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        TRIZ技術(shù)進化理論在產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步中的應用研究

        2012-10-20 09:49:44吉林省科學技術(shù)信息研究所吳學彥
        河南科技 2012年12期
        關(guān)鍵詞:理論產(chǎn)品系統(tǒng)

        吉林省科學技術(shù)信息研究所 吳學彥

        TRIZ技術(shù)進化理論在產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步中的應用研究

        吉林省科學技術(shù)信息研究所 吳學彥

        由于市場競爭的日益加劇,企業(yè)在新產(chǎn)品研發(fā)決策過程中,要預測當前產(chǎn)品的技術(shù)水平及新一代產(chǎn)品可能的進化方向,這種預測的過程稱為技術(shù)預測。技術(shù)預測的研究開始于半個世紀以前。在長期的研究過程中,理論界提出了技術(shù)預測的多種方法,這些方法可以分為兩類:規(guī)范化方法與探索性方法。其中TRIZ技術(shù)進化理論由于可對技術(shù)系統(tǒng)未來的結(jié)構(gòu)狀態(tài)序列進行較為清晰的描述并具備較強的可操作性而獨樹一幟,并逐步發(fā)展成為一種重要的技術(shù)預測理論。TRIZ理論是由前蘇聯(lián)G.S.Altshuller等人自1946年開始,在世界各國250多萬份高水平專利的基礎上,總結(jié)出一套具有完整體系的發(fā)明問題解決理論。TRIZ理論認為產(chǎn)品技術(shù)成熟與否、技術(shù)發(fā)展未來走勢和進化路線是可以根據(jù)TRIZ理論提出的方法進行預測分析的。TRIZ技術(shù)進化理論就是專門研究技術(shù)系統(tǒng)進化預測的重要分支,也是TRIZ中最重要、最基本的概念之一。TRIZ技術(shù)進化理論同時提供了強有力的技術(shù)預測工具,這些工具包括技術(shù)進化定律及進化路線等。

        一、TRIZ技術(shù)系統(tǒng)進化理論

        TRIZ技術(shù)進化理論由A ltshuller G.等人于20世紀70年代提出,該理論認為,技術(shù)系統(tǒng)的進化總是遵循一定的客觀規(guī)律,而且在一個工程領(lǐng)域中總結(jié)出的進化定律與進化路線可在另一個工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)。所謂技術(shù)系統(tǒng)是由物質(zhì)組件組成,為滿足人們(社會)的需求而實現(xiàn)某種功能的系統(tǒng)。技術(shù)系統(tǒng)可以是產(chǎn)品或生產(chǎn)工藝,也可以是勞動組織系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等等。技術(shù)系統(tǒng)的進化,就是指實現(xiàn)技術(shù)系統(tǒng)功能的各項內(nèi)容,從低級向高級變化的過程。任何領(lǐng)域在技術(shù)系統(tǒng)向新的技術(shù)系統(tǒng)進化過程中,必然遵循一定的規(guī)律,這些規(guī)律就是技術(shù)系統(tǒng)進化理論。

        在早期階段,TRIZ技術(shù)進化理論一直被誤認為是TRIZ的一個附加工具被用于解決具體的技術(shù)問題,然而自1999年Domb E.提出策略性TRIZ(Tactical TRIZ)與戰(zhàn)略性TRIZ(Strategic TRIZ)的區(qū)分以來,TRIZ技術(shù)進化理論開始成為一個獨立的研究對象并被提升到R&D決策戰(zhàn)略工具的高度,其研究熱潮自此逐步興起。近年來對TRIZ技術(shù)系統(tǒng)進化理論的關(guān)注日益增多,學者們先后發(fā)展出技術(shù)進化理論(ET,Evolution of Technique)、技術(shù)進化引導理論(GTE,Guided Technology Evolution)、定向進化理論(DE,Directed Evolution)、技術(shù)進化定律(The Laws of Evolution)等新興TRIZ技術(shù)進化理論,其中以ET、GTE、DE、技術(shù)進化定律為代表的新興TRIZ技術(shù)進化理論先后出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來,它們在技術(shù)進化模式和路線、技術(shù)系統(tǒng)成熟度曲線(S曲線)以及技術(shù)進化規(guī)律的基本原理等方面進行了更新和拓展。一些TRIZ專家則對TRIZ技術(shù)進化理論的應用方法展開了詳細的研究與論述,利用TRIZ技術(shù)進化理論預測技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展趨勢的應用研究更是與日俱增。

