创新思维与方法第12章-用TRIZ解决发明问题课件

目录1破坏性创新方法2航空燃气涡轮发动机的技术进化3飞机机翼的进化4提高智能吸尘器的清洁效果5宝马汽车的外形设计目录1破坏性创新方法2航空燃气涡轮发动机的技术进化3飞机第12章用TRIZ解决发明问题按照TRIZ对发明问题的五级分类，一般较为简单的一到三级发明问题运用发明原理或者发明问题标准解法就可以解决，而那些复杂的非标准发明问题，如四级问题，往往需要应用发明问题解决算法ARIZ做系统的分析和求解。在利用TRIZ理论解决发明问题时，其一般过程可以分为以下几个步骤：步骤1：对给定问题的性质进行分析，如果发现问题存在冲突，则应用“原理”去解决；如果问题明确，但不知道该如何处理，则应用“效应”去解决；如果是对系统的进化过程进行分析，就应用“预测”去解决。第12章用TRIZ解决发明问题按照TRIZ对发明问题的五第12章用TRIZ解决发明问题步骤2：在解决具体问题时，针对问题确定一个技术矛盾后，要用该技术领域的一般术语来描述该技术矛盾，通过这些一般术语来选择通用技术参数，再由通用技术参数在矛盾矩阵中选择可用的发明原理。步骤3：当某个发明原理被选定后，必须要根据特定的问题将发明原理转化为一个特定的解。在对问题的处理结果进行评价后，如果发现新问题，则要求对问题继续分析，直到不出现新问题。步骤4：找出解决问题的最终方案。第12章用TRIZ解决发明问题步骤2：在解决具体问题时，第12章用TRIZ解决发明问题下面我们通过几个实例，来综合阐述TRIZ理论是如何帮助工程设计人员及管理人员迅速发现主要问题并提供解决问题的相应原理，从而证明TRIZ理论在创新设计中的重要作用。第12章用TRIZ解决发明问题下面我们通过几个实例，来综

破坏性创新方法12.1破坏性创新方法12.1512.1破坏性创新方法破坏性创新亦被称作破坏性科技，是指将产品或服务透过科技性的创新，并以低价特色针对特殊目标消费族群，突破现有市场所能预期的消费改变（见图12-1）。12.1破坏性创新方法破坏性创新亦被称作破坏性科技，是指12.1破坏性创新方法图12-1破坏性创新12.1破坏性创新方法12.1破坏性创新方法破坏性创新最初是由哈佛商学院教授克里斯坦森（ClaytonChristensen）提出来的，他写的两本书《创新的困境》和《困境与出路》，都对如何提高创新的成功率有非常深刻的认识。克里斯坦森认为创新有两种类型，一是维持性的创新，即向市场提供更高品质的东西；二是破坏性创新，即利用技术进步效应，从产业的薄弱环节进入，颠覆市场结构，进而不断升级自身的产品和服务，爬到产业链的顶端。12.1破坏性创新方法破坏性创新最初是由哈佛商学院教授克12.1破坏性创新方法实现破坏性创新必须具备三个条件：（1）是否由于新技术发展，使得应用这样的产品和服务变得更加简便？（2）是否存在一些人愿意以较低价格获得质量较差但尚能接受的产品和服务？（3）该项创新是否对市场现存者都有破坏性？12.1破坏性创新方法实现破坏性创新必须具备三个条件：12.1破坏性创新方法例如：破坏性产品：索尼把原有的卡带录放机的喇叭取掉，让顾客把它跨在腰上，将微小的喇叭塞进耳朵里，为其创造了数以亿计的销售神话。破坏性方法：戴尔公司采用准时制（just-in-time）方式组织电脑配件生产，充分降低了仓储费用，从而超越了竞争者，成为行业翘楚。破坏性商业模式：Google瓦解了在线广告领域，并通过出售搜索结果旁的高度精准的文本广告创造出新的收益源。根据哈佛大学的ClaytonChristensen理论研究表明，在如今迅猛演变的商业世界里，通过破坏性创新创建的新业务成功概率比通过维持性创新要高10倍以上。12.1破坏性创新方法例如：12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新我们来回答这样两个问题：第一，在什么样的竞争环境下，领先企业总能保持长盛不衰？第二，在什么样的竞争环境下，领先企业总是输给新兴企业？答案是：在持续性技术竞争环境中，领先企业无人能敌。在破坏性创新竞争环境中，领先企业却多有落败。大公司的逻辑就是持续性技术，而小公司的机会或者大公司的盲区就是破坏性创新。也就是说，大公司的逻辑自洽体系是持续性技术，而大公司下面的黑洞是破坏性创新。12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新我们来回答这样两个问12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新这种逻辑关系可以用一个矩阵来体现（见图12-2），即把成熟的产品、成熟的技术卖给主流客户，这是第一象限；把新产品、新技术卖给一个新兴市场，这是第四象限。第一象限是持续性技术的主场，第四象限是破坏性创新的唯一机会。12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新这种逻辑关系可以用一12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新图12-2破坏性创新象限图12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新第一象限属于大公司，第四象限属于小公司。第一象限是大公司的逻辑自洽体系，而第四象限则是大公司边界之外的地方，是小公司的唯一机会。大公司的持续性技术就好像是相扑，相扑是要比分量的，所以小个子无法跟大个子比，这是大个子的主场；而小公司的破坏性创新就好像是柔道，我虽然个子小，但是我不跟你正面打。这是两个思路。所以在互联网时代，小公司打败大公司，改良没有出路，只能靠颠覆。大公司做什么，你就做什么，你认为你比大公司更有效率、更有执行力、更勤奋，这里的改良就是持续性技术，是在第一象限；第四象限叫颠覆，就是破坏性创新，做跟大公司不一样的事情，去颠覆它。12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新第一象限属于大公司，12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新持续性技术有两个特征：第一，持续性地改善原有的产品性能，客户需要什么样的产品，就做什么样的产品，而且越做越好；第二，技术进步的速度一定会超过市场的需求。事实上，许多企业为了保持领先地位，会努力开发具有更强竞争力的产品，但是这些企业没有意识到，随着他们竞相参与更高性能、更高利润市场的竞争，它们追逐高端市场、提高产品性能的速度已经超出了顾客的实际需求，并最终失去意义。而破坏性创新虽然最初只能应用于远离主流市场的小型市场，但是它日后将逐渐进入主流市场，而且其性能将足以与主流市场的成熟产品一争高下。12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新持续性技术有两个特征12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新破坏性创新的特征是：第一，一方面降低原有的性能指标，不求改善、提高原有的主流性能特征，另一方面进入新的性能改善曲线。第二，这个新的性能改善通常更方便、更简单、更便宜、更小、更容易操作，作为破坏性创新的通路。12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新破坏性创新的特征是：12.1.2产品破坏性创新大公司做的产品通常问题是“繁”，而且这个问题几乎解决不了。举个例子，请想象一下，你买了一个新房，并且为新房买了很多新的家具，装修设计得非常漂亮，非常简洁，但你会发现，住着住着家里的东西就越来越多、越来越乱、越来越满。你老想扔掉一批，可是扔了也没办法，家里的东西就是越来越多、越来越乱、越来越满。