從完備性法則認識技術系統(tǒng)進化

1、從完備性法則認識技術系統(tǒng)進化摘 要：TRIZ理論的核心思想為技術系統(tǒng)進化法則，在系統(tǒng)演進過程中進化法則發(fā)揮著重要作用，但經典TRIZ進化法則工具 性較弱、進化路線不明晰，不易于操作。系統(tǒng)完備性法則與其他法則密切相關，其作用不僅僅限于系統(tǒng)創(chuàng)建階段，以完備性法則 為主線，與其他進化法則建立聯(lián)系，將完備法則的作用延伸到整個技術系統(tǒng)生命周期。關鍵詞：完備性法則；S-TRIZ； TRIZ理論；技術系統(tǒng)進化法則TRIZ被稱為技術系統(tǒng)進化論，TRIZ的核心思想就是 技術系統(tǒng)進化法則1，o技術系統(tǒng)自誕生之日起就踏上了 進化之路，進化過程中遵循一定的客觀規(guī)律。TRIZ創(chuàng)始人 G.S.Altshuller在研究已

2、有技術系統(tǒng)進化軌跡和大量專利后，將 這些客觀規(guī)律總結為三個類型，八大進化法則，一條曲線。 S-TRIZ進一步總結了經典TRIZ進化法則應用路線，如圖1所 示。本文重點研究以完備性法則來展示技術系統(tǒng)進化。 術系統(tǒng)時，重點是要通過這個系統(tǒng)實現(xiàn)某個功能。為了實現(xiàn) 功能，那么必須得有作用，必須有一個“執(zhí)行裝置”作用一 個“作用對象”上才能產生功能。實現(xiàn)了功能，也就實現(xiàn)了 建立系統(tǒng)的目的?！皥?zhí)行裝置”作用于“作用對象”必須有 能量的來源，因此需要有動力裝置。動力裝置必須得通過一 個非常有效的途徑，把能源能量傳遞給執(zhí)行裝置，這就是傳 統(tǒng)裝置。從動力裝置到傳統(tǒng)裝置到執(zhí)行裝置，要想?yún)f(xié)調做好圖2組成系統(tǒng)的基本要

3、素一、基礎法則一個可以運行的系統(tǒng)必須具備以上4個主要部分及相應 功能，這樣才能正常運行261o動力裝置轉換能量，傳遞裝在進化法則中，完備性法則、提高理想度法則和S曲線 法則是系統(tǒng)進化的基礎或者說是戰(zhàn)略性法則氣這些法則 保證系統(tǒng)的“誕生”和“生存”，然后系統(tǒng)“慢慢成長起 來”，開始或多或少地積極進化。（一）系統(tǒng)完備性法則系統(tǒng)是為了實現(xiàn)其功能而建立，履行功能是系統(tǒng)存在的 目的。為了實現(xiàn)功能，系統(tǒng)必須具備最基本的要素，各要素 之間必須存在物質、能量、信息和職能聯(lián)系61o經典TRIZ 認為，完備性法則作用于系統(tǒng)建立之初，在建立一個新的技 置傳遞能量，執(zhí)行裝置執(zhí)行系統(tǒng)的主要功能，控制裝置設 置和控制參數(shù)

4、。4個部分可以分別完成4項相應的功能。如果 其中一個部分能夠完成2項功能，那么系統(tǒng)只需要3個部分就 能完成4項功能。同樣，系統(tǒng)也可以只有2個、1個甚至。個部 分，但卻能夠完成4項功能。以自行車為例，要實現(xiàn)的是代 步的功能。首先需要一個執(zhí)行裝置也就是車輪，來實現(xiàn)所需 功能。車輪作用于誰？作用于路面產生了這樣的一個功能。 車輪通過靜摩擦作用于地面的轉動使自行車前進，那么必須 得有動力。自行車動力從哪來？那就是騎行者自身。通過誰 傳遞的呢？從現(xiàn)在的自行車來說，主要是通過鉸鏈來傳遞能 量，也就是傳遞裝置。除此之外，自行車還應該有制動、轉 彎等需求，所以，需要有相應的轉向裝置及制動裝置，那么 就形成了一