        產(chǎn)品的發(fā)展過程是性能由低到高逐漸提高的過程,在產(chǎn)品發(fā)展的過程中具有一定的規(guī)律,這個規(guī)律就是技術(shù)進化定律。技術(shù)系統(tǒng)進化理論基本涵蓋了各種產(chǎn)品核心技術(shù)進化規(guī)律,每條規(guī)律又包含了不同數(shù)目的具體進化模式和路線。TRIZ的技術(shù)系統(tǒng)進化規(guī)律主要包含:提高理想度規(guī)律,系統(tǒng)完備性規(guī)律,能量傳導規(guī)律,提高系統(tǒng)動態(tài)性和可控性規(guī)律,子系統(tǒng)非一致性進化規(guī)律,向超系統(tǒng)升遷規(guī)律,向微觀系統(tǒng)升遷規(guī)律,系統(tǒng)協(xié)調(diào)性規(guī)律,技術(shù)系統(tǒng)的分割規(guī)律,系統(tǒng)向多功能、普遍化發(fā)展規(guī)律,改善物質(zhì)的結(jié)構(gòu)規(guī)律等。它可以根據(jù)技術(shù)系統(tǒng)進化規(guī)律預測其未來發(fā)展趨勢,幫助企業(yè)開發(fā)有競爭力的產(chǎn)品。如果掌握了這些規(guī)律(模式或路線),就能確認目前產(chǎn)品所處的發(fā)展狀態(tài),發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在的缺陷和問題,并主動預測未來技術(shù)發(fā)展趨勢,制定和規(guī)劃產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略,開發(fā)新一代產(chǎn)品。

        1.進化模式與進化路線。技術(shù)進化模式和路線是TRIZ技術(shù)進化理論研究的一個熱點。技術(shù)系統(tǒng)的進化路線是指一個系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)進化的特點描述產(chǎn)品核心技術(shù)所處的狀態(tài)序列,每一種進化模式都包括多種進化路線。其實質(zhì)是產(chǎn)品如何從一種核心技術(shù)移動到另一種核心技術(shù),可以根據(jù)進化路線確定新一代產(chǎn)品的創(chuàng)新設想,產(chǎn)品沿進化路線進化的過程是新舊核心技術(shù)交替的過程。因此,TRIZ理論中進化理論是預測產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的進化理論。Ideation研究小組已確認了300多條進化路線及50多條市場進化路線,這些路線為設計人員、企業(yè)研發(fā)機構(gòu)提供了技術(shù)進化預測工具。

        目前,TRIZ技術(shù)進化模式研究正處于快速發(fā)展階段,新的技術(shù)進化模式和進化路線不斷涌現(xiàn)。所有模式都會遵循8個進化法則,一是技術(shù)系統(tǒng)完備性法則,二是技術(shù)系統(tǒng)能量傳遞法則,三是技術(shù)系統(tǒng)動態(tài)性進化法則,四是技術(shù)系統(tǒng)提高理想度法則,五是技術(shù)系統(tǒng)子系統(tǒng)不均衡進化法則,六是技術(shù)系統(tǒng)向超系統(tǒng)進化法則,七是技術(shù)系統(tǒng)向微觀級進化法則,八是系統(tǒng)協(xié)調(diào)性進化法則。運用這些法則,我們能夠判斷當前研發(fā)的產(chǎn)品處于技術(shù)系統(tǒng)進化模式中的哪個位置,然后根據(jù)法則的提示能夠預測技術(shù)系統(tǒng)未來發(fā)展的方向。系統(tǒng)進化模式可以在過去的專利發(fā)明中發(fā)現(xiàn),所有系統(tǒng)都是向理想化最終結(jié)果方向進化的,并且用來指導新產(chǎn)品開發(fā),避免盲目嘗試和浪費時間。據(jù)統(tǒng)計,目前學術(shù)界約已發(fā)展20種典型進化模式。其中最為著名的技術(shù)進化模式有Fey V.和Rivin V.提出的GTE6種進化模式,Zlotin B.和Zusman A.提出的DE10種進化模式和Mann D.提出的Mann D.共11種進化模式。Mann D.對技術(shù)系統(tǒng)進化模式進行的研究尤為細致,他將技術(shù)進化趨勢區(qū)分為時間進化、物質(zhì)和空間進化以及界面進化三大趨勢,并首次將增加物質(zhì)分割、空間分割、界面分割及增加協(xié)調(diào)性與和諧性引入技術(shù)進化模式分析框架。與前兩種理論的模糊特征相比,Mann D的技術(shù)進化模式結(jié)構(gòu)清晰,便于操作,因而受到學術(shù)界的關(guān)注。

        2.技術(shù)成熟度曲線。通對大量專利的分析,G.S.A ltshuller發(fā)現(xiàn)在技術(shù)系統(tǒng)進化過程上,產(chǎn)品的進化都會經(jīng)歷相同的幾個階段,形成S曲線,近年來S曲線的研究也取得了一些新進展。圖1所示,分段線性S曲線表示性能隨時間的變化規(guī)律,從而更加明確地把產(chǎn)品進化分為嬰兒期、成長期、成熟期和退出期4個階段。

