科技创新-八大技术系统进化法则PPT学习课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,JSPC,*,技术,系统,进化法则,1,1,、预测新产品的方向与特征,2,、对于现有产品的改进方向给予建议,3,、产品专利规避的分析工具,进化法则,的作用和意义,2,技术系统进化法则,1,、技术系统完备性法则,2,、技术系统能量传递性法则,3,、技术系统的,S,曲线进化法则,4,、提高理想化法则；,5,、子系统不均衡进化法则；,6,、动态性进化法则；,7,、向超系统进化法则；,8,、子系统协调性法则；,9,、向微观级和场的应用进化法则；,10,、向减少人工介入和自动化方向进化法则。,3,技术系统,系统的定义：一个产品或物品都可以看做是一个技术系统，技术系统可以简称为系统,系统是具有系统特征的部件和联系的总和，这里的特征是系统个别部件所没有的。,系统特性,：飞机飞行，缝纫机缝制衣服,作用客体,：飞机作用于空气，缝制的衣服,主要有效功能,：飞机运送货物，缝纫机缝制,4,系统、子系统、超系统,系统由多个子系统组成，并通过子系统间的相互作用实现一定的功能。,系统之外的高层次系统称之为超系统，系统之内的低层次系统称之为子系统,。,5,以汽车作为一个系统，轮胎、发动机、方向盘等是汽车的子系统；交通系统就是汽车的一个超系统，因为每辆汽车都是整个交通系统的一个组成部分。当然，气候，车库等也是汽车的超系统。,“,当前系统,”,是一个相对的概念。如果我们以轮胎作为,“,当前系统,”,来研究的话，那么轮胎中的橡胶、子午线、充气嘴等就是轮胎的子系统，而汽车、驾驶员、气候、车库、交通系统等就都是汽车的超系统。,系统、子系统、超系统,6,提高理想度法则,完备性法则,向超系统,进化法则,向微观级,进化法则,协调性法则,动态性进化法则,能量传递法则,子系统不均,衡进化法则,S,曲线法则,向减少人工,介入和自动,化方向法则,十大,技术系统进化法则,7,适用情况：预测产品或技术的发展趋势,问题,进化曲线,发展方向,解决方案,技术系统进化法则,8,能源,动力装置,传动装置,执行装置,产品,控制装置,外部控制,一、技术系统完备性法则,系统主要部分,执行装置、传动装置、动力装置、控制装置,9,能源,动力装置,转换器,传输装置,执行装置,传感器,控制装置,产品,外部控制,测量工作系统,一、技术系统完备性法则,10,能源,风能,动力装置,帆,传动装置,桅杆,执行装置,船体,控制装置,产品,货物,外部控制,水手,帆船运输系统,一、技术系统完备性法则,11,技术系统实现其基本功能的必要条件之一：,能量能够从能量源流向技术系统的所有元件,例如，收音机在金属屏蔽的汽车中就不能收听高质量的广播，就因为电台传递的能量源受阻。如果在汽车外加天线，问题即可得到解决。,另外注意的一点：要使技术系统的某元件具有可控性，必须在该元件和控制装置之间提供能量传递通路。,二、技术系统能量传递法则,12,Steam Trian-Chemical to heat,to pressure to mechanical,Diesel Train-Chemical to,pressure to mechanical,Electric Train-Electrical to,mechanical,several energy,Reduced energy,One energy conversion,No energy conversion,二、技术系统能量传递法则,蒸汽机火车,化学能转换为热能再转换为机械能,柴油机火车,化学能转换为机械能,电火车,化学能转换为机械能,技术系统的 进化应该沿着能量流动路径缩短的方向发展，以减少能量的损失。,13,一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。,三、,S,曲线进化法则,产品进化,s,形曲线,14,t,t,t,t,专利数量,利润,性能参数,发明级别,1,2,3,4,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。,三、,S,曲线进化法则,婴儿期 成长期 成熟期 衰退期,15,三、,S,曲线进化法则,s,曲线族图,16,最理想的技术系统：,“它既不消耗任何资源，但却能够实现所有必要的功能”,（作为物理实体它并不存在）,技术系统是沿着提高其理想度，向最理想系统的方向进化,提高理想度法则是所有进化法则的基础。,四、提高理想度法则,移动投影机,17,提高理想度途径,容量,9G,转速,10000,转,/,分钟,容量,40G,功能,尺寸,.,质量,1,，硬盘,2,，计算器、电脑,3,，汽车，手机,第一，提高有益的参数,第二，,降低有害的参数,第三，提高有益参数的同时降低有害参数,四、提高理想度法则,18,什么是理想度？,定量描述：,最终理想解：,按照理想度的概念，最理想的产品应该是这样的：,该产品作为实体并不存在，但是有用功能仍然能够实现。即是最终理想解。,最理想的状况：,有用功能 ,资源的消耗,0,有害作用之和成本,有用功能之和,理想度,19,理想化的要素,理想系统：没有实体，没有物质，不消耗能源，但能实现一切需要的功能。,理想过程：只有过程的结果而无过程本身,理想资源：有无穷无尽的资源，可随意使用却不必付费。,理想方法：不消耗时间和能量，通过自身调节能达到所需目的,理想机器：没有实体的机器，但能完成所需要的工作。,理想物质：没有物质，但能实现物质的功能,.,20,增加理想化水平,增加新的有效功能，从超系统中获取功能,传输尽量多的外部已存在的可利用资源，尤其是利用免费资源，以降低成本,利用内部及外部已存在的可利用资源，尤其是利用免费资源，以降低成本,删除低效或无效功能，减少有害功能数量,预防有害功能的产生，将有害功能消除或转化为中性功能，减轻有害功能等级,将有害功能转到超系统去,21,理想化方法,部分理想化,a),加强有用功能,b),降低有害功能,c),功能通用化,d),增加集成度,e),功能专用化,f),增加柔性,全部理想化,a),功能剪切 简化系统,b),系统剪切，去除多余子系统,c),原理改变，获得全新的系统,d),系统换代,22,最终理想解,保持原系统所有的优点,消除原系统所有缺点,没有增加系统的复杂度,没有产生新的缺陷,23,最终理想解,确定,的,步骤,设计的最终目的是什么？