黑龙江省科学技术厅发展计划处李建峰

        20世纪中叶以来，新的科学技术革命在全世界范围内兴起，它使现代产业的结构和性质发生了重大变革。以微电子技术为代表的高技术全面进入了人们的社会生活，其意义超过了以往的历次技术革命。从量上看，新技术革命使劳动生产率大幅度增值，使科技转化为直接生产力的速度不断加快，科技成果物化为新产品的时间大大缩短。从质上看，新技术革命全面改变了现代产业结构和性质，其表现可以概括为“智化、微化、软化、网化”四个明显特征。可以说，以上的这些变化是与技术系统的不断进化息息相关、密不可分的。

        一、系统与技术系统

        什么是系统？系统就是由许多部分组成的整体，所以系统的概念就是要强调整体，强调整体是由相互关联、相互制约的各个部分组成的。也就是说，系统是具有系统特性的部件之间联系的总和。飞机的系统特性是飞行，缝纫机的系统特性是能够缝衣服，冰箱的系统特性是能够冷冻或冷藏食品。一般来说，我们把复杂的研究对象称为“系统”，即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体，而这个“系统”本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。例如，导弹是由弹体、弹头、制导、遥测、外弹道测量和发射等分系统组成的一个复杂系统，它又是战略轰炸机的组成部分，而战略轰炸机就是一个更大的复杂系统。导弹的每一个分系统在更细致的基础上可以划分为若干装置，例如弹头分系统是由引信装置、保险装置和热核装置等组成，每一个装置还可以更细致地分为若干个电子和机械构件。
        18世纪末，法国科学家狄德罗（1713～1784）在他主编的《百科全书》条目中开始列入了“技术”条目。他指出：“技术是为某一目的共同协作组成的各种工具和规则体系”。这是较早给技术下的定义，直到现在，许多辞书上的技术定义基本上没有超出狄德罗的技术概念范畴。从上述技术概念可以概括为五个要点：①把技术与科学区别开来，技术是“有目的的”；②强调技术的实现是通过广泛“共同协作”完成的；③指明技术的首要表现是生产“工具”，是设备，是硬件；④指出技术的另一个重要表现形式—“规则”，即生产使用的工艺、方法、制度等知识，这就是软件；⑤技术和科学一样，都把定义的落脚点放在“知识体系”上，即技术是成套的知识系统。
        什么是技术系统呢？我们认为，所有运行某个功能的事物均可被称为技术系统。TRIZ理论之父阿奇舒勒告诉我们：任何技术系统均包括一个或多个子系统，每个子系统执行自身功能，它又可以分为更小的子系统。TRIZ理论中最简单的技术系统是由两个元素以及两个元素之间传递能量组成的。例如，技术系统“汽车”是由“引擎”、“换向装置”和“刹车”等子系统组成，而“刹车”又由“踏板”和“液压油”等子系统组成；再如，技术系统“自行车”是由“车架”、“车把”、“车闸”、“脚蹬”、“车链”、“车叉”、“轮胎”、“货架”、“挡泥板”“辐条”等子系统组成，而“脚蹬”又由“大拐”和“车蹬”等子系统组成。自行车的超系统为公路、行车道、信号灯、运动场等，反系统为汽车运输和铁路运输等。子系统将在更高层系统之中相互连接，任何子系统的改变将会影响到更高层系统。当我们解决技术问题时，常常要考虑其子系统和更高层系统之间的相互联系和彼此作用。