大公司就是这样子。透过这个现象层面，背后有一点哲理：对大公司来讲，技术一定越来越高级，产品一定越来越复杂，客户必然越来越高端，定位必然越来越高大上，这是一个必然的“势”。12.1.2产品破坏性创新大公司做的产品通常问题是“繁”12.1.2产品破坏性创新大公司在做加法，小公司务必要做减法。当大公司往上去追求更高的技术、更高的性能的时候，小公司要大道至简。在大道至简的法则里，有两个要点：一是产品至简，二是成本至简。12.1.2产品破坏性创新大公司在做加法，小公司务必要做12.1.2产品破坏性创新第一，产品至简。产品至简有两句话：第一，从麻烦到方便；第二，从复杂到简洁。这里的“简洁”不是简单。因为简单是工业时代的思维，强调的是功能性的因素；而在互联网时代，简洁充满了情感因素。有人是这样描述苹果公司的，“在很多领域，苹果并没有真正从零开始发明产品。苹果吸纳了原本比较复杂的东西，巧妙地把它们变成了简洁的东西。”这被认为是苹果获得成功的最重要因素。12.1.2产品破坏性创新第一，产品至简。12.1.2产品破坏性创新以iPod为例，乔布斯当时为了寻找一款简单功能的音乐播放器，iPod因此而诞生了。据说在iPod设计之初，乔布斯会浏览用户界面的每一个页面，并且会做严格的测试：如果找某一首歌或者使用某项功能，按键次数超过3次，乔布斯便会非常生气。为了将简洁做到极致，乔布斯甚至还要求iPod上不能有开关键。与iPod同时代的索尼当时也出了一款系列产品，叫SonyClie，主要定位个人数字助理。这款产品是索尼集大成之作，各种高端技术融为一体，可以听歌，可以录像，可以上网……但最终这款“万能”的产品败给了功能单一的iPod。2004年6月，SonyClie退出了欧美市场；2005年2月，停止了在日本的生产和销售。这再次证明了复杂并不等于成功，而简洁常常意味着成功。12.1.2产品破坏性创新以iPod为例，乔布斯当时为了12.1.2产品破坏性创新第二，成本至简。成本至简也有两句话：一是从贵到便宜；二是从收费到免费。例如，据《财富》杂志报道，调研公司CIRP通过对300名亚马逊Kindle用户的调研统计结果显示：拥有Kindle的用户在亚马逊上的年平均支出为1233美元，而没有Kindle的用户在亚马逊上的年平均支出则为790美元，两者相差443美元。也就是说，购买Kindle的用户每年会在亚马逊上多消费443美元。在这种情况下，亚马逊可不可以把Kindle送给用户呢？更别说是成本价销售了。12.1.2产品破坏性创新第二，成本至简。12.1.2产品破坏性创新又例如，博客那么伟大，为什么被140字的微博打败了？微博又为什么被微信打败了？不过，微信是不是也会被打败呢？微信还是有点重，是不是还会有新的更轻的产品出现？所以，简单、便宜的力量远远超乎想象。12.1.2产品破坏性创新又例如，博客那么伟大，为什么被12.1.3市场破坏性创新在传统性能维度里，大公司的技术创新大多是持续性技术创新。如果你进入原有性能维度的低端，这就叫“屌丝逆袭”；如果你进入到一个全新的维度，这就叫“跨界打劫”。这是两种不同的创新方式。我们来看一个1975年到1990年美国钢铁行业里小钢厂怎么把大钢厂一步一步推向破产的故事。在钢材里大概有几类产品，要求最低的品类就是钢筋，钢筋占有大约4%的市场份额，并且毛利率极低，只有7%。比钢筋好一点的品类是角钢、条钢和棒钢，占有8%的市场份额，毛利率为12%；再往上的品类是结构钢，占有22%的市场份额，毛利率为18%；最高端的品类是钢板，占有55%的市场份额，毛利率为23%~30%。12.1.3市场破坏性创新在传统性能维度里，大公司的技术12.1.3市场破坏性创新如图12-3，大型钢厂的投资特别巨大，建一个大型钢厂可能要80亿美元，而建一个小型钢厂大概只要4亿美元，它们之间质量和技术的差别都很大。但是，小型钢厂有一个优势，即效率比大型钢厂要高，所以小型钢厂比大型钢厂有20%的成本优势。正是由于这20%的成本优势，才有了下面的故事。12.1.3市场破坏性创新如图12-3，大型钢厂的投资特12.1.3市场破坏性创新图12-3钢铁厂12.1.3市场破坏性创新12.1.3市场破坏性创新假如你是一个小公司，想做一个小型钢厂，你想先从钢板市场进入还是从钢筋市场进入？事实上，小型钢厂是先从钢筋市场进入的。它去找大型钢厂，希望承接大型钢厂的钢筋业务。对于大型钢厂来讲，钢筋业务只有4％的市场占有率、7%的毛利率，属于鸡肋市场。所以，大型钢厂很高兴地把钢筋业务外包给了小型钢厂。由于小型钢厂比大型钢厂有20%的成本优势，所以大型钢厂不能盈利，小型钢厂却能盈利。结果，大型钢厂迅速退出了钢筋市场。但是随着更多的小型钢厂加入，钢筋市场开始打价格战，变得没人能从中赚钱。12.1.3市场破坏性创新假如你是一个小公司，想做一个小12.1.3市场破坏性创新再想一下，如果你是一个有作为的小型钢厂的CEO，这时候只有一个策略——往高端走。刚开始，小型钢厂因为技术门槛无法涉足角钢市场，但是随着持续性技术进步，小型钢厂突破了技术门槛。然后，大型钢厂又很高兴地把角钢外包给了小型钢厂。同时，当大型钢厂把这些低端业务外包出去的时候，它的利润率反而提高了。接下来，当角钢市场只剩下小型钢厂的时候，又变成了价格战，谁都无法盈利。同样的路径，小型钢厂又成功占领了结构钢市场。大家都认为小型钢厂无论如何都不可能做好最高端的钢板，因为技术实在太复杂了。但结果是，在高毛利率的推动下，小型钢厂的技术又有了突破性的进展，居然又跨过了技术门槛。12.1.3市场破坏性创新再想一下，如果你是一个有作为的12.1.3市场破坏性创新到1997年的时候，全世界巨头之一的伯利恒钢铁公司破产了。这是一个典型的低端颠覆高端的例子。进入低端并不意味着永远低端，技术进步的步伐会超过市场需要的步伐。12.1.3市场破坏性创新到1997年的时候，全世界巨头航空燃气涡轮发动机的技术进化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化12.22912.2航空燃气涡轮发动机的技术进化随着发动机性能的不断提高（推重力增加、耗油率下降），发动机的结构也越来越复杂。由此而带来了系统总重量增加、维修困难等一系列问题。下面，我们以技术系统提高理想度进化法则在航空燃气涡轮发动机的进化中的体现为例，说明技术系统进化法则对复杂产品系统研发的指导意义。图12-4是20世纪30年代由喷气发动机的发明人之一弗兰克·惠特设计的世界上第一台燃气涡轮发动机，其转子部分由单转子、单级整体压气机和60个叶片的单级涡轮组成。12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化随着发动机性能的不断12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-4第一台燃气涡轮发动机12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化到了20世纪70年代，英国的RB199三转子涡扇发动机（加力式涡扇发动机）用于狂风战斗机，由3级风扇，3级中压压气机，6级高压压气机，燃烧室，1级高压涡轮，1级中压涡轮和2级低压涡轮组成。整台发动机已经有三个转子，共有上千个叶片（其中涡轮叶片超过300个）、上万个零件（见图12-5）。12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化到了20世纪70年代12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-5英国RB199三转子涡扇发动机12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化到了20世纪90年代，发动机的性能进一步提高，但发动机的结构却越来越简单。