特的电子自旋和电荷效应的同时运用，同时运用，电阻率可以随着外磁场的变化产生很大的变化电阻率可以随着外磁场的变化产生很大的变化，具有巨磁，具有巨磁阻效应。阻效应。v 与非铁磁材料结合，能够制备很多开创性的电子元器件。与非铁磁材料结合，能够制备很多开创性的电子元器件。15案例三 巨磁材料的发现与运用v 电视机的进化电视机的进化v 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。v 例如，网络电视功能可以

20、实现电视机与互联网直接链接，用遥控器上例如，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。网浏览和欣赏网络电视、网络图片以及互联网信息。v 内置的无线功能可以将用户计算机通过无线连接，从电视上调阅计算内置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。机资料和播放多媒体。v 汽车的轮胎汽车的轮胎v 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。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。v 这种轮胎的特点是行驶温度高，不适应高速行驶，使用时内胎在轮胎这种轮胎的特点是行驶温度高，不适应高速行驶，使

21、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。能充分保证行驶的安全性。v 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，并使热量直接从轮辋散出，比普通轮胎降温2020以上。以上。v 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，中途修无内胎轮胎

22、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。以可改善轮胎的缓冲性能，提高轮胎的使用寿命。l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。不均衡的。l一个完整的系统包括动力装置、传输装置、执行装置和控制装置四一个完整的系统包括动力装置、传输装置、执行装置和控制装置四部分组成。部分组成。l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如果，

23、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。化，故其进化比其他子系统要迅速。l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。不能全面满足对系统日益改善的要求，因而导致矛盾。l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。统中最不理想的子系统，从而提升整个系统的进化阶段。l比如，计算机、汽车的发展、更新和换代恰恰是由于某些

24、零部件技比如，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。术的不均衡发展引起的。18模式三 系统不均衡发展导致矛盾出现l缺少任何一个部分缺少任何一个部分，系统就不能成为一个完整的系统；如果系统中，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任一部分失效，整个技术系统就无法“幸存幸存”，任何一个部分的薄，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。弱环节都将使整个系统性能的提高受到限制。l系统均衡发展系统均衡发展，有助于确定更好发挥系统功能的改进方向，从而少，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

25、时利用它可以对冗杂的系统进行简化。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。l在经济学中有在经济学中有短板理论短板理论。指出木桶的装载量由其最短的一块木板决。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。定。这两种理论有异曲同工之妙。l如：自行车运动系统由动力装置如：自行车运动系统由动力装置脚蹬、传动装置脚蹬、传动装置车链及轴车链及轴承、执行装置承、执行装置车轮和控制系统车轮和控制系统骑车人握车把的手组成，若骑车人握车把的手组成，若掉链、车胎爆了掉链、车胎爆了19模式三 系统不均衡发展导致矛盾出现20模式四 增加动态性和可控性v技术系统的进化应该朝着技术系统

26、的进化应该朝着结构柔性、可移动性、可控性增加结构柔性、可移动性、可控性增加的方向发的方向发展，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。变化的环境和满足多重需求。v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。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。v增加系统的动态性和可控性的路径很多，主要从以下增加系统的动态性和可控性的路径很多，主要

27、从以下4 4个方面进行阐述个方面进行阐述。v 1.1.提高结构柔性提高结构柔性 刚体刚体单铰链单铰链多铰链多铰链柔性体柔性体液体、气体液体、气体场场21模式四 增加动态性和可控性提高系统柔性的进化过程提高系统柔性的进化过程v 人们避暑降温：人们避暑降温：蒲扇（刚体）蒲扇（刚体）折叠扇（单铰链、便于携带）折叠扇（单铰链、便于携带）电风扇摆电风扇摆脱人工（多铰链）脱人工（多铰链）空调（场）空调（场）v 切割技术的进化切割技术的进化进化路径：刀进化路径：刀剪刀剪刀钢筋钳钢筋钳线切割机床线切割机床水切割水切割激光切割激光切割。切割技术的进化过程切割技术的进化过程v 传动系统的进化传动系统的进化进化路径

