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1、第3章技术系统进化及其模式分析3.1 技术系统和产品进化简介任何领域产品都与生物一样，存在着产生、生长、成熟、衰老、和灭亡的进 化规律。掌握了这些规律，人们就能能动地进行产品的设计开发，有目的地制定 技术改进和创新方向，预测产品当前和未来的地位趋势。TRIZ法进化理论把技 术的进化分为新发明、技术进步和技术成熟三个阶段，并将产品分为婴儿期、成图3.1 TRIZ法技术与产品当产品处于婴儿期和成长期时，对应于技术进化的新发明和技术进步期，企 业应加大研发投入，使其尽快进入技术成熟和产品成熟期。有目的有步骤地逐步 推出不同时期的产品，延长产品市场寿命和占有份额，以便获得最大的经济效益。 若产品和技术
2、已处于成熟期，企业应研究针对产品的替代技术，以应对市场的竞 争。若分析得知产品已处于退出期，企业利润急剧下降，应尽快淘汰而另辟途径。 TRIZ法理论为企业产品规划从技术角度提供了具体的、科学的理论支持。TRIZ法要求企业对现有产品的技术状态进行分析。产品对使用者来说是利 用其功能，而实现同一种功能可以有多种原理。这种实现功能的原理反映在产品 上就是核心技术，此外还有外围配套的关键技术。一旦产品的工作原理有了变化， 核心技术有了重大突破，就会形成新的产品，就会有新的S-曲线。以飞行器为 例，螺旋桨推进式和喷气式（喷气发动机），就把飞机分成二大类完全不同的产 品。在核心技术不变的前提下，人们不断改
3、进改产品的关键技术，就会形成一系 列S-曲线，构成该核心技术支持下的产品的S曲线族，如第二章所述。以新一 代数码技术为支撑的数码相机为例，人们不断地在成像点阵数，防红眼技术和防 抖技术等关键技术方面做努力，使得数码相机的新产品年年都有，又进一步开发 相机在短时间内拍摄运动画面的可能，又添加了一项关键技术，使数码相机作为 科技产品，其生命周期中的成长期和成熟期大大延长。3.2 技术系统进化模式经过对大量专利的分类比较，TRIZ法研究人员发现，技术系统进化有其自 身固有的模式，并总结归纳出技术系统进化八大模式。充分理解和认识这些模式， 能够使设计人员尽快发现新的核心技术，提升关键技术，使今天设计明
4、天的产品 变为可能。技术系统进化八大模式叙述如下。3.2.1 模式一技术系统的生命周期技术系统的生命周期为产生、成长和成熟三个阶段,而相应的产品的生命周 期为产生、成长、成熟和退出四个阶段，两者统称为S-曲线。第二章中已经有 详细的介绍。这里再重复指出核心技术与关键技术的区别。在现有的产品S-曲 线的基础上，如果对产品中的关键技术作改进和创新，会形成新一轮的S曲线， 多次关键技术创新会形成多个S曲线，形成在同一核心技术支持下的所谓S曲线 族。但一旦核心技术发生变化，就应该形成新的产品，形成新的S曲线，并依靠 相应的自有的关键技术的进步，形成新的S曲线族。飞机从涡流（螺旋桨）到喷 气，功能一样是
5、为了能在空中飞行，但两者原理即核心技术不同，形成两类截然 不同的产品，并发展成相应的系列。可以说，分别构成了两个S曲线族群。一个发明人应该搞清自身工作所处的地位，是对核心技术还是关键技术作创 新突破。核心技术突破可造成崭新的产品，但风险大，有较长的商业历程。技术 史上有许多这样的例子。而关键技术的创新突破是对现有产品的重大改进，可以 更多的依附于原有产品市场的份额上，风险小，商业历程短。3.2.2 模式二增加理想化水平1 .理想化与理想解与专利分等级一样，发明创新具有等级，级别越高，创新设计过程越困难。 发明创新的理想状态是理想解的实现，尽可能地使产品接近于理想解是产品创新 的指导思想。理想化