图12-6和图12-7分别为用于欧洲战斗机的EJ200发动机和用于空客A318的PW6000发动机。与20世纪70年代的发动机相比，新一代发动机的零件数目减少三分之一；军用发动机的推重比正在向15迈进（而最早喷气发动机的推重比只有2）；耗油率比70年代下降了20%，比最初的喷气发动机下降了60%；新一代发动机的寿命、平均故障时间、平均大修时间大幅度提高，而生命期成本和噪声水平等持续下降。12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化到了20世纪90年代12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-6EJ200发动机12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-7PW6000发动机12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-8显示了从20世纪30年代至今，航空燃气涡轮发动机主要性能指标的螺旋上升的进化趋势。可以看出，发动机的结构复杂程度与其系统进化趋势密切相关。12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-8显示了从212.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-8航空燃气涡轮发动机主要性能指标的发展变化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化如何综合运用技术系统进化法则，判断目前技术状态下航空发动机的进化潜能，为预研投入提供决策支持，以简化的结构完成更多的功能是航空发动机在今后一段时期内的发展方向。由此也可以看出，TRIZ理论的技术系统进化法则对复杂系统研发的指导意义：（1）分析技术发展的可能方向；（2）指出需要改进的子系统和改进方法；（3）避免对成熟期和退出期（衰退期）的产品或技术大量投入；（4）对新技术和成长期产品进行专利保护；（5）用户和市场调研人员在进化法则的指导下参与研发，加速产品进化。12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化如何综合运用技术系统飞机机翼的进化12.3飞机机翼的进化12.34012.3飞机机翼的进化早期的飞机机翼都是平直的。最初，飞机采用的是矩形机翼。这种机翼很容易制造。但由于其翼端较宽，会给飞机带来很大的飞行阻力，因而，也就严重地影响了飞机的飞行速度。后来，德国、英国、美国的喷气式飞机先后上天。飞机开始进入喷气机时代，其飞行速度迅速提高，接近音速。这时，机翼上出现“激波”，使机翼表面的空气压力发生变化。同时，飞机的前进阻力骤然剧增，比低速飞行时大十几倍甚至几十倍，这就是所谓的“音障”。为了突破“音障”，许多国家都在研制新型机翼。后掠翼型机翼一举突破了“音障”。首先，德国人发现，把机翼做成向后掠的形式，像燕子的翅膀一样，可以延迟“激波”的产生，缓和飞机接近音速时的不稳定现象。12.3飞机机翼的进化早期的飞机机翼都是平直的。最初，飞12.3飞机机翼的进化但是，新的问题又出现了。向后掠的机翼，比不向后掠的平直机翼，在同样的条件下产生的升力要小。这不仅对飞机的起飞、着陆和巡航带来了不利的影响，而且浪费了很多宝贵的燃料。能否设计出一种适应飞机的各种飞行速度又具有快慢兼顾特点的机翼呢，这成为当时航空界所面临的一大难题。12.3飞机机翼的进化但是，新的问题又出现了。向后掠的机12.3飞机机翼的进化1）问题描述根据上述分析，系统存在的技术矛盾为：（1）传统的固定翼不适合高速飞行。这是因为，在突破“音障”的时候，会产生非常大的阻力，容易导致飞机在空中解体。而且，此时飞机消耗的能量也相应加大。（2）改进的三角翼不适合低速飞行。这是因为，当起飞与降落以及巡航时，在相同推力条件下，飞机产生的升力小。当然，飞机消耗的能量，也相应地加大了。总之，矛盾集中体现在飞机的飞行速度与其在飞行时能量的消耗这两个工程参数之间。12.3飞机机翼的进化1）问题描述12.3飞机机翼的进化2）问题分析要解决的这个问题涉及到两个工程参数：19#：运动物体的能量消耗；9#：速度。根据这两个工程参数，我们从矛盾矩阵得到以下四条发明原理：8#：重量补偿原理；15#：动态特性原理；35#：物理或化学参数改变原理；38#：强氧化剂原理。12.3飞机机翼的进化2）问题分析12.3飞机机翼的进化显然，重量补偿原理不适合用来解决这个问题。因为，战斗机要求机身轻便、灵活、机动。而且，加重机身还会使速度这个技术特性恶化。可以使用强氧化剂原理，使燃料的燃烧更加充分，以使飞机获得更大的推力。但是我们知道，战斗机上使用的是特制的、高热量的航空油，它们在涡轮喷气发动机中的燃烧已经比较充分了。所以，再使用强氧化剂原理来改善燃油的作用，就不是很明显了。12.3飞机机翼的进化显然，重量补偿原理不适合用来解决这12.3飞机机翼的进化再来看看后面两个原理：15#动态特性原理和35#物理或化学参数改变原理。按照这两条发明原理提供的方法，技术人员对机翼进行改进，使其成为活动部件。并且，在飞机飞行的时候，飞行员可自由地控制机翼的形态，使之能够在比较大的范围内改变“后掠角”的大小，从而获得从平直翼到三角翼的变化。这就适应了飞机从低速到高速不同飞行状态下的要求。12.3飞机机翼的进化再来看看后面两个原理：15#动态特12.3飞机机翼的进化以F111战斗机（见图12-9）为例，它在起飞阶段，处于低速度飞行状态（见图12-10）。此时，机翼呈平直状，可以获得较大的升力，飞机表现出良好的低速特性。另一方面，由于避免了长距离滑行所浪费的能量，也有效地解决了飞机在低速度状态下，速度与能量消耗之间的矛盾。12.3飞机机翼的进化以F111战斗机（见图12-9）为12.3飞机机翼的进化图12-9美国通用动力于1960年代时开发制造F111战斗轰炸机12.3飞机机翼的进化12.3飞机机翼的进化图12-10低速飞行状态12.3飞机机翼的进化12.3飞机机翼的进化F111在云层之上高速飞行时，两翼后掠以减小飞行阻力（见图12-11）。这样，不仅减小了飞机的能耗，也延迟“激波”的产生，从而缓和了飞机接近音速时的不稳定现象，使飞机能够安全地达到更高的速度。飞机在不同的速度之下，采用不同的后掠角，可以很好地适应不同的飞行要求。12.3飞机机翼的进化F111在云层之上高速飞行时，两翼12.3飞机机翼的进化图12-11高速飞行状态12.3飞机机翼的进化12.3飞机机翼的进化3）设计思路综合考虑上面的几个发明原理，形成最终的解决方案为：应用15#动态特性原理和35#物理或化学参数改变原理。改变飞机的飞行形态，使飞机在不同的飞行状态下，得到不同的气动外形，可以在很大程度上节约不必要的能耗。根据35#发明原理，并结合15#发明原理给出的启示，技术人员将飞机的机翼设计成一个活动的部件（可变翼）。这是飞机设计观念上的一个大胆的创新，它一举突破了传统的固定翼设计理念，在飞行器设计领域开辟了一块新天地。12.3飞机机翼的进化3）设计思路12.3飞机机翼的进化反观传统的妥协设计思维方式，就只能在速度与能耗之间，做取舍性质的设计了。我们采用矛盾矩阵给出的发明原理的启示，则避免了传统的妥协设计方式，从一个全新的角度，更好地解决了速度与能量这对技术矛盾。TRIZ理论与妥协设计的不同之处，在这里得到了充分的体现。这是TRIZ理论应用的一个经典的例证。设计人员找到了满意的设计思路：能够在同一架飞机上得到平直翼和三角翼的优良的飞行特性，极大地节约了在起飞与降落过程（平直翼在低速飞行中，可得到较大的升力，从而缩短跑道的长度，借此节约了能源）和高速飞行过程（三角翼在高速飞行中，可以轻易地突破音障，减轻机翼的受力，提高飞机在高速飞行时的强度，最终的结果也是降低了能量的消耗）消耗的能量。