TRIZ+创新设计的方法.docx

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1、第4章 产品进化过程及进化定律4. 1概述从历史的观点研究一类产品，如汽车、计算机、自行车、机床等，会发现这些产品 今天的实现形式与其刚诞生时相比已有很大或根本性的变化。但这些产品的主要功能并 没有变化，如汽车与自行车的主要功能是“运送货物与人”计算机的主要功能是“代替 人进行计算”，机床的主要功能是“加工零件”。人类需求的质量、数量及对产品实现形 式的不断变化，迫使企业不得不根据需求变化及实现的可能，增加产品的辅助功能、改 变其实现形式。即从历史的观点看，产品处于进化之中。为了生存与发展，快速、有效地开发新产品是企业在竞争中取胜的重要武器。世界 上大多数的新产品是在老产品或当前产品的基础上开

2、发出来的。企业在新产品研发决策 过程中，要预测当前产品的技术水平及新一代产品可能的进化方向，这种预测的过程称 为技术预测(Technology Forecasting) o技术预测的研究起始于半个世纪以前。最初应用于军工产品，即对武器及部件的性 能进行技术预测，后来也用于民用产品。在长期的研究过程中，理论界提出了技术预测 的多种方法，图41被祢为Worlton逻辑树，其内涵为不同预测方法的抽象描述。树的最高层为预测方法，该方法被分为两大类：规范化方法(Normative)与探索性方 法(Exploratory)o规范化方法的核心是“发现某个特征，确认使该特征能够实现的活动。”， 即该方法倾向于

3、堤出促使理想特征实现的策略与过程，该类方法中的核心方法是形态分 析法(Morphologic Analysis)o探索性方法通过对过去与将来从低级到高级进化的过程预测 未来，该类方法中的核心方法为S曲线及Delphi法，前者为客观、定量法，后者为 主观、小组法。上述各种方法是西方世界提出的方法。MIT的Frauens 2000年指出西方传统的技术 预测存在如下3条缺点：1) 预测所需要的准则太弱。2) 支持提出及实现可能特征的工具集是有限的。3) 确定目前产品功能的潜力主要取决于专家。Frauens还指出：前苏联TRIZ中的技术系统进化(Technology System Evolution)

4、理论 已提供了强有力的技术预测工具，这些工具包括产品进化定律及进化路线等。本章系统地介绍TRIZ中的产品进化理论成果及应用实例。4. 2产品进化过程实例4. 2. 1潜艇公元前332年，亚历山大大帝命令其部下建造一只防水的玻璃桶，自己进入桶里， 让部下们把桶放到海水下面，他记录了所见到的各种动物。亚力山大是早期进行水下探索的人之一。1624年，德雷贝尔建造了一个能在水中被驱动的防水舱，他让12人进入船体，并划 六支桨推动这个装置。1776年，布什内尔建造了一潜水器，用来攻击停在美国纽约港的英国军舰。这是第 一艘参加战斗的潜水器。该潜水器像一只大木筒，里面有一张条凳，像自行车脚蹬似的 东西驱动船

5、体。该潜水器还配有罗盘、深度尺、驾驶装置、可变压舱、防水船体配件和 一只锚。19世纪末，现代潜艇之父霍兰主持建造了 “霍兰”号潜艇。该潜艇在水下使用电动 机，在水面巡航时使用蒸汽机，是第一艘能够下沉、潜行、上浮并发射鱼雷的潜艇。该 潜艇没有潜望镜，艇员们要从平板玻璃向外观察。为了监测氧气含量，艇员们常把老鼠 装在笼子里带上潜艇，如果老鼠死亡或接近死亡，说明氧气不足了，应赶快返航。1900 年，美国海军购买了 “霍兰”号潜艇，并且又订购了几艘同样的潜艇。又经过了半个世纪，全世界第一艘核动力潜艇“鹦鹉螺”号诞生了，与柴油机驱动 的潜艇不同，该潜艇可在水下连续呆几个星期。1954年，该潜艇在水下穿越