6、可定义为，一个技术系统，从某一起点向最终结果进化，是一个逐步 理想化过程。理想化是对客观世界中所存在物体的一种抽象，这种抽象在客观世 界并不存在，又不能通过实验验证。理想化是真实物体存在的一种极限状态，只 能够无限的接近但是不能达到。但是理想状态的设想可以帮助去除其他繁杂的干 扰因素，从而更加专注到矛盾和发展本身，有利于解决方案的快速寻求。例如物 理学中的理想气体，几何学中的点与线，材料学的理想晶体结构等等。科学历史上，很多科学家正是通过理想化获得划时代的科学发现，著名的有 伽利略、牛顿、爱因斯坦、卢瑟福等。伽利略注意到，当一个球从一个斜面上滚 下又滚上第2个斜面上时，球在第2个斜面上所达到的
7、高度同在第1个斜面上的 起始高度近似相等。他断定这一微小差异是由摩擦而产生的结果，如果摩擦消失， 那么第2次的高度完全等于第I次的高度。他又推想，在完全没有摩擦的情况下， 不管第2个斜面的倾斜度多么小，它在第2个斜面上总要达到相同的高度。如果 第2个斜面的斜度完全消除，那么球从第1个斜面滚下来之后，将以恒速在无限 长的平面上永远不停地运动下去。当然，这个实验是一个理想实验，无法真实地 操作，因为摩擦力永远也不会被消除，也无法找到和制作一个无限长的平面。伽 利略是理想实验的先驱。后来牛顿把伽利略的惯性原理确立为动力学第一定律， 即惯性定律。TRIZ法理论中，理想化是一个强有力的工具，帮助确定解决
8、问题方向以及 过滤无用信息，减少创新设计中的无用功。它解决问题过程是这样的：首先对经 验事物进行抽象，在大脑中设立理想模型，然后通过想象模拟其实验过程，寻找 解决问题方法，考察解决效果，进行效果评估。然后根据寻找到的方法运用到实 际事物中。虽然实际事物与理想状态有部分差距，但是因为找到解决方向，可以 极大的缩减“试错”几率，同时经过不断的优化，无限地接近理想状态。理想化分为局部理想化和全局理想化两类。局部理想化是指对于选定的原 理，通过不同的实现方法使其理想化；全局理想化是指对同一功能，通过选择不 同的原理使之理想化。以利用太阳能为例。利用太阳能是一种功能要求。可以用太阳光来加热容器 中的水，
9、就成为太阳能热水器。但在这一原理下，人们采取了多种不同的关键技 术，如加热面镀膜，光能可进不可出等，造就了市场上数十种不同的产品，并不 断进化。这种理想化称为局部理想化。其实太阳能的利用可有多种途径，奥林匹 克比赛圣火用透镜聚焦方式，把光线聚焦到一个点上，光的高能量使物质燃烧， 光能转化为化学能。随着现代科技发展，出现了光伏电池，把太阳光能转变为电 能。同一功能，当多种原理即核心技术可以实现，人们就可以比较各种核心技术 造成的产品的适用范围，能量转化效率和成本等，从而实现全局理想化。局部理想化的过程有如下四种模式：(1)加强。 通过参数优化、采用更高级的材料、引入附加调节装置等加强 有用功能的
10、作用。如玻璃茶杯易碎，则可以使用钢化玻璃作为茶杯材料或者使用 不锈钢茶杯。(2)降低。通过对有害功能的补偿，减少或消除损失和浪费，采用更加便 宜的材料、标准零部件等。如早期偏远地区供电系统不稳定，家用电器获得的电 压常常起伏不定，给电器的正常使用带来很多困难，同时由于电压不稳也大大的 减少了电器的寿命。人们在电器上面增加了稳压器，弥补了电压不稳的缺陷，使 矛盾和损害降到最低。(3)通用化。采用多功能技术增加有用功能的个数。如现代多媒体计算机 具有电视机、电话、传真机和音响等的功能。现代打印机拥有打印、复印、传真 和数据传输等功能。采用标准化的元器件，由专门工厂生产。这些通用的标准件 不仅可以降
