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，江蘇 常州 213031）

任何一個有生活和工作經(jīng)驗(yàn)的人都十分清楚一個事實(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，一個企業(yè)想要做成百年老店是一件多么不容易的事，商場如戰(zhàn)場，企業(yè)間的競爭就是你死我活的戰(zhàn)斗。

那么接下來的問題就是：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，即對武器及其部件的性能進(jìn)行預(yù)測，然后逐漸應(yīng)用到民用產(chǎn)品之中。在長期的研究過程中，如何預(yù)測未來技術(shù)的發(fā)展以及快速開發(fā)新一代產(chǎn)品，已經(jīng)成為市場競爭強(qiáng)有力的武器。理論界提出了多種技術(shù)預(yù)測方法，而TRIZ 的技術(shù)進(jìn)化理論恰恰是眾多產(chǎn)品技術(shù)預(yù)測理論中最具優(yōu)勢和生命力的。

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、動態(tài)性進(jìn)化法則、向微觀級進(jìn)化法則和向超系統(tǒng)進(jìn)化法則。

1 S 曲線進(jìn)化法則

阿奇舒勒通過對大量發(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)展時期，縱坐標(biāo)代表技術(shù)系統(tǒng)的性能參數(shù)。一個技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化一般都有經(jīng)歷四個過程，分別是嬰兒期、成長期、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，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題。由于人們對其未來比較難以把握，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 成長期（快速發(fā)展期）

進(jìn)入成長期的技術(shù)系統(tǒng)，系統(tǒng)中原來存在的各種問題會逐步得到解決，效率和產(chǎn)品可靠性會得到較大程度地提升，其價值開始獲得社會的廣泛認(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，大量資金的投入會推進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)獲得高速發(fā)展。

處于成長期的產(chǎn)品開始獲利并進(jìn)入不同的細(xì)分市場，系統(tǒng)及其部件會有些適度的改變，這個階段是產(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)從成長期會快速進(jìn)入第三個階段——成熟期。這時技術(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，由于市場競爭激烈，產(chǎn)品利潤逐步降低。

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)品在淡出市場時，有新的產(chǎn)品來承擔(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，此時技術(shù)系統(tǒng)已達(dá)到極限，不會再有新的突破，該系統(tǒng)因不再有需求的支撐而面臨市場的淘汰。處于衰退期的產(chǎn)品，其性能參數(shù)、專利等級、專利數(shù)量和經(jīng)濟(jì)收益等四個方面均呈現(xiàn)快速下降趨勢。

當(dāng)一個技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化完成四個階段以后，必然會出現(xiàn)一個新的技術(shù)系統(tǒng)來替代它，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。對此TRIZ 理論提供了一種識別和確認(rèn)產(chǎn)品所處狀態(tài)的技術(shù)，即首先總結(jié)出特定時間內(nèi)與產(chǎn)品相關(guān)的專利數(shù)量、專利級別、市場利潤和產(chǎn)品性能的基本變化規(guī)律，通過對當(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，一個完整的技術(shù)系統(tǒng)必須包含以下四個部件：動力裝置、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：把能量或場傳遞給執(zhí)行裝置。

(3) 執(zhí)行裝置：對系統(tǒng)作用對象實(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)換后作用到對象上。系統(tǒng)如果缺少其中的任一部件，就不能成為一個完整的技術(shù)系統(tǒng)；如果系統(tǒng)中的任一部件失效，則整個技術(shù)系統(tǒng)也將無法“幸存”。例如：一輛馬車的動力裝置是馬，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，利用它可以對效率低下的技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行簡化。

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)中的某個零件不能接收能量，將會影響其發(fā)揮作用，而整個技術(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)中的某個元件不接收能量，就不能發(fā)揮作用，則整個技術(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，如果中間某個骨牌不能將前一個骨牌的能量接收并傳遞給下一個骨牌的話，整個骨牌系統(tǒng)將無法把能量從第一個骨牌順利地傳遞到最后一個，令人賞心悅目的美妙場景也將無法實(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)動代替刀的垂直運(yùn)動，能量傳遞路徑縮短、能量損失減少，同時提高了效率。

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，沿著使整個系統(tǒng)的各個子系統(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)，要搞好這個體系運(yùn)作，沒有結(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，貫穿其整個壽命的始終，趨向更加簡單、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) 一個系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)功能的同時，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，需要努力提升理想度水平。

也就是說，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。理想化是推動系統(tǒng)進(jìn)化的主要動力，比如手機(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，功能無窮大。簡單說，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)，如果沒有達(dá)到和其他零部件一樣先進(jìn)的水平，就不能使這臺電腦達(dá)到理想化的狀態(tài)。

作為發(fā)明問題的源頭，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，同時其船體和導(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有什么變化。

圖10 船的類型

7 動態(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、可移動性和可控性方向發(fā)展的，這就是動態(tài)性進(jìn)化法則。

動態(tài)性進(jìn)化法則通常又具體分為三個子法則：提高柔性子法則、提高可移動性子法則、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。

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)的這種演變過程抽象出來，會發(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，測量長度的工具經(jīng)歷了從剛性直尺到折疊尺、從柔性卷尺到激光測距的進(jìn)化過程。

圖11 測量工具的進(jìn)化

7.2 提高可移動性子法則

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

技術(shù)系統(tǒng)誕生時通常是靜態(tài)的、不靈活的、不變的。在技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化過程中，其動態(tài)性和可控性會提高，也就是有針對性變化的適應(yīng)力會提高，而這種有針對性的變化可以保證系統(tǒng)適應(yīng)可變的系統(tǒng)工作條件，對環(huán)境的相互作用也會提高。電話的進(jìn)化如圖12 所示，固定電話—子母機(jī)—移動電話（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：單獨(dú)控制方式—集群控制方式—自動控制方式。

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)化的過程是由大到小、由宏觀系統(tǒng)向微觀系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化過程，也就是說技術(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，就開始在微觀上進(jìn)化了。如圖13 所示，電子元件向微觀級的進(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)都會走這樣一條路：沿著從簡單系統(tǒng)向兩個、多個系統(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。這些原來各自獨(dú)立分離的物品最終形成了一個統(tǒng)一卻又保留了原來功能的新產(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用刀，是集許多工具在一個刀身上的折疊小刀，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，只要將它從刀身的折疊處拉出來，就可以使用。

第二種類型：技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化到極限時，實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能的子系統(tǒng)會從系統(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，也簡化了原有的技術(shù)系統(tǒng)。例如：空中加油機(jī)在長距離飛行時，飛機(jī)需要在飛行中加油。最初，燃油箱是飛機(jī)的一個子系統(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。