6、了北极。从产品的观点看，亚历山大大帝玻璃桶只是对海洋水下的初步探索，其核心技术是 构造一个不漏水的水下空间；1624年的防水舱及1776年的潜水器其核心技术都是采用人 工产生的动力驱动，潜水器中的罗盘等是对防水舱的不断改进；“霍兰”号潜艇的核心技 术是采用机械驱动一一电动机或蒸汽机驱动，能真正装备海军，因此是现代潜艇；“鹦鹉 螺”号潜艇的核心技术是采用了核动力驱动，可在水下呆更长的时间。4. 2. 2自行车自行车是1817年发明的。称为“木房子”的第一辆自行车由机架及木制的轮子组成， 没有手把，骑车人的脚是驱动动力。从工程的观点看，该车不舒适、不能转向等。1861年，基于“木房子”的新一代自行

7、车设计成功，该车是现在所说的“早期脚踏 车”，“木房子”的缺点依然存在。1870年，被称为“Ariel的自行车设计成功；该车前轮安装在一个垂直的轴上， 使转向成为可能，但依然不安全、不舒适、驱动困难。1879年，脚蹬驱动、链轮及链条传动的自行车设计成功，该类车的速度可以达到很 高，但该类自行车没有车闸，因此高速骑车时很危险。1888年，车闸设计成功，前轮直径已变大，但零部件材料不过关，影响了自行车的 速度。20世纪，各种新材料用于自行车零件。在自行车进化的过程中，全世界申请了相关专利1万件。产品进化实际上是产品核心技术从低级向高级变化的过程。对于一种核心技术，产 品应不断地对其子系统或部件进行

8、改进，以提高其性能。设计人员不断的努力，是推动 产品进化的根本动力。4. 3产品进化过程曲线4. 3. 1通常的S一曲线S 一曲线通常如图42所示。图中横坐标为 时间，即依据一项核心技术所推出的一系列 产品的时间；纵坐标为产品的性能参数值， 该参数值不能超过自然限制。从横坐标上将 产品分为三个阶段：新发明、技术改进及技 术成熟。在新发明阶段，一项新的物理的、化学的、生物的发现，被设计人员转变成产品。不同的设计人员对同一原理的实现是不同的，已 设计出的产品还要不断改善。因此，随时间的推移，产品的性能指标不断提高。在上一阶段结束时，很多企业已认识到，基于该发现的产品有很好市场潜力，应大 力开发。因

9、此，将投入很多的人力、物力与财力用于新产品开发，新产品的性能参数快 速增长。这就是技术改进阶段。随产品进入技术成熟阶段，所推出的新产品性能参数只有少量增长。继续投入进一 步完善已有技术的效益减少，企业应研究新的核心技术以在适当的时间替代已有产品的 核心技术。对于企业决策，具有指导意义的是能够确定曲线的拐点。第一个拐点之后，企业 应从原理实现的研究转入商品化开发，否则，该公司将被恰当转入商品化开发的公司甩 在后面。当出现第二个拐点后，产品的技术已进入成熟期，企业因生产该类产品获取利 润，同时要研究优于该产品工作原理的更高一级核心技术，以便将来在适当机会转入下 一轮的产品竞争。一代产品的发明要依据

10、某一项核心技术，之后经过完善使该技术逐渐 成熟。在这期间，企业要有大量的投入，但如果技术已成熟，推动技术更加成熟的投入 不会取得明显收益。此时，企业应转入研究、选择替代技术或新的核心技术。该过程可 用S 一曲线族表小，如图43所小。4. 3. 2 TRIZ 中的 S-fttt 线笊通过对大量专利的分析，Almhuller发现产品的进化规律满足S髁曲线。但进化过程 是靠设计者推动的，当前的产品如没有设计者引入新的技术，它将停留在当前的水平上， 新技术的引入使其不断沿某些方向进化。TRIZ中的s曲线如图44所示。图44 是分段线性SI曲线。其优越性是曲线中的拐点容易确定。图中将一代产品分为婴儿期、

11、 成长期、成熟期、退出期。确定产品在S一曲线上位置是产品进化理论研究的重要内容， 并称为产品技术成熟度预测。处于婴儿期及成长期的产品应对其结构、参数等进行优化， 使其尽快成熟，以为企业带来利润。处于成熟期与退出期的产品，企业在赚取利润的同 时，应开发新的替代技术，以便推出新一代产品，使企业在未来市场竞争中取胜。4。3. 3产品技术成熟度预测曲线企业在制定R&D计划时，知道自己的产品技术成熟度是正确决策的关键。但事实上， 很多企业的决策并不科学。Ellen Domb认为：“人们往往基于他们的情绪与状态来对其产 品技术成熟程度做出预测，假如人们处于兴奋状态，则常把他们的产品置于成长期， 如果他们受

