技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化

顏惠庚 李 弘

（常州市技術(shù)創(chuàng)新方法研究會(huì)，江蘇 常州 213031）

任何一個(gè)有生活和工作經(jīng)驗(yàn)的人都十分清楚一個(gè)事實(shí)，所有的產(chǎn)品都有生命周期，老產(chǎn)品在不斷死亡、消失，新產(chǎn)品在不斷地取代原有的老產(chǎn)品。不僅如此，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，更新?lián)Q代的節(jié)奏也在不斷加快。這也就意味著，一個(gè)企業(yè)想要做成百年老店是一件多么不容易的事，商場(chǎng)如戰(zhàn)場(chǎng)，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)就是你死我活的戰(zhàn)斗。

那么接下來(lái)的問(wèn)題就是：怎樣才能保持技術(shù)領(lǐng)先，讓企業(yè)和產(chǎn)品立于不敗之地。這就是本講將著重討論的問(wèn)題：技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則，這也是TRIZ 九大經(jīng)典理論之一。

技術(shù)預(yù)測(cè)的研究起始于二十世紀(jì)中葉，最初應(yīng)用于軍工產(chǎn)品，即對(duì)武器及其部件的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后逐漸應(yīng)用到民用產(chǎn)品之中。在長(zhǎng)期的研究過(guò)程中，如何預(yù)測(cè)未來(lái)技術(shù)的發(fā)展以及快速開發(fā)新一代產(chǎn)品，已經(jīng)成為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)有力的武器。理論界提出了多種技術(shù)預(yù)測(cè)方法，而TRIZ 的技術(shù)進(jìn)化理論恰恰是眾多產(chǎn)品技術(shù)預(yù)測(cè)理論中最具優(yōu)勢(shì)和生命力的。

在TRIZ 理論中，阿奇舒勒提出了關(guān)于產(chǎn)品生命周期的S 曲線進(jìn)化法則，此外還有關(guān)于技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展演變的八大進(jìn)化法則（即八種進(jìn)化途徑），其中包括：完備性法則、能量傳遞法則、協(xié)調(diào)性法則、提高理想度法則、子系統(tǒng)不均衡進(jìn)化法則、動(dòng)態(tài)性進(jìn)化法則、向微觀級(jí)進(jìn)化法則和向超系統(tǒng)進(jìn)化法則。

1 S 曲線進(jìn)化法則

阿奇舒勒通過(guò)對(duì)大量發(fā)明專利的分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的進(jìn)化規(guī)律都滿足一條S 形的曲線，如圖1 所示。

圖1 中橫坐標(biāo)代表發(fā)展時(shí)期，縱坐標(biāo)代表技術(shù)系統(tǒng)的性能參數(shù)。一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化一般都有經(jīng)歷四個(gè)過(guò)程，分別是嬰兒期、成長(zhǎng)期、成熟期和衰退期。

圖1 S 曲線

1.1 嬰兒期

當(dāng)技術(shù)系統(tǒng)處于嬰兒期時(shí)，盡管它能夠提供新的功能，但存在著效率低、成本高、可靠性差或一些尚未解決的問(wèn)題。由于人們對(duì)其未來(lái)比較難以把握，而且風(fēng)險(xiǎn)較大，因此只有少數(shù)眼光獨(dú)到者才會(huì)進(jìn)行投資，處于此階段的系統(tǒng)所能獲得的人力、物力方面的投入是非常有限的，此階段的產(chǎn)品處于負(fù)利潤(rùn)期。例如：最早期的火車，其運(yùn)行速度比牛車還要慢。

1.2 成長(zhǎng)期（快速發(fā)展期）

進(jìn)入成長(zhǎng)期的技術(shù)系統(tǒng)，系統(tǒng)中原來(lái)存在的各種問(wèn)題會(huì)逐步得到解決，效率和產(chǎn)品可靠性會(huì)得到較大程度地提升，其價(jià)值開始獲得社會(huì)的廣泛認(rèn)可，發(fā)展?jié)摿σ查_始顯現(xiàn)，從而吸引了大量的人力、物力和財(cái)力，大量資金的投入會(huì)推進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)獲得高速發(fā)展。

處于成長(zhǎng)期的產(chǎn)品開始獲利并進(jìn)入不同的細(xì)分市場(chǎng)，系統(tǒng)及其部件會(huì)有些適度的改變，這個(gè)階段是產(chǎn)品生命周期中最好的階段。