11、低产品成本，还有利于维修。(4)专用化。 突出功能的主次。如早期的企业常常从原料到成品到销售， 每一个工艺步骤都全部涉及，大大的占用人力物力资源，同时也难以全盘兼顾。 现代很多企业则走专业化道路，每个企业负责生产流程中的一个环节。由于环节 少，因此资源的利用率高，并且容易进行不断的改善，优化工艺和提高效率。我国中小企业的成长发展是关系到国民经济的支柱。一些中小企业充分利用 市场，采取高度专业化的生产运营模式，他们的企业本厂只负责生产产品的关键 零部件和装机调试，把其他的任务都交给社会上其他企业完成。这种生产模式使 企业在保守其核心和关键技术的同时，获得了较高的利润，且有时间和精力用于 研发以图
12、将来。全局理想化有如下三种模式：(1)取消子功能。在不影响主要功能的前提下，去掉中性的及辅助的功能。 如火车车窗由可以开启变为完全封闭。初期的火车车窗是可以由旅客开启的，它 的开启造成了一系列的问题。由于空气运动，增大火车运动的阻力，消耗了更多 的能量。由于车窗的开启，使物品可能飞出车外或飞入车内。同时人可能从车窗 爬出爬进，成为安全隐患。当火车内拥有自身的空气流通系统以后，就去掉了车 窗可以活动的功能，从而一切相关问题迎刃而解。在我国，动车代替了传统的快 车，车窗已从可开启改为不可开启。(2)取消子系统。如果采用某种可用资源后可省掉辅助子系统，一般可降 低系统成本。如建筑中为了稳定结构，常常
13、要在适当的地方添加柱子支撑。如果 经过巧妙的力学设计，则可以省略一些柱子，如现代常见到的大跨度的建筑物和 斜拉桥。一般的车子都采用充气轮胎，因此一般都备有一个轮胎漏气后的充气系统和 补胎系统，带来众多不便。徐州有一位发明人觉得轮胎完全可以依靠自身来承担 负荷，同时又不失弹性和安全舒适性。他发明了一种免充气轮胎，在轮胎的管状 腔体内置若干肋板，肋板和轮胎共同组成网络状结构，既有了弹性，又不用充气。 这就是采用了可用资源后免掉了多余的子系统。该产品用于自行车、残疾人用车、 儿童车上，大大方便了使用者，深受消费者欢迎，产生了良好的经济和社会效应。(3)改变原理。改变已有系统的工作原理，可简化系统或使
14、过程更为简便。 如显示器由阴极射线显示器发展为等离子显示器，功能近似但显示原理改变了， 从而节省了大量的空间和能量，且产生了新一代的产品。系统理想化的目标追求还应该注意目标设定的正确性和可行性，同时有时候 需要一些思维的开阔与创新。例如理想化的目标是要将放置在地面的大型物块快捷、方便、省力地移置到 另外地点。问题分析：本问题涉及到三个元素，物块自身，物块接触的地面，给物块施 加的外力。问题解决：以问题涉及的三个元素为核心实施理想化方向。物块施加的力一一运用局部理想化的“加强”模式，增加力的大小。缺陷在 于需要外界提供的能量增加。物块自身一用局部理想化的“降低”模式，将大块物体拆分为方便移动的
15、小块。移动以后再行安装。缺陷在于拆分和安装需要另外耗能，同时有些物块本 身不可以拆分或者拆分对其容易造成损害。接触地面用局部理想化的“降低”模式，问题的核心是地面与物块之间 的摩擦力，因此可以从降低摩擦系数方面考虑。比如冬天运输可以在地面泼上水， 等其成冰。缺陷在于需要一定的环境条件，并且操作也比较困难和耗时。用整体理想化的“原理改变”模式，将摩擦阻力大的滑动摩擦改变为摩擦阻 力较小的滚动摩擦。比如可以在物块下面垫圆木头，或者撒上细沙等等。对比以上的各种方法，可以知道，为达到一定的目标，可以有多种方法，但 是方法之间是有优劣之分，它们的实施需要付出的成本不同。因此理想化的核心 步骤之一是正确的
