《创新设计-TRIZ系统化创新教程》 课件 第15章 技术成熟度及其预测；第16章 技术系统进化定律和路线

第15章

技术成熟度及其预测创新设计研究所主要内容产品技术成熟度产品技术成熟度预测方法案例分析15-1产品技术成熟度1.产品进化过程从产品结构变化来看产品进化过程一般是一个渐变与突变交替进行的过程。如图15.1所示15-1产品技术成熟度2.产品技术成熟度的定义时间婴儿期成长期性能参数成熟期退出期时间系统主参数产品进化的S-曲线产品进化的分段线性S-曲线产品技术成熟度是某一产品在该类产品进化过程中所处的阶段3.产品技术生命周期各阶段特点（1）婴儿期特点系统的原理是全新的，但是由于技术瓶颈导致的有限的实用性而没有进入市场，如DNA存储技术，限于目前的制造水平，成果过高；系统吸收了其他系统的元件，结合了已在市场中占主导地位的系统。如燃料电池汽车；成本大于收益，甚至没有收益。15-1产品技术成熟度15-1产品技术成熟度婴儿期战略识别和消除阻碍工程系统市场化的瓶颈，在根原因分析基础上，解决系统存在的问题；与现有主流系统集成，适应已存在的基础设施和资源，如第一辆汽车；婴儿期前期对系统的修改甚至可以包括工作原理的变化，后期不再涉及原理的变化；与竞争系统相比，新系统应在在优势和劣势明显占优的领域发展，在投放市场时，所有参数都必须是可以接受的，其中至少一个是一流的；确定新系统物理极限和超系统发展极限是必要的，这是判定其为已有系统替代性技术的依据。

15-1产品技术成熟度（2）成长期特点系统进入批量生产阶段，前期更有效但成本更高的解可以接受，随着需求增加，生产规模化，规模效应会降低成本；因为知识产权保护和市场竞争的需要，本阶段前期市场中同类产品种类差异化逐渐增大，后期经过长期的技术选择，只有一种或少数集中成为主流；技术系统开始在不同领域应用，如计算机和闪存技术。；为了更好地实现主功能，技术系统集成了与主功能密切相关的辅助功能；由于受技术系统的影响，超系统元素反向适应工程系统。如交通系统适应车辆系统；工程系统开始消耗与其相关的特定资源，更多产品开始支持工程系统，因为市场证明了其盈利能力。15-1产品技术成熟度成长期战略实现最优化是改进系统的最基本方法；使技术系统适应新领域或新应用；尽可能找到技术系统固有的缺陷。15-1产品技术成熟度（4）成熟期特点工程系统消耗很多高度专业化的资源，如围绕汽车形成了制造、维修、改装等复杂产业链；许多超系统组件设计与该系统适应，如手机；工程系统需要与主功能几乎无关的附加功能，如汽车上集成音响、通讯设备等。技术系统发展遇到了瓶颈，如光栅测量的精度决定于光的波长。15-1产品技术成熟度成熟期战略短期和中期：降低成本、开发服务组件、提高美学设计；长期：出于突破极限、解决冲突的目的应寻找现有主功能的替代性实现原理；进一步裁剪或与替代系统或其他技术系统集成而成为新系统的一部分；寻找处于早期阶段的关键性能参数进行开发或采用颠覆性创新（也称为破坏性创新）技术，寻找新的产品价值。

服务组件：定时器自动点火烤箱窗口空气过滤烤箱灯自清洁15-1产品技术成熟度（5）退出期特点由于替代系统进入成长期或超系统变化，导致工程系统主功能正在失去用途，成为娱乐性、装饰性、玩具或运动装备。工程系统成为超系统的一部分。15-1产品技术成熟度退出期战略寻找还具有竞争力的领域，其余同成熟期。特例-再生①由于新技术或新材料的出现；②有了新的应用环境15-1产品技术成熟度4.产品技术成熟度预测的意义（1）产品技术成熟度是企业制定战略的重要参考尺度当前产品技术成熟度预测优化现有技术寻找替代技术改善S-曲线转向新的S-曲线产品处于婴儿期或成长期产品处于成熟期或退出期寻找破坏性技术转向新价值或新市场渐进性创新激进性创新破坏性创新15-1产品技术成熟度（2）产品技术成熟度是进行技术贸易的重要参考尺度时间婴儿期成长期成熟期退出期风险价格获利能力15-1产品技术成熟度（3）产品技术成熟度预测可以帮助企业寻找自身差距性能（或技术能力）时间相对水平绝对水平t技术成熟度技术极限今天15-2产品技术成熟度预测的方法定性分析形状分析法直接预测S-曲线法间接预测Altshuller模式DarrellMann模式TMMS模式15-2产品技术成熟度预测方法1.应用S-曲线法预测产品技术成熟度的步骤预测步骤如下：

