产品创新思维与方法 课件 第7、8章 技术系统进化法则方法、矛盾分析与发明原理方法

第七章技术系统进化法则方法产品创新问题识别《产品创新思维与方法》目录7.1什么是技术系统进化法则7.2技术系统进化法则的体系7.3技术系统进化法则的应用——6个法则技术系统进化法则7.1技术系统进化法则定义：又称工程系统进化法则，描述了工程系统从一种状态自然进化到另外一种状态的进化发展过程（适用于所有的工程系统）。技术系统进化法则一定的预见性、高层次的技术演进模式提高了产品改进或产品创新的效率技术系统进化发展特点高可预见性，更高的生产率和更低的创新风险广泛和跨学科应用由市场的关键价值参数驱动，最低的成本实现最大功能和价值技术系统进化法则（一）：系统完备性法则系统完备性法则定义作为一个具有一定实用价值的工程技术系统，其应该具备相对完备的以下四种功能：执行工程系统实现的主要功能传动工程系统或超系统将一种场（能量）等从能量源传递到执行机构的部分控制工程系统或超系统控制其他部件的功能的部分，如空调控制系统中的恒温控制器能源供能：工程系统或超系统提供给执行系统能量的部分，例如，汽车中的引擎技术系统进化法则（一）：系统完备性法则思考：帆船的系统完备性法则的四个部分？例如：缝纫机设备技术系统进化法则（一）：系统完备性法则例如：帆船运输系统定义技术系统的元素（组件或操作）被裁剪，而不影响系统的主要功能，这也是一个重要产品改进方向（功能不变，成本急剧下降）增加裁剪度趋势法则三个子趋势裁剪子系统裁剪操作裁剪价值度最低的组件技术系统进化法则（二）：增加裁剪度趋势法则增加裁剪度趋势法则子趋势1-裁剪子系统实例：工厂传动系统的进化技术系统进化法则（二）：增加裁剪度趋势法则裁剪：传动系统单一大型电机（皮带驱动）现代机械（单独电机驱动）增加裁剪度趋势法则子趋势2-裁剪操作实例：POS机用纸的生产工艺需要烘干工序技术系统进化法则（二）：增加裁剪度趋势法则裁剪：操作增加裁剪度趋势法则子趋势3-裁剪价值度最低组件技术系统进化法则（二）：增加裁剪度趋势法则裁剪价值度最低的组件趋势认为，技术系统如果需要进一步裁剪，可以考虑对组件的价值（功能/成本）进行分析，并且优先考虑裁剪那些价值最低的组件或辅助功能。思考：如何应用“裁剪价值度最低的组件”趋势，并举出1个生活中的例子？定义工程技术系统在进化过程中，有着与超系统相结合、集成和整合的趋势向超系统进化法则四个子趋势:技术系统进化法则（三）：向超系统进化法则集成超系统，并且与原工程系统的相关参数差异化增加超系统与原工程系统的主要功能差异化增加工程系统与超系统集成水平层次增加超系统集成度增加1234子趋势1：集成超系统，并且与原工程系统的相关参数差异化增加技术系统进化法则（三）：向超系统进化法则同质性系统与原工程系统相比至少一项参数的差异竞争性系统种类技术系统进化法则（三）：向超系统进化法则子趋势1：集成超系统实例：家用燃气灶的进化子趋势2：超系统与原工程系统的主要功能差异化增加的趋势技术系统进化法则（三）：向超系统进化法则种类与原工程系统进行竞争（相同的功能）原工程系统的互补系统（不同的主要功能，相同的特征）原工程系统的异类系统（不同的主要功能，不同的特征）原工程系统的反相工程系统（相反的主要功能）1234技术系统进化法则（三）：向超系统进化法则实例：瑞士军刀的功能集成过程子趋势2：超系统与原工程系统的主要功能差异化增加的趋势子趋势3：工程系统与超系统集成水平层次增加技术系统进化法则（三）：向超系统进化法则种类非关联顺序关联部分裁剪的工程系统（超系统完成部分功能）彻底裁剪的工程系统（主要功能由超系统完成）1234技术系统进化法则（三）：向超系统进化法则实例：医院外科手术的缝合用具进化过程子趋势3：工程系统与超系统集成水平层次增加技术系统进化法则（三）：向超系统进化法则实例：办公设备的进化过程——集成度不断增强子趋势4：超系统集成度增加的趋势定义工程技术系统的进化过程中，存在系统的组件沿着与其他组件和超系统更协调的方向发展趋势协调性进化法则四个子趋势:技术系统进化法则（四）：系统协调性进化法则形状的协调韵律的协调材料的协调动作的协调1234技术系统进化法则（四）：系统协调性进化法则思考：那些通过导入人体工学设计的商品采用的是协调性进化法则的哪个趋势呢？