16、评估各种方法的利弊，找到最佳的理想目标和方法。对于本实 际问题，整体理想化的“原理改变”是最优方式。其实人们也选择了这种方法， 古时候有用圆木头搬运大石块的记载，现代社会常用的运输车是用轮胎与地面的 滚动摩擦代替了物体自身与地面的滑动摩擦。可见，跨越千年而解决问题的规律 亘古不变。2 .理想化程度评价理想化可认为是一个技术系统从某一起点向最终目标进化，是一个逐步理想 化的过程。技术系统是使产品的功能实现的系统，任何系统在完成人们所需的功 能时，都有一定的负面作用，为此理想化可用系统的有用功能和有害功能之比来 定义，其数学表达式为：理想化（IdealiIy） = fax即技术系统的理想化水平与有
17、用功能之和成正比，与有害功能之和成反比。 若对产品进行改进时，需增加分子中的有用功能，减小分母中的有害功能。提高 产品的理想化水平，那么产品的市场竞争能力就得到增强。就如同中国谚语讲的， 既要马儿跑得快，又要马儿不吃草。若将低成本、高功能、高可靠性、无污染等看成是产品的理想状态，则产品 设计的理想解即为处于上述理想状态的产品。每一种产品都在向着它的理想解进 化。确定所设计产品的理想解是设计人员综合素质的体现，理想解的正确描述往 往会直接得出问题的创新解。理想解具有自身的特点，即：消除原有系统的缺点；保留并发展原有系 统的优点；不导致系统的复杂化；不导入新的缺点。当确定了待设计产品或 系统的理想
18、解后，可用理想解的上述特点进行对照，检查所确定的理想解是否正 确。理想化是一个永无休止的过程。理想化的目标随产品、市场和设计人员的爱 好而变。当一种理想的目标已实现或基本实现后，人们就会提出另一个理想化的 目标，开始新的创新努力。理想化的理念推动着技术的进步和世界的发展。3 .理想化法则任一技术系统都是为了实现某种功能而进行设计制造的，绝对的理想化就意 味着技术系统不付出任何代价，即可实现其要求的功能，这当然是不可能的，但 正是这种理念推动着技术系统的不断进化。理想化过程是有规律的，是有一定的 法则可以参考的。常用的理想化法则有：法则L去除辅助功能。在很多情况下辅助功能的去除并不恶化系统的主功
19、 能。例如在给金属板油漆时，一般采用溶剂溶解性涂料，溶剂挥发后涂料粘附在 金属板表面，其工艺过程简单，但溶剂挥发会产生有害气体，并增加了工艺成本。 改变工艺，去除油漆溶剂溶解功能，直接将油漆涂料超细粉末喷洒在金属板表面， 将金属板加热使涂料粉末熔化并结合在一起，以形成致密的油漆膜，这样就避免 了溶剂挥发造成的环境污染。法则2：去除一些元件。执行登月计划需要照明，照明灯玻璃外壳不仅给运 输带来困难，还会由于火箭起落时的振动而导致玻璃破碎。现已知，月球表面没 有空气，灯丝不会被氧化，原有的玻璃外壳失去了应有的功能，完全可以将玻璃 外壳进行去除。法则3：识别自服务。在某些国家，市场销售的鸡蛋必须打上
20、生产鸡蛋的农 场标志，这在禽流感流行时显得尤为重要。为此，采用带印戳的手套，农场工人 戴上这种手套将鸡蛋从收集盘中拾起，装入由10个或12个为一盒的纸盒中的同 时就为鸡蛋打上印戳。又如需要找到一种理想热膨胀系数为零的材料。可以换一 种思路，找到两者热膨胀系数分别为正和负，且绝对值相同的材料，把两种材料 串接起来，当温度变化时，两种材料的长度变化相互抵消。通过“自服务”方式， 达到了热膨胀系数为零的“复合”材料。法则4：替换零部件。切削刀具是金属加工的重要工具，要求有较高的硬度 和耐磨性，又要有一定的韧性和抗冲击能力。整体硬质合金刀具脆性大、抗冲击 能力较差，其成本也高。为此，采用钢质刀杆的机械
