技术创新方法与TRIZ理论第二部分

2回到问题:“太空中的锤子”力物体产生的有害因素改善的参数：锤子产生的冲击力恶化的参数：很可能伤人的锤子的反弹作用13、反向作用原理03、局部特性原理36、相变原理24、中介原理原问题：问题模型：解决方案模型：3解题思路及最终解决方案水银13(A)、不以常规的要求作用，而是实行相反的作用03(A)、将一物体或外部环境的一致结构变成不一致结构24(A)、利用中介物传递或执行所需作用将高密度的液态物质（水银）置于锤头的空腔内。通过引入S3水银，在锤子下落时，高密度的水银位于锤头空腔的顶部；在冲击的瞬间，水银将产生惯性力F2抵消了锤子的反弹力F1。4应用原理及解决方案13、反向作用原理03、局部质量原理24、借助中介物原理•结果太空中的锤子太空中的锤子提出新的2003矛盾矩阵•DarrellMann从1985年到2002年，对超过15万件专利分析、研究和提炼后，提出新的矛盾矩阵Matrix2003，新增加了9个通用将通用工程参数由39个至48个。•新增加的9个通用工程参数是：信息的数量运行效率噪音有害的副作用兼容性/可连通性安全性易受伤性美观测量难度◦商业管理领域的BusinessMatrix◦系统软件领域的SoftwareMatrix◦绿色创新矩阵Eco-innovationMatrix◦生物学矩阵BiologicalMatrix◦奈米科技矩阵Nano-technologyMatrix和矛盾矩阵在建筑领域的应用还有其他类型的矛盾矩阵，包括：8扩展后的48个通用工程参数编码及名称编码及名称编码及名称1（1）运动物体的质量2（2）静止物体的质量3（3）运动物体的尺寸4（4）静止物体的尺寸5（5）运动物体的面积6（6）静止物体的面积7（7）运动物体的体积8（8）静止物体的体积9（12）形状10（26）物质的数量11.信息的数量12（15）运动物体的耐久性（耐久时间）13（16）静止物体的耐久性（耐久时间）14（9）速度15（10）力16（19）运动物体消耗的能量.17（20）静止物体的消耗能量18（21）功率19（11）应力/压强20（14）强度21（13）结构的稳定性22（17）温度23（18）物体明亮度（照度）24.运行效率.25（23）物质的损失26（25）时间的损失27（22）能量的损失28（24）信息的遗漏（损失）29.噪音30.有害的副作用31（31）（物体产生的）有害副作用32（35）适应性（通用性）33.兼容性（可连通性）34（33）可操作性（易使用性）35（27）可靠性36（34）易维修性37.安全性38.易受伤性39.美观40（30）（物体对外部）有害作用的敏感性41（32）可制造性（易加工性）42（29）制造加工的精度43（38）自动化程度44（39）生产率45（36）装置（构造）的复杂性46.（37）控制（检测与测量）的复杂性47.测量难度48（28）测量精度9扩展前后两个矛盾矩阵表的比较•增加了9个通用工程参数，由39个变为48个；有解的方格从1263个扩展到2304个，效能提高数倍（从4269个增加到16378个解，是经典矩阵表的3.8倍，平均每个方格有7.8个解）；•扩展后的矛盾矩阵表不再出现空格，物理矛盾与技术矛盾的求解同时在矛盾矩阵表中显现（出现了381个物理矛盾解，平均每个物理矛盾有7.9375个）；•注意：两个矛盾矩阵表上的显示技术特性的通用工程参数编码所持含义并没有完全统一，使用时应注意分别对照使用。10实例：洗衣机的创新设计问题的描述：•设计项目：“绿色”洗衣机•用户需求：省水、省电、省洗涤剂•理想化最终结果：利用一些高新技术（比如纳米）使衣服不沾污渍而实现“免洗”11定义矛盾•减少物质的浪费是否能达到原来的效果，即：“物质的浪费”与“功率”之间的矛盾“物质的浪费”“功率”121314推荐的创新原理推荐原理有用的具体提示应用改进方案28.替换机械系统A用感官刺激的方法（光学、声学、热学及味觉系统）替代机械系统用其它系统替代现有的机械系统18.