12.3飞机机翼的进化反观传统的妥协设计思维方式，就只能12.3飞机机翼的进化4）最终方案依据上述分析的结果，技术人员成功地设计出这种在当时是最新型的F111可变后掠翼战斗/轰炸机。这是世界上第一架采用可变后掠翼思想设计的飞机，开创了新一代超音速战斗机的新纪元。在此后设计出的一系列战斗机，如英国、德国、意大利三国联合成立的帕那维亚飞机公司的狂风超音速战斗机等（见图12-12），都采用了这种全新的设计思想。12.3飞机机翼的进化4）最终方案12.3飞机机翼的进化图12-12狂风超音速战斗机12.3飞机机翼的进化12.3飞机机翼的进化新的设计方案虽然抛弃了传统的固定翼设计概念，但仍保留了平直机翼升力大的优点。而在高速飞行时，它的两翼又尽量后掠，飞机变得像三角机翼一样，又能轻而易举地突破“音障”，从而有效地降低了飞机迎风面积大的不足，实现了节能降耗以及提高飞行速度的期望，最终实现了提高其战斗力的根本目的。12.3飞机机翼的进化新的设计方案虽然抛弃了传统的固定翼提高智能吸尘器的清洁效果12.4提高智能吸尘器的清洁效果12.45712.4提高智能吸尘器的清洁效果吸尘机器人又称清洁机器人、自动吸尘器或智能吸尘器，它是目前家用电器领域最具挑战性的热门研发课题，但是开发的难度较大（见图12-13）。12.4提高智能吸尘器的清洁效果吸尘机器人又称清洁机器人12.4提高智能吸尘器的清洁效果图12-13地面清洁机器人（地宝）12.4提高智能吸尘器的清洁效果12.4提高智能吸尘器的清洁效果作为一种令人满意的智能化的吸尘机器人，它应当能自动并彻底清洁家庭或办公室中它所能走得到的地面——不需要人弯腰操作、不需要人拖着电线移来移去、不需要人把它拆开以便把累积在内部的垃圾倾倒出来、不需要人在旁边忍受它的噪声，需要的只是人们一次性设定它的工作方式：工作一次还是几天工作一次，每次在什么时间工作等等。它应该能自动充电，自动把内部垃圾传送到一个大容量垃圾箱中去。同时它还很安全：不会有触电危险、不会撞坏东西、不会被撞坏、不会跌落至楼梯下、也不会走得太远而消失得无影无踪，更重要的是，作为一种家用电器而非奢侈品，它的价格不会太贵，普通家庭完全买得起。12.4提高智能吸尘器的清洁效果作为一种令人满意的智能化12.4提高智能吸尘器的清洁效果日立公司自20世纪80年代后期便开始研发这样的吸尘机器人，各国很多知名企业都在研发这样的产品。事实上，虽然有了这样一些产品，但还不能达到令人满意的程度，尚存的缺点主要是：清洁效果不佳，功能完全没有达到，价格更是不能让人接受。因此，都只能算是早期产品或称第一代产品。12.4提高智能吸尘器的清洁效果日立公司自20世纪80年12.4提高智能吸尘器的清洁效果1）初始问题情境三星公司开发一种新的机器人真空清洁器。机器人可充当自主真空清洁器，从而在无需人工参与的情况下清洁房间地面。电池充电后大约可使用50~60分钟。当工作期间电池电量不足时，机器人会自动返回充电座重新充电。当充电完毕后，它会回到原来的位置继续进行清洁。三星公司面临的主要问题是：为了提高机器人的清洁能力，尝试过用更大功率的电机增大吸力，但却缩短了清洁时间，因为需要更频繁地为电池充电。所以，该项目的目标为：需要对现有真空清洁器进行最小的改动，以提供更高的真空清洁能力，同时不增大电池容量和吸风电机功率。12.4提高智能吸尘器的清洁效果1）初始问题情境12.4提高智能吸尘器的清洁效果2）应用TRIZ进行矛盾问题求解（1）定义问题模型。技术矛盾1：如果机器人真空清洁器的吸入功率足够大，则灰尘可从被清洁表面上很好地除去，但电池电量会由于耗电量的增大而快速用完，使其工作时间缩短；技术矛盾2：如果机器人真空清洁器的吸入功率足够小，则电池的工作时间可延长，但微尘不能从被清洁表面上除去。12.4提高智能吸尘器的清洁效果2）应用TRIZ进行矛盾12.4提高智能吸尘器的清洁效果系统的主要功能：提供更高的真空清洁能力（即技术矛盾1要改善的功能）。系统的作用对象：尘埃和污物。系统实现主要功能所使用工具：机器人真空清洁器吸气口中的气流。根据TRIZ理论，为解决此问题，我们应该找出一些特殊的功能单元，并把它们转变为技术系统，在吸气口处提供强大的气流，同时不增大耗电量，并不因此而增大电池和电机的容量。12.4提高智能吸尘器的清洁效果系统的主要功能：提供更高12.4提高智能吸尘器的清洁效果（2）研究理想解决方案。物理矛盾：吸气口处的吸力应该足够大，以便除去灰尘，同时又应该足够小，以便减小耗电量。技术最终理想结果：通过对机器人真空清洁器进行最小的改动，让其自身提供大的吸力并作用在吸气口处的灰尘上，同时使电池保持足够长的工作时间。物理理想最终结果：通过对吸气口进行最小的改动，让气流在吸气口与被清洁表面的相互作用工作区中，自身提供大的吸力并作用在吸气口处的灰尘上，同时使电池保持足够长的工作时间。12.4提高智能吸尘器的清洁效果（2）研究理想解决方案。12.4提高智能吸尘器的清洁效果（3）具体解决方案。利用空气搅动原理工作的机器人真空清洁器。具体解决方案实例：怎样使用整个真空清洁器的物-场资源取得理想最终结果？对真空清洁器的物-场资源分析如表12-1所示。最终三星公司采用的技术方案是，让过滤后的排出气流重新进入工作区。12.4提高智能吸尘器的清洁效果（3）具体解决方案。12.4提高智能吸尘器的清洁效果表12-1真空清洁器物-场资源分析12.4提高智能吸尘器的清洁效果表12-1真空清洁器12.4提高智能吸尘器的清洁效果该方案采用了一个吸气口，以通过它从被清洁表面吸入灰尘，该方案还至少采用了一种包含空气循环机构的搅动装置，以从空气中过滤灰尘。那些污浊的空气通过吸气口吸入并被过滤。过滤后的空气回流到排气管线内，排气管线上有一个空气喷射口，用于帮助从被清洁表面上移走灰尘。空气喷射口位于吸气口附近，并被一个密封件包围。通过在清洁器机壳附近对被清洁表面的一部分进行密封，可防止灰尘被空气射流驱散到外面。12.4提高智能吸尘器的清洁效果该方案采用了一个吸气口，

宝马汽车的外形设计12.5宝马汽车的外形设计12.56912.5宝马汽车的外形设计在欧洲那些最初为行人和马车修建的城市道路上，由于汽车保有量的增加，交通变得十分拥挤，虽然政府采用了提高燃料费用的方法，但交通拥挤的状况并没有得到明显改善。为改变这种状况，市政府通过增加税收以进一步提高大型汽车在城市里的使用费用，目的在于鼓励小型汽车的生产。然而由于市场上没有非常有特色的小型汽车，在某种意义上小型汽车还不能成为有钱人身份、地位的象征。因此，以生产大型豪华私人轿车为主的德国宝马（BMW）和奔驰公司，准备联合开发出一种名牌智能化的迷你型汽车，不仅在城市中使用非常方便，可以增加道路的使用空间，减轻空气污染，缓解交通拥挤，容易停车，而且价格更为经济、性能更为有效。12.5宝马汽车的外形设计在欧洲那些最初为行人和马车修建12.5宝马汽车的外形设计1）问题描述汽车的车身较长，在碰撞过程中会有一个较大的变形空间，可以吸收碰撞过程中的能量，缓解交通事故对人的冲击力，减轻对乘车者的人身伤害。但此种汽车重量与体积较大，转弯半径大，机动性差，非常笨拙，在一定程度上造成交通拥挤。而迷你型汽车体积小、重量轻，转弯半径小，机动灵活性好，可以减轻交通拥堵问题，但因为车身较短，不具备变形缓冲功能，因此在碰撞事故发生时容易造成人员的伤亡。12.5宝马汽车的外形设计1）问题描述12.5宝马汽车的外形设计2）问题分析根据以上对问题的描述，发现汽车在制造过程中，如果缩短车身长度，则汽车的安全性降低，碰撞事故发生时容易造成人员的伤亡，而增加车身长度，在一定程度上造成交通拥挤。分析得出在汽车制造过程中存在着一组物理矛盾：交通拥堵与防撞性能的冲突。