12、了挫折，则可能认为其产品已处于退出期”。因此，需要一种系统化的产品技 术成熟度预测方法。Altschuller通过研究发现：任何系统或产品都按生物进化的模式进化，同一代产品进 化分为婴儿期、成长期、成熟期和退出期四个阶段，这四个阶段可用生物进化中的“ S 一曲线”表示，如图44所示。翌儿期成长期成熟期退出期图4-4 分段线性S一曲线四种曲线用于技术系统在“S曲线”上所处位置的预测。这四种曲线分别是：单 位时间内的专利数、单位时间内的专利或发明级别、单位时间内的技术性能和单位时间 内的利润。各曲线的形状如图45所示。收集当前产品的有关数据建立这四条曲线，所 建立曲线的形状与这四条曲线的形状比较，

13、就可确定产品的技术成熟度。当一条新的自然规律被科学家揭示后，设计人员依据该规律提出产品实现的工作原 理，并使之实现。这种实现是一项级别较高的发明，该发明所依据的工作原理是这一代 产品的核心技术。一代产品可由多种系列产品构成，虽然产品要不断完善，不断推陈出新，但作为同一代 产品的核心技术是不变的。/时间时间图4-5技术成熟度预测曲线一代产品的第一个专利是一高级别的专利，如图45 “时间一专利的级别曲线”所 示。后续的专利级别逐步降低。但当产品由婴儿期向成熟期过渡时，有一些高级别的专 利出现，正是这些专利的出现，推动产品从婴儿期过渡到成长期。图45 “时间一专利数”曲线表示专利数随时间的变化。开始

14、时，专利数较少，在 性能曲线的第三个拐点处出现最大值。在此之前，很多企业都为此产品的不断改进而投 入，但此时产品已到了退出期，企业进一步增加投入已没有什么回报。因此，专利数降 图45中的“时间一利润”曲线表明：开始阶段，企业仅仅是投入并没有赢利。到成长 期，产品虽然还有待于进一步完善，但产品已出现利润。之后，利润逐年增加，到成熟 期的某一时间达到最大，之后开始降低。图45中的“时间一性能”曲线表明，随时间的延续，产品性能不断增加，但到了 退出期后，其性能很难再有所增加。如果能收集到产品的有关数据，绘出上述四条曲线，通过曲线的形状，可以判断出 产品在S一曲线上所处的位置。从而，对其技术成熟度进行

15、预测。图46表示了产品技术成熟度预测后的两种结果。如果产品处于婴儿期或成长期， 则需要对产品进行优化，以改善已有的S 一曲线；反之，则需要产品创新，以产生新的 核心技术，替代已有的核心技术，即使产品移人新的S一曲线。4. 4产品优化已有产品的优化是指产品的核心技术即工作原理不变，而对其实现技术进行优化， 包括材料选择、加工工艺、结构的装拆、性能、造型等的优化，如图47所示。已有大量的教材、参考书和论文等系统介绍过产品优化，故此处不再详细介绍，而 只对参数优化中的参数稳健设计作一简单介绍。4. 4. 1稳健设计背景影响产品质量的变量分为两类：设计变量和干扰变量。设计变量指在设计过程中设 计者可以

16、控制的变量，如几何尺寸；干扰变量指在设计过程中设计者不可能或很难控制 的变量，如工作环境中的温度、湿度。稳健设计是一种满足产品高性能、低成本、高抗 干扰质量指标的设计方法。稳健设计方法可分为两类：一类是以经验或半经验为基础的 方法，称为传统稳健设计法；另一类是以数学模型为基础的方法，称为现代稳健设计法。 前一类包括田口稳健设计法、双响应面法，广义线性模型法等；后一类包括最小灵敏度 法、容差多面体法、变差传递法等。随着设计过程数字化的发展，基于数学模型的现代稳健设计的研究已经愈来愈受到 学术界和工程界的重视。最小灵敏度法是在不考虑公差的情况下求设计变量的值，容差 多面体法适用于公差设计问题，变差