,理想解是什么？,达成理想解的障碍是什么？,出现这个障碍的后果是什么？,避免出现这个障碍的条件是什么？,要制造这些条件存在的可用资源是什么？,等离子,150,英寸,液晶,0.44,英寸,24,农场养兔子的难题,方式：放养,难题：农场主不希望,兔子走得太远农场主,不愿意也不可能花费,大量的资源割草运回,来喂兔子,应用上面的,5,步骤，分析并提出最终理想解,25,设计的最终目的是什么？,兔子能够吃到新鲜的青草,理想解是什么？,兔子永远自己吃到青草,达成理想解的障碍是什么？,为防止兔子走的太远照看不到，农场主用笼子放养兔子，这样，放兔子的笼子不能移动,出现这个障碍的后果是什么？,由于笼子不能移动，可被兔子吃到的笼下草地面积有限，短时间内草被吃光了,避免出现这个障碍的条件是什么？,当兔子吃光笼子下的青草时，笼子移动到另一块有青草的草地上,要制造这些条件存在的可用资源是什么？,可用资源是兔子,解决方案：给笼子装上轮子，兔子自己推着笼子移动，去不断获得青草。,农场养兔子的难题,26,IFR,实例,1,问题：给鸡蛋打日期戳,IFR:,鸡蛋,自动,打上日期戳,分析资源：物质、能量、动作,方案：利用已有的动作,27,IFR,法的作用,直接设想最理想的技术系统，在解决问题的最初就使矛盾更加尖锐化,有利于更彻底的解决矛盾，得到最理想的解决问题方案。,28,五、子系统不均衡进化法则,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,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,29,自行车的不均衡进化,五、子系统不均衡进化法则,自行车的进化,30,31,六、动态性进化法则,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,水切割,激光切割,32,固定电话,子母机,手机,六、动态性进化法则,可移动性,33,刚体 单铰链 多铰链 柔性体,液体/气体 场,六、动态性进化法则,柔性化,34,六、动态性进化法则,柔性化,直尺,折尺,卷尺,声波测量器,激光测量仪,测量距离的案例,35,六、动态性进化法则,柔性化,36,六、动态性进化法则,柔性化,37,Direct control,Control through intermediary,Addition of feedback,Addition of intelligent feedback,Manual focusing,Press a button to focus,(Mechanism),Focusing happens,according to light reading,Automatic focusing,六、动态性进化法则,增加可控性,直接控制,通过中介控制,通过反馈控制,增加高级反馈控制,手动调焦,增加按钮（机械调焦）,通过光的强度调焦,自动调焦,38,六、动态性进化法则,增加可控性,Opening window with,stick-Direct action,Press a button to open,windows(Mechanism),Windows open according,to temperature reading,Different heat/ventilation,programmes depending,on greenhouse contents,打开窗户直接控制,增加一个机械按钮控制,窗户的开关根据温度的值,根据花房的需求设置不同的程序控制,花房自动调节环境案例,39,七、向超系统进化法则,技术系统首先向,系统的合成,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,单系统,此时，子系统功能得到加强的同时，也简化了原有的系统。,40,“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,41,超系统,空中加油机,系统,受油机,输油管,子系统,超系统,飞机燃油系统,向超系统跃迁,空中加油机实例,七、向超系统进化法则,42,Blade,Blade plus file,Blade plus file hook,Blade plus file hook saw,Blade plus file hook saw scissors,Blade plus file hook saw scissors corkscrew,Mono system,Bi system,Tri system,Poly system,七、向超系统进化法则,43,Flat head screwdriver,Twin head screwdriver,Multi head screwdriver,Multi changeable screwdriver heads,Single lens,Dual lens,Dual telescopic lens,Dual telescopic lens,with laser rangefinder,七、向超系统进化法则,单头螺丝刀 双头螺丝刀 更多种类的螺丝刀 换头螺丝刀,44,Pencil,Colored pencil,Pencil with eraser on the end,Geometry set,Hammer,Ball-peen,mallet different sizes,Claw-hammer,Tool set,七、向超系统进化法则,45,七、向超系统进化法则,46,八、协调性法则,组成技术系统的各个子系统、各个部件在保持,协调的前提下，充分发挥各自的功能。