物理矛盾-分離原理-物場模型(第三講)

1、六、物理矛盾和分離原理六、物理矛盾和分離原理6.1 物理矛盾物理矛盾n當(dāng)一個技術(shù)系統(tǒng)的工程參數(shù)具有相反的需求時(shí)就出現(xiàn)了物理矛盾。n如：既需要刀刃足夠鋒利，又不易折斷； 既需要座位多容量大，又希望體積??； 既希望燈具亮度高，又希望瓦數(shù)小。辦法：高強(qiáng)度鋼刀具、客車座椅傾斜、飛機(jī)座椅交錯、節(jié)能燈6.2 分離原理分離原理n11種分離方法n4大分離原理： 1）空間分離 2）時(shí)間分離 3）基于條件的分離 4）系統(tǒng)級別的分離1.空間分離n空間分離是將矛盾雙方在不同的空間上分離開來，以獲得問題的解決。例例1 1 炮彈炮彈物理矛盾：炮管直徑必須足夠大以使炮彈容易射出，又要足夠小，以免泄漏火藥爆炸推進(jìn)力。辦法：空

2、間分離 炮管內(nèi)徑分為兩部分，后部爆炸室作成錐形，讓球形炮彈與錐形爆炸室總可以形成封閉的空間。例例2 輪船下水運(yùn)輸車輪船下水運(yùn)輸車 物理矛盾：運(yùn)輸車必須在水上，以免水對車輪的阻滯，但運(yùn)輸車必須要在水下，以完成將輪船運(yùn)入水中。辦法：空間分離車輪保護(hù)蓋做成5面封閉體，利用空氣絕緣現(xiàn)象，形成氣室，讓輪子保持在空氣環(huán)境中。例例3 惱人的鋼板惱人的鋼板物理矛盾：一種鋼板制造時(shí)必須加熱到1200度沖壓成型，但加熱到800度時(shí)，鋼板表面就嚴(yán)重氧化，無法滿足質(zhì)量要求。辦法：空間分離 真空沖壓、或表面涂抗氧化膜2.時(shí)間分離n時(shí)間分離是將矛盾雙方在不同的時(shí)間段分離開來，以獲得問題的解決。例例1 1 香皂香皂物理矛盾

3、：香皂溫度要低，以便節(jié)約成型時(shí)間，但同時(shí)香皂要溫度高，狀態(tài)夠軟，以便填滿整個模具空間。辦法：時(shí)間分離預(yù)先制造小粒香皂，與液態(tài)香皂混合后一起注入模具。例例2 折疊自行車折疊自行車物理矛盾：自行車在騎乘時(shí)體積要大，以便載人，在停放時(shí)要小以節(jié)省空間。辦法：時(shí)間分離折疊自行車?yán)? 焊接過程的研究焊接過程的研究物理矛盾：一個實(shí)驗(yàn)要研究焊接過程中電弧的變化和焊絲的熔化過程。錄像時(shí)發(fā)現(xiàn)只能看見電弧，看不見金屬滴熔化過程，于是加強(qiáng)光束，但只能看到焊絲和熔化的金屬滴，電弧卻看不見了。辦法：時(shí)間分離 分兩次錄像，用兩臺投影機(jī)同時(shí)放映，使影像重合。2.基于條件的分離n基于條件的分離是將矛盾雙方在不同條件下分離開來

4、，以獲得問題的解決。例例1 1 水管水管物理矛盾：水管剛性好，以免因水的重量而變形，但水管要軟，以避免在冬天被凍壞。辦法：基于條件的分離用彈塑性好的復(fù)合材料。例例2 跳水訓(xùn)練池跳水訓(xùn)練池物理矛盾：水要軟，以減輕水對運(yùn)動員的沖擊傷害，但水又必須硬，以支撐運(yùn)動員的身體，水的軟硬取決于跳水者入水的速度。辦法：基于條件的分離充滿氣泡的泳池例例2 查理大帝的加冕查理大帝的加冕物理矛盾：教皇要給查理大帝加冕。既要親手將皇冠戴到查理大帝的頭上，又不能讓人們認(rèn)為教皇授予皇帝權(quán)利，還能將權(quán)利收回。辦法：基于條件的分離教皇利奧三世大踏步地走到查理面前，將一頂西羅馬皇帝的皇冠戴到他頭上，并高聲宣布 ：“上帝為查理加