28、：进化路径：连杆传动连杆传动链传动链传动带传动带传动液压传动液压传动磁场传动。磁场传动。v2.2.提高可移动性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。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：本路径反映了下面的技术进化过程：固定的系统固定的系统可移动的系统可移动的系统随意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。在日常生活中，有很多这样的实例。如板凳如板凳转椅转椅滚轮椅。滚轮椅。如固定式民居如固定式民居车载式民居车载式民居房车房车24模式四 增加动态性和可控性v清扫工具的进化清扫工具的进化v进化路径：进化路径

29、：扫帚扫帚吸尘器吸尘器清扫机器人。清扫机器人。3.3.提高可控性提高可控性 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。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。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：本路径的技术进化过程：无控制的系统无控制的系统直接控制直接控制间接控制间接控制反馈反馈控制控制自我调节控制的系统。自我调节控制的系统。车床进化车床进化进化过程：进化过程：手动车床手动车床机械半自动车床机械半自动车床数控车床数控车床车削中心。车削中心。25模式四 增加动态性和

30、可控性v 路灯的进化：路灯的进化：v 直接控制：开关直接控制：开关v 间接控制：总闸间接控制：总闸v 反馈控制：感应光反馈控制：感应光v 条件控制：红外线条件控制：红外线v 远距离控制：网络技术远距离控制：网络技术4 4、提高稳定度、提高稳定度v本路径的技术进化过程：本路径的技术进化过程：v静态固定的系统静态固定的系统有多个固定状态的系统有多个固定状态的系统动态固定系统动态固定系统多变系多变系统。统。v 增加集成度再进行简化规则是指技术系统首先趋向于集成度增加的方增加集成度再进行简化规则是指技术系统首先趋向于集成度增加的方向，紧接着再进行简化的进程。向，紧接着再进行简化的进程。v 通常先集成系

31、统功能的数量和质量，然后用性能更好、更简单的系统通常先集成系统功能的数量和质量，然后用性能更好、更简单的系统来替代先前的集成系统。如：来替代先前的集成系统。如： 双体船可增加稳定性双体船可增加稳定性 组合音响将收音机、磁带机、组合音响将收音机、磁带机、VCDVCD集成为一个多功能系统。集成为一个多功能系统。 电子芯片上元器件的集成大大提高了运算存储功能电子芯片上元器件的集成大大提高了运算存储功能 材料科学中的自旋器件集成，将单位面积的信息存储能力从几材料科学中的自旋器件集成，将单位面积的信息存储能力从几GBGB扩充到几百扩充到几百GBGB。27模式五 技术集成以增加系统功能v(1) 增加集成度

32、的路径增加集成度的路径v增加集成度的路径经历了以下阶段：增加集成度的路径经历了以下阶段：创建功能中心创建功能中心附加或辅助子附加或辅助子系统加入系统加入通过分割、向超系统转化或向复杂系统的转化来加强易通过分割、向超系统转化或向复杂系统的转化来加强易于分解的程度。于分解的程度。v(2) 简化路径简化路径v本路径反映了下面的技术进化阶段，本路径反映了下面的技术进化阶段，v第一，通过第一，通过选择选择实现辅助功能的最简单途径来进行初级简化；实现辅助功能的最简单途径来进行初级简化；v第二，通过第二，通过组合组合实现相同或相近功能的元件来进行部分简化；实现相同或相近功能的元件来进行部分简化；v第三，通过

33、第三，通过应用自然现象应用自然现象或或“智能智能”物替代专用设备来进行整体的物替代专用设备来进行整体的简化。简化。v(3(3）单）单- -双双- -多路径多路径v本路径的技术进化阶段：本路径的技术进化阶段：单系统单系统双系统双系统多系统。多系统。v双系统又分为单功能双系统、多功能双系统、局部简化双系统和完双系统又分为单功能双系统、多功能双系统、局部简化双系统和完整简化双系统；整简化双系统；v多系统包括单功能多系统、多功能多系统、局部简化多系统和完整多系统包括单功能多系统、多功能多系统、局部简化多系统和完整简化多系统。简化多系统。v技术系统依靠子系统的逐一加入使系统向更多功能的方向发展。技术系统