17、传递法是在已知公差的情况下求设计变量和干扰变 量的值。现代稳健设计方法正处于发展之中，提出新的、适用性更好的方法一直是最活 跃的研究课题。本文将提出公差设计的最小偏差数学模型，该模型与最小灵敏度数学模型一起构成 一种稳健设计新方法。该方法以反映待设计产品功能特性的数学模型为基础，与优化技 术相结合，通过合理调整设计变量及控制其公差，使产品对干扰变量的灵敏度最小，即 当干扰变量的值与目标值发生偏差时，仍能保证产品质量。4.4.2 计基宇稳健设计原理，参数设计的基本思想是合理选择设汁支 战的公称值，使干扰支虻对产品质R的影响达到最小，即产品质 清花干探变量的灵敏度最小，假设/代表产品功能特性.它是

18、设 计蛮蚊x及干扰变扯&的函数ff：x,h）14-1）式中x -设计业蛰纽成的向0 干扰变曲组成的向量,$&.械小灵敏度设计是确定设计变量-.使得/对&灵嫩度晟 小，那么稽健设计问题就转变为寻找L的间题.广可由模型（4- 2）求出.质京蚓捋严L|jg定值量*构件受* - ,y -向的载荷H、P如光学装置的支架要求 ,向的偏群Z,阳制在允许范固削内。劣的制造公差6是干扰喳 量，公称值为0即? =：.设计变量是杼的截面积,（杆i的截面 积）,&= At, A2. 0组成了设计变量的向最L参数设计 通过分析可以得到Z.的数学表达式（4-4）：Z, （h.3） =+乱+夕生+M -妲气;十E（AAj

19、+ v2j4|4| + A-, ）叩 71%#总）（4.4）（44 + A2A3）参教设计的目的是找到使Z,对干扰变量3灵蜡度最小的设 计变虬根据构件的其他设计要求，町以得到参数设计的数学模 型，瑚籍也I ,d 占k - 5S.T. I ZiV#*） wZ V（4-5） 叔杼）I 5，i= 1,2,3b lW b W 队式中V,材料体积的上界；ffi的强度；L.b设计变触的上、下界。载荷向M给定如下；值旧眼膘引 ”6）此例的数据如下：Fi = 44452.8 N ,Pl-部力5-&N,I1 = 0,0254ttimF = 254mm 1a f = 34.3 MpH,af = 68.6 MPa.

20、d =34.3 MPa+M = 64.51664.516M,5!6jmrr?,= 16451.6645 L 66451.6 mn?. 叫：IS.T.f（*b-w 厂（4-2）fl ,f x , l） 0 ,j = I , 2 , . rnx m w * u式中 w干扰变量灵敏度的权伐；b ,b的估计值；f 一-:/的鱼许值：* 一 m个约束条件；X ,1 , jf ls的上、下界。4.4.3 公差*设计工程中的一类问题要求特性函数在某一范围内匪化，设计的 目标是在保证质堆的前提下，尽可能增大各参数偶的公差，以降 抵制造成本口为此.提出如下的公差设计呆小偏差数学模型。.进行公冷设计时.首先分折各

21、个设计变量在稳健辐附近对 特性函数的影响趋势.影响趋势包估随着设计变粘的增大.特性 函数增大以及特性函数减小两冲一般参数的公差勺公称值相比 很小，诃认为特性函数在公差带内的变化是单调的62设A*、&-为设计变st的E、下偏差，如果特性函数是设甘 变量妇的增函数，则X；-为X：为成+AJ-;如果特性函数是设计变苗矿的诚函数，则X； 一为X： +&3：.为X：- Ax 7O公差设计的我小偏差数学模型可表示为如下一第目标优化间 题：严| , | /（X：,&）-/： IS.T./（x、.（4 3Jff I （x b * 备。，j = 1,2, - , mi A* L左Ax -疙&cG,&ci 芸Ax

22、 wAj i 式中 i = f,;M： = 1 X 1 . ,4T 2 ,x * . ,;r特性函数允许值的下界：/;,特性函数允许值的上界；设计变ft公差F界的F限和上限；Axi.i；一-设计变量公差上界的下限和上限“住模型（4-3,）中.如果特性函数只有上界或F界，则该模型 为一单日标优化何题.通过求解该模型可求出设计度量的上下偏 差也,和ML4.4.4杆构件的程健设计现以三肝枸件的 设计为例说明设计方 法的运用。三杵构件 如图4-8所示.杆和件被首先固定在联结板上,g 杆的制造公差为土 Jr 8,杆I太长.太短都 会使它榄强制联结到图4-8 T轩构件 = 2Q5.Sx 101 MRj,