振动B已振动的物体，提高其振动的频率至超声波超声波振动水流把脏污从缝隙中弹出来38.强氧化作用C使用离子氧替代纯氧将自来水电解产生活性氧与次氧酸，以溶解衣服上的有机汗污25.自助B利用废弃的材料及能源能重复利用的洗衣水13.反向作用C把通常可移动部分变为固定的，把通常固定的部分变为可移动的让原来转动的水流变为不动的3.局部特性无效无效15合成的改进方案及其分析•合成改进方案：利用水电解与超声波振荡相结合的方式，取代原有电机拖动波轮或滚筒的系统•合成改进方案的分析：该方案可以避免衣物缠绕，也可降低甚至免用洗涤剂，且洗衣水可以重复利用，达到环保与节能的功效。从大电流的电机驱动到电解与振荡装置的发展，符合技术系统的进化趋势。虽然离理想化最终方案还很远，但实现了省水、省电和省洗涤剂的要求。两个矩阵，不同的行业学科百分比年份2005200620072008矩阵类型经典矩阵2003矩阵经典矩阵2003矩阵经典矩阵2003矩阵经典矩阵2003矩阵机械4496419638963695电子2694239422932093化学物理259524952693249117195019601970198019902000解决发明问题TRIZ软件(CAI)19401961首次出版书籍《如何学会发明》1959正式提出ARIZ1956首次发表文章“发明创造心理学”和技术进化理论1969提出专利评价体系1993TRIZ传到美国并走向世界1977物-场分析效应知识库1980第一个TRIZ软件问世TRIZ发展历程19794个分离原理经典的技术系统演化阶段及进化定律技术系统的四个演化阶段1、综合阶段；2、改进阶段3、动态阶段4、自我发展阶段；技术系统进化定律；1、组成系统的完备性定律2、能量传导定律；3、交变运动和谐定律；4、增加理想化水平定律；5、子系统不均衡发展定律；6、向超系统进化定律；7、由宏观向微观进化定律；8、增强物质场的完整定律。19五、技术系统进化的八大法则20世纪90年代美国Ideation公司将阿奇舒勒系统4个演化阶段和8条进化法则加以融合、完善定义为技术系统进化的8种法则1、技术系统的S曲线进化法则；2、提高理想化水平法则；3、子系统不均衡进化导致冲突法则；4、增加动态性与可控性法则；5、通过集成以增加系统功能法则；6、部件的匹配与不匹配交替出现法则；7、由宏观系统向微观系统进化法则；8、增加自动化程度减少人的介入法则。20技术系统进化法则之一－S曲线进化法则、•一个技术系统的进化一般经历4个阶段，典型的S曲线是描述一个技术系统的完整生命周期。•当一个技术系统的进化完成4个阶段后，必然会出现一个新的技术系统来替代它，如此不断的替代。婴儿期衰退期成长期成熟期21技术系统进化不同阶段的特征、tttt专利数量利润性能参数发明级别1234时间（阶段）通过性能参数随时间变化的规律，可以准确地予测产品和技术所处的生命周期阶段。22理想化定义)()(HarmCostBenefitsPerceivedIdeality有用的功能与有害的功能比值，称为理想化理想化=有用的功能(自我认知的)/(成本+有害的功能)•有用的功能如：系统功能、效能、效益等等•成本如：材料成本、加工成本、营销成本等等•有害的功能如：物质消耗、系统矛盾等等发明与创新是为了创造高度理想化系统。最终理想结果(IFR)：系统只具有有用功能，而无成本或有害功能。例：望梅止渴所有系统的演化都是透过系统矛盾的解决而朝向理想化的方向前进。提高理想化方法之一是：使用既存的资源来加以执行。23理想化系统的定义•一个可以执行其预期的功能但目前却不存的系统。当系统越理想化时，所有有用的效果越多，而所有有害的效果越少；换言之，它花的成本也越少，也越简单，最终是希望可执行所需的功能，同时且具备下列的特性：–不消耗材料–不消耗能源–不占空间–不花钱或花一点钱–简单，不需维修–不会损坏–高效率的执行所需的功能24测量金属腐蚀度的理想方案、最终理想解利用已有资源去掉容器但能实现有用功能——盛酸溶液？