楊得成 曹福全 孫興威 曲鳳成

(黑河學(xué)院，黑龍江 黑河 164300)

TRIZ被稱為技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化論，TRIZ的核心思想就是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則[1]。技術(shù)系統(tǒng)自誕生之日起就踏上了進(jìn)化之路，進(jìn)化過程中遵循一定的客觀規(guī)律。TRIZ創(chuàng)始人G.S.Altshuller在研究已有技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化軌跡和大量專利后，將這些客觀規(guī)律總結(jié)為三個(gè)類型，八大進(jìn)化法則，一條曲線。S-TRIZ進(jìn)一步總結(jié)了經(jīng)典TRIZ進(jìn)化法則應(yīng)用路線，如圖1所示。本文重點(diǎn)研究以完備性法則來展示技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化。

圖1 S-TRIZ進(jìn)化法則應(yīng)用路線

一、基礎(chǔ)法則

在進(jìn)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(jìn)化的基礎(chǔ)或者說是戰(zhàn)略性法則[2]95。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(jìn)化。

(一)系統(tǒng)完備性法則

系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)其功能而建立，履行功能是系統(tǒng)存在的目的。為了實(shí)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(zhì)、能量、信息和職能聯(lián)系[2]61。經(jīng)典TRIZ認(rèn)為，完備性法則作用于系統(tǒng)建立之初，在建立一個(gè)新的技術(shù)系統(tǒng)時(shí)，重點(diǎn)是要通過這個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)某個(gè)功能。為了實(shí)現(xiàn)功能，那么必須得有作用，必須有一個(gè)“執(zhí)行裝置”作用一個(gè)“作用對象”上才能產(chǎn)生功能。實(shí)現(xiàn)了功能，也就實(shí)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(gè)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(diào)做好工作，必須得有好的控制裝置，當(dāng)然簡單系統(tǒng)可能是通過外部控制實(shí)現(xiàn)，但必須得有控制裝置來控制過程的運(yùn)作。組成系統(tǒng)的基本要素如圖2所示。

圖2 組成系統(tǒng)的基本要素

一個(gè)可以運(yùn)行的系統(tǒng)必須具備以上4個(gè)主要部分及相應(yīng)功能，這樣才能正常運(yùn)行[2]61。動力裝置轉(zhuǎn)換能量，傳遞裝置傳遞能量，執(zhí)行裝置執(zhí)行系統(tǒng)的主要功能，控制裝置設(shè)置和控制參數(shù)。4個(gè)部分可以分別完成4項(xiàng)相應(yīng)的功能。如果其中一個(gè)部分能夠完成2項(xiàng)功能，那么系統(tǒng)只需要3個(gè)部分就能完成4項(xiàng)功能。同樣，系統(tǒng)也可以只有2個(gè)、1個(gè)甚至0個(gè)部分，但卻能夠完成4項(xiàng)功能。以自行車為例，要實(shí)現(xiàn)的是代步的功能。首先需要一個(gè)執(zhí)行裝置也就是車輪，來實(shí)現(xiàn)所需功能。車輪作用于誰？作用于路面產(chǎn)生了這樣的一個(gè)功能。車輪通過靜摩擦作用于地面的轉(zhuǎn)動使自行車前進(jìn)，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(yīng)該有制動、轉(zhuǎn)彎等需求，所以，需要有相應(yīng)的轉(zhuǎn)向裝置及制動裝置，那么就形成了一套控制系統(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

1.保證能量有效傳遞

在任何一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部，都需要有能量的傳遞和轉(zhuǎn)換，保證能量傳遞到技術(shù)系統(tǒng)的各個(gè)裝置。如果能量不能有效流通于整個(gè)系統(tǒng)，那么某個(gè)裝置就不能獲得能量，系統(tǒng)不能工作，以致整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)無法正常實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能。控制裝置設(shè)置和控制著能量流、物質(zhì)流及信息流的流向和流量。“能量”是一個(gè)廣義的概念，包括流通于系統(tǒng)中的物質(zhì)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

2.優(yōu)化能量傳遞路徑

通過完備性法則認(rèn)識能量傳遞法則，其核心為技術(shù)系統(tǒng)在演進(jìn)過程中不斷優(yōu)化能量傳遞的路徑。一是縮短能量在系統(tǒng)內(nèi)流經(jīng)的路徑，二是減少能量損耗，三是減少能量轉(zhuǎn)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。“動力裝置”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(nèi)流經(jīng)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。

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(jìn)化的黃金法則，系統(tǒng)進(jìn)化的方向提高理想化程度。系統(tǒng)誕生之后就進(jìn)入了生長期，在其建立時(shí)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(shí)現(xiàn)一個(gè)提高理想度的過程。

系統(tǒng)在進(jìn)化過程中，要發(fā)展任何一個(gè)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(shí)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(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率越來越高，耗費(fèi)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(zhuǎn)化成有用功能。具體來說，提高理想度，就是系統(tǒng)內(nèi)部資源的不斷優(yōu)化。如果系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)部資源存在什么地方？存在于執(zhí)行裝置、傳動裝置、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(zhì)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(zhì)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(chǎn)生動力成本的優(yōu)化等。控制裝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(rèn)識提高理想度法則，核心就是內(nèi)部資源的優(yōu)化。