23、= 0.Fn = 3277.4l3rnm根据模型（4-5即可求出稳健设计解M = IM.5, 5276 3. 5328.2 nino2.公差设计 先分折各个设计变量在k附近对特性函数2, 的影响趋势”由图4-9图4-HSJ以看出在&附近，2,隘着 *,米的增大而增大，随着七的增大而减小。所以 S I.4.- A41,A1-A41.43 + zU1,6： =（4, +ZWi,4i+i4i,4,AA3HK 设 公差对称分布L因为Z冏：,8）小于Z,（A：.8）,而设汁要求Z,不 大于它的允许值，所以只要z.（6；.a）满足要求即可所以公差设计的数学模型为*min I Zt（b：.S）Z IS.T.

24、 Ww 的顷“，餐）wl,f= 1,2,3（4-7）M（A3 *3 u式中AL为设计变*公茬的上限；A4 为设什变0公差的下限。由此模型可求得$ =【64.2,8.3,7.6 炒Zi/mrn图4-9域内耕鬲时的黔响4. 5产品进化模式4. 5. 1产品进化的四个阶段从历史的观点看，产品进化分为如下四个阶段：1）为系统选择零部件。2）改善零部件。3）系统动态化。4）系统的自控制。为系统选择零部件：飞机的发明是从1m多年前开始的。当时的发明人所考虑的 问题是：飞行的部件是什么?发动机是否在机翼内?机翼是固定的还是活动的?如果是活动 的，是否与鸟的翅膀相同?发动机的类型是什么?蒸气发动机还是电动发动

25、机?经过多次实 验，选用了固定式机翼及内燃机：改善零部件：发明人改进组成技术系统的不同零部件，对其形状、各种关系进 行优化，采用更合适的材料、尺寸等。对于飞机的改进，该阶段的问题是：一架飞机采 用几个机翼，一个、两个还是三个；控制系统放在什么位置，前部还是后部；发动机的 具体位置；螺旋桨应如何设计，是推动型还是拉动型；一架飞机应采用多少个齿轮，等 等。经过该阶段的进化所设计的飞机与今天的飞机已很相似了。系统动态化：在该阶段，很多采用刚性连接的零部件改为柔性连接，如发明了 飞机的可伸缩起落架，能改变形状的机翼，机身的前部可上下移动，发明了使飞机垂直 升降的发动机等。由于系统动态化进化，系统性能空

26、前提高。系统的自控制：这一进化步骤还没有广泛实现，但可从火箭、航天器的设计中 看出该进化步骤已初露端倪，如运行中的航天器可对其自身的某些行为进行自组织。这 只是该进化步骤的开始，未来的系统能自动地适应环境。4. 5. 2产品进化定律通过对大量专利的分析，Altshuller发现产品通过不同的技术路线向理想解方向进化， 如图412所小，并提出了八条产品进化定律。定律1：组成系统的完整性定律。一个完整系统必须由执行机构、传动部件和控制装 置。能源装置为整个系统提供能源，执行机构具体完成系统的功能，传动部件将能源装 置中的能量传递到执行机构，控制装置对其他三个部分进行控制，以协调其工作。图4 一13

27、是一产品或系统的框图。缺1部分的系统是不完整系统，会被竞争者的产品所替代 而不能长久地生存下去。定律2：能量传递定律。技术系统的能量从能源装置到执行机构传递效率向逐渐提高 的方向进化。选择能量传递形式是很多发明问题的核心。定律3：交变运动和谐性定律。技术系统向着交变运动与零部件自然频率相和谐的方 向进化。定律4：增加理想化水平定律。技术系统向增加其理想化水平的方向进化。定律5：零部件的不均衡发展定律。虽然系统作为一个整体在不断改进，但零部件的 改进是单独进行的，不同步的。定律6：向超系统传递的定律。当一个系统自身发展到极限时，它向着变成一个超系 统的子系统方向进化，通过这种进化，原系统升级到一

28、种更高水平。定律7：由宏观向微观的传递定律。产品所占空间向较小的方向进化。在电子学领域， 先是应用真空管，之后是电子管，再后是大规模集成电路，就是典型的例子。定律8：增加物质一场的完整性定律。对于存在不完整物质一场的系统，向增加其完 整性方向进化。物质一场中的场从机械或热能向电子或电磁的方向进化。4. 5. 3技术系统进化模式TRIZ 一直处于发展与完善过程中，20世纪90年代，美国Ideation lnc.的TRIZ专 家们，将Altshuller的产品进化四个阶段及八条定律发展成为技术系统进化的八种模式。 这些模式更适合于技术系统及生产过程的创新。模式1：技术系统的生命周期为出生、成长、成