1.3 成熟期

在獲得大量資源的情況下，系統(tǒng)從成長(zhǎng)期會(huì)快速進(jìn)入第三個(gè)階段——成熟期。這時(shí)技術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)趨于完善，所進(jìn)行的大部分工作只是局部的改進(jìn)和完善。處于成熟期的系統(tǒng)特點(diǎn)是系統(tǒng)會(huì)消耗大量的特定資源、系統(tǒng)被賦予一些與其主要功能完全不相關(guān)的附加功能、系統(tǒng)發(fā)展寄希望于新的材料和技術(shù)（如納米材料）、系統(tǒng)的改變主要是外在的變化。同時(shí)，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品利潤(rùn)逐步降低。

當(dāng)產(chǎn)品處于成熟期，企業(yè)應(yīng)當(dāng)努力降低成本、改善外觀，增添系統(tǒng)服務(wù)功能的可能性，簡(jiǎn)化系統(tǒng)或與其他系統(tǒng)和技術(shù)相結(jié)合，并需要著手布局下一代的產(chǎn)品，制定相應(yīng)的企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，以保證本代產(chǎn)品在淡出市場(chǎng)時(shí)，有新的產(chǎn)品來(lái)承擔(dān)起企業(yè)發(fā)展的重?fù)?dān)。

1.4 衰退期

成熟期后產(chǎn)品面臨的是衰退期，此時(shí)技術(shù)系統(tǒng)已達(dá)到極限，不會(huì)再有新的突破，該系統(tǒng)因不再有需求的支撐而面臨市場(chǎng)的淘汰。處于衰退期的產(chǎn)品，其性能參數(shù)、專利等級(jí)、專利數(shù)量和經(jīng)濟(jì)收益等四個(gè)方面均呈現(xiàn)快速下降趨勢(shì)。

當(dāng)一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化完成四個(gè)階段以后，必然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的技術(shù)系統(tǒng)來(lái)替代它，如此不斷地替代，就形成了S 形曲線族，如圖2 所示。

圖2 S 曲線族

隨著產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，形成了該類產(chǎn)品的進(jìn)化曲線族。對(duì)此TRIZ 理論提供了一種識(shí)別和確認(rèn)產(chǎn)品所處狀態(tài)的技術(shù)，即首先總結(jié)出特定時(shí)間內(nèi)與產(chǎn)品相關(guān)的專利數(shù)量、專利級(jí)別、市場(chǎng)利潤(rùn)和產(chǎn)品性能的基本變化規(guī)律，通過(guò)對(duì)當(dāng)前產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)變化情況，就可以確定該產(chǎn)品處于生命周期的哪個(gè)階段，從而為制定產(chǎn)品開發(fā)策略提供參考。

2 完備性法則

任何產(chǎn)品的創(chuàng)新與進(jìn)化都遵循著一定的規(guī)律。要想實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能，一個(gè)完整的技術(shù)系統(tǒng)必須包含以下四個(gè)部件：動(dòng)力裝置、傳輸裝置、執(zhí)行裝置和控制裝置（如圖3 所示）。它們最終的目標(biāo)是使產(chǎn)品達(dá)到最理想的功能與狀態(tài)。

圖3 技術(shù)系統(tǒng)完備性

(1)動(dòng)力裝置：從能量源獲取能量，轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所需的能源。

(2) 傳輸裝置：把能量或場(chǎng)傳遞給執(zhí)行裝置。

(3) 執(zhí)行裝置：對(duì)系統(tǒng)作用對(duì)象實(shí)施功能，常稱為“工具”。

(4) 控制裝置：控制其他組件如何協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)功能。

技術(shù)系統(tǒng)從能量源處獲得能量，并將能量轉(zhuǎn)換后作用到對(duì)象上。系統(tǒng)如果缺少其中的任一部件，就不能成為一個(gè)完整的技術(shù)系統(tǒng)；如果系統(tǒng)中的任一部件失效，則整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)也將無(wú)法“幸存”。例如：一輛馬車的動(dòng)力裝置是馬，傳輸裝置是車軸，執(zhí)行裝置是車轅和車輪，控制裝置是鞭子。

完備性法則有助于確定實(shí)現(xiàn)所需技術(shù)功能的方法并節(jié)約資源，利用它可以對(duì)效率低下的技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化。

3 能量傳遞法則

技術(shù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)其功能，必須保證能量從能量源流向技術(shù)系統(tǒng)的所有零部件。反之，如果技術(shù)系統(tǒng)中的某個(gè)零件不能接收能量，將會(huì)影響其發(fā)揮作用，而整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)則不能執(zhí)行其有用功能，或者有用功能作用的發(fā)揮將會(huì)大打折扣。

技術(shù)系統(tǒng)能量傳遞進(jìn)化法則主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。