图：导入人体工学设计的键盘和鼠标技术系统进化法则（四）：系统协调性进化法则思考：美国2006年5月25日分布的20060107822A1专利展示了一款音乐同步装置，并应用于美国苹果公司的iPod（随身听）设备。基于这项专利技术，iPod自动将音乐播放节奏与运动者跑步节奏同步。请问，这项技术专利用到了系统协调性法则的哪个子趋势？定义工程技术系统的可控性进化法则认为，产品或技术系统存在朝着增加可控性方向演进的趋势系统可控性进化法则两个子趋势:技术系统进化法则（五）：系统可控性进化法则控制水平增加控制状态增加12技术系统进化法则（五）：系统可控性进化法则实例：武器-火箭弹的演变过程子趋势1：控制水平增加趋势技术系统进化法则（五）：系统可控性进化法则实例：中国伞的控制状态演变子趋势2：工程系统的可控性状态数量增加趋势初始：只有一个状态（打开）定义工程技术系统的动态性进化法则认为，提醒产品创新设计工程师，产品或技术系统存在从静态走向动态的重要演进趋势动态性进化法则两个子趋势:技术系统进化法则（六）：动态性进化法则设计动态化（物质或场的动态化）功能动态化12技术系统进化法则（六）：动态性进化法则实例：长度测量工具的演变生活中的动态性法则应用-物质动态化技术系统进化法则（六）：动态性进化法则实例：家用微波炉的功能演变生活中的动态性法则应用-场的动态化其他例子？技术系统进化法则小结实践案例：冰镐还能继续进化吗PRODUCTINNOVATIONTHINKINGANDMETHODS感谢观看

产品创新思维与方法高等院校精品程系列教材第八章矛盾分析与发明原理方法产品创新问题求解《产品创新思维与方法》目录8.1TRIZ理论8.2技术矛盾8.3物理矛盾TRIZ：发明问题的解决理论根里奇·阿奇舒勒G.S.Altshuller（1926-1998），1946年创立的TRIZ：分析大量好的专利，提炼出问题的解决模式，就能够学习这些模式，创造性地解决问题。通用工程参数阿奇舒勒的研究团队：通过大量的专利文本分析和研究后发现，很多工程问题（engineeringproblems）或发明问题（inventiveproblems）可以使用一系列有限的通用工程（技术）参数来描述。分类物理属性参数的面积、体积、重量等性能属性参数能量、力、速度等能力属性参数可靠性、可制造性、可保持性等环境方面的参数成本相关的参数等通用工程参数编号参数名称编号参数名称1运动物体的重量11应力或压力2静止物体的重量12形状3运动物体的长度13结构的稳定性4静止物体的长度14强度5运动物体的面积15运动物体作用时间6静止物体的面积16静止物体作用时间7运动物体的体积17温度8静止物体的体积18光照度9速度19运动物体的能量10力20静止物体的能量阿奇舒勒39个通用工程参数通用工程参数编号参数名称编号参数名称21功率31物体产生的有害因素22能量损失32可制造性23物质损失33可操作性24信息损失34可维修性25时间损失35适应性及多用性26物质或事物的数量36装置的复杂性27可靠性37监控与测试的困难程度28测试精度38自动化程度29制造精度39生产率30物体对外部有害因素作用的敏感性

阿奇舒勒39个通用工程参数定义：矛盾普遍存在于各种产品或技术系统中。