二、成長法則

在進(jìn)化法則中，矛盾產(chǎn)生及克服法則、協(xié)調(diào)失調(diào)法則、子系統(tǒng)不均衡法則、動態(tài)化法則及向微觀級進(jìn)化法則是系統(tǒng)成長階段法則。這個(gè)階段最重要的是確定技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的促進(jìn)因素——系統(tǒng)中產(chǎn)生的矛盾，此時(shí)矛盾產(chǎn)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(diào)失調(diào)法則在系統(tǒng)成長過程的主要作用機(jī)制。

系統(tǒng)剛一開始建立的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)的功能是協(xié)調(diào)的。后來發(fā)現(xiàn)其實(shí)現(xiàn)功能時(shí)效率、成本、耗能等都存在著這樣或那樣的問題，即失調(diào)。要不斷通過對內(nèi)部資源的優(yōu)化應(yīng)用，對內(nèi)部構(gòu)件的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)內(nèi)部協(xié)調(diào)，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(diào)、節(jié)律協(xié)調(diào)、材料協(xié)調(diào)、參數(shù)協(xié)調(diào)，這就是內(nèi)部協(xié)調(diào)的過程。凡是發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)部的就是內(nèi)部協(xié)調(diào)，但在內(nèi)部協(xié)調(diào)的同時(shí)，還需要外部協(xié)調(diào)，外部協(xié)調(diào)是系統(tǒng)跟周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)、系統(tǒng)與超系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，超系統(tǒng)發(fā)生變化的時(shí)候，就要實(shí)現(xiàn)外部協(xié)調(diào)。因此，通過完備性法則認(rèn)識協(xié)調(diào)失調(diào)法則，核心是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部協(xié)調(diào)到外部協(xié)調(diào)的動態(tài)過程。協(xié)調(diào)失調(diào)過程如圖6所示。

圖6 協(xié)調(diào)失調(diào)過程

以手機(jī)為例，手機(jī)最初的功能是傳送和接收信息的功能。為了實(shí)現(xiàn)基本功能，手機(jī)需要屏幕、外殼、電池、按鍵等系統(tǒng)組件，需要將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號等，包括后來新增短信功能，這都是在手機(jī)內(nèi)部協(xié)調(diào)。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起，人們有了移動上網(wǎng)的需求。這時(shí)，為了適應(yīng)移動上網(wǎng)，手機(jī)內(nèi)部各種部件，包括屏幕、電池、鍵盤、天線、存儲等，都需適應(yīng)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(yàn)，屏幕操作經(jīng)過了手寫、觸摸屏、多點(diǎn)觸摸，屏幕顏色色階指數(shù)經(jīng)過了單色、256色、4096色、65536色。屏幕材質(zhì)經(jīng)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128×128，發(fā)展到現(xiàn)在的1920×1080。當(dāng)前，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)有了更高效率的傳輸速率，從2G發(fā)展到3G、4G，到目前5G時(shí)代。為了適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)，手機(jī)的屏幕分辨率必須達(dá)2K以上，數(shù)據(jù)交換量越來越大，手機(jī)存儲也需相應(yīng)提高，為了適應(yīng)萬物互聯(lián)，手機(jī)作為中心控制端，手機(jī)提供的接口需越來越豐富。這都是在手機(jī)外部進(jìn)行協(xié)調(diào)。

三、成熟法則

在進(jìn)化法則中，向超系統(tǒng)進(jìn)化法則是系統(tǒng)“成熟”法則。系統(tǒng)自身資源進(jìn)化消失是此階段主要特征，系統(tǒng)同其他系統(tǒng)聯(lián)合，轉(zhuǎn)向超系統(tǒng)，進(jìn)一步發(fā)展資源。

通過內(nèi)部協(xié)調(diào)、外部協(xié)調(diào)提高了手機(jī)的理想度。內(nèi)部協(xié)調(diào)是內(nèi)部通過協(xié)調(diào)失調(diào)這個(gè)過程打磨系統(tǒng)，使這個(gè)系統(tǒng)向理想度高的程度發(fā)展。系統(tǒng)通過內(nèi)外協(xié)調(diào)方式協(xié)調(diào)到一定程度的時(shí)候，系統(tǒng)的內(nèi)部資源已全部耗盡，沒有更好的外部資源補(bǔ)充進(jìn)來的時(shí)候，就需要向超系統(tǒng)發(fā)展，系統(tǒng)進(jìn)入了“成熟期”。在系統(tǒng)整個(gè)協(xié)調(diào)的過程中，向微觀級進(jìn)化、動態(tài)性和可控性的進(jìn)化、子系統(tǒng)的不均衡進(jìn)化，這都是造成協(xié)調(diào)失調(diào)的原因。當(dāng)前系統(tǒng)資源一旦耗盡了以后，就要向超系統(tǒng)轉(zhuǎn)化。自身的系統(tǒng)終結(jié)了，新的系統(tǒng)產(chǎn)生，這就是超系統(tǒng)進(jìn)化法則。