TRIZ进化理论在滚筒洗衣机发展预测中的应用

2011-07-03冷崇杰项辉宇

制造业自动化 2011年21期

冷崇杰，项辉宇

（北京工商大学材料与机械工程学院，北京 100048）

0 引言

TRIZ 理论是由前苏联发明家Genrich S.Altshuller和他的团队花费近50年时间对全世界250万件专利进行整理和研究的基础上所构建的一整套系统化、实用的解决发明创造问题、实现技术创新的理论体系。其中重要的理论之一是技术系统进化理论，其主要观点是技术系统的进化并非随机的，而是遵循着一定的客观的进化模式与进化路线[1,2]，该理论不仅能预测技术的发展，而且还能展现预测结果实现的产品的可能结构状态，因此，研究和应用TRIZ技术进化理论，不仅可以提高我们开发新技术系统的预见性，而且还可以提高产品研制的成功率，缩短研发周期，对产品创新及提高企业竞争力具有重要意义。

1 技术进化理论——S曲线进化法则

1.1 生物系统的S曲线

通过对大量细菌的培养我们发现了生物系统的进化规律，随着时间的增长细菌的群体数量经历了培育期、快速成长期、稳定期和消亡期四个阶段，如图1所示为生物系统的S曲线。

图1 生物系统的S曲线

图2 技术系统的S曲线

1.2 技术系统的S曲线

通过对大量的专利分析，Altshuer发现技术系统的进化不是随机的，而是与生物系统进化模式一样存在诞生、成长、成熟、衰退和灭亡的生命过程，即任何技术系统的进化都会经历婴儿期、成长期、成熟期和衰退期四个阶段，如图2所示为技术系统的S曲线。

1.3 技术系统S曲线族

当一个技术系统的进化完成4个阶段以后，已经到达了研发极限，必然需要一个新的技术系统来替代它，并且新的技术系统必须在前一个技术系统成长期还未结束、成熟期到来之前开始研制开发，着手布局下一代产品，不断地引入新的技术，形成新系统的S曲线，如此不断的替代，就形成了S曲线族，如图3所示，以保证本代产品淡出市场时，有新的产品承担企业发展的重任。

图3 S曲线族

2 产品技术成熟度预测

2.1 产品技术成熟度预测方法

技术系统的发展规律符合S曲线，确定产品在S曲线上的位置是产品进化理论研究的重要内容，称为产品技术成熟度预测。TRIZ进化理论提供了一种识别和确认产品在S曲线上所处状态的方法，提出下列四组曲线综合评价理论来科学地、客观地确定产品在市场中所处的地位[3]，该四组曲线中，描绘的都是典型曲线，而实际上调查统计结果不会有这么明显，所以在实际使用中一定要多种曲线组合对照才能得出较准确的结果。首先总结出特定时间内与产品相关的专利数量、专利级别、产品利润和产品性能的基本变化规律，收集当前产品的有关数据，建立相应的四条曲线，所建立的曲线形状与这四个图中曲线的形状比较，就可确定产品的技术成熟度，从而为企业制定产品开发策略提供了科学的依据。

2.2 技术成熟度预测曲线

如图4所示，时间—— 专利数曲线表示开始时企业都为此产品的不断改进而投入，专利数少，随着时间的增加，成熟期即将结束，进入衰退期时（在第三个拐点处），围绕着该产品的专利已经得到不断的完善，此时的专利数出现最大值；时间-性能曲线表明，随着时间的延续，产品性能不断增加，但进入衰退期后，其性能很难再有所增加；时间——利润曲线表明，开始时企业仅是投入没有利润，甚至是负值，到成长期产品已出现利润，之后，利润逐年增加，到成熟期的某一时间达到最大，然后开始降低；时间-专利的级别曲线表示，带有核心技术的新产品出现时专利级别高，后续专利级别逐步降低，但当产品由婴儿期向成熟期过渡时，围绕着核心技术有一些高级别的专利出现，推动产品快速成长。

图4 技术成熟度预测曲线

3 滚筒洗衣机技术成熟度预测

滚筒洗衣机是一种典型的机电产品,进入市场前需要较大的投资和较长的开发周期,错误的开发方向不仅导致企业短期效益的损失,而且直接会影响企业生存的问题，因此研究分析滚筒洗衣机技术成熟度确定其新产品开发方向对于生产滚筒洗衣机企业是十分必要的。

3.1 相关技术成熟度曲线绘制及分析

首先从专利库中查出1985年至2010年与滚筒洗衣机相关的2538件专利，按照滚筒洗衣机每年的专利数绘制出图5所示时间—专利数曲线表示专利数随时间的变化，开始时专利数较少，随着时间的增长在第二拐点处下降，然后又继续上升；对滚筒洗衣机每件专利进行分析确定其发明的级别，绘制出如图6所示时间—专利级别曲线，带有核心技术的新产品出现时专利级别高，后续专利级别逐步降低，在某一时期，在围绕着核心技术有一些高级别的专利出现，然后慢慢下降到最低级别；根据滚筒洗衣机的关键技术其性能确定为滚筒洗衣机内筒的转速，通过对滚筒洗衣机电机、减震系统，零部件材料的研究改进，市场上滚筒洗衣机内筒转速由最初的400转/分提高到600转/分，然后以较快的上升速度由600转/分提高到1200转/分，一直稳定在1200转/分左右，目前有一部分新产品达到的1400转/分，如图7时间—性能曲线所示；图8是滚筒洗衣机时间—机器售出的台数曲线，随着时间的增长，滚筒洗衣机售出的台数不断增加，而且近两年来的增长速度越来越快。

图5 时间—专利数曲线

图6 时间—专利级别曲线

图7 时间—性能曲线

图8 时间—售出台数曲线

3.2 决策与预测

通过系统分析[4]，决策者了解系统所处S曲线的位置，根据所处的不同阶段，作出相应的决策。当系统处于成熟或衰退阶段时，TRIZ建议决策者采取开发新一代系统(对企业来说即开发新一代产品或研究新的核心技术)策略；当系统处于婴儿或成长阶段时，TRIZ建议决策者采取优化现有系统(对企业来说即改进现有产品或技术)策略。

通过对图5～图8滚筒洗衣机技术成熟度相关预测曲线分析，可以看出，被预测的滚筒洗衣机技术处于快速成长期，即将进入成熟期阶段，说明滚筒洗衣机的技术问题已经解决，系统性能即将达到极点，对于处于该阶段的产品，应对其结构不断创新，参数不断进行优化，使其尽快成熟，为企业带来更大的利润；由于该产品即将进入成熟期，应该是即将获利更大的产品，企业此时应保证质量、降低成本，同时着手研究开发新的替代技术，以便推出新一代产品，使企业在未来市场竞争中取胜。