        確定組成產(chǎn)品的技術(shù)在S-曲線上的位置是產(chǎn)品進化理論的重要研究內(nèi)容,并稱為技術(shù)成熟度預測。處于嬰兒期及成長期的產(chǎn)品應對其結(jié)構(gòu)、參數(shù)等進行優(yōu)化,使其盡快成熟,如促使其S曲線按一定方向變化,以為企業(yè)盡快帶來利潤。處于成熟期與退出期的產(chǎn)品,企業(yè)在賺取利潤的同時,應開發(fā)新的核心技術(shù)并替代已有的核心技術(shù),以便推出新一代產(chǎn)品,使企業(yè)在未來市場競爭中取勝。TRIZ技術(shù)進化理論采用專利數(shù)量、專利等級、產(chǎn)品的獲利能力和性能4個指標隨時間變化而變化的規(guī)律,與S-曲線一起組成產(chǎn)品技術(shù)成熟度預測算子,用于產(chǎn)品技術(shù)成熟度越策。4個指標隨技術(shù)進化而變化的曲線現(xiàn)狀如圖2所示。

        圖2(a)是時間–性能曲線圖,隨著時間的延續(xù),產(chǎn)品性能不斷增加,進入退出期后,其性能很難再有提高。

        圖2(b)是時間–專利數(shù)量曲線圖,表示數(shù)量隨時間的變化。在嬰兒期和成長期前期由于參與開發(fā)的企業(yè)和人員較少,所以專利數(shù)量較少。成熟期后競爭激勵,企業(yè)新專利不斷涌現(xiàn),專利數(shù)量增加。進入退出期后,企業(yè)增加投入后匯報很少,因此專利數(shù)量減少。

        圖2(c)時間–專利等級曲線,表示后續(xù)專利級別逐漸降低,在嬰兒期向成熟期過渡時,由于限制產(chǎn)品性能的關(guān)鍵問題的解決,會產(chǎn)生一些高級別的專利,推動了產(chǎn)品從嬰兒期過渡到成長期。

        圖2(d)時間–專利獲利能力曲線圖,表示開始階段,企業(yè)僅僅是投入并沒有盈利。到成長期產(chǎn)品雖然還不是很完善,但是產(chǎn)品已出現(xiàn)利潤。之后利潤逐年增加,進入成熟期的某一時間達到最高值,之后開始降低。

        通過對產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)進行繪制曲線后,通過曲線的形狀,可以判斷出產(chǎn)品所處位置,從而對其技術(shù)成熟度進行預測。根據(jù)結(jié)果做出相應的決策:改進現(xiàn)有系統(tǒng)或者開發(fā)新一代系統(tǒng),圖3為技術(shù)選擇的過程。一旦做出決策,就可以應用系統(tǒng)演變規(guī)律預測系統(tǒng)的發(fā)展方向,通過解決相關(guān)沖突實現(xiàn)系統(tǒng)的改進或者更新。

        二、TRIZ技術(shù)進化理論的應用研究

        TRIZ技術(shù)進化理論近年來在在一些產(chǎn)業(yè)中得到了利用。早期的學者們分別利用技術(shù)成熟度曲線分析總結(jié)了電冰箱技術(shù)、超音速焊具技術(shù)、自熱容器技術(shù)、醫(yī)療器械和化妝品產(chǎn)業(yè)技術(shù)、DVD技術(shù)、滾筒紡紗技術(shù)等的技術(shù)進化過程進行了研究。近年來,利用TRIZ技術(shù)進化理論分析某一產(chǎn)品或行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新問題的研究也日益增多,主要集中于機械領(lǐng)域,其他技術(shù)領(lǐng)域的應用研究偏少,非技術(shù)領(lǐng)域的應用研究到目前為止并不多見。均以產(chǎn)業(yè)或技術(shù)本身為研究對象,采用單一的、標準化的技術(shù)進化模式或路線作為分析工具。應用研究的焦點集中于技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)在的推動作用,對外部需求的拉動作用關(guān)注較少,因而關(guān)于技術(shù)系統(tǒng)進化的需求拉動動力機制是目前TRIZ技術(shù)進化理論研究的薄弱環(huán)節(jié)。

        三、前景展望

        目前,TRIZ技術(shù)進化理論得到了廣泛的應用,這些研究為評判技術(shù)成熟度,預測技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展趨勢提供了良好的理論工具。然而,目前關(guān)于TRIZ技術(shù)進化理論及其應用的研究還存在一些缺陷,這些缺陷需要在未來的研究工作中加以克服。

        在理論研究層面,學術(shù)界提出了多種技術(shù)進化模式和進化路線,但是對這些技術(shù)進化模式之間的相互關(guān)系卻很少予以討論,因此,理清各種進化模式之間的相互關(guān)系,區(qū)分各模式的相對重要性是未來研究的一個重要方向。其次,雖然部分學者已發(fā)現(xiàn)獨立的需求進化規(guī)律,但是如何將這些規(guī)律與技術(shù)系統(tǒng)進化規(guī)律有機地結(jié)合起來還需進一步研究,技術(shù)進化需求拉動的具體動力機制亟待解決。

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