选定待预测产品的性能指标收集性能历史数据确定（估计）目标性能指标的极限F选择合适的数学模型对历史数据进行拟合根据拟合的曲线判断产品技术成熟度时间性能新产品概念能够工作能够正常工作工作性能最大化工作效率最大化可靠性最大化成本最小化成熟产品15-2产品技术成熟度预测方法1.常用S-曲线数学模型常用的S曲线模型如下：（1）玻尔曲线以及各种在此基础上的变型：Pearl模型BlackMan模型Floyd模型Sharif-kabir模型（2）岗帕兹曲线(B.Compertz)（3）概率分布曲线常用正态分布（4）多项式曲线一般采用三次以上的曲线上述各种数学模型中，f为性能值，F为f无限逼近的极限值。15-2产品技术成熟度预测方法2.专利分析法据世界知识产权组织（WIPO）统计，专利覆盖了全球研究成果的90％～95％，而且其中80%并未记载在其他杂志期刊中，专利信息蕴涵巨大的战略价值。研究关于某种产品技术或某个技术的专利所支持的技术性能，其增长应该符合S-曲线规律。15-2产品技术成熟度预测方法2.1Altshuller模式（1）基本原理四关系曲线算子

（FRCO）

性能专利等级专利数量(a)(c)(b)获利能力(d)15-2产品技术成熟度预测方法（2）专利数量专利数量分析是要统计与所研究的产品进化相关的所有有效专利的数量，按照以下过程分析：

定义竞争环境定义技术系统专利名称检索IPC检索剔除不相关的专利15-2产品技术成熟度预测方法（3）专利等级对某个产品的所有专利进行分级，关键是首先确定标志性专利，标志性专利代表了产品技术进化的关键节点，引起系统结构和性能的较大变化。标志性专利具有以下特征：

一种物理的、化学的或几何的效应被首次用于该产品；

一种新功能的首次实现；

技术的引入使该产品进入新的应用领域或进入新的细分市场；

一种新结构或新工艺被首次应用到该产品；

其它能够大幅提高产品性能的设计。

15-2产品技术成熟度预测方法（4）获利能力技术系统的获利能力可以用多种指标来大致衡量，如单位时间内产品的销售利润，单位时间内的销售数量，单位时间内平均单机（件）利润等等。不同类型的产品应该通过不同的指标来衡量，必须符合该种产品、企业和行业的特点。获利能力应该是市场中该类产品一定时期内总消费范围内的平均获利，所以可以利用一些行业的公报来获取数据。但对于产品市场占有额有一定比例的企业可以利用本企业的销售情况来代替。因为受市场波动等客观因素的影响，企业或行业的销售量或利润（率）等都不一定能够准确反映技术的获利能力。另外考虑货币贬值等因素，为了使数据具有可比性，要把企业获利能力按照一定标准折算到同一年。再是涉及商业机密等原因，这方面的数据获得比较困难。15-2产品技术成熟度预测方法案例1：滚筒型纺纱机技术成熟度预测15-2产品技术成熟度预测方法2.2DarrellMann模式DarrellMann重点研究了两类专利：（1）降低成本的专利（CostReductionrelatedPatents，CRRP）。是指能够使产品的成本降低，从而使产品的市场价格降低的专利。如对设计的简化、低成本材料的使用、生产和装配技术的改进等。（2）弥补缺陷的专利（SymptomCuringPatents，SCP）。是指通过引入补充技术、结构或方法来弥补专利所指向的技术中所存在的缺陷，以在不致对技术系统作出太多改变的前提下提高技术性能。如为了降低噪音而为系统添加一个消音装置。时间婴儿期成长期成熟期消退期两种特殊专利数量