34、依靠子系统的逐一加入使系统向更多功能的方向发展。v洗衣机的进化洗衣机的进化v进化路径是：进化路径是：单功能单桶洗衣机单功能单桶洗衣机洗、甩双功能双桶洗衣机洗、甩双功能双桶洗衣机洗、洗、甩双功能的单桶洗衣机甩双功能的单桶洗衣机洗、甩、烘干等多功能单桶洗衣机。洗、甩、烘干等多功能单桶洗衣机。（4 4）子系统分离路径）子系统分离路径 技术系统进化到极限时，它实现某项功能的子系统会从系统中剥离，转移至技术系统进化到极限时，它实现某项功能的子系统会从系统中剥离，转移至超系统，作为超系统的一部分。超系统，作为超系统的一部分。 在该子系统的功能得到增强和改进的同时，也简化了原有的技术系统。向超在该子系统的功

35、能得到增强和改进的同时，也简化了原有的技术系统。向超系统进化有两种方式：系统进化有两种方式： 一是使技术系统和超系统的资源组合；一是使技术系统和超系统的资源组合； 二是让系统的某子系统容纳到超系统中。二是让系统的某子系统容纳到超系统中。 例例 飞机燃油系统向超系统进化飞机燃油系统向超系统进化空中加油机空中加油机 最初副油箱是飞机的一个子系统，进化后副油箱脱离了飞机，进化至超系统最初副油箱是飞机的一个子系统，进化后副油箱脱离了飞机，进化至超系统。当飞机长距离飞行时，以空中加油机的形式给飞机加油。飞机系统得到了简化。当飞机长距离飞行时，以空中加油机的形式给飞机加油。飞机系统得到了简化，不必再携带数

36、百吨的燃油。，不必再携带数百吨的燃油。v 系统元件可采用匹配也可不匹配来改善系统功能，消除负面效应。系统元件可采用匹配也可不匹配来改善系统功能，消除负面效应。v 指在技术系统的进化中，子系统的匹配和不匹配交替出现，以改善性能或补指在技术系统的进化中，子系统的匹配和不匹配交替出现，以改善性能或补偿不理想的作用。偿不理想的作用。v 子系统间的协调性是整个技术系统发挥功能的必要条件，子系统间的协调性子系统间的协调性是整个技术系统发挥功能的必要条件，子系统间的协调性可以表现为形状上的协调，工作节奏和频率上的协调，以及性能参数等方面可以表现为形状上的协调，工作节奏和频率上的协调，以及性能参数等方面的相互

37、协调。的相互协调。v 匹配：匹配： 一辆车上安装四个相同的车轮；一辆车上安装四个相同的车轮； 机械系统中的主要元件的应有相同的寿命设计机械系统中的主要元件的应有相同的寿命设计v 不匹配：不匹配： 赛车的前轮小后轮大，便于加速。赛车的前轮小后轮大，便于加速。 机械系统中的安全销钉，电气装置中的保险装置等。这种不匹配使机电机械系统中的安全销钉，电气装置中的保险装置等。这种不匹配使机电系统运行更安全。系统运行更安全。31模式六 系统元件的匹配与不匹配（协调化进化）v形状协调形状协调各子系统之间，以及子系统与超系统的形状要相互协调。各子系统之间，以及子系统与超系统的形状要相互协调。例如，轴承接触形状协