既要减轻交通拥堵、提高其机动灵活性又要避免因缩短车身造成的在交通事故中防撞性能降低的矛盾。12.5宝马汽车的外形设计2）问题分析12.5宝马汽车的外形设计3）问题解决（1）将一般领域问题描述转换成39项工程参数中的2项，即转换为TRIZ标准问题。12.5宝马汽车的外形设计3）问题解决12.5宝马汽车的外形设计“既要减轻交通拥堵、提高其机动灵活性又要避免因缩短车身造成的在交通事故中防撞性能降低”，从待解决问题的文字叙述中，试着找出问题是由哪些相互矛盾冲突的属性所引起，将文字叙述转换成39项工程参数中的2项。工程参数5号运动物体的面积参数：运动物体的面积指运动物体被线条封闭的一部分或者表面的几何度量，或者运动物体内部或者外部表面的几何度量。面积是以填充平面图形的正方形个数来度量的，如面积不仅可以是平面轮廓的面积，也可以是三维表面的面积，或一个三维物体所有平面、凸面或凹面的面积之和，此例中为物体的长度，属于改善的参数。12.5宝马汽车的外形设计“既要减轻交通拥堵、提高其机动12.5宝马汽车的外形设计工程参数22号能量损失：能量损失指做无用功消耗的能量。为了减少能量损失，有时需要应用不同的技术手段，来提高能量利用率。12.5宝马汽车的外形设计工程参数22号能量损失：能量损12.5宝马汽车的外形设计（2）根据得到的工程参数，确定解决问题需要的发明原理。根据上述两个工程参数，查阅矛盾矩阵，可以得到对该问题的解决有指导意义的两条发明原理：15号动态特性原理：①使一个物体或其环境在操作的每一个阶段自动调整，以达到优化的性能。②划分一个物体成具有相互关系的元件，元件之间可以改变相对位置。③如果一个物体是静止的，使之变为运动的或可改变的。12.5宝马汽车的外形设计（2）根据得到的工程参数，确定12.5宝马汽车的外形设计17号一维变多维原理：①将一维空间中运动或静止的物体变成在二维空间中运动或静止的物体，将二维空间中运动或静止的物体变成在三维空间中运动或静止的物体。②将物体用多层排列代替单层排列。③使物体倾斜或改变其方向。④使用给定表面的反面。12.5宝马汽车的外形设计17号一维变多维原理：①将一12.5宝马汽车的外形设计（3）TRIZ解的类比应用得到问题的最终解。应用15号动态特性发明原理可以得到如下解决方案：15号发明原理为动态特性原理，提高运动物体的面积参数。迷你型汽车的发动机被安装在车身下面，以增加发动机与乘客分隔空间的大小。与客车相比，碰撞影响区域位于车身的下面、发动机的位置，因此可提升位于碰撞影响区域上面的乘客空间。其动力装置采用完全电控的发动机系统，是一台600cc涡轮控制的3气缸发动机，没有机械连杆与油门或变速杆连接。这种装置激活6速自动变速箱，变速箱可以在若干模式下运作，从完全自动到手工触摸转移，不必使用离合器。12.5宝马汽车的外形设计（3）TRIZ解的类比应用得到12.5宝马汽车的外形设计应用17号一维变多维发明原理可以得到如下解决方案：17号发明原理为“一维变多维”，将物体一维直线运动变为二维平面运动。迷你型汽车的动力机车安装在滑翔架上，碰撞时车身沿斜面运动，减轻碰撞时的冲击力，并增强了其抵抗外力变形的能力。与其他类似的概念车做比较发现，这种迷你型智能汽车虽然微小，但空间似乎极其宽敞。乘车者坐在前、后纵向排列的两个座位里，前面两个车轮由铰链连接，车身坐落在此悬浮臂上，像摩托车一样，经由一种倾角控制系统控制转向端活动，并且车身前部可以斜靠进入边角。12.5宝马汽车的外形设计应用17号一维变多维发明原理可12.5宝马汽车的外形设计4）结论迷你型汽车本身并没有使用特殊材料来吸收能量，仅仅做了结构上的创新，其抵抗外力变形的能力便可堪与一辆普通轿车相媲美。本实例遵循了TRIZ理论的基本原则：没有增加新的材料而实现了其预定功能（见图12-14）。12.5宝马汽车的外形设计4）结论12.5宝马汽车的外形设计图12-14迷你宝马12.5宝马汽车的外形设计目录1破坏性创新方法2航空燃气涡轮发动机的技术进化3飞机机翼的进化4提高智能吸尘器的清洁效果5宝马汽车的外形设计目录1破坏性创新方法2航空燃气涡轮发动机的技术进化3飞机第12章用TRIZ解决发明问题按照TRIZ对发明问题的五级分类，一般较为简单的一到三级发明问题运用发明原理或者发明问题标准解法就可以解决，而那些复杂的非标准发明问题，如四级问题，往往需要应用发明问题解决算法ARIZ做系统的分析和求解。在利用TRIZ理论解决发明问题时，其一般过程可以分为以下几个步骤：步骤1：对给定问题的性质进行分析，如果发现问题存在冲突，则应用“原理”去解决；如果问题明确，但不知道该如何处理，则应用“效应”去解决；如果是对系统的进化过程进行分析，就应用“预测”去解决。第12章用TRIZ解决发明问题按照TRIZ对发明问题的五第12章用TRIZ解决发明问题步骤2：在解决具体问题时，针对问题确定一个技术矛盾后，要用该技术领域的一般术语来描述该技术矛盾，通过这些一般术语来选择通用技术参数，再由通用技术参数在矛盾矩阵中选择可用的发明原理。步骤3：当某个发明原理被选定后，必须要根据特定的问题将发明原理转化为一个特定的解。在对问题的处理结果进行评价后，如果发现新问题，则要求对问题继续分析，直到不出现新问题。步骤4：找出解决问题的最终方案。第12章用TRIZ解决发明问题步骤2：在解决具体问题时，第12章用TRIZ解决发明问题下面我们通过几个实例，来综合阐述TRIZ理论是如何帮助工程设计人员及管理人员迅速发现主要问题并提供解决问题的相应原理，从而证明TRIZ理论在创新设计中的重要作用。第12章用TRIZ解决发明问题下面我们通过几个实例，来综

破坏性创新方法12.1破坏性创新方法12.18612.1破坏性创新方法破坏性创新亦被称作破坏性科技，是指将产品或服务透过科技性的创新，并以低价特色针对特殊目标消费族群，突破现有市场所能预期的消费改变（见图12-1）。12.1破坏性创新方法破坏性创新亦被称作破坏性科技，是指12.1破坏性创新方法图12-1破坏性创新12.1破坏性创新方法12.1破坏性创新方法破坏性创新最初是由哈佛商学院教授克里斯坦森（ClaytonChristensen）提出来的，他写的两本书《创新的困境》和《困境与出路》，都对如何提高创新的成功率有非常深刻的认识。克里斯坦森认为创新有两种类型，一是维持性的创新，即向市场提供更高品质的东西；二是破坏性创新，即利用技术进步效应，从产业的薄弱环节进入，颠覆市场结构，进而不断升级自身的产品和服务，爬到产业链的顶端。12.1破坏性创新方法破坏性创新最初是由哈佛商学院教授克12.1破坏性创新方法实现破坏性创新必须具备三个条件：（1）是否由于新技术发展，使得应用这样的产品和服务变得更加简便？（2）是否存在一些人愿意以较低价格获得质量较差但尚能接受的产品和服务？（3）该项创新是否对市场现存者都有破坏性？12.1破坏性创新方法实现破坏性创新必须具备三个条件：12.1破坏性创新方法例如：破坏性产品：索尼把原有的卡带录放机的喇叭取掉，让顾客把它跨在腰上，将微小的喇叭塞进耳朵里，为其创造了数以亿计的销售神话。破坏性方法：戴尔公司采用准时制（just-in-time）方式组织电脑配件生产，充分降低了仓储费用，从而超越了竞争者，成为行业翘楚。破坏性商业模式：Google瓦解了在线广告领域，并通过出售搜索结果旁的高度精准的文本广告创造出新的收益源。根据哈佛大学的ClaytonChristensen理论研究表明，在如今迅猛演变的商业世界里，通过破坏性创新创建的新业务成功概率比通过维持性创新要高10倍以上。12.1破坏性创新方法例如：12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新我们来回答这样两个问题：第一，在什么样的竞争环境下，领先企业总能保持长盛不衰？第二，在什么样的竞争环境下，领先企业总是输给新兴企业？答案是：在持续性技术竞争环境中，领先企业无人能敌。