5、套控制系統(tǒng)。這樣滿足了自行車系統(tǒng)具備保障最 低工作能力的基本組成要素和基本聯(lián)系。（二）能量傳遞法則保證能量有效傳遞在任何一個技術系統(tǒng)內部，都需要有能量的傳遞和轉 換，保證能量傳遞到技術系統(tǒng)的各個裝置。如果能量不能有 效流通于整個系統(tǒng)，那么某個裝置就不能獲得能量，系統(tǒng)不 能工作，以致整個技術系統(tǒng)無法正常實現(xiàn)其相應的功能?？?制裝置設置和控制著能量流、物質流及信息流的流向和流 量。“能量”是一個廣義的概念，包括流通于系統(tǒng)中的物質 流和信息流。能量傳遞過程如下圖3所示。圖3能量傳遞過程優(yōu)化能量傳遞路徑通過完備性法則認識能量傳遞法則，其核心為技術系統(tǒng) 在演進過程中不斷優(yōu)化能量傳遞的路徑。一是縮短能量在

6、系 統(tǒng)內流經的路徑，二是減少能量損耗，三是減少能量轉換次 數(shù)。比如第一種方式，系統(tǒng)不再包括傳遞裝置，動力裝置直 接與執(zhí)行裝置相連?！皠恿ρb置”與“執(zhí)行裝置”共同完成 “傳遞能量”的功能。在這種情況下，能量在系統(tǒng)內流經的 路徑是最短的。以電動腳踏車為例，腳踏車沒有了傳遞裝 置，動力裝置直接與執(zhí)行裝置（車輪）相連。如圖4所示。能量傳遞法則技術系魏要實現(xiàn)其功能，必廨保證：KE能夠從能源流向技術系SE的所有元件. 1技術系嫌的進化應誰沿著使能量流動路役縮巍的方向窟雇,以減少能量損失.減少捋揍的次教.圖4優(yōu)化能量傳遞路徑（三）提高理想度法則提高理想度法則是系統(tǒng)進化的黃金法則，系統(tǒng)進化的方 向提高理想化程

7、度。系統(tǒng)誕生之后就進入了生長期，在其建 立時可能并不十分理想，因此可借助完備性法則，逐漸完善 系統(tǒng)各部分，實現(xiàn)一個提高理想度的過程。系統(tǒng)在進化過程中，要發(fā)展任何一個子系統(tǒng)，它不是靜 態(tài)的，是要往提高理想度的方向發(fā)展。不僅僅是實現(xiàn)功能的 理想度，也要符合人（用戶）的理想，符合人的使用功能發(fā)展方 向。從宏觀上來看，整個系統(tǒng)運行效率越來越高，耗費越來越 低，有用功能越來越多，有害功能越來越少，甚至把有害功能 轉化成有用功能。具體來說，提高理想度，就是系統(tǒng)內部資源 的不斷優(yōu)化。如果系統(tǒng)內部資源沒有充分優(yōu)化利用，而借助外 部資源，系統(tǒng)就肯定不是最理想的系統(tǒng)。內部資源存在什么地 方？存在于執(zhí)行裝置、傳動裝

8、置、動力裝置、控制裝置，以及 各部分之間的聯(lián)系之中，如圖5所示。這里包括物質資源、能 量資源、信息資源等各種資源，也就是“能量流”。圖5提高理想度法則執(zhí)行裝置通過提升效率、質量，降低有害成本來提高理 想度。傳動裝置最好是簡化，越簡單越好，傳遞的中間環(huán)節(jié) 越小越好，越少越好，動力直接傳遞給執(zhí)行裝置最好。動力 裝置也要優(yōu)化，包含其使用能源來源的優(yōu)化、利用能源利用 率的優(yōu)化、產生動力成本的優(yōu)化等?？刂蒲b置理想度主要是 往自動化控制、發(fā)展。因此，通過完備性法則認識提高理想 度法則，核心就是內部資源的優(yōu)化。二、成長法則在進化法則中，矛盾產生及克服法則、協(xié)調失調法則、 子系統(tǒng)不均衡法則、動態(tài)化法則及向微觀