38、调的进化，如图例如，轴承接触形状协调的进化，如图4-94-9所示。螺母与螺栓配合所示。螺母与螺栓配合的部分须具有相同的形状，还有如耳机与耳机插孔之间的协调、汽车的部分须具有相同的形状，还有如耳机与耳机插孔之间的协调、汽车车门与车身的协调等。车门与车身的协调等。v图图4-9轴承接触形状协调的进化轴承接触形状协调的进化v（2 2）工作节奏和频率上的协调）工作节奏和频率上的协调v【例例】没有噪声的电扇没有噪声的电扇v英国研制出了一种没有噪声的电扇，里面安装有麦克风和扩音器。英国研制出了一种没有噪声的电扇，里面安装有麦克风和扩音器。麦克风捕获电机和叶片的噪声，通过电子组件转换成麦克风捕获电机和叶片的噪

39、声，通过电子组件转换成相反相位相反相位的声的声音并被音并被扩音器再次播放出来扩音器再次播放出来，噪声就被彻底消除了。，噪声就被彻底消除了。v（3 3）性能参数的协调）性能参数的协调v 例例 汽车车轮定位参数的协调汽车车轮定位参数的协调v车轮定位参数是存在于悬架系统和各活动机件间的相对角度。保持车轮定位参数是存在于悬架系统和各活动机件间的相对角度。保持车轮定位参数正确的协调可确保车辆直线行驶，改善车辆的转向性车轮定位参数正确的协调可确保车辆直线行驶，改善车辆的转向性能，确保转向系统自动回正，避免轴承因受力不当而受损失去精度能，确保转向系统自动回正，避免轴承因受力不当而受损失去精度，还可以保证轮胎

40、与地面紧密接合，减少轮胎磨损、悬架系统磨损，还可以保证轮胎与地面紧密接合，减少轮胎磨损、悬架系统磨损以及降低油耗等。以及降低油耗等。v汽车车轮的定位参数，不仅能够影响汽车的行驶性能，还能够影响汽车车轮的定位参数，不仅能够影响汽车的行驶性能，还能够影响行车的安全性。因此，经常进行汽车车轮定位参数的检查和调整，行车的安全性。因此，经常进行汽车车轮定位参数的检查和调整，能够减少轮胎和悬架系统的磨损，降低油耗，是安全行车的重要保能够减少轮胎和悬架系统的磨损，降低油耗，是安全行车的重要保证。证。v 技术系统总是趋于从宏观向微观进化。技术系统总是趋于从宏观向微观进化。v 如：如：灶具初始烧木材，然后变为烧

41、煤、烧气，后来出现电加热灶具灶具初始烧木材，然后变为烧煤、烧气，后来出现电加热灶具、电磁炉、微波炉。、电磁炉、微波炉。电子元器件从最初的真空管到晶体管到集成电路。电子元器件从最初的真空管到晶体管到集成电路。播放器从开始的庞大体积的录音机到后来巴掌大小的随身听、播放器从开始的庞大体积的录音机到后来巴掌大小的随身听、便携便携CDCD机到手指大小机到手指大小MP3MP3，到可以放在耳朵旁的耳环播放器。，到可以放在耳朵旁的耳环播放器。35模式七 系统由宏观向微观进化v（1 1）向微观级转化的路径）向微观级转化的路径v技术系统向微观级转化主要体现在以下技术系统向微观级转化主要体现在以下3 3个方面：个方

42、面：v第一，宏观级的系统向微观级转化；第一，宏观级的系统向微观级转化；v第二，由通常形状的平面系统向立体系统转化；第二，由通常形状的平面系统向立体系统转化；v第三，高度集成系统向高度分离的子系统第三，高度集成系统向高度分离的子系统( (如粉末、颗粒等如粉末、颗粒等) )、次分子、次分子系统系统( (泡沫、凝胶体等泡沫、凝胶体等) )、化学相互作用下的分子系统、原子系统转化、化学相互作用下的分子系统、原子系统转化。v（2 2）向具有高效场的路径转化）向具有高效场的路径转化v突破机械场，向热场、磁场、电场、化学场和生物场等复合场作用突破机械场，向热场、磁场、电场、化学场和生物场等复合场作用的路径转