技术系统进化过程就是不断解决系统所存在矛盾的过程关于产品创新设计中的矛盾分析TRIZ的两种矛盾技术矛盾物理矛盾技术矛盾是针对两个技术或性能参数之间的矛盾而物理矛盾是针对一个物理变量（参数）的矛盾把针对某个具体物理参数的相互矛盾的产品改进或创新设计需求，称之为产品创新设计的物理矛盾技术矛盾及描述方法技术矛盾技术矛盾两个参数的关系技术矛盾描述（1）技术矛盾描述（2）如果工程的解决方案（A）工程的解决方案（-A）那么优化的参数（B）改善的参数（C）但是恶化的参数（C）恶化的参数（B）描述：现代TRIZ理论推荐采用“如果（If）……那么（Then）……但是（But）……”的语句来描述思考：根据技术矛盾定义，考虑如何在机翼设计中，述“飞机升力”与“飞机重量”这一对技术矛盾技术矛盾及描述方法技术矛盾技术矛盾描述（1）技术矛盾描述（2）如果增加机翼的尺寸减少机翼的尺寸那么提高飞机的升力减小飞机的重量但是飞机的重量增加飞机的升力降低机翼设计中一对技术矛盾的描述技术矛盾解决方法阿奇舒勒矛盾矩阵恶化的参数12345改善的参数运动物体的重量静止物体的重量运动物体的长度静止物体的长度运动物体的面积1运动物体的重量+-15,8,29,34-29,17,38,342静止物体的重量-+-10,1,29,35-3运动物体的长度8,15,29,34-+-15,17,44静止物体的长度-35,28,40,29-+-5运动物体的面积2,17，29,4-14,15，18,4-+3939技术矛盾解决方法经典TRIZ理论40个发明原理序号发明原理序号发明原理序号发明原理序号发明原理1分割11事先防范21快速通过31多孔材料2抽取12等势22变害为利32改变颜色3局部质量13反向作用23反馈33同质性4非对称14曲面化24中介物34抛弃或再生5组合15动态特性25自服务35物理/化学状态变化6多用性16不足或超额行动26复制36相变7嵌套17空间维数变化27廉价替代品37热膨胀8重量补偿18机械振动28机械系统替代38强氧化剂9预先反作用19周期性作用29气压和液压结构39惰性环境10预先作用20有效作用的连续性30柔性壳体或薄膜40复合材料技术矛盾解决方法发明原理4-非对称原理的应用实例：非对称原理都在煤气罐设计中的应用为了显示煤气罐的煤气快要用完，设计了一种非对称的煤气罐，如图所示，请解释其中的设计原理技术矛盾解决方法解决技术矛盾的步骤第一，准确描述要解决的工程问题。第二，将工程问题转化为技术矛盾。第三，确定技术矛盾中欲改善和被恶化的参数，明确技术矛盾参数对。第四，将技术矛盾的参数一般化为阿奇舒勒通用工程参数。第五，在阿奇舒勒矛盾矩阵中定位改善和恶化通用工程参数交叉的单元，找到推荐的发明原理编号。第六，逐一应用发明原理的实施细则，经过类比和想象得到概念性的创意。第七，经过对各种概念性的创意进行评估，选择合适的创意进行具体方案设计和实施。技术矛盾解决方法发明原理实例应用实例：开口扳手扳手在外力的作用下拧紧或松开一个六角螺母.由于螺钉或螺母的受力集中到两条棱边，容易产生变形，而使螺钉或螺母的拧紧或松开困难.技术矛盾解决方法发明原理实例应用实例：开口扳手——改进改善的参数：物体产生的有害因素（31），减少对螺母棱边的磨损.恶化的参数：制造精度（29），新的改进可能使制造困难发明原理：4：不对称17：维数变化34：抛弃或再生26：复制矛盾原理中的物理矛盾物理矛盾定义：物理矛盾是在一个技术系统中同一个物理参数的矛盾，由表述系统性能的同一个参数具有相互排斥（相反的或不同的）需求所构成的矛盾常见物理矛盾：长度长与短用量多与少密度大与小速度快与慢温度高与低导热率高与低时间长与短粘度高与低磁场强与弱功率大与小硬度软与硬摩擦系数大与小物理矛盾物理矛盾实例实例：普通保温杯示意图针对保温杯的直径大小，在产品改进（创新）设计中存在矛盾的需求，请举出一个矛盾的设计需求，来加深对物理矛盾的理解物理矛盾解决方法如何解决物理矛盾空间分离时间分离条件分离整体和局部分离1234核心思想：实现矛盾双方的分离（空间、时间和条件等分离）物理矛盾四大分离原理：物理矛盾分离原理空间分离编号空间分离解决物理矛盾常用的发明原理及其实施细则1分割•将物体分为多个独立单元；•使物体易于拆卸；•增加分裂或分割的程度。2抽取•抽出物质中的“负面部分”或属性；•抽取物质中必要的、有用的部分或属性；•将物质中不需要的部分或有妨碍的性质抽取出来。3局部质量•将物体（或外部环境、外部作用）由同类结构变成异类结构；•使物体的不同部分具有不同功能；•物体的各部分都处于最有利于执行工作的条件下。