理论文摘
 
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进化法则之五——子系统不均衡进化法则
发布时间:2015/2/3 12:48:16     点击: ( 2367 )

一、子系统不均衡进化法则的内涵和意义

(一)内涵

子系统不均衡进化法则是指:构成系统的各个子系统,其进化过程存在差异。这种差异体现在以下三个方面:

1、任何技术系统所包含的各个子系统都不是同步、均衡进化的,每个子系统都是沿着自己的S型曲线向前发展;

2、这种不均衡的进化经常会导致子系统之间的矛盾出现;

3、整个技术系统的进化速度取决于系统中发展最慢的子系统的进化速度。

(二)意义

解决子系统之间由于不均衡进化而导致的矛盾,可以使整个系统得到突破性的进化。因此,利用子系统不均衡进化法则,研发人员可以及时发现技术系统中不理想的子系统,并及时改进不理想的子系统或及较先进的子系统替代它们,使得可能以最小成本改进系统的基础参数。

 

二、子系统不均衡进化法则与木桶理论

每一个技术系统都由许多子系统构成,这些子系统由于技术的成熟度、新技术的产生、研发的投入程度等原因,各自的进化路线并不一致,如图1所示。

 

1 各子系统的S型曲线

根据协调性法则,只有当各子系统相互协调时,整体系统才能发挥最大的功能。而不一致的进化路线导致了各子系统的非均衡进化,进而导致性能参数参差不齐,影响了系统的协调性。此时,为使系统实现新的协调,参数较高的子系统在运行过程中只能根据参数最低子系统的运行水平发挥相应的功能。这使得大部分子系统功能的闲置,也使得系统的整体功能受限于参数最低的子系统,正如木桶理论,即一只水桶盛水的多少,并不取决于桶壁上最高的那块木块,而恰恰取决于桶壁上最短的那块(如图2所示)

 

2 木桶理论:短板决定容积

 

三、相关案例:自行车的进化

1790年,法国人西夫拉克创造了一个由两个轮子,一块木头和一个马鞍制作成的发明,这被认为是第一辆自行车,极大地便捷了城市交通。

然而这种自行车的方向控制性能参数极低。无方向盘的车身设计,使得人们只能靠下车用手搬动车身才能改变方向,从而严重制约了自行车的实际行驶速度。为解决这一问题,德国人德莱斯在1817年设计了带车把的自行车,并在一次比赛中战胜了传统的马车。

用脚蹬地驱动自行车的效率很低,面对泥泞积水的路面也容易弄脏鞋裤,故此时能量转换效率和适应性对自行车的普及具有重要影响。为此,1840年英格兰人麦克米伦设计了自行车脚蹬,1861年米肖父子将脚蹬置于前轮,增加量前轮的直径。后经1869年英国人雷诺的改良,自行车的车身得以轻量化,前轮直径也远远大于后轮。

改良后的自行车在稳定性上存在明显问题。巨大的车轮既不便于人们上车,也不便于人们控制方向,容易翻车。1886年,英国人斯塔利在1874年罗松所设计带链条和链轮自行车的基础上,为自行车装上了前叉和车闸,同时选用了大小相同的车轮,并首次使用了橡胶车轮,还用钢管制成了菱形车架。这就是现代自行车的雏形。

此后,通过充气轮胎、菱形车架等设计,自行车的舒适性和安全性不断提高,出现了公路单车、旅游单车、山地单车等众多款式。

自行车的进化如图3所示。

 

3 自行车的进化

 

(文章作者:知识产权部)