第4章產(chǎn)品進(jìn)化過(guò)程及進(jìn)化定律創(chuàng)新設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-26 16:30 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 最大值。在此之前，很多企業(yè)都為此產(chǎn)品的不斷改進(jìn)而投入，但此時(shí)產(chǎn)品已到了退出期，企業(yè)進(jìn)一步增加投入已沒有什么回報(bào)。因此，專利數(shù)降 圖4—5中的“時(shí)間一利潤(rùn)”曲線表明：開始階段，企業(yè)僅僅是投入并沒有贏利。到成長(zhǎng)期，產(chǎn)品雖然還有待于進(jìn)一步完善，但產(chǎn)品已出現(xiàn)利潤(rùn)。之后，利潤(rùn)逐年增加，到成熟期的某一時(shí)間達(dá)到最大，之后開始降低。圖4—5中的“時(shí)間一性能”曲線表明，隨時(shí)間的延續(xù)，產(chǎn)品性能不斷增加，但到了退出期后，其性能很難再有所增加。如果能收集到產(chǎn)品的有關(guān)數(shù)據(jù)，繪出上述四條曲線，通過(guò)曲線的形狀，可以判斷出產(chǎn)品在S一曲線上所處的位置。從而，對(duì)其技術(shù)成熟度進(jìn)行預(yù)測(cè)。 圖4—6表示了產(chǎn)品技術(shù)成熟度預(yù)測(cè)后的兩種結(jié)果。如果產(chǎn)品處于嬰兒期或成長(zhǎng)期，則需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，以改善已有的S一曲線；反之，則需要產(chǎn)品創(chuàng)新，以產(chǎn)生新的核心技術(shù)，替代已有的核心技術(shù)，即使產(chǎn)品移人新的S一曲線。4．4 產(chǎn)品優(yōu)化已有產(chǎn)品的優(yōu)化是指產(chǎn)品的核心技術(shù)即工作原理不變，而對(duì)其實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，包括材料選擇、加工工藝、結(jié)構(gòu)的裝拆、性能、造型等的優(yōu)化，如圖4—7所示。 已有大量的教材、參考書和論文等系統(tǒng)介紹過(guò)產(chǎn)品優(yōu)化，故此處不再詳細(xì)介紹，而只對(duì)參數(shù)優(yōu)化中的參數(shù)穩(wěn)健設(shè)計(jì)作一簡(jiǎn)單介紹。4．4．1 穩(wěn)健設(shè)計(jì)背景 影響產(chǎn)品質(zhì)量的變量分為兩類：設(shè)計(jì)變量和干擾變量。設(shè)計(jì)變量指在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)者可以控制的變量，如幾何尺寸；干擾變量指在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)者不可能或很難控制的變量，如工作環(huán)境中的溫度、濕度。穩(wěn)健設(shè)計(jì)是一種滿足產(chǎn)品高性能、低成本、高抗干擾質(zhì)量指標(biāo)的設(shè)計(jì)方法。穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法可分為兩類：一類是以經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的方法，稱為傳統(tǒng)穩(wěn)健設(shè)計(jì)法；另一類是以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的方法，稱為現(xiàn)代穩(wěn)健設(shè)計(jì)法。前一類包括田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)法、雙響應(yīng)面法，廣義線性模型法等；后一類包括最小靈敏度法、容差多面體法、變差傳遞法等。 隨著設(shè)計(jì)過(guò)程數(shù)字化的發(fā)展，基于數(shù)學(xué)模型的現(xiàn)代穩(wěn)健設(shè)計(jì)的研究已經(jīng)愈來(lái)愈受到學(xué)術(shù)界和工程界的重視。最小靈敏度法是在不考慮公差的情況下求設(shè)計(jì)變量的值，容差多面體法適用于公差設(shè)計(jì)問題，變差傳遞法是在已知公差的情況下求設(shè)計(jì)變量和干擾變量的值?，F(xiàn)代穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法正處于發(fā)展之中，提出新的、適用性更好的方法一直是最活躍的研究課題。本文將提出公差設(shè)計(jì)的最小偏差數(shù)學(xué)模型，該模型與最小靈敏度數(shù)學(xué)模型一起構(gòu)成一種穩(wěn)健設(shè)計(jì)新方法。