5、冕，這位偉大的帶來和平的羅馬皇帝，萬壽無疆，永遠(yuǎn)勝利！” 4.系統(tǒng)級別的分離n將矛盾雙方在不同的系統(tǒng)級別分離開來。以獲得問題的解決。例例1 PCB1 PCB上板機(jī)上板機(jī)物理矛盾：SMT（表面貼裝焊接技術(shù)）生產(chǎn)線，要求PCB（印刷電路板）連續(xù)供應(yīng)，但PCB是專業(yè)生產(chǎn)商批量供貨的。連續(xù)生產(chǎn)與批量供貨出現(xiàn)矛盾。辦法：系統(tǒng)級別的分離 PCB上板機(jī)。子系統(tǒng)（接受批量PCB，然后連續(xù)輸送到SMT生產(chǎn)線。）例例2 如何用普通溫度計(jì)測量甲殼蟲的體溫如何用普通溫度計(jì)測量甲殼蟲的體溫物理矛盾：甲殼蟲太小，不能用普通溫度計(jì)測量體溫。專用測量儀器需要很長時(shí)間去研制。辦法：系統(tǒng)級別的分離瓶子裝滿甲殼蟲超系統(tǒng)6.3 分離

6、原理與40個發(fā)明原理的關(guān)系1.空間分離原理的相關(guān)發(fā)明原理（10個）發(fā)明原理1：分割 發(fā)明原理13：逆向思維發(fā)明原理2：抽取 發(fā)明原理17：一維變多維發(fā)明原理3：局部質(zhì)量 發(fā)明原理24：中介物發(fā)明原理4：非對稱 發(fā)明原理26：復(fù)制發(fā)明原理7：嵌套 發(fā)明原理30：柔性外殼或 薄膜6.3 分離原理與40個發(fā)明原理的關(guān)系2.時(shí)間分離原理的相關(guān)發(fā)明原理（12個）發(fā)明原理9：預(yù)先反作用 發(fā)明原理19：周期性動作發(fā)明原理10：預(yù)先作用 發(fā)明原理20：有效作用的連續(xù)性發(fā)明原理11：預(yù)先應(yīng)急措施 發(fā)明原理21：緊急行動發(fā)明原理15：動態(tài)化 發(fā)明原理29：氣動與液壓結(jié)構(gòu)發(fā)明原理16：不足或超額行動 發(fā)明原理34：

7、拋棄與再生發(fā)明原理18：機(jī)械振動 發(fā)明原理37：熱膨脹6.3 分離原理與40個發(fā)明原理的關(guān)系3.基于條件的分離原理的相關(guān)發(fā)明原理（13個）發(fā)明原理1：分割 發(fā)明原理22：變害為利發(fā)明原理5：合并 發(fā)明原理23：反饋發(fā)明原理6：普遍性 發(fā)明原理25：自服務(wù)發(fā)明原理7：嵌套 發(fā)明原理27：一次性用品發(fā)明原理8：配重 發(fā)明原理33：同質(zhì)性發(fā)明原理13：逆向思維 發(fā)明原理35：物理/化學(xué)狀態(tài)變化發(fā)明原理14：曲面化6.3 分離原理與40個發(fā)明原理的關(guān)系4.系統(tǒng)級別的分離原理的相關(guān)發(fā)明原理（9個）發(fā)明原理12：等勢原則 發(fā)明原理36：相變發(fā)明原理28：機(jī)械系統(tǒng)的替代 發(fā)明原理38：加速氧化發(fā)明原理31：

8、多孔材料 發(fā)明原理39：惰性服務(wù)發(fā)明原理32：改變顏色 發(fā)明原理40：復(fù)合材料發(fā)明原理35：物理/化學(xué)狀態(tài)變化例例1 遠(yuǎn)視加近視的眼鏡遠(yuǎn)視加近視的眼鏡物理矛盾：視力不良的人需要一種眼鏡，因?yàn)榧冉曈诌h(yuǎn)視，所以問題比較復(fù)雜。辦法：空間分離：兩套鏡片占用不同面積；時(shí)間分離：兩副眼鏡，不同時(shí)間輪流使用；機(jī)遇條件的分離：膠質(zhì)可變焦距眼鏡；系統(tǒng)級別分離：自動變焦眼鏡七、物七、物場模型分析場模型分析7.1 物場分析n每個系統(tǒng)的出現(xiàn)都是為了實(shí)現(xiàn)某個確定的功能。n所有功能都可以分解為3個基本元素（S1，S2，F(xiàn)）n把功能用三角形來模型化稱為物場分析模型：物質(zhì)物體；作用或效應(yīng)場。一般S1表示工件，S2表示工具S