腐蚀的有害作用自动消失传统设计者•铂金容器•耗费资源•耗费时间IFR知识/效应九宫格物场模型S曲线资源改良改善追赶模仿简化技术系统进化法则37个进化趋势功能/属性分析40个发明原理分离原理矛盾矩阵简化最终理想解2－226技术系统进化法则之三－子系统不均衡进化导致冲突法则技术系统由多个实现各自不同功能的子系统组成。子系统不均衡进化法则包含着：•任何技术系统中的每一个子系统都是沿着各自的S曲线进化的；•组成技术系统所包含的各个子系统都是不同步、不均衡进化的；•整个技术系统的进化速度取决于系统中发展最慢的即最不理想的子系统（木桶原理）利用这一法则的知识，可以帮助创造者及时发现并改进最不理想的子系统．27自行车的不均衡进化28技术系统进化法则之四－增加动态性与可控性法则•沿着增加系统可移动性的方向发展•沿着增加系统的柔性方向发展•沿着增加系统可控性方向发展29切割技术的动态性进化水切割激光切割线切割机床30技术系统进化法则之五－通过集成以增加系统功能法则•技术系统首先向系统的集成方向发展•技术系统的简化子系统双系统多系统单系统超系统此时，子系统功能得到加强的同时，也简化了原有的系统。单系统31“逐步增加→逐步减少”（“单-双/多-单”）技术系统总模式单系统双或多系统相似的功能不同的功能逐步部分地减少系统减少成新的单系统具有相似的特性具有混合的特性具有不同的特性具有相反的特性32飞机燃油系统向超系统跃迁—空中加油机实例、超系统空中加油机系统受油机输油管子系统超系统33技术系统进化法则之六－部件的匹配与不匹配交替出现法则组成技术系统的各个子系统、各个部件在保持匹配的前提下，充分发挥各自的功能。表现在：•结构上匹配。比如：早期积木只能摞、搭；现代积木可自由组合、随意插合成不同的形状。•性能参数的匹配。比如：网球拍需要考虑两个性能参数的协调：一方面要将球拍整体重量降低，以提高其灵活性；同时要增加球拍头部重量，以保证产生更大的挥拍力量。•工作节奏和频率上的匹配。比如吸尘器．吸力太大，吸嘴会粘住地毯．34(a)积木(c)浇灌混凝土(b)网球拍结构、性能、节奏和频率的匹配性35技术系统进化法则之七－由宏观系统向微观系统进化法则•技术系统：•元件：•场的应用：微观宏观微观最初的尺寸原子、基本粒子尺寸高效场和增加场效率的方向36录音机随身听便携CD机mp3耳环播放机播放机向微观的进化37新颖的发明38技术系统进化法则之八－增加自动化程度减少人的介入法则•技术系统总是摒弃那些机械的、重复的、枯燥无味的手工操作，实现并提高技术系统功能的效益，解放人们去完成更具有创造性的工作。39各类物体的进化路径原子、粒子分子、离子复合分子粉末针状和纤维状物体实心物体场气体液体多铰接单铰接刚体沸石和胶质材料带填充物的毛细管材料毛细管-多孔材料多孔的材料中空的均质体实心物体结构的进化路径材料的进化路径中空结构的进化路径401-马车的进化S曲线2-滑轨装置车进化S曲线3-发动机驱动车进化S曲线4-螺旋桨飞机进化S曲线5-喷气发动机进化S曲线6-化学燃料火箭进化S曲线7-核燃料火箭和利用太阳能驱动的固体燃料火箭进化S曲线8-总体的S曲线提高运输速度的各类技术系统的S曲线41系统进化法则的作用•引导市场需求（市场创新）•定性技术预测•产生新技术•实施专利布局（专利池）和标准战略•适时选择企业战略。问题形式化及概念开发系统历史及现状分析专利技术分析技术进化模式及路线TRIZ问题工具分析及概念产生工具确定战略机遇概念选择下一代系统设计多概念产生系统进化将要发生的下一个方向技术在其S曲线上的位置为下一代系统选定的技术37条进化趋势区域划分（DarrellMann）时间界面空间S1智能材料S2分割空间S3分割表面S4分割物体S5从宏观向微观S6网状纤维S7降低密度S8增加不对称性S9打破边界S10线性几何进化S11立体几何进化S12向下收缩S13动态性空间进化趋势线I14单－双－多（同构型