43、化。本路径的技术进化阶段可表示为：的路径转化。本路径的技术进化阶段可表示为：应用机械交互作用应用机械交互作用应用热交互作用应用热交互作用应用分子交互作用应用分子交互作用应用化学交互作用应用化学交互作用应用应用电子交互作用电子交互作用应用磁交互作用应用磁交互作用应用电磁交互作用和辐射应用电磁交互作用和辐射。可以。可以看出，动态性进化法则中，在向增加系统柔性的方向发展里面指出看出，动态性进化法则中，在向增加系统柔性的方向发展里面指出的技术系统进化阶段也是符合向高效场路径转化的。的技术系统进化阶段也是符合向高效场路径转化的。v（3 3）向增加场效率的路径转化）向增加场效率的路径转化v本路径的技术进化

44、阶段：本路径的技术进化阶段：应用直接的场应用直接的场应用有反方向的场应用有反方向的场应用应用有相反方向的场的合成有相反方向的场的合成应用交替场振动共振驻波等应用交替场振动共振驻波等应用应用脉冲场脉冲场应用带梯度的场应用带梯度的场应用不同场的组合作用。应用不同场的组合作用。v（4 4）向系统分割的路径转化）向系统分割的路径转化v本路径的技术进化阶段：本路径的技术进化阶段：固体或连续的物体固体或连续的物体有局部内势垒的物体有局部内势垒的物体有完整势垒的物体有完整势垒的物体有部分间隔分割的物体有部分间隔分割的物体有长而窄连接的物有长而窄连接的物体体用场连接零件的物体用场连接零件的物体零件间用结构连接

45、的物体零件间用结构连接的物体零件间用程零件间用程序连接的物体序连接的物体零件间没有连接的物体。零件间没有连接的物体。v 例例 立铣刀的空间分割进化立铣刀的空间分割进化v为了改善精密切削中的振动，沿此进化路线的进化过程为：装配式为了改善精密切削中的振动，沿此进化路线的进化过程为：装配式硬质合金铣刀硬质合金铣刀在刀片上采用特殊形状的三维断屑槽在刀片上采用特殊形状的三维断屑槽刀槽采用不刀槽采用不同螺旋角度交替的槽同螺旋角度交替的槽带油孔喷雾冷却球头铣刀带油孔喷雾冷却球头铣刀。从目前切削技术。从目前切削技术沿空间分割这条进化趋势看，前两个进化阶段已完成，但后两个进沿空间分割这条进化趋势看，前两个进化阶

46、段已完成，但后两个进化阶段还没有实施。化阶段还没有实施。v 技术系统向自动化方向进化，意味着通过减少那些机械的、重复的人技术系统向自动化方向进化，意味着通过减少那些机械的、重复的人工介入，提高技术系统的功能效益，用来实现那些枯燥的功能，来解工介入，提高技术系统的功能效益，用来实现那些枯燥的功能，来解放人们去完成更具有创造性的工作。放人们去完成更具有创造性的工作。v 向自动化方向进化的一般路径：向自动化方向进化的一般路径：人工动作的系统人工动作的系统替代人工但仍保留替代人工但仍保留人工动作的方法人工动作的方法用机器动作完全代替人工。用机器动作完全代替人工。最初洗衣都用搓衣板，后用洗衣机，并先后出

47、现单缸、双缸、最初洗衣都用搓衣板，后用洗衣机，并先后出现单缸、双缸、全自动洗衣机。全自动洗衣机。机器人智能化程度的日益提高，在一些场合已经可以代替人进机器人智能化程度的日益提高，在一些场合已经可以代替人进行工作。行工作。目前对机械和电气电子产品经常使用遥控器来控制，或编写操目前对机械和电气电子产品经常使用遥控器来控制，或编写操作程序控制，大大减轻了人的体力劳动和脑力劳动。作程序控制，大大减轻了人的体力劳动和脑力劳动。39模式八 提高自动化程度和智能化程度v 例例4-12 4-12 汽车变速器的进化汽车变速器的进化v 减少人的参与在汽车变速器的演化中主要表现在减少人的参与在汽车变速器的演化中主要表现在能量资源、操作系统和控制能量资源、操作系统和控