降低成本的专利弥补缺陷的专利压缩机专利分布15-2产品技术成熟度预测方法2.3TMMS模式检索专利数据筛选专利数据专利分级和分类专利汇总统计生成曲线图技术成熟度预测预测结论评价15-2产品技术成熟度预测方法蝶阀技术成熟度预测本章小结产品技术成熟度是衡量产品技术自身发展潜力的重要指标，对企业改进产品，制定战略具有重要意义。产品技术生命周期各阶段特点产品技术成熟度预测方法S-曲线法Altshuller模式DarrellMann模式TMMS模式谢谢！第16章技术系统进化定律与进化路线TRIZ系统化创新主要内容概述技术系统进化定律与进化路线技术系统进化的四个阶段技术系统进化理论的应用案例16-1概述根据大量专利的分析，1975年，Altshuller首次提出八条技术系统进化定律，并分为三组：进化的静力学完整性定律能量传导定律（缩短能量流路径长度定律）增加协调性定律进化的运动学提高理想化水平定律子系统进化不均衡定律向复杂系统进化定律（向超系统进化定律）进化的动力学从宏观向微观系统进化提高动态性定律增加物质-场作用定律（提高可控性定律）16-2技术系统进化定律与进化路线1.完整性定律该定律是指一个完整系统至少包含执行、传动、能源和操作控制四个部分。能源能源装置传动装置执行装置产品控制装置16-2技术系统进化定律与进化路线2.缩短能量流路径长度定律（1）减少能量传递的级数：①减少不同能量形式间的转换次数。②减少同种能量参数的转换次数。（2）增加能量的可控性。能量可控性从低到高：万有引力形成的势能、机械能、热能、电磁能。（a）蒸汽机车的效率5%-15%化学能→热能→压力能→机械能（b）内燃机车的效率30%-50%化学能→压力能→机械能（c）电力机车的效率65%-80%电能→机械能16-2技术系统进化定律与进化路线3.增加和谐性定律实际运行中的系统的主要部件或子系统都要互相配合、和谐工作，这是系统产生规定运动或动作基本保证。功能、结构、参数、材料、形状、尺寸、表面特性、节拍、频率、执行顺序子系统（元件）系统其它子系统（元件）环境系统协调性的涉及的内容16-2技术系统进化定律与进化路线进化路线3-1:频率协调进化路线

16-2技术系统进化定律与进化路线进化路线3-2:形状协调进化路线（1）表面形态复杂化进化路线

16-2技术系统进化定律与进化路线（2）几何形状复杂化进化路线16-2技术系统进化定律与进化路线（3）内部结构复杂化进化路线16-2技术系统进化定律与进化路线4.增长动态性定律进化路线4-1:

系统结构柔性化进化路线刚性系统单铰链系统多铰链系统柔性系统流体连接系统场连接系统（a）（b）（c）单扇双扇折叠卷帘气帘光锁刚性铰接的杆多铰接的换向器柔性换向器液力助力转向机构电动转向机构16-2技术系统进化定律与进化路线4.增长动态性定律进化路线4-2:增加系统状态进化路线进化路线4-3:增加系统状态进化路线单态系统多态系统连续状态变化系统被动适应系统分级适应系统自适应系统（a）（b）车身质量m2悬架质量m1kc车身质量m2车身质量m2悬架质量m1悬架质量m1kcckF(I,V)x2x1qktktktqqx1x1x2x2被动悬架半主动悬架主动悬架螺旋弹簧液压减震器轮胎16-2技术系统进化定律与进化路线进化路线4-4:增强系统可移动性进化路线（a）（b）不可动系统部分可动系统高度可动系统整体可动系统16-2技术系统进化定律与进化路线5.增加可控性定律进化路线5-1：增加物质-场的作用普通制剂溶解过程贮库型缓释片、控释片结构（1）（2）药物缓释剂与控释剂的进化药物水扩散溶解贮库型缓释剂和控释剂溶解过程药物半透膜水小孔控制通过阻止容纳渗透连通16-2技术系统进化定律与进化路线进化路线5-2：向自适应控制进化（a）（b）直接控制间接控制反馈控制自适应控制老式路灯开关控制声控、光控光感调节亮度手动控制半自动控制自动控制进化路线5-3：向自动控制进化

16-2技术系统进化定律与进化路线6.向微观系统进化定律目前微观系统的应用主要体现在以下两方面：（1）微观系统或结构用于实现宏观结构或系统所完成的功能。如电化学加工是采用分子之间的相互作用完成加工，即用分子加工代替在力的作用下传统刀具直接加工工件。（2）微观结构控制宏观结构的特性及行为。如变色镜的原理：光线与卤化银的离子相互作用产生卤化物原子与电子，电子与银的离子结合产生银原子。银原子积聚阻碍光线的穿透，使镜片变黑。16-2技术系统进化定律与进化路线进化路线6-1:物体分割路线16-2技术系统进化定律与进化路线7.提高理想化水平定律进化路线7-1:裁剪子系统路线裁剪传输装置裁剪动力装置裁剪控制装置裁剪执行装置16-2技术系统进化定律与进化路线8.子系统的非均衡发展应用“子系统非均衡发展”定律的建议步骤如下：确定系统中的不同子系统及其功能；选择与改进目标相关的子系统，提出改进该子系统的初始方案；分析初始方案对其它子系统所产生的副作用或不利影响，明确冲突；解决冲突；重复（1）-（4）。16-2技术系统进化定律与进化路线9.向复杂系统进化定律技术路线9-1：单—双—多进化路线

16-2技术系统进化定律与进化路线技术路线9-2增加部件多样性进化路线同质性性能改变非同质反向特性16-2技术系统进化定律与进化路线10.技术