9、可以是：1）材料2）工具3）零件4）人5）環(huán)境F可以是：1）Me機(jī)械能2）Th熱能3）Ch化學(xué)能4）E電能5）M磁能吸塵器清潔地毯：S1地毯（工件）； S2吸塵器（工具）；F清潔（機(jī)械場）人用油漆刷墻：S1墻（工件）； S2人（工具）；F刷油漆（機(jī)械場）7.2 物場模型的類型物場模型的類型有4類：1）有效完整模型功能的3個元素都存在，且都有效，是設(shè)計(jì)者追求的效應(yīng)。2）不完整模型組成功能的元素不全，可能缺少場，也可能缺少物質(zhì)。3）效應(yīng)不足的完整模型3個元素齊全，但效應(yīng)未能有效實(shí)現(xiàn)，或?qū)崿F(xiàn)的不足夠。4）有害效應(yīng)的完整模型3個元素齊全，但產(chǎn)生了與設(shè)計(jì)者追求的相反的有害的效應(yīng)，需要消除這些有害效應(yīng)。7

10、.3 物場分析的一般解法6個一般解法:(1)不完整模型一般解法1:補(bǔ)齊所缺失的元素，增加場F或工具S2，完整模型。例：氣泡的分離液體S1中存在氣泡S2 ，使用離心機(jī)（增加機(jī)械場F）將氣泡從液體中分離出來。7.3 物場分析的一般解法6個一般解法:(2)有害效應(yīng)的完整模型一般解法2:加入S3來阻止有害作用， S3可以通過S1或S2改變而來，或S1和S2共同改變而來。例：人騎自行車，褲腳被絞入鏈子，引入物質(zhì)S3（夾子）。 辦公室玻璃磨砂S3 ，半透明，保護(hù)隱私。7.3 物場分析的一般解法6個一般解法:(2)有害效應(yīng)的完整模型一般解法3:增加另外一個場F2來抵消原來有害場F的效應(yīng)。例：細(xì)長工件的切削加

11、工，為防止加工中產(chǎn)生歪斜，增加一個反向作用力。7.3 物場分析的一般解法6個一般解法:(3) 效應(yīng)不足的完整模型一般解法4:增加一個場F2（或F2和S3一起）代替原來的場F1（或F1和S2）的效應(yīng)。例：墻紙的去除。利用水蒸氣來代替機(jī)械力，去除效果和效率提升許多。7.3 物場分析的一般解法6個一般解法:(3) 效應(yīng)不足的完整模型一般解法5:增加另外一個場F2來強(qiáng)化有用的效應(yīng)。例：在粘貼2個物體時(shí)，當(dāng)膠水未干時(shí)用夾子夾緊貼合面。夾子的夾緊力為外加的場F2 。7.3 物場分析的一般解法6個一般解法:(3) 效應(yīng)不足的完整模型一般解法6:插進(jìn)一個物質(zhì)S3并加上另外一個場F2來強(qiáng)化有用的效應(yīng)。例：過濾網(wǎng)

12、加裝一個電場，將細(xì)小的粒子聚集成大顆粒子，其過濾效率得到大幅提升。7.4 物場模型分析的應(yīng)用6個一般解法的應(yīng)用步驟：1）確定相關(guān)元素2）繪制物場模型3）選擇一般解法4）開發(fā)設(shè)計(jì)概念更復(fù)雜的需應(yīng)用76個標(biāo)準(zhǔn)解法。例 純銅板的清洗 純銅板電解時(shí)電解液殘留在表面微孔中，儲存過程中會形成氧化斑。所以儲存前必須清洗，但由于微孔非常小，很難徹底清洗。如何改進(jìn)呢？第1步：確定相關(guān)元素 S1電解液 S2 水 F1機(jī)械沖擊力（清洗）第2步：繪制物場模型屬于第3類模型（效應(yīng)不足的完整模型）例 純銅板的清洗第3步：選擇物場模型的一般解法 第3類模型有3個一般解法：4、5、6 選擇5和6第4步：開發(fā)設(shè)計(jì)概念 （1）應(yīng)

13、用一般解法5。增加另外F2一個場來強(qiáng)化有用效應(yīng)。F2機(jī)械沖擊力，使用超聲波清洗；F2熱沖擊力，用熱水清洗；F2化學(xué)沖擊力，使用表面活性劑溶解來加強(qiáng)殘留電解液的移動；F2磁沖擊力，將水磁化以加強(qiáng)沖洗。例 純銅板的清洗（2）應(yīng)用一般解法6。插進(jìn)一個物質(zhì)S3并加上另一個場F2來提高有用效應(yīng)。S3蒸汽；F2壓力；最終解決方案：使用過熱水（100度以上）且與高壓力結(jié)合。過熱水的水蒸氣可達(dá)到微孔內(nèi)，穿進(jìn)并充滿微孔，形成對殘留電解液的強(qiáng)烈爆炸沖擊并強(qiáng)制將其徹底排出微孔。八、科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象八、科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象30種功能，和相對應(yīng)的種功能，和相對應(yīng)的100個科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象個科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象nTRIZ將高難度的問題和所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行