9、級進化法則是系統(tǒng) 成長階段法則。這個階段最重要的是確定技術系統(tǒng)進化的促 進因素一一系統(tǒng)中產生的矛盾，此時矛盾產生及克服法則開 始工作。但不是用工具去簡單發(fā)現(xiàn)矛盾，矛盾必須解決，而 不利用系統(tǒng)資源就無法解決。然后開始“打磨”系統(tǒng)，其他 法則開始工作。限于篇幅，本文只簡要討論協(xié)調失調法則在 系統(tǒng)成長過程的主要作用機制。系統(tǒng)剛一開始建立的時候，實現(xiàn)的功能是協(xié)調的。后來 發(fā)現(xiàn)其實現(xiàn)功能時效率、成本、耗能等都存在著這樣或那樣 的問題，即失調。要不斷通過對內部資源的優(yōu)化應用，對內 部構件的改進來實現(xiàn)內部協(xié)調，逐漸使系統(tǒng)優(yōu)化，向理想度 更高的方向發(fā)展，主要包括形式協(xié)調、節(jié)律協(xié)調、材料協(xié) 調、參數(shù)協(xié)調，這就是

10、內部協(xié)調的過程。凡是發(fā)生在系統(tǒng)內 部的就是內部協(xié)調，但在內部協(xié)調的同時，還需要外部協(xié) 調，外部協(xié)調是系統(tǒng)跟周圍環(huán)境的協(xié)調、系統(tǒng)與超系統(tǒng)的協(xié) 調，超系統(tǒng)發(fā)生變化的時候，就要實現(xiàn)外部協(xié)調。因此，通 過完備性法則認識協(xié)調失調法則，核心是技術系統(tǒng)進行內部 協(xié)調到外部協(xié)調的動態(tài)過程。協(xié)調失調過程如圖6所示。以手機為例，手機最初的功能是傳送和接收信息的功 能。為了實現(xiàn)基本功能，手機需要屏幕、外殼、電池、按鍵 等系統(tǒng)組件，需要將模擬信號轉換成數(shù)字信號等，包括后來 新增短信功能，這都是在手機內部協(xié)調。圖6協(xié)調失調過程隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起，人們有了移動上網(wǎng)的需求。這時， 為了適應移動上網(wǎng)，手機內部各種部件，包括屏幕

11、、電池、 鍵盤、天線、存儲等，都需適應移動上網(wǎng)的要求而發(fā)生改 變。為了獲得更好移動上網(wǎng)交互體驗，屏幕操作經過了手 寫、觸摸屏、多點觸摸，屏幕顏色色階指數(shù)經過了單色、 256色、4096色、65536色。屏幕材質經過了STN、TFT、 TFD、UFB和OLCD。屏幕的物理尺寸越來越大，屏幕分辨率 由最初的128x 128,發(fā)展到現(xiàn)在的1920 x 1080。當前，互聯(lián) 網(wǎng)已經有了更高效率的傳輸速率，從2G發(fā)展到3G、4G，到 目前5G時代。為了適應5G網(wǎng)絡，手機的屏幕分辨率必須達 2K以上，數(shù)據(jù)交換量越來越大，手機存儲也需相應提高， 為了適應萬物互聯(lián)，手機作為中心控制端，手機提供的接口 需越來越豐富。這都是在手機外部進行協(xié)調。三、成熟法則在進化法則中，向超系統(tǒng)進化法則是系統(tǒng)“成熟”法 則。系統(tǒng)自身資源進化消失是此階段主要特征，系統(tǒng)同其他 系統(tǒng)聯(lián)合，轉向超系統(tǒng)，進一步發(fā)展資源。通過內部協(xié)調、外部協(xié)調提高了手機的理想度。內部 協(xié)調是內部通過協(xié)調失調這個過程打磨系統(tǒng)，使這個系統(tǒng) 向理想度高的程度發(fā)展。系統(tǒng)