第一，技術(shù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)其功能，必須保證能量從能量源流向技術(shù)系統(tǒng)的所有元件。如果技術(shù)系統(tǒng)中的某個(gè)元件不接收能量，就不能發(fā)揮作用，則整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)就不能執(zhí)行其有用功能，或者有用功能的作用不足。如圖4 所示的多米諾骨牌，如果中間某個(gè)骨牌不能將前一個(gè)骨牌的能量接收并傳遞給下一個(gè)骨牌的話，整個(gè)骨牌系統(tǒng)將無(wú)法把能量從第一個(gè)骨牌順利地傳遞到最后一個(gè)，令人賞心悅目的美妙場(chǎng)景也將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

圖4 多米諾骨牌中的能量傳遞

第二，技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化應(yīng)該沿著使能量流動(dòng)路徑縮短的方向發(fā)展，以減少能量損失。如圖5 所示的手搖絞肉機(jī)中的能量傳遞，用刀片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)代替刀的垂直運(yùn)動(dòng)，能量傳遞路徑縮短、能量損失減少，同時(shí)提高了效率。

圖5 手搖絞肉機(jī)中的能量傳遞

掌握了“能量傳遞法則”，有助于減少技術(shù)系統(tǒng)的能量損失，保證其在特定階段提供最大效率。

4 協(xié)調(diào)性法則

有效技術(shù)系統(tǒng)存在的必要條件是協(xié)調(diào)技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化，沿著使整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)之間互相更為協(xié)調(diào)、與超系統(tǒng)更加協(xié)調(diào)的方向發(fā)展，即系統(tǒng)的各個(gè)部件在保持協(xié)調(diào)的前提下，充分發(fā)揮各自的功能。

子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1) 結(jié)構(gòu)上的協(xié)調(diào)。例如：早期積木只能摞、搭，而現(xiàn)代積木可自由組合、隨意插合成不同的形狀，如圖6 所示。

圖6 積木的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性

(2) 各性能參數(shù)之間的協(xié)調(diào)。例如：網(wǎng)球拍需要考慮兩個(gè)性能參數(shù)的協(xié)調(diào)，一方面要將球拍整體重量降低，以提高其靈活性；另一方面要增加球拍頭部重量，以保證產(chǎn)生更大的揮拍力量，如圖7 所示。

圖7 網(wǎng)球拍性能參數(shù)的協(xié)調(diào)性

(3) 工作節(jié)奏/頻率上的協(xié)調(diào)。例如：板材生產(chǎn)線、洗瓶作業(yè)，如圖8 所示。

圖8 板材生產(chǎn)線與洗瓶作業(yè)

如果很好地掌握了協(xié)調(diào)性法則，就可以讓技術(shù)系統(tǒng)發(fā)揮出最大的功能。現(xiàn)代化軍事指揮系統(tǒng)是由電子計(jì)算機(jī)、指揮運(yùn)算程序、通信網(wǎng)絡(luò)、終端和各分系統(tǒng)之間的接口形成的體系結(jié)構(gòu)，要搞好這個(gè)體系運(yùn)作，沒(méi)有結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)與工作節(jié)奏上的協(xié)調(diào)一致是難以想象的。

5 提高理想度法則

這一法則規(guī)定技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)沿著提高理想度的方向進(jìn)化，貫穿其整個(gè)壽命的始終，趨向更加簡(jiǎn)單、可靠、有效，它是八大技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則的首要法則。例如：為了使有限空間的房間變得更加寬敞，可以將原本分散開的衣柜、電視柜、酒柜等家具組合成一套功能齊全而又完整的組合柜。

技術(shù)系統(tǒng)的理想度法則包括以下幾方面含義。

(1) 一個(gè)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)功能的同時(shí)，必然有兩方面的作用：有用功能和有害作用。

(2) 理想度是指有用功能和有害作用的比值。

(3) 系統(tǒng)改進(jìn)的一般方向是最大化理想度比值。

(4) 在建立和選擇發(fā)明解法的同時(shí)，需要努力提升理想度水平。

也就是說(shuō)，任何技術(shù)系統(tǒng)，在其生命周期之中，是沿著提高其理想度并向最理想系統(tǒng)的方向進(jìn)化的，提高理想度法則代表著所有技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則的最終方向。理想化是推動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)化的主要?jiǎng)恿Γ热缡謾C(jī)的進(jìn)化，如圖9 所示。