29、熟、退出。考虑到原有技术系统 与新技术系统的交替，可描述为六个阶段。阶段1系统还没有存在，但出现的重要条件已发现。阶段2高级别的创新已出现，但发展很慢。阶段3社会认识到新系统的价值。阶段4初始系统概念的资源已用尽。阶段5新一代产品开始出现，并代替原系统。阶段6原系统的部分应用可能与新系统共同存在。例：飞机阶段1人类希望飞行的愿望失败了，但飞行成功的重要条件已发现。阶段2怀特兄弟在一双翼飞机上以每小时30公里的速度成功地完成了飞行。阶段3在第一次世界大战中飞机被用于战争。很多投资被用于飞机开发，其速 度增加到每小时100公里。阶段4采用木材与绳索所构成的飞机本体所能实现的空气动力学已达到极限。阶

30、段5采用金属本体的单翼飞机研制成功。阶段6若干新型飞机已研制成功，但双翼飞机仍然存在。模式2：增加理想化水平。第一台计算机重数吨、需占用一大房间，但确实具有计算的四部分组成：能源 装、功能。目前的便携式计算机质量及体积都很小，且具有文字处理、数学计算、通 信、绘图和播放多媒体等功能。模式3：系统的不均衡发展导致冲突的出现。不同的子系统具有不同的生命周期，某些子系统阻碍了系统.整体的进化。产 品进化中常见的错误是非关键子系统得到设计人员特别的关注。如设计人员努力开发更 好的飞机发动机，但对飞机影响最大的是其空气动力学系统，因此，设计人员的努力对 提高飞机性能的作用影响不大。模式4：增加动态性及可

31、控性。早期的汽车是靠发动机的速度控制的，后来靠手工操纵齿轮变速器控制速度， 之后是自动变速器。模式5：通过集成以增加系统功能。组合音响将AM/FM收音机、磁带机、VCD机和喇叭等集成为一个系统，用户 可根据需要选择自己需要的功能。模式6：部件的匹配与不匹配交替出现。早期的轿车采用板簧吸收振动，这种结构是从当时马车上借用的。随着轿车的 进化，板簧与轿车的其他部分已不匹配，后来研制出轿车专用减振器。模式7：由宏观系统向微观系统进化。烹调用的灶具开始采用烧木材、或烧煤的炉子，之后的灶具烧气，后来出现了 电加热灶具及微波炉。模式8：增加自动化程度，减少人的介入。最初洗衣服用挫板，后来出现了单缸、双缸洗

32、衣机，之后是全自动洗衣机。这八种模式导致产品不同的进化路线。通常，一个系统从其原始状态开始沿模 式1和模式2进化，当达到一定的水平后将沿其余六种模式进化。每种模式都存在多条 进化路线。进化路线的研究结果对指导产品创新具有重要意义。目前进化路线正在一些 创新研究单位中进行研究，发表的研究结果较少。4. 6工程实例：滚筒型纺纱机纺织机械是一种典型的机械产品。企业的R&D部门需要制定长期的新产品开发策略。纺织机械很复杂，在其 能被销售之前，需要有很长的开发周 期，因此，需要确定预算及开发方向 。错误的方向不仅导致短期效益的损 失，还可能与竞争者们的技术产生巨 大的差距，这对任何企业的发展都是 致命的

33、。下面以滚筒型纺纱机为例说 明产品进化理论的应用。4. 6. 1滚筒技术成熟度预测首先，从专利库中查出与该机器 相关的238件专利，对每件专利进行 详细的分析并确定其发明的级别。专 利按10年分为一组，其性能确定为转 子的速度，该速度相对于纤维长度与 滚筒直径之比有一极限。效益不易算 出，但可用所售出的设备台数近似估计图4-14是时间与专利数关系曲 线。时间从1940年开始。图415 是时间与专利的级别关系曲线。图4 16是时间一性能关系曲线。图4 17是时间一机器在世界市场上售出的 台数关系曲线。图418是各种曲线 的汇总。由汇总图可以看出，产品的 技术已处于成熟期。度筒妨维技术专利的韦利?