21、夹持式硬质合金刀具，既保 持原有刀具的切削性能，又具有较好的韧性，同时也大大降低了刀具成本。法则5：改变操作原理。给熨斗通电加热，将熨斗放置成水平位置时，可推 动熨斗进行工作；若不熨烫时，通常将熨斗转变为直立式放置。但操作者常常忘 记把熨斗转为直立而去接电话或做别的事情，结果所熨烫衣服被烧坏，甚至引发 火灾。若把熨斗的背部做成球形，将整个熨斗的重心移至该球部。工作时，操作 人员用手将熨斗侧翻成水平状态；不工作时，熨斗由于其自身的“不倒翁原理” 处于直立位置，从而避免了熨斗的高温面与衣物的接触。又如大型物件的运输对 运输工具和运输环境要求很高。如果整体运输，需要的相应运输工具的体积也比 较大，装
22、备复杂，在运输物品的同时，运输工具也将耗掉一部分能量，从而使做 功效率降低（做功效率=有用功/总功）。如果将运输物品拆分为几个部分，则可 以大大的减小运输工具的体积，从而减少无用功，提高做功效率。法则6：利用资源。使用粘土造砖会造成农田的损失，国家已明令禁止。而 火力发电燃煤后的煤渣是废物，并会造成环境污染。经分析可知，粘土与煤渣有 许多相同的成分，能否利用煤渣造砖，以减少土地资源的浪费。可考虑将煤渣细 化，配上一定比例的黄砂和石灰制成砖坯，经高温蒸汽焙烘一定时间后，就成为 有相当强度的煤粉砖。又如宽度有限的道路，随着人和车的增多显得越来越拥挤。 而立交桥的使用，使原本的二维运动空间变为三维，
23、从而大大扩展利用了空间资 源，极大的增加了道路的输运能力，改善了交通情况。4 .理想化设计案例利用理想化解决实际案例步骤如下。首先要针对具体的技术系统选择合理的 理想化目标，进一步可以按照有限数量的一定的法则来进行创新概念构思，再返 回具体的技术系统提出可行方案，实现进化。理想化目标不同，进化的结果也不 同。理想化实现的四个步骤：第一步：描述需要改进的专门技术系统的现有性能；第二步：描述某个性能的理想化设想；第三步：根据个人经验和理想化设想从上述己抽象出来的六种理想化法则中 选定几种法则；第四步：把第三步选定的法则具体化到专门具体的技术系统，并根据本文已 叙述的理想化的四个特性来判定其解的有效
24、性。理想化是一个渐进的过程。下面举一些实际已有的例子来说明。案例一 跳高运动的理想化。自有奥林匹克运动以来，人们一直在追求更高、更强、更快的目标。世界跳 高比赛是人们十分关注的体育项目。跳高运动就是运动员利用奔跑的动能转化为 身体向上的动能，使人的重心以高过横杆的方式从横杆上越过。为了最大限度地 利用和节约人的体能，创造好的成绩，要求人的重心高过横杆的量越小越好。为 此，可采用理想化法则5 ”改变操作原理”的方法，来实现跳高的技术进步。从 1894年起，人们通过不断探索创新，发明了跨越式、剪式、滚式、俯卧式和背 越式等不同的跳高姿势，使人的重心逐渐靠近横杆。直至目前常用的背越式，运 动员已可以
25、利用自身肢体的上下摆动，在躯干飞越横杆时，其身体的重心与横杆 一致，甚至略低于横杆。图5为不同跳高姿势和相应的跳高世界纪录。从图示可 见，从1864年到1968年IOO余年历史内，人们创造了 5种改变操作原理的姿势， 大约25年产生一次跳高姿势的变化。而从1968年到现在，在已过去的40年时 间内并没有产生第6种跳高姿势。这也可以说明对跳高而言，改变操作原理这一 方法的应用已几乎走到尽头。为了进一步实现跳高运动的理想化，即跳得更高， 应考虑其它理想化法则。图3.2不同跳高姿势与相应世界纪录案例二织机引纬工作的理想化。有梭织机结构简单、造价便宜，但纬纱要靠梭子导引（即引纬）才能进行织 造，这是有