在破坏性创新竞争环境中，领先企业却多有落败。大公司的逻辑就是持续性技术，而小公司的机会或者大公司的盲区就是破坏性创新。也就是说，大公司的逻辑自洽体系是持续性技术，而大公司下面的黑洞是破坏性创新。12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新我们来回答这样两个问12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新这种逻辑关系可以用一个矩阵来体现（见图12-2），即把成熟的产品、成熟的技术卖给主流客户，这是第一象限；把新产品、新技术卖给一个新兴市场，这是第四象限。第一象限是持续性技术的主场，第四象限是破坏性创新的唯一机会。12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新这种逻辑关系可以用一12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新图12-2破坏性创新象限图12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新第一象限属于大公司，第四象限属于小公司。第一象限是大公司的逻辑自洽体系，而第四象限则是大公司边界之外的地方，是小公司的唯一机会。大公司的持续性技术就好像是相扑，相扑是要比分量的，所以小个子无法跟大个子比，这是大个子的主场；而小公司的破坏性创新就好像是柔道，我虽然个子小，但是我不跟你正面打。这是两个思路。所以在互联网时代，小公司打败大公司，改良没有出路，只能靠颠覆。大公司做什么，你就做什么，你认为你比大公司更有效率、更有执行力、更勤奋，这里的改良就是持续性技术，是在第一象限；第四象限叫颠覆，就是破坏性创新，做跟大公司不一样的事情，去颠覆它。12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新第一象限属于大公司，12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新持续性技术有两个特征：第一，持续性地改善原有的产品性能，客户需要什么样的产品，就做什么样的产品，而且越做越好；第二，技术进步的速度一定会超过市场的需求。事实上，许多企业为了保持领先地位，会努力开发具有更强竞争力的产品，但是这些企业没有意识到，随着他们竞相参与更高性能、更高利润市场的竞争，它们追逐高端市场、提高产品性能的速度已经超出了顾客的实际需求，并最终失去意义。而破坏性创新虽然最初只能应用于远离主流市场的小型市场，但是它日后将逐渐进入主流市场，而且其性能将足以与主流市场的成熟产品一争高下。12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新持续性技术有两个特征12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新破坏性创新的特征是：第一，一方面降低原有的性能指标，不求改善、提高原有的主流性能特征，另一方面进入新的性能改善曲线。第二，这个新的性能改善通常更方便、更简单、更便宜、更小、更容易操作，作为破坏性创新的通路。12.1.1大公司的黑洞：破坏性创新破坏性创新的特征是：12.1.2产品破坏性创新大公司做的产品通常问题是“繁”，而且这个问题几乎解决不了。举个例子，请想象一下，你买了一个新房，并且为新房买了很多新的家具，装修设计得非常漂亮，非常简洁，但你会发现，住着住着家里的东西就越来越多、越来越乱、越来越满。你老想扔掉一批，可是扔了也没办法，家里的东西就是越来越多、越来越乱、越来越满。大公司就是这样子。透过这个现象层面，背后有一点哲理：对大公司来讲，技术一定越来越高级，产品一定越来越复杂，客户必然越来越高端，定位必然越来越高大上，这是一个必然的“势”。12.1.2产品破坏性创新大公司做的产品通常问题是“繁”12.1.2产品破坏性创新大公司在做加法，小公司务必要做减法。当大公司往上去追求更高的技术、更高的性能的时候，小公司要大道至简。在大道至简的法则里，有两个要点：一是产品至简，二是成本至简。12.1.2产品破坏性创新大公司在做加法，小公司务必要做12.1.2产品破坏性创新第一，产品至简。产品至简有两句话：第一，从麻烦到方便；第二，从复杂到简洁。这里的“简洁”不是简单。因为简单是工业时代的思维，强调的是功能性的因素；而在互联网时代，简洁充满了情感因素。有人是这样描述苹果公司的，“在很多领域，苹果并没有真正从零开始发明产品。苹果吸纳了原本比较复杂的东西，巧妙地把它们变成了简洁的东西。”这被认为是苹果获得成功的最重要因素。12.1.2产品破坏性创新第一，产品至简。12.1.2产品破坏性创新以iPod为例，乔布斯当时为了寻找一款简单功能的音乐播放器，iPod因此而诞生了。据说在iPod设计之初，乔布斯会浏览用户界面的每一个页面，并且会做严格的测试：如果找某一首歌或者使用某项功能，按键次数超过3次，乔布斯便会非常生气。为了将简洁做到极致，乔布斯甚至还要求iPod上不能有开关键。与iPod同时代的索尼当时也出了一款系列产品，叫SonyClie，主要定位个人数字助理。这款产品是索尼集大成之作，各种高端技术融为一体，可以听歌，可以录像，可以上网……但最终这款“万能”的产品败给了功能单一的iPod。2004年6月，SonyClie退出了欧美市场；2005年2月，停止了在日本的生产和销售。这再次证明了复杂并不等于成功，而简洁常常意味着成功。12.1.2产品破坏性创新以iPod为例，乔布斯当时为了12.1.2产品破坏性创新第二，成本至简。成本至简也有两句话：一是从贵到便宜；二是从收费到免费。例如，据《财富》杂志报道，调研公司CIRP通过对300名亚马逊Kindle用户的调研统计结果显示：拥有Kindle的用户在亚马逊上的年平均支出为1233美元，而没有Kindle的用户在亚马逊上的年平均支出则为790美元，两者相差443美元。也就是说，购买Kindle的用户每年会在亚马逊上多消费443美元。在这种情况下，亚马逊可不可以把Kindle送给用户呢？更别说是成本价销售了。12.1.2产品破坏性创新第二，成本至简。12.1.2产品破坏性创新又例如，博客那么伟大，为什么被140字的微博打败了？微博又为什么被微信打败了？不过，微信是不是也会被打败呢？微信还是有点重，是不是还会有新的更轻的产品出现？所以，简单、便宜的力量远远超乎想象。12.1.2产品破坏性创新又例如，博客那么伟大，为什么被12.1.3市场破坏性创新在传统性能维度里，大公司的技术创新大多是持续性技术创新。如果你进入原有性能维度的低端，这就叫“屌丝逆袭”；如果你进入到一个全新的维度，这就叫“跨界打劫”。这是两种不同的创新方式。我们来看一个1975年到1990年美国钢铁行业里小钢厂怎么把大钢厂一步一步推向破产的故事。在钢材里大概有几类产品，要求最低的品类就是钢筋，钢筋占有大约4%的市场份额，并且毛利率极低，只有7%。比钢筋好一点的品类是角钢、条钢和棒钢，占有8%的市场份额，毛利率为12%；再往上的品类是结构钢，占有22%的市场份额，毛利率为18%；最高端的品类是钢板，占有55%的市场份额，毛利率为23%~30%。12.1.3市场破坏性创新在传统性能维度里，大公司的技术12.1.3市场破坏性创新如图12-3，大型钢厂的投资特别巨大，建一个大型钢厂可能要80亿美元，而建一个小型钢厂大概只要4亿美元，它们之间质量和技术的差别都很大。但是，小型钢厂有一个优势，即效率比大型钢厂要高，所以小型钢厂比大型钢厂有20%的成本优势。正是由于这20%的成本优势，才有了下面的故事。