表现在：,结构上协调。,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,。,性能参数的协调。,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协调。,比如吸尘器吸力太大，吸嘴会粘住地毯,47,八、协调性法则,结构协调,48,八、协调性法则,参数协调,网球拍,49,Pulsating water jet at resonant,frequency of the bottle,Pulsating water jet,Water jet,Continuous vibration,head of tooth brush,Rotation of bristles,in both directions,Vibration at,resonance of plaque?,Ultrasonic waves,to loosen plaque?,八、协调性法则,节奏协调,50,Mass production,Fixed interest rate,Production matched to forecast,Made to order production,Maintenance in slow production,Interest rate matched,to periodic adjustment,Floating interest rate,Automatic transfer,between accounts,八、协调性法则,节奏协调,大规模生产 计划性生产 根据订单生产 量产的设备维护,稳定的利率 利率周期性调节 浮动的利率 根据利率自动交易,51,九、向微观级和场的应用进化法则,First generation,computer,Second generation,Personal computer,Laptop,第一代计算机系统 第二代计算机系统 个人电脑 便携式电脑,52,技术系统：,元件：,场的应用：,微观,宏观,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,九、向微观级和场的应用进化法则,53,实例：电子元件的进化。实例：超迷你,USB,数码,实例：播放器的进化。,九、向微观级进化法则,54,以场的形式出现的键盘,Siemens,内建虚拟键盘的手机,以色列,VKB,的,Virtual,键盘,九、向微观级和场的应用进化法则,55,向场的应用进化法则,Street light with timer,Street light with light,measurement,九、向微观级和场的应用进化法则,56,带液体的系统,高压喷水的水净化器,场系统,激光净化器；,九、向微观级和场的应用进化法则,57,水切刀（超高压的水）,等离子体气体切割器,九、向微观级和场的应用进化法则,58,59,十、,减少人工介入的进化法则,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。,活塞装配线,60,Human,Human,Human+Tool,Human+Tool,Human+Powered tool,Human and powered,machine,Human+Semi-,automated tool,Human and semi,automatic machine,Human+Automated tool,Human and,automatic machine,Fully automated tool,Fully automatic machine,十、,减少人工介入的进化法则,61,Human carrying load,Carrying package on bicycle,Loading package on motorbike,Truck transport,Automatic crane,十、,减少人工介入的进化法则,62,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,63,技术系统进化法则的应用,产生市场需求,-,预测新产品的方向与特征,定性技术预测,-,对于现有产品的改进方向给予建议,专利布局,-,产品专利规避的分析工具,64,一，产生市场需求,传统的市场需求的获得方式：聚焦于现有的产品和用户,进化法则可以帮助确定产品的进化路径，引导用户提出基于未来的需求，实现市场需求的创新。,65,二，定性技术预测,对处于婴儿期和成长期的产品，在结构、参数上进行优化，促使其尽快成熟，为企业带来利润，并尽快申请专利来进行产权保护，以使企业在今后的市场竞争中处于有利的位置。,对处于成熟期或衰退期的产品，避免进行改进设计的投入或进入该产品领域，同时应关注于开发新的核心技术以替代已有的技术，推出新一代的产品，保持企业持续发展。,明确符合进化趋势的技术发展方向，避免错误的投入,定位系统中更需要改进的子系统，以提高整个产品的水平,跨越现系统，从超系统的角度定位产品可能的进化模式,针对目前的产品，可为研发部门提出如下的预测：,66,三，专利布局,对于当前还没有市场需求的技术，可以事先进行有效的专利布局，以保证企业未来的长久发展空间和专利发放所带来的可观收益。,企业依靠有效的专利布局来获得高附加值的收益。例如通讯行业的高通公司的高速成长正是基于预先的大量的专利布局，在,CDMA,技术上的专利几乎形成全世界范围内的垄断。,我国的大量企业，每年向国外的公司支付大量的专利使用许可费，我国的,DVD,厂商们就是一个典型的代表。,专利成为许多企业打击竞争对手的重要手段，专利布局正成为创新型企业的一项重要工作。,67,自主创新方法先行，掌握方法受益无穷，,68,