34、04-14时闭一专利数曲域即4-|，胃同一专利圾别曲嵯田4-IT时同一机器W出的言戮前貌中秘,为了袂新的脱技札瞰八种胜化模式去捺藉酗图418的预测结果表明，被预 测的产品技术已处于成熟期，企业虽 然可以继续生产该产品获取利润，但 必须进行产品创新，寻找新的核心技 术替代已经采用的技术，以使企业在 未来的竞争 中不败。为了寻找新的核心技术，可按八种进化模式去探索。现以其中的 一种模式来说明。4. 6. 2产品进化模式的应用假定按进化的模式4即增加动态性及可控性确定寻找新的替代技术的可能方向。模 式4可分为五条路线：使物体零件的部分可活动、增加自由度个数、变成柔性体、变成 微小物体和变成场。图41

35、9是增加动态性的进化路线。按第1条路线，滚筒式纺纱机的核心部件是纱箱与滚筒，后者已是可活动的零 件，因此，按该路线的进化已完成。第2条路线应增加自由度的个数。前后的平动是可以增加的一个自由度，该自 由度可在机器纺纱过程中或在调整时采用。第3条路线为使系统的某一部分变为柔性体。用柔性材料制造的滚子还不存在。第4条路线是使滚子变为微小物体，这似乎不能实现。第5条路线是采用场。静电纺纱技术已进行过研究，但商品 化前景并不乐观。 早期的涡流纺纱机采用气体抽纱，纱线质量并不理想，新型的纺纱机采用空气射流技术， 纱线质量提高。从上面的分析可以看出：采用第5条路线，研究当前已有技术，可能获得本产 品的新的核

36、心技术。4. 7进化理论的应用TRIZ中的进化理论的主要成果为：S曲线、产品进化定律及产品进化模式。 这些关于产品进化的知识具有如下三方面的应用：1）定性技术预测。2）产生新技术。3）市场创新。4.7.1 定性技术预测S一曲线、产品进化定律及产品进化模式可对目前产品提出如下的预测：1）指出需要改进的子系统。2）避免对处于技术成熟期或退出期的产品大量投入进行改进设计。3）指出技术发展可能的方向。4）指出对处于婴儿期与成长期的产品应尽快申请专利进行产权保护，以使企业在 今后的市场竞争中处于最有利的地位。上述四条预测将为企业设计、管理、研发等部门及企业领导决策提供重要的理 论依据。4. 7. 2产生

37、新技术产品的基本功能在产品进化的过程中基本不变，但其实现形式及辅助功能一直 发生变化。因此，按照进化理论对当前产品进行分析的结果可用于功能实现的分析，以 找出更合理的功能实现结构。其分析步骤为：1）对每一个子系统的功能实现进行评价，如果有更合理的实现形式，则取代当前 不合理的子系统。2）对新引入子系统的效率进行评价。3）对物质、信息、能量流进行评价，如果需要，选择更合理的流动顺序。4）对成本或运行费用高的子系统及人工完成的功能进行评价及功能分离，确定是 否用成本低的其他系统代替。5）评价用高一级的相似系统、反系统等代替4）中所评价的已有子系统的可能性。6）分离出能由一个子系统完成的一系列功能。

38、7）对完成多于一个功能的子系统进行评价。8）将4）分离出的功能集成到一个子系统之中。上述的分析过程将协助设计人员完成所选定技术或子系统的直接进化。4. 7. 3市场创新质量功能布置（QFD）是市场研究的有力手段之一。目前，用户的需求主要通过用 户调查法获得。负责市场调研的人员一般不知道正在被调研中技术的未来发展细节。因 此，QFD的输入，即市场调研的结果，往往是主观的、不完善的、甚至是过时的。TRIZ中的产品进化定律与进化模式是由专利信息及技术发展的历史得出的，具 有客观及不同领域通用的特点。一种合理的观点是用户从可能的进化趋势中选择最有希 望的进化路线，之后经过市场调研人员及设计人员等的加工将其转变为QFD的输入。TRIZ与QFD的结合是目前TRIZ研究中的一个热点。研究结果将成为市场创新 的一种强有力工具。4. 8本章小结本章介绍了产品进化的基本概念、s曲线、进化定律与进化模式，并用实例 说明了进化理论的应用。企业的决策部门如能掌握这些理论，将使企业的研发决策更加 科学合理，增加企业的创新能力及市场竞争力。