        二、技术系统进化的S曲线

        技术预测的研究起始于上个世纪中叶，最初应用于军工产品，即对武器及其部件的性能进行预测，然后逐渐应用到民用产品之中。在长期的研究过程中，理论界提出了多种技术预测方法，其中最具成效的就是TRIZ的技术系统进化理论。技术预测研究是对未来相对一个时期内的科学、技术、经济和社会发展进行的系统研究，其目标是要确定具有战略性的研究领域，以及选择那些对经济、社会利益具有较大贡献的技术群。应当看到，技术预见是当今世界各国政府加快改革步伐和加强科技计划与管理工作，特别是提高科技战略与规划水平的重要工具之一。当然，世界各国企业尤其是大企业集团和跨国公司，对技术预见的研究与交流也越来越重视。那么，技术尤其是列为当今世界上的前沿技术是如何向前发展的呢？经济学家赖恩•阿瑟（W•Brian Arthur）在他的《技术的本质：它是什么和如何演变》一书中写道，技术发展实际是建立在现有技术的持续组合上。由此看来，技术上的突破是现有技术重新组合的结果，现有技术本身的由来也要经过这一过程。在阿瑟看来，“唯一的发明者”就是发明本身。那些被人们认为是天才的发明者总是一些对现有技术非常精通的人，而且他们有兴趣将现有技术以全新方式进行组合。他认为，无论是技术还是科学进步的动力都源自人类对现有世界的探索。
        技术系统进化法则属于TRIZ的基础理论，它的主要观点是：技术产品的进化并不是随意和无规律可循的，而是遵循着一定的客观规律和模式在不断地向前发展。任何一种产品、工艺或技术都是随着时间的推移向着更高的方向发展和进化的，并且它们的进化过程大致都会经历几个相同的阶段。阿奇舒勒还发现，在一个工程领域中总结出来的进化模式及进化路线可以在另一个工程领域实现，即技术进化模式与进化路线具有可传递性。常见的技术系统的生命周期一般包括婴儿期、成长期、成熟期和衰退期四个阶段，这条路线用图例表示出来就是一条S形的“小路”，即所谓的S曲线。
        对于企业的研发决策，具有重要指导意义的是曲线上的拐点。在进入第一个拐点之后，企业应从原理实现的研究转入商业开发阶段，否则，该企业就会被及时转入商业化的其他企业甩在后面。当进入第二个拐点的时候，说明产品的技术已经进入成熟期，企业生产该类产品已经获取了丰厚的利润，同时要继续研究优于该产品技术的更高一级的技术，以便将来在适当的时机转入下一轮竞争。在此期间，企业应有大量的投入，但是如果技术已经成熟，那么，推进技术更加成熟的投入就不会在短时间内取得明显的收益。此时，企业应当转入研究，选择替代技术或者新的核心技术。例如，LED的意思是发光二极管，半导体照明就是采用发光二极管作为新光源。半导体照明具有寿命长、节能、环保、安全等优点，同样光度下，耗电量仅为普通白炽电灯的十分之一，寿命却可以延长100倍，被认为是21世纪最有价值的新光源，将会取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主导。由于这项新技术正处于成长期和成熟期之间，近年来世界各国相继推出LED半导体照明计划，投入巨资开发研究，争先恐后地占领LED照明领域的最前沿。