26、梭织机的致命不足。一般梭子重达430克，而当织造幅宽为1200mm 的20支织物时，单根纬纱仅重0.03克，导引梭子的质量是被导引纬纱的质量的 14000倍。当梭子受打击杆撞击后，从走梭板一头运动到另一头所消耗的能量占 整台织机能量消耗的60%,其中绝大部分能量转化为热能和噪音。可见，织机引 纬理想化的目标是尽可能降低梭子的质量，甚至不要梭子。织造技术的发展正是 沿着这一理想化轨迹前进的。根据理想化法则4 ”替换零部件”的方法，首先出 现了剑杆或片梭代替传统梭子，虽然仍属机械式引纬，但剑杆和片梭的质量比传 统梭子要小得多。进而根据理想化法则2 去除一些元件”方法，人们摧弃了梭 子，发明了喷气和
27、喷水引纬技术，利用气流和水流携带纬纱通过整个布面，不仅 节省了能量、减少了噪音，还大大提高了入纬率。如喷水织机入纬率可高达 1300mmin,而有梭织机最高也仅能达到600 mmin0案例三巨磁阻材料的发现与运用。电子具有电荷特性同时具有自旋特性。对于单独的各项特性，人们运用已经 非常广泛。电荷特性用于电信号的传输和能量的传递，自旋特性用于存储材料的 制备等等。但是两个特性的综合运用直到发现室温稀磁材料以后才得到充分研 究。究其整个的发现和运用过程，首先科研人员在掺杂半导体材料的时候发现有 微弱的磁学性能显示。开始的材料性能稳定性差，实验结果重复性不高。若用其 他的设计概念，比如试凑法，可能就
28、因为材料性能稳定性差转而应用其他的材料， 而与稀磁材料的成功运用失之交臂。但科研工作者运用理想化方法，首先假设材 料达到理想状态，即材料中杂质不予考虑，材料性能稳定，周围环境完全理想状 态。根据理想状态的条件研究发现，由于其独特的电子自旋和电荷效应的同时运 用，电阻率可以随着外磁场的变化产生很大的变化，具有巨磁阻效应。与非铁磁 材料结合，能够制备很多开创性的电子元器件。3.2.3 模式三系统不均衡发展导致矛盾出现一个完整的技术系统应由动力装置、传输装置、执行装置和控制装置四个部 分组成。缺少任何一个部分，系统就不能成为一个完整的系统；如果系统中任一 部分失效，整个技术系统就无法“幸存”，任何一
29、个部分的薄弱环节将使整个系 统性能的提高受到限制。关注系统均衡发展，有助于确定更好发挥系统功能的改 进方向，从而少走弯路节约时间和资源。同时利用它可以对冗杂的系统进行简化。例如自行车运动系统由动力装置一一脚蹬，传动装置一一车链以及车轮轴 承，执行装置车轮和控制装置一一骑车人握车把的手四个部分组成。在实际 生活中常常遇到车子不好骑的现象。全新的自行车，但是车链不好使，蹬两下就 掉链子，不得不停下来修理。检查整个系统，可以发现是系统中的不均衡。车胎 爆了导致执行不灵，车链问题导致传动不灵等，即一些薄弱环节将使整个系统性 能的提高受到限制。找到薄弱环节，对其进行改善，则可以提高整个系统的功能。 徐州
30、有一位非职务发明人，发明了免充气自行车轮胎，在轮胎中有网状结构的肋 板支撑，从而解决了自行车系统中的最大的薄弱环节，深受使用者好评。在经济学中有短板理论。指出木桶的装载量由其最短的一块木板决定。这两 种理论有异曲同工之妙。3.2.4 模式四增加动态性和可控性技术系统进化应该沿着结构柔性、可移动性、可控性增加的方向发展，以适 应环境或执行方式的变化。动态性模式包括如下三个子模式:1 .提高柔性模式提高柔性子模式的进化过程如下：刚体单较链多钱链一一柔性体液体、气体一一场。如人们的避暑降温发展过程：开始是蒲扇（刚体）；为了便于携带，改为可 折叠扇（单较链）；电风扇摆脱人工（多较链）；最后为空调（场）
31、。又如提升重物的工具，从杠杆开始，到螺旋千斤顶，再到机械连杆式千斤顶， 最后到液压式千斤顶。2 .提高可移动性模式技术进化沿着系统整体可移动性增强的方向发展。如板凳一一转椅滚轮椅。如固定式民居-车载式民居-房车。3 .提高可控性模式通过可控性增加，系统能够向着更易操作，更智能的方向发展。如路灯的进化：直接控制一一每个路灯都有开关，由专人负责定时开闭。间接控制一一用总电闸控制整条线路路灯的开关。引入反馈控制一一通过感应光亮度、控制路灯的开闭。条件控制通过感应周围的生物红外线来控制，有人通过时因生物红外线 缘故灯开启。远距离控制-通过网络技术。如现在可以达到如下状况：当西藏某一个LED 灯坏了，可