12.1.3市场破坏性创新如图12-3，大型钢厂的投资特12.1.3市场破坏性创新图12-3钢铁厂12.1.3市场破坏性创新12.1.3市场破坏性创新假如你是一个小公司，想做一个小型钢厂，你想先从钢板市场进入还是从钢筋市场进入？事实上，小型钢厂是先从钢筋市场进入的。它去找大型钢厂，希望承接大型钢厂的钢筋业务。对于大型钢厂来讲，钢筋业务只有4％的市场占有率、7%的毛利率，属于鸡肋市场。所以，大型钢厂很高兴地把钢筋业务外包给了小型钢厂。由于小型钢厂比大型钢厂有20%的成本优势，所以大型钢厂不能盈利，小型钢厂却能盈利。结果，大型钢厂迅速退出了钢筋市场。但是随着更多的小型钢厂加入，钢筋市场开始打价格战，变得没人能从中赚钱。12.1.3市场破坏性创新假如你是一个小公司，想做一个小12.1.3市场破坏性创新再想一下，如果你是一个有作为的小型钢厂的CEO，这时候只有一个策略——往高端走。刚开始，小型钢厂因为技术门槛无法涉足角钢市场，但是随着持续性技术进步，小型钢厂突破了技术门槛。然后，大型钢厂又很高兴地把角钢外包给了小型钢厂。同时，当大型钢厂把这些低端业务外包出去的时候，它的利润率反而提高了。接下来，当角钢市场只剩下小型钢厂的时候，又变成了价格战，谁都无法盈利。同样的路径，小型钢厂又成功占领了结构钢市场。大家都认为小型钢厂无论如何都不可能做好最高端的钢板，因为技术实在太复杂了。但结果是，在高毛利率的推动下，小型钢厂的技术又有了突破性的进展，居然又跨过了技术门槛。12.1.3市场破坏性创新再想一下，如果你是一个有作为的12.1.3市场破坏性创新到1997年的时候，全世界巨头之一的伯利恒钢铁公司破产了。这是一个典型的低端颠覆高端的例子。进入低端并不意味着永远低端，技术进步的步伐会超过市场需要的步伐。12.1.3市场破坏性创新到1997年的时候，全世界巨头航空燃气涡轮发动机的技术进化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化12.211012.2航空燃气涡轮发动机的技术进化随着发动机性能的不断提高（推重力增加、耗油率下降），发动机的结构也越来越复杂。由此而带来了系统总重量增加、维修困难等一系列问题。下面，我们以技术系统提高理想度进化法则在航空燃气涡轮发动机的进化中的体现为例，说明技术系统进化法则对复杂产品系统研发的指导意义。图12-4是20世纪30年代由喷气发动机的发明人之一弗兰克·惠特设计的世界上第一台燃气涡轮发动机，其转子部分由单转子、单级整体压气机和60个叶片的单级涡轮组成。12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化随着发动机性能的不断12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-4第一台燃气涡轮发动机12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化到了20世纪70年代，英国的RB199三转子涡扇发动机（加力式涡扇发动机）用于狂风战斗机，由3级风扇，3级中压压气机，6级高压压气机，燃烧室，1级高压涡轮，1级中压涡轮和2级低压涡轮组成。整台发动机已经有三个转子，共有上千个叶片（其中涡轮叶片超过300个）、上万个零件（见图12-5）。12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化到了20世纪70年代12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-5英国RB199三转子涡扇发动机12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化到了20世纪90年代，发动机的性能进一步提高，但发动机的结构却越来越简单。图12-6和图12-7分别为用于欧洲战斗机的EJ200发动机和用于空客A318的PW6000发动机。与20世纪70年代的发动机相比，新一代发动机的零件数目减少三分之一；军用发动机的推重比正在向15迈进（而最早喷气发动机的推重比只有2）；耗油率比70年代下降了20%，比最初的喷气发动机下降了60%；新一代发动机的寿命、平均故障时间、平均大修时间大幅度提高，而生命期成本和噪声水平等持续下降。12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化到了20世纪90年代12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-6EJ200发动机12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-7PW6000发动机12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-8显示了从20世纪30年代至今，航空燃气涡轮发动机主要性能指标的螺旋上升的进化趋势。可以看出，发动机的结构复杂程度与其系统进化趋势密切相关。12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-8显示了从212.2航空燃气涡轮发动机的技术进化图12-8航空燃气涡轮发动机主要性能指标的发展变化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化如何综合运用技术系统进化法则，判断目前技术状态下航空发动机的进化潜能，为预研投入提供决策支持，以简化的结构完成更多的功能是航空发动机在今后一段时期内的发展方向。由此也可以看出，TRIZ理论的技术系统进化法则对复杂系统研发的指导意义：（1）分析技术发展的可能方向；（2）指出需要改进的子系统和改进方法；（3）避免对成熟期和退出期（衰退期）的产品或技术大量投入；（4）对新技术和成长期产品进行专利保护；（5）用户和市场调研人员在进化法则的指导下参与研发，加速产品进化。12.2航空燃气涡轮发动机的技术进化如何综合运用技术系统飞机机翼的进化12.3飞机机翼的进化12.312112.3飞机机翼的进化早期的飞机机翼都是平直的。最初，飞机采用的是矩形机翼。这种机翼很容易制造。但由于其翼端较宽，会给飞机带来很大的飞行阻力，因而，也就严重地影响了飞机的飞行速度。后来，德国、英国、美国的喷气式飞机先后上天。飞机开始进入喷气机时代，其飞行速度迅速提高，接近音速。这时，机翼上出现“激波”，使机翼表面的空气压力发生变化。同时，飞机的前进阻力骤然剧增，比低速飞行时大十几倍甚至几十倍，这就是所谓的“音障”。为了突破“音障”，许多国家都在研制新型机翼。后掠翼型机翼一举突破了“音障”。首先，德国人发现，把机翼做成向后掠的形式，像燕子的翅膀一样，可以延迟“激波”的产生，缓和飞机接近音速时的不稳定现象。12.3飞机机翼的进化早期的飞机机翼都是平直的。最初，飞12.3飞机机翼的进化但是，新的问题又出现了。向后掠的机翼，比不向后掠的平直机翼，在同样的条件下产生的升力要小。这不仅对飞机的起飞、着陆和巡航带来了不利的影响，而且浪费了很多宝贵的燃料。能否设计出一种适应飞机的各种飞行速度又具有快慢兼顾特点的机翼呢，这成为当时航空界所面临的一大难题。12.3飞机机翼的进化但是，新的问题又出现了。向后掠的机12.3飞机机翼的进化1）问题描述根据上述分析，系统存在的技术矛盾为：（1）传统的固定翼不适合高速飞行。这是因为，在突破“音障”的时候，会产生非常大的阻力，容易导致飞机在空中解体。而且，此时飞机消耗的能量也相应加大。（2）改进的三角翼不适合低速飞行。这是因为，当起飞与降落以及巡航时，在相同推力条件下，飞机产生的升力小。当然，飞机消耗的能量，也相应地加大了。总之，矛盾集中体现在飞机的飞行速度与其在飞行时能量的消耗这两个工程参数之间。