4不对称性原理•将物体的形状由对称变为不对称；•已经是不对称形状的物体，进一步加大其不对称的程度7嵌套•把一个物体嵌入第二个物体，然后将这两个物体再嵌入第三个物，依此类推；•使一物体穿过另一物体的空腔。17多维化•将物体由一维变为二维或由二维变为三维空间的运动；•利用多层结构替代单层结构；•将物体倾斜或侧向放置；•利用物体所提供面的反面；•利用落在临近面上的光流，或落在现有面的反面上的光流。物理矛盾分离原理空间分离实例：轮船进行声呐测量定义所谓空间分离原理是将矛盾双方在不同的空间上分离，即通过在不同的空间上满足不同的需求，让关键子系统矛盾的双方在某一空间只出现一方（满足其中一个设计需求），从而解决物理矛盾在利用轮船进行海底测量工作时，早期是将声呐探测器安装在轮船上的某个部位，在实际测量过程中，轮船上的各种干扰会影响测量精度和准确性。解决方法之一：将声呐探测器用电缆连接置于船后千米之外，使得声呐探测器与产生干扰的轮船之间在空间上处于分离状态，互不影响，实现了矛盾的合理解决。物理矛盾分离原理实例思考：如何设计一把太空中可以用的锤子空间分离在地球上，由于锤子本身有重力，因此，当我们敲击钉子的时候，反弹力会被锤子自身的重量所抵消很大一部分，很少有人会担心锤子的反作用力。但在太空的空间工作站或失重的飞行器中，用普通锤子进行维修的时候，锤子敲击的反作用力就比较危险。需要考虑如何改进已有的锤子设计，使其可以应用在太空维修中？物理矛盾分离原理时间分离实例：舰载飞机的机翼设计定义所谓时间分离原理，是将矛盾双方在不同的时间段上分离，即通过在不同的时刻满足不同的需求，从而解决物理矛盾在舰载飞机的机翼设计中存在物理矛盾：首先设计师期望机翼面积大一些，这样使飞机有更好的承载能力，大机翼提供更大的升力；但是又希望机翼面积小一些，因为要在航空母舰有限的空间上停放更多的飞机。解决方法之一：考虑用时间分离可解决这个物理矛盾，将舰载飞机的机翼设计为折叠的，飞机在航空母舰上存放时机翼折叠，在飞行时机翼再打开。物理矛盾分离原理时间分离编号时间分离解决物理矛盾常用的发明原理及其实施细则9预先反作用•按需要完成的作用预先完成反作用；•对处于受拉伸状态的物体，给予预先施加压力。10预先作用•预先部分或全部完成物体所需的作用；•预置物体，一旦需要时能及时地从最方便的位置发挥作用。11预先应急措施•对可靠性较低的物体预置紧急防范措施15动态化•改变物体或外部环境，使在作用的任何阶段，均能达到最佳性能；•将一物体分成彼此能相对改变位置的几个部分；•将刚性不活动的物体变为可活动的，可移动的或具有可自适性的。34抛弃与再生•物体中已经完成功能和无用的部分自动消失，或在工作过程中自动改变；•在工作过程中消耗或减少的部分自动再生。物理矛盾分离原理实例思考：考虑如何应用时间分离来改进传统的缝衣针时间分离物理矛盾：针眼应该大而容易引导线通过；但是，针眼应该小而避免损坏衣服考虑选择哪个发明原理，为什么？如何改进？物理矛盾分离原理条件分离实例：厨房中的水池箅子定义条件分离是根据条件的不同将矛盾双方不同的需求分离，即通过在不同的条件下满足不同的需求，从而解决物理矛盾。存在物理矛盾：在厨房中使用的水池箅子，对水而言是多孔的，允许水流过；而对食物而言则是刚性的，不允许食物通过。尝试进一步深入分析和解释其用到的条件分离原理。对于该发明原理，你能否举出类似的例子？物理矛盾分离原理条件分离编号条件分离解决物理矛盾常用的发明原理及其实施细则3局部质量•将物体（或外部环境、外部作用）由同类结构变成异类结构；•使物体的不同部分具有不同功能；•物体的各部分都处于最有利于执行工作的条件下。7嵌套•把一个物体嵌入第二个物体，然后将这两个物体再嵌入第三个物，依此类推；•使一物体穿过另一物体的空腔。19周期性作用•用周期性作用（或脉冲动作）替代持续性作用；•如果作用已经是周期性的，则改变其作用的周期频率；•利用脉动的间歇来完成另一个作用。31多孔物质•给物体加孔或加入（或涂上）辅助的多孔物质；•若一物体已是多孔的，则利用这些孔预先引入有用的物质。32变换颜色•改变物体或周围