圖9 手機(jī)的進(jìn)化

最理想的技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)該是并不存在物理實(shí)體，也不消耗任何的資源，但是卻能夠?qū)崿F(xiàn)所有必要的功能，即物理實(shí)體趨于零，功能無(wú)窮大。簡(jiǎn)單說(shuō)，就是“功能俱全，結(jié)構(gòu)消失”。

6 子系統(tǒng)不均衡進(jìn)化法則

技術(shù)系統(tǒng)中的子系統(tǒng)及子系統(tǒng)之間的進(jìn)化都存在著不均衡的現(xiàn)象，均以不同的速率進(jìn)化。系統(tǒng)越復(fù)雜，其子系統(tǒng)的發(fā)展就越不均衡，這就導(dǎo)致了技術(shù)矛盾的出現(xiàn)和技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化。例如：CPU 作為電腦中的重要子系統(tǒng)，如果沒(méi)有達(dá)到和其他零部件一樣先進(jìn)的水平，就不能使這臺(tái)電腦達(dá)到理想化的狀態(tài)。

作為發(fā)明問(wèn)題的源頭，與主要的有用功能的發(fā)展抵觸最大的子系統(tǒng)，往往是系統(tǒng)中發(fā)展最快的子系統(tǒng)。如圖10 所示，船舶是指能航行或停泊于水域進(jìn)行運(yùn)輸或作業(yè)的工具，船舶從史前刳木為舟起，從原始的渡水工具到筏、獨(dú)木舟、木板船、槳船、帆船和鋼船的發(fā)展歷程來(lái)看，船舶的推進(jìn)也由19 世紀(jì)的依靠人力、畜力和風(fēng)力（即撐篙、劃槳、搖櫓、拉纖和風(fēng)帆）發(fā)展到使用機(jī)器驅(qū)動(dòng)，同時(shí)其船體和導(dǎo)航設(shè)備等發(fā)生了翻天覆地的變化，但是停泊輪船的纜柱卻基本上沒(méi)有什么變化。

圖10 船的類型

7 動(dòng)態(tài)性進(jìn)化法則

技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展變化就像生物進(jìn)化一樣存在著一些客觀規(guī)律，以我們身邊的產(chǎn)品為例，如切割工具，經(jīng)歷了從剛性刀子到鉸接剪子、從線切割到水切割又到激光切割的進(jìn)化過(guò)程；教師們使用的教鞭，經(jīng)歷了從木桿教鞭到伸縮教鞭又到激光教鞭的進(jìn)化過(guò)程……總之，技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化是朝著結(jié)構(gòu)柔性、可移動(dòng)性和可控性方向發(fā)展的，這就是動(dòng)態(tài)性進(jìn)化法則。

動(dòng)態(tài)性進(jìn)化法則通常又具體分為三個(gè)子法則：提高柔性子法則、提高可移動(dòng)性子法則、提高可控性子法則。

7.1 提高柔性子法則

進(jìn)化方向：剛性的—單鉸鏈—多鉸鏈—柔性體—?dú)怏w/液體—場(chǎng)。

例如：鍵盤的演變脈絡(luò)是從一體化的剛性鍵盤到折疊式鍵盤，再到柔性鍵盤，進(jìn)而發(fā)展為液晶鍵盤，最后進(jìn)化到激光鍵盤。如果將鍵盤核心技術(shù)的這種演變過(guò)程抽象出來(lái)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它是按照從剛性到鉸鏈?zhǔn)剑俚酵耆嵝裕缓蟮揭后w、氣體，一直到場(chǎng)的進(jìn)化路線。其實(shí)很多產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展也是沿著這條路線不斷進(jìn)化的，比如切割技術(shù)，從原始的鋸條到砂輪片，再到高壓水射流，直至激光切割等，在本質(zhì)上也是沿著和鍵盤同樣的演變路線不斷發(fā)展。

如圖11 所示，測(cè)量長(zhǎng)度的工具經(jīng)歷了從剛性直尺到折疊尺、從柔性卷尺到激光測(cè)距的進(jìn)化過(guò)程。

圖11 測(cè)量工具的進(jìn)化

7.2 提高可移動(dòng)性子法則

進(jìn)化方向：固定的系統(tǒng)—可移動(dòng)的系統(tǒng)—隨意移動(dòng)的系統(tǒng)。

技術(shù)系統(tǒng)誕生時(shí)通常是靜態(tài)的、不靈活的、不變的。在技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化過(guò)程中，其動(dòng)態(tài)性和可控性會(huì)提高，也就是有針對(duì)性變化的適應(yīng)力會(huì)提高，而這種有針對(duì)性的變化可以保證系統(tǒng)適應(yīng)可變的系統(tǒng)工作條件，對(duì)環(huán)境的相互作用也會(huì)提高。電話的進(jìn)化如圖12 所示，固定電話—子母機(jī)—移動(dòng)電話（手機(jī)）。