32、通过网络通知上海的制造厂，组织人员更换修理。3.2.5 模式五技术集成以增加系统功能技术系统常通过先增加元件提高系统功能，然后再逐渐简化。如双体船可增 加稳定性；组合音响将收音机、磁带机、VCD集成为一个多功能系统。电子芯片 上元器件的集成大大提高了运算存储功能，将人类带入信息时代。材料科学中近 十年来研究的自旋器件集成，能综合利用电子的电荷与自旋特性，由其原理制成 的巨磁阻材料，在短短的几年里将单位面积的信息存储能力从几G扩充到几百Go3.2.6 模式六系统元件的匹配与不匹配系统元件可采用匹配也可不匹配来改善系统功能，消除负面效应。如匹配： 一辆车上安装4个相同的车轮；不匹配：赛车的前轮小后
33、轮大，便于加速。在机 械和电气电子产品的设计中，经常强调系统元件的等寿命设计，即系统中的主要 元件应有相同的工作寿命，此时就要考虑元件在寿命方面的匹配，从而得到最大 的经济效益。而在另一些机电产品中，为了避免关键零部件的损坏，常常设置一 些薄弱环节，如机械中的安全销钉，电气装置中的保险装置等。这种不匹配使机电系统运行更安全。3.2.7 模式七系统由宏观向微观进化技术系统总是趋于从宏观向微观进化。如灶具初始烧木材，然后变为烧煤、 烧气，后来出现电加热灶具、电磁炉、微波炉；电子元器件从最初的真空管到晶 体管到集成电路；播放器从开始的庞大体积的录音机到后来巴掌大小的随身听、 便携CD机到手指大小MP
34、3,到可以放在耳朵旁的耳环播放器。现在市场上各种燃气灶具五花八门。如果你作为有心者仔细比较其关键的燃 烧头，会发现很有趣的规律。早期的燃烧头中的出气孔数量少而大，火焰不稳定 燃烧不充分。人们不断改进，出气孔数量增多，现在还出现了蜂窝状的出气孔， 火焰燃烧时火苗短而稳定，火焰呈蓝色，燃烧充分。一旦因外界干扰，某些孔的 火焰燃烧熄灭了，因为周围火焰的存在，可立即重新燃烧。3.2.8 模式八提高自动化程度和智能化程度通过提高自动化程度可以由系统代替人完成各种繁重、乏味的工作。如最初 洗衣用挫衣板，后用洗衣机，并先后出现单缸、双缸、全自动洗衣机。机器人智 能化程度的日益提高，在一些场合已经可以代替人进
35、行工作。目前对机械和电气 电子产品经常使用遥控器来控制，或编写操作程序控制，大大减轻了人的体力劳 动和脑力劳动。3.3技术系统进化综合运用上述8种技术进化模式导致产品不同的进化路线。模式1是一个通式，一个 系统从其原始状态开始沿模式2进化，当产品达到一定的水平后将沿其余6种模 式进化。每种模式都存在多条进化路线，研究产品进化路线对指导产品创新具有 重要的意义。利用技术系统进化规律进行产品设计可以有如下步骤：1 .分析具体技术系统的现状提出问题。2 .搜集市场同类系统的下列四方面数据并绘制曲线：本类系统历年获得有关的专利数量，本类系统历年获得有关的专利中，各专利所处技术水平等级（分为5级）， 本类系统产品历年市场的销售情况和利润情况，本类系统历年性能指标进步的情况。3 .根据上述资料，分析得出本系统在技术进化S曲线中的地位，是处于婴 儿期，成长期，成熟期的哪一个时期，评判是否有进化的必要。4 .根据技术进化八项模式，考虑实现系统进化的途径。选定阶段性的理想 化目标，物色系统中相关的关键技术做创新改进。5 .对解决方案和解决效果进行评估，把技术创新转化为产品创新，确定后 期发展方向。