12.3飞机机翼的进化1）问题描述12.3飞机机翼的进化2）问题分析要解决的这个问题涉及到两个工程参数：19#：运动物体的能量消耗；9#：速度。根据这两个工程参数，我们从矛盾矩阵得到以下四条发明原理：8#：重量补偿原理；15#：动态特性原理；35#：物理或化学参数改变原理；38#：强氧化剂原理。12.3飞机机翼的进化2）问题分析12.3飞机机翼的进化显然，重量补偿原理不适合用来解决这个问题。因为，战斗机要求机身轻便、灵活、机动。而且，加重机身还会使速度这个技术特性恶化。可以使用强氧化剂原理，使燃料的燃烧更加充分，以使飞机获得更大的推力。但是我们知道，战斗机上使用的是特制的、高热量的航空油，它们在涡轮喷气发动机中的燃烧已经比较充分了。所以，再使用强氧化剂原理来改善燃油的作用，就不是很明显了。12.3飞机机翼的进化显然，重量补偿原理不适合用来解决这12.3飞机机翼的进化再来看看后面两个原理：15#动态特性原理和35#物理或化学参数改变原理。按照这两条发明原理提供的方法，技术人员对机翼进行改进，使其成为活动部件。并且，在飞机飞行的时候，飞行员可自由地控制机翼的形态，使之能够在比较大的范围内改变“后掠角”的大小，从而获得从平直翼到三角翼的变化。这就适应了飞机从低速到高速不同飞行状态下的要求。12.3飞机机翼的进化再来看看后面两个原理：15#动态特12.3飞机机翼的进化以F111战斗机（见图12-9）为例，它在起飞阶段，处于低速度飞行状态（见图12-10）。此时，机翼呈平直状，可以获得较大的升力，飞机表现出良好的低速特性。另一方面，由于避免了长距离滑行所浪费的能量，也有效地解决了飞机在低速度状态下，速度与能量消耗之间的矛盾。12.3飞机机翼的进化以F111战斗机（见图12-9）为12.3飞机机翼的进化图12-9美国通用动力于1960年代时开发制造F111战斗轰炸机12.3飞机机翼的进化12.3飞机机翼的进化图12-10低速飞行状态12.3飞机机翼的进化12.3飞机机翼的进化F111在云层之上高速飞行时，两翼后掠以减小飞行阻力（见图12-11）。这样，不仅减小了飞机的能耗，也延迟“激波”的产生，从而缓和了飞机接近音速时的不稳定现象，使飞机能够安全地达到更高的速度。飞机在不同的速度之下，采用不同的后掠角，可以很好地适应不同的飞行要求。12.3飞机机翼的进化F111在云层之上高速飞行时，两翼12.3飞机机翼的进化图12-11高速飞行状态12.3飞机机翼的进化12.3飞机机翼的进化3）设计思路综合考虑上面的几个发明原理，形成最终的解决方案为：应用15#动态特性原理和35#物理或化学参数改变原理。改变飞机的飞行形态，使飞机在不同的飞行状态下，得到不同的气动外形，可以在很大程度上节约不必要的能耗。根据35#发明原理，并结合15#发明原理给出的启示，技术人员将飞机的机翼设计成一个活动的部件（可变翼）。这是飞机设计观念上的一个大胆的创新，它一举突破了传统的固定翼设计理念，在飞行器设计领域开辟了一块新天地。12.3飞机机翼的进化3）设计思路12.3飞机机翼的进化反观传统的妥协设计思维方式，就只能在速度与能耗之间，做取舍性质的设计了。我们采用矛盾矩阵给出的发明原理的启示，则避免了传统的妥协设计方式，从一个全新的角度，更好地解决了速度与能量这对技术矛盾。TRIZ理论与妥协设计的不同之处，在这里得到了充分的体现。这是TRIZ理论应用的一个经典的例证。设计人员找到了满意的设计思路：能够在同一架飞机上得到平直翼和三角翼的优良的飞行特性，极大地节约了在起飞与降落过程（平直翼在低速飞行中，可得到较大的升力，从而缩短跑道的长度，借此节约了能源）和高速飞行过程（三角翼在高速飞行中，可以轻易地突破音障，减轻机翼的受力，提高飞机在高速飞行时的强度，最终的结果也是降低了能量的消耗）消耗的能量。12.3飞机机翼的进化反观传统的妥协设计思维方式，就只能12.3飞机机翼的进化4）最终方案依据上述分析的结果，技术人员成功地设计出这种在当时是最新型的F111可变后掠翼战斗/轰炸机。这是世界上第一架采用可变后掠翼思想设计的飞机，开创了新一代超音速战斗机的新纪元。在此后设计出的一系列战斗机，如英国、德国、意大利三国联合成立的帕那维亚飞机公司的狂风超音速战斗机等（见图12-12），都采用了这种全新的设计思想。12.3飞机机翼的进化4）最终方案12.3飞机机翼的进化图12-12狂风超音速战斗机12.3飞机机翼的进化12.3飞机机翼的进化新的设计方案虽然抛弃了传统的固定翼设计概念，但仍保留了平直机翼升力大的优点。而在高速飞行时，它的两翼又尽量后掠，飞机变得像三角机翼一样，又能轻而易举地突破“音障”，从而有效地降低了飞机迎风面积大的不足，实现了节能降耗以及提高飞行速度的期望，最终实现了提高其战斗力的根本目的。12.3飞机机翼的进化新的设计方案虽然抛弃了传统的固定翼提高智能吸尘器的清洁效果12.4提高智能吸尘器的清洁效果12.413812.4提高智能吸尘器的清洁效果吸尘机器人又称清洁机器人、自动吸尘器或智能吸尘器，它是目前家用电器领域最具挑战性的热门研发课题，但是开发的难度较大（见图12-13）。12.4提高智能吸尘器的清洁效果吸尘机器人又称清洁机器人12.4提高智能吸尘器的清洁效果图12-13地面清洁机器人（地宝）12.4提高智能吸尘器的清洁效果12.4提高智能吸尘器的清洁效果作为一种令人满意的智能化的吸尘机器人，它应当能自动并彻底清洁家庭或办公室中它所能走得到的地面——不需要人弯腰操作、不需要人拖着电线移来移去、不需要人把它拆开以便把累积在内部的垃圾倾倒出来、不需要人在旁边忍受它的噪声，需要的只是人们一次性设定它的工作方式：工作一次还是几天工作一次，每次在什么时间工作等等。它应该能自动充电，自动把内部垃圾传送到一个大容量垃圾箱中去。同时它还很安全：不会有触电危险、不会撞坏东西、不会被撞坏、不会跌落至楼梯下、也不会走得太远而消失得无影无踪，更重要的是，作为一种家用电器而非奢侈品，它的价格不会太贵，普通家庭完全买得起。12.4提高智能吸尘器的清洁效果作为一种令人满意的智能化12.4提高智能吸尘器的清洁效果日立公司自20世纪80年代后期便开始研发这样的吸尘机器人，各国很多知名企业都在研发这样的产品。事实上，虽然有了这样一些产品，但还不能达到令人满意的程度，尚存的缺点主要是：清洁效果不佳，功能完全没有达到，价格更是不能让人接受。因此，都只能算是早期产品或称第一代产品。12.4提高智能吸尘器的清洁效果日立公司自20世纪80年12.4提高智能吸尘器的清洁效果1）初始问题情境三星公司开发一种新的机器人真空清洁器。机器人可充当自主真空清洁器，从而在无需人工参与的情况下清洁房间地面。电池充电后大约可使用50~60分钟。当工作期间电池电量不足时，机器人会自动返回充电座重新充电。当充电完毕后，它会回到原来的位置继续进行清洁。三星公司面临的主要问题是：为了提高机器人的清洁能力，尝试过用更大功率的电机增大吸力，但却缩短了清洁时间，因为需要更频繁地为电池充电。所以，该项目的目标为：需要对现有真空清洁器进行最小的改动，以提供更高的真空清洁能力，同时不增大电池容量和吸风电机功率。12.4提高智能吸尘器的清洁效果1）初始问题情境12.4提高智能吸尘器的清洁效果2）应用TRIZ进行矛盾问题求解（1）定义问题模型。技术矛盾1：如果机器人真空清洁器的吸入功率足够大，则灰尘可从被清洁表面上很好地除去，但电池电量会由于耗电量的增大而快速用完，使其工作时间缩短；技术矛盾2：如果机器人真空清洁器的吸入功率足够小，则电池的工作时间可延长，但微尘不能从被清洁表面上除去。12.4提高智能吸尘器的清洁效果2）应用TRIZ进行矛盾12.4提高智能吸尘器的清洁效果系统的主要功能：提供更高的真空清洁能力（即技术矛盾1要改善的功能）。系统的作用对象：尘埃和污物。系统实现主要功能所使用工具：机器人真空清洁器吸气口中的气流。根据TRIZ理论，为解决此问题，我们应该找出一些特殊的功能单元，并把它们转