圖12 電話的進(jìn)化

7.3 提高可控性子法則

進(jìn)化方向：?jiǎn)为?dú)控制方式—集群控制方式—自動(dòng)控制方式。

例如：樓道里聲控?zé)舻氖褂茫用裰灰人砸宦暬蛘叨逡幌履_，燈就亮起來(lái)了，這種進(jìn)化就體現(xiàn)了人為控制的作用。

系統(tǒng)的可變性是為了向可控性增強(qiáng)的方向進(jìn)化，提高動(dòng)態(tài)性和可控性進(jìn)化法則呈現(xiàn)的路線很多。

8 向微觀級(jí)進(jìn)化法則

該法則規(guī)定技術(shù)系統(tǒng)是沿著其元件分解的大致方向進(jìn)化的，這種技術(shù)進(jìn)化的過(guò)程是由大到小、由宏觀系統(tǒng)向微觀系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，也就是說(shuō)技術(shù)系統(tǒng)（主要是執(zhí)行裝置）最初在宏觀上進(jìn)化；當(dāng)資源耗盡時(shí)，就開始在微觀上進(jìn)化了。如圖13 所示，電子元件向微觀級(jí)的進(jìn)化是：電子管—晶體管—集成電路。

圖13 電子元器件的進(jìn)化

9 向超系統(tǒng)進(jìn)化法則

任何先進(jìn)的技術(shù)系統(tǒng)都會(huì)走這樣一條路：沿著從簡(jiǎn)單系統(tǒng)向兩個(gè)、多個(gè)系統(tǒng)或不同系統(tǒng)混合的方向進(jìn)化。技術(shù)系統(tǒng)向超系統(tǒng)進(jìn)化主要有兩種類型。

第一種類型：技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化是沿著從單系統(tǒng)—雙系統(tǒng)—多系統(tǒng)的方向發(fā)展。

日常所使用的小刀，其功能單一，就是切東西。然而，現(xiàn)在使用的是一種組合刀，可以從中抽出來(lái)的不只是小刀，還有起子、指甲刀、錐子、餐叉、小齒鋸、螺絲刀和鑷子等具有其他功能的工具。這些原來(lái)各自獨(dú)立分離的物品最終形成了一個(gè)統(tǒng)一卻又保留了原來(lái)功能的新產(chǎn)品。最為典型的例子1 就是如圖14 所示的瑞士軍刀，又常稱為瑞士刀或萬(wàn)用刀，是集許多工具在一個(gè)刀身上的折疊小刀，并由于瑞士軍方最早為士兵配備這類工具刀而得名。

圖14 瑞士軍刀

瑞士軍刀中的基本工具常為圓珠筆、牙簽、剪刀、平口刀、開罐器、螺絲起子、鑷子等。在使用這些工具時(shí)，只要將它從刀身的折疊處拉出來(lái)，就可以使用。

第二種類型：技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化到極限時(shí)，實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能的子系統(tǒng)會(huì)從系統(tǒng)中剝離，再轉(zhuǎn)移至超系統(tǒng)。

作為超系統(tǒng)的一部分，在該子系統(tǒng)的功能得到增強(qiáng)改進(jìn)的同時(shí)，也簡(jiǎn)化了原有的技術(shù)系統(tǒng)。例如：空中加油機(jī)在長(zhǎng)距離飛行時(shí)，飛機(jī)需要在飛行中加油。最初，燃油箱是飛機(jī)的一個(gè)子系統(tǒng)；進(jìn)化后，燃油箱脫離了飛機(jī)，進(jìn)化至超系統(tǒng)。以空中加油機(jī)的形式給飛機(jī)加油，飛機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，不必再攜帶數(shù)百噸的燃油。

以上系統(tǒng)介紹了TRIZ 理論中關(guān)于技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的所有內(nèi)容。本講內(nèi)容看似枯燥而復(fù)雜，但其地位卻比前面幾講的任何內(nèi)容都更加重要。這是由于技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化是關(guān)乎企業(yè)生存發(fā)展的具有戰(zhàn)略意義的理論，而技術(shù)矛盾、物理矛盾和創(chuàng)新思維等基本上只屬于戰(zhàn)術(shù)層面的理論。如果說(shuō)企業(yè)家的理想是建立“百年老店”的話，那么不了解和掌握技術(shù)進(jìn)化法則的成功就完全建立在“僥幸”的基礎(chǔ)之上。