        三、技术系统进化的八大法则

        阿奇舒勒的技术系统进化论可以与自然科学中的达尔文生物进化论和斯宾塞的社会达尔文主义齐肩，被称为“三大进化论”。技术系统进化法则是在快速变革的过程中，技术系统要素与外部环境之间稳定、重复的关系。了解和掌握技术系统进化的八大法则会使工程技术人员能够避免系统进化过程中的许多得不偿失的试错，其可以应用于市场需求、定性技术预测、产生新技术、运筹专利布局和选择企业战略制定的时机等；还可以用来解决难题、预测技术系统，是解决创造性问题的有力工具。学术界专家们把八大进化法则划分为三个组：第一组是确立系统寿命开始条件的三个法则——完备性法则、能量传递法则和协调性法则；第二组是确立系统开发条件的三个法则——提高理想度法则、子系统不均衡进化法则和向超系统进化法则；第三组是确立技术和物理因素影响下的系统开发的两个法则——向微观级进化法则、动态性进化法则。技术系统八大进化法则的核心是提高理想度法则，也就是说，其他七个法则都是围绕提高理想度服务的。
        完备性法则。任何产品的创新与进化都在遵循着一定的规律，而要实现其功能，一个完整的技术系统必须包含以下四个部分：动力装置、传输装置、执行装置、控制装置，它们最终的目标是使产品能够达到最理想的功能与状态。例如，一辆马车的动力装置是马，传输装置是车轴，执行装置是车辕和车轮，控制装置是鞭子。
        能量传递法则。技术系统要实现其功能，必须保证能量能够从能量源流向技术系统的所有零部件。反之，如果技术系统中的某个零件不能接受能量，就会影响其发挥作用，那么整个技术系统就不能执行其有用功能，或者有用功能作用的发挥就会大打折扣。例如，收音机在金属屏蔽的环境中（如在汽车里）或在地下隧道里就不能够正常收听高质量的广播效果，能量源的传递就会受阻，要解决这一问题，只要在车外加一根天线就可以了。
        协调性法则。该法则规定有效技术系统存在的必要条件是协调，它主要表现在三方面：①结构上的协调；②各个性能参数的协调；③工作节奏与频率上的协调。如果很好地掌握了协调性法则，就可以让技术系统发挥出最大的功能。这里我们举一个大一点的非技术系统的例子—现代化军事指挥系统，它是由电子计算机、指挥运算程序、通信网络、终端和各分系统之间的接口形成的体系结构，要搞好这个体系运作，没有结构、性能参数、工作节奏上的协调一致是难以想象的。
        提高理想度法则。这一法则规定技术系统应当沿着提高理想度的方向进化，贯穿其整个寿命的始终，趋向更加简单、可靠、有效，它是八大技术系统进化法则的首要法则。例如，为了使有限空间的房间变得更加宽敞，可以将原本分散开的衣柜、电视柜、酒柜等家具组合成一套功能齐全而又完整的组合柜。
        子系统不均衡进化法则。技术系统中的子系统及子系统之间的进化都存在着不均衡的现象，以不同的速率进化，这就导致了技术矛盾的出现和技术系统的进化。例如，CPU作为电脑中的重要子系统，如果没有达到和其他零部件一样先进的水平，也就不能使这台电脑达到理想化的状态。
        向超系统进化法则。任何先进的技术系统都会走这样一条路：沿着从简单单系统向两个、多个系统或不同系统混合的方向进化。比如，我们日常所使用的小刀，其功能单一，就是切东西。但是现在我们使用的是一把组合刀，可以从中抽出来的不只是小刀，还有起子、指甲刀、锥子、餐叉、小齿锯、螺丝刀、镊子等具有其他功能的工具。这些原来各自独立分离的物品最终形成了一个统一的却又保留了原来功能的新产品。
        向微观级进化法则。该法则规定技术系统是沿着其元件分解的大致方向进化的。也就是说，这种技术进化的过程，是由大到小、由宏观系统向微观系统的转化过程。例如，电子元件向微观级的进化是：电子管—晶体管—集成电路；播放器向微观级的进化是：录音机—随身听—便携CD机—mp3—耳环播放机。
        动态性进化法则。技术系统的发展变化就像生物进化一样存在着一些客观规律，看看我们身边的产品，如测量长度的工具，经历了从刚性直尺到折叠尺、从柔性卷尺到激光测距的进化过程；又如切割工具，经历了从刚性刀子到铰接剪子、从线切割到水切割又到激光切割的进化过程；老师们使用的教鞭，经历了木杆教鞭到伸缩教鞭又到激光教鞭的进化过程……总之，技术系统的进化是朝着柔性、可移动性和可控性方向发展的，这就是动态性进化法则。例如，电脑键盘的发展历程就充分体现了柔性化：普通键盘—可折叠键盘—柔性键盘—液晶键盘—虚拟激光键盘等。再如，楼道里声控灯的使用，居民只要咳嗽一声或者跺一下脚，灯就亮起来了，这种进化就体现了人为控制的作用。
                          


    李建峰，1951年生，汉族，黑龙江省哈尔滨市人，现工作单位为黑龙江省科学技术厅发展计划处，处级调研员，高级工程师，博士。从事全省技术创新方法工作3年，现为黑龙江省技术创新方法（TRIZ理论）宣讲组成员、省技术创新方法研究会常务理事、省科技经济顾问委员会宏观经济专家组成员。自2007年8月份黑龙江省被科技部批准为国家首批创新方法试点省份以来，李建峰先后为黑龙江省各高校、企业、科研院所宣讲TRIZ理论近百场，培训科技人员和管理人员10，000余人，收到了很好的推广效果。