該方法以反映待設(shè)計(jì)產(chǎn)品功能特性的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，與優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)合理調(diào)整設(shè)計(jì)變量及控制其公差，使產(chǎn)品對(duì)干擾變量的靈敏度最小，即當(dāng)干擾變量的值與目標(biāo)值發(fā)生偏差時(shí)，仍能保證產(chǎn)品質(zhì)量。4．5 產(chǎn)品進(jìn)化模式4．5．1 產(chǎn)品進(jìn)化的四個(gè)階段 從歷史的觀點(diǎn)看，產(chǎn)品進(jìn)化分為如下四個(gè)階段： 1)為系統(tǒng)選擇零部件。 2)改善零部件。 3)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)化。 4)系統(tǒng)的自控制。 為系統(tǒng)選擇零部件：飛機(jī)的發(fā)明是從1m多年前開始的。當(dāng)時(shí)的發(fā)明人所考慮的問題是：飛行的部件是什么?發(fā)動(dòng)機(jī)是否在機(jī)翼內(nèi)?機(jī)翼是固定的還是活動(dòng)的?如果是活動(dòng)的，是否與鳥的翅膀相同?發(fā)動(dòng)機(jī)的類型是什么?蒸氣發(fā)動(dòng)機(jī)還是電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)?經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，選用了固定式機(jī)翼及內(nèi)燃機(jī)： 改善零部件：發(fā)明人改進(jìn)組成技術(shù)系統(tǒng)的不同零部件，對(duì)其形狀、各種關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化，采用更合適的材料、尺寸等。對(duì)于飛機(jī)的改進(jìn)，該階段的問題是：一架飛機(jī)采用幾個(gè)機(jī)翼，一個(gè)、兩個(gè)還是三個(gè)；控制系統(tǒng)放在什么位置，前部還是后部；發(fā)動(dòng)機(jī)的具體位置；螺旋槳應(yīng)如何設(shè)計(jì)，是推動(dòng)型還是拉動(dòng)型；一架飛機(jī)應(yīng)采用多少個(gè)齒輪，等等。經(jīng)過(guò)該階段的進(jìn)化所設(shè)計(jì)的飛機(jī)與今天的飛機(jī)已很相似了。 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)化：在該階段，很多采用剛性連接的零部件改為柔性連接，如發(fā)明了飛機(jī)的可伸縮起落架，能改變形狀的機(jī)翼，機(jī)身的前部可上下移動(dòng)，發(fā)明了使飛機(jī)垂直升降的發(fā)動(dòng)機(jī)等。由于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)化進(jìn)化，系統(tǒng)性能空前提高。 系統(tǒng)的自控制：這一進(jìn)化步驟還沒有廣泛實(shí)現(xiàn)，但可從火箭、航天器的設(shè)計(jì)中看出該進(jìn)化步驟已初露端倪，如運(yùn)行中的航天器可對(duì)其自身的某些行為進(jìn)行自組織。這只是該進(jìn)化步驟的開始，未來(lái)的系統(tǒng)能自動(dòng)地適應(yīng)環(huán)境。4．5．2 產(chǎn)品進(jìn)化定律通過(guò)對(duì)大量專利的分析，Altshuller發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品通過(guò)不同的技術(shù)路線向理想解方向進(jìn)化，如圖4—12所示，并提出了八條產(chǎn)品進(jìn)化定律。定律1：組成系統(tǒng)的完整性定律。一個(gè)完整系統(tǒng)必須由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)部件和控制裝置。能源裝置為整個(gè)系統(tǒng)提供能源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)具體完成系統(tǒng)的功能，傳動(dòng)部件將能源裝置中的能量傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制裝置對(duì)其他三個(gè)部分進(jìn)行控制，以協(xié)調(diào)其工作。圖4—13是一產(chǎn)品或系統(tǒng)的框圖。缺1部分的系統(tǒng)是不完整系統(tǒng)，會(huì)被競(jìng)爭(zhēng)者的產(chǎn)品所替代而不能長(zhǎng)久地生存下去。定律2：能量傳遞定律。技術(shù)系統(tǒng)的能量
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