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进化工具的可拓研究

时间:2022-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据表34的思路,可拓学改进TRIZ进化工具有如下方法:一是利用拓展分析方法或变换分析方法,对技术进化工具进一步拓展,增加进化法则或路径;或者利用拓展分析方法,建立各进化法则的具体应用细化规则;二是利用共轭分析方法或可拓集方法保持技术进化工具的动态性,即可以从技术进化法则的共轭方面去拓展,或利用变换域范围,使进化工具动态化。利用拓展分析方法与可拓变换方法可协助拓展减小系统尺度的方案或决定选用何种场。

根据表3−4的思路,可拓学改进TRIZ进化工具有如下方法:一是利用拓展分析方法或变换分析方法,对技术进化工具进一步拓展,增加进化法则或路径;或者利用拓展分析方法,建立各进化法则的具体应用细化规则;二是利用共轭分析方法或可拓集方法保持技术进化工具的动态性,即可以从技术进化法则的共轭方面去拓展,或利用变换域范围,使进化工具动态化。

1. 完备性法则的改进思路

完备性法则主要是将技术系统不完备的地方找出,并加以改进,或减少人的参与,使系统完善。同时,根据可拓学的拓展分析或可拓变换方法的思路,可以进一步对上述进化路径进行拓展,也可对子系统的不完备性进行完善,拓展完备性法则的进化思路。具体改进思路如图 4−6所示。

图4−6 完备性法则可拓改进思路

实例分析:子系统完备化就是拓展出的完备性思路。如手划的船变为机动船,手动剃须刀进化为自动剃须刀,就是子系统完备化(手动划桨进化到发动机驱动桨叶、刀片手刮进化到刀片在电动机驱动下自动旋转)。

2. 能量传递法则的改进思路

现有的能量传递法则细化路径为:一是改善不能接收能量的元件。二是提高能量传递效率,缩短能量传递路径,减少传递过程中的损失;减少能量形式的转换,从而减少能量在转换过程的损失;用可控性好的能量形式代替可控性差的能量形式。利用可拓学的拓展分析和可拓变换方法,除了对这两个路径进一步拓展外,还可拓展新的能量传递路径,如与子系统、超系统的能量交换。具体改进思路如图4−7所示。

图4−7 能量传递法则可拓改进思路

实例分析:保温杯为了减少热量损失,保持恒温,需要考虑隔绝与超系统的能量交换。

3. 协调性法则的改进思路

协调性法则是要求技术系统的各子系统、各参数之间以及系统参数与超系统各参数之间要相互协调,主要是保证形状与结构上协调、各性能参数的协调、执行动作的协调。利用可拓学的拓展分析与可拓变换方法,拓展协调性的路径,或解决协调路径上的难题,如可以拓展出技术系统与超系统(如环境)、操作者的协调(如人机工程,或人机环工程)。具体改进思路如图4−8所示。

图4−8 协调性法则可拓改进思路

实例分析:现代的工业设计需要考虑人机工程,就是考虑操作者、机器、环境的协调性(如便于操作、减少操作者的疲劳,对环境影响小等),这也是协调性进化法则的一个路径。

4. 提高理想度法则的改进思路

提高理想度是技术系统进化的基本法则,主要是提高有用功能,降低有害功能和成本。利用拓展分析与可拓变换方法,建立提高有用功能、降低有害功能和成本的方法,同时也可拓展理想法则思路,如同时增加有用功能和有害功能与成本,但有害功能和成本的增幅远低于有用功能的增幅。具体改进思路如图4−9所示。

图4−9 提高理想度法则可拓改进思路

实例分析:考虑干电池改进时,可提高其有用功能和有害功能,设计成可反复充电的电池,其有用功能增大,即可反复使用、寿命延长;有害功能也增大了,单个电池相对于原干电池对环境污染加大,但由于使用寿命大幅增加,总体抛弃量减少,对环境污染增量很小。

5. 动态性进化法则的改进思路

动态性进化法则是通过提高柔性、可移动性、可控性来改善系统的。利用拓展分析方法和可拓变换方法协助得到建立提高柔性、可移动性、可控性的思路。还可建立新的动态性思路,如可折叠性、可变容性等。具体改进思路如图4−10所示。

图4−10 动态性进化法则可拓改进思路

实例分析:提高柔性经典思路是刚性结构向更具有适应性及灵活性的柔性结构进化,可以利用拓展分析方法拓展这个路径,如刚性结构到组合结构、自组合结构。

6. 子系统不均衡进化法则的改进思路

子系统不均衡进化法则主要是寻求系统中进化最慢的子系统,并改进该子系统的性能,从而实现整个系统的进化。利用拓展分析方法与可拓变换方法协助获得寻求系统中最慢子系统、改进该子系统的方法。还可建立新的不均衡进化路径,如最初系统不必追求均衡化,系统不均衡性的协调等。具体改进思路如图4−11所示。

图4−11 子系统不均衡进化法则可拓改进思路

实例分析:最初系统不必追求均衡化是通过拓展分析方法拓展的不均衡进化思路。在开发新产品时,要认识到系统是不均衡进化的,不必苛求最初系统的均衡化。

7. 向微观级进化法则的改进思路

向微观级进化法则是指技术系统向着减小其尺寸的方向进化,最终是采用场来实现元件的功能。利用拓展分析方法与可拓变换方法可协助拓展减小系统尺度的方案或决定选用何种场。具体改进思路如图4−12所示。

图4−12 向微观级进化法则可拓改进思路

实例分析:血管机器人的研制,除了使用向微观级进化法则中减小系统尺寸外,还要考虑选择场来传递能量,就是将能量传递系统用场(如磁场驱动)替代。又如晶体管向微观级进化已面临极限的“瓶颈”,现在开发出石墨烯集成电路,尺度进一步微观化。

8. 向超系统跃迁法则的改进思路

向超系统跃迁法则是指系统向超系统组合资源,或将子系统融入超系统(独立出新系统)。利用拓展分析方法或可拓变换方法,可以看到该法则是要将系统质变,开发新系统,从而建立产品更新的机制。具体改进思路如图4−13所示。

图4−13 向超系统跃迁法则可拓改进思路

实例分析:分析键盘的趋势走向,通过拓展分析,如何让子系统融入超系统?改变键盘的物理特征,以软件键盘的形式融入电脑系统中,将是未来的发展趋势。

技术进化工具实质是技术系统(产品)改进或更新换代的工具,同样可以利用可拓思维模式或拓展分析方法拓展出更多的进化法则(即创新设计方法),可以根据需要选用合适的进化法则,这样也克服了TRIZ进化工具法则固定的不足。也可对技术进化工具综合应用流程进行拓展,使之解决问题更快捷有效。

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