第四章個發(fā)明創(chuàng)新原理及其應(yīng)用

第四章個發(fā)明創(chuàng)新原理及其應(yīng)用第1頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理的由來創(chuàng)新原理是建立在對上百萬份發(fā)明專利分析的基礎(chǔ)上，蘊含了人類發(fā)明創(chuàng)新所遵循的共性原理，是對人類解決創(chuàng)新問題共性方法的高度概括和總結(jié)。在人類發(fā)明創(chuàng)造的歷史進程中，相同的發(fā)明問題以及為了解決這些問題所使用的創(chuàng)新原理，在不同的時期、不同的領(lǐng)域中反復(fù)出現(xiàn)，也就是說，解決創(chuàng)新問題的方法是有規(guī)律可循的。如果一個發(fā)明原理融合了物理、化學(xué)等科學(xué)，那么該原理將超越領(lǐng)域的限制，就可應(yīng)用到其他行業(yè)中去。由此可見，如果跨行業(yè)間的技術(shù)能夠充分的交流，就可以盡早的開發(fā)出優(yōu)化的技術(shù)。因此創(chuàng)新原理作為符合客觀規(guī)律的方法學(xué)，必然會具有普適意義，必然會在發(fā)明創(chuàng)新過程中得到實際的應(yīng)用。下一頁返回第2頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理的由來阿奇舒勒通過對大量發(fā)明專利的分析、研究和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了蘊含在這些發(fā)明創(chuàng)新現(xiàn)象背后的客觀規(guī)律，提煉出了TRIZ理論中最重要的、具有普遍用途的40個發(fā)明創(chuàng)新原理，將創(chuàng)新的理論展現(xiàn)在世人面前，從此讓創(chuàng)新過程有了方法學(xué)的引領(lǐng)。40個發(fā)明創(chuàng)新原理開啟了一扇解決發(fā)明問題的天窗，將發(fā)明從魔術(shù)推向科學(xué)，讓那些似乎只有天才才能從事的發(fā)明工作，成為一種人人都可以從事的職業(yè)，使原來認為不可能解決的問題可以獲得突破性的解決，是用于解決沖突問題的行之有效的方法。如果我們掌握了這些原理，不僅可以提高發(fā)明的效率、縮短發(fā)明的周期，而且能使發(fā)明問題更具有可預(yù)見性。上一頁下一頁返回第3頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理的由來當(dāng)前，40個發(fā)明創(chuàng)新原理已經(jīng)從傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域擴展到微電子、醫(yī)學(xué)、管理和文化教育等領(lǐng)域，這些發(fā)明原理的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了大量的發(fā)明專利，強力地推動著人類文明的進展。學(xué)習(xí)并掌握這40條發(fā)明創(chuàng)新原理，對于解決生產(chǎn)、生活和科研中遇到的各種問題，有著重要的啟示和神奇的促進作用。上一頁返回第4頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用在對全世界專利進行分析研究的基礎(chǔ)上，TRIZ理論提出了40條發(fā)明創(chuàng)造原理，見表4-1。表中每條原理的前面有一個序號，此序號與下一章將要介紹的阿奇舒勒沖突矩陣中的號碼是相對應(yīng)的。實踐證明，這些原理對于指導(dǎo)設(shè)計人員的發(fā)明創(chuàng)造具有非常重要的作用，下面結(jié)合工程實例對每條發(fā)明創(chuàng)造原理進行詳細的介紹。一、分割原理(1)把一個物體分成相互獨立的部分(2)把物體分成容易組裝和拆卸的部分。(3)增加物體相互獨立部分的程度。例4-1可拆卸鏟斗唇緣設(shè)計(見圖4-1)。下一頁返回第5頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用挖掘機鏟斗的唇緣是由鋼板制成的，只要它的一部分磨損或損壞，就必須更換整個唇緣。這是一項既費力又費時的工作，而且挖掘機也不得不停止工作?？墒褂梅指钤韥斫鉀Q這一問題，將唇緣分割成單獨可分離的幾部分。這樣，可以快速方便地將毀壞或磨損的部分更換。二、分離原理(1)將一個物體中的“干擾”部分分離出去(2)將物體中的關(guān)鍵部分挑選或分離出來如在飛機場環(huán)境中，為了驅(qū)趕各種鳥類，采用播放刺激鳥類的聲音是一種方便的方法，這種特殊的聲音使鳥與機場分離;將產(chǎn)生噪聲的空氣壓縮機放于室外。上一頁下一頁返回第6頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用三、局部質(zhì)量原理(1)將物體或環(huán)境的均勻結(jié)構(gòu)變成不均勻結(jié)構(gòu)。(2)使組成物體的不同部分完成不同的功能(3)使組成物體的每一部分都最大限度地發(fā)揮作用。如帶有橡皮的鉛筆，帶有起釘器的榔頭。瑞士軍刀帶有多種常用工具，如小刀、剪子、起瓶器、螺絲刀等;電纜電視集電話、上網(wǎng)和電視功能于一體。該原理在機械產(chǎn)品進化的過程中表現(xiàn)得非常明顯，如機器由零部件組成，每個零部件在機器中都應(yīng)占據(jù)一個最能發(fā)揮作用的位置。如果某零件未能最大限度地發(fā)揮作用，則應(yīng)對其進行改進設(shè)計。上一頁下一頁返回第7頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用例4-2非圓齒輪傳動機構(gòu)與齒輪傳動相比，具有實現(xiàn)非勻速比傳動的特點，即當(dāng)主動齒輪做勻速轉(zhuǎn)動時，被動齒輪做變速運動，如圖4-2所示。在此，通過齒輪結(jié)構(gòu)的不均勻變化，滿足了工作中提出的變速比要求。四、不對稱原理(1)將物體的形狀由對稱變?yōu)椴粚ΨQ(2)如果物體是不對稱的，增加其不對稱的程度例4-3考慮到外形美觀，電動機和發(fā)電機的底座一般都設(shè)計成對稱的形狀。但是，因為它們需要旋轉(zhuǎn)，左右底座所承受的載荷是不對稱的。為了減少機器的質(zhì)量，節(jié)約材料，不翻轉(zhuǎn)部件所對應(yīng)的底座可以設(shè)計得小一些，能支持它們實際上所必須承受的載荷就可以了，如圖4-3所示。上一頁下一頁返回第8頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用五、合并原理(1)在空間上將相似的物體連接在一起，使其完成并行的操作(2)在時間上合并相似或相連的操作。例4-4在運輸過程中，先用紙將玻璃片隔開，然后用紙片將其保護好放到一個木箱子里。盡管有這些預(yù)防措施，但是也經(jīng)常發(fā)生玻璃破損的事件。為了減少玻璃的破損，可以將玻璃當(dāng)做一個固體塊運輸，而不是讓它們處于分離狀態(tài)。每片玻璃上都涂上一層油(見圖4-4)，然后將玻璃片粘在一起形成一個玻璃塊，比起每片玻璃來說，玻璃塊的強度要大很多。測試表明，即便將玻璃塊從2m高的地方丟下，造成的損失也很小;相反的，一般的運輸方法將會有一半多的玻璃受到不同程度的損傷。上一頁下一頁返回第9頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用六、多用性原理使一個物體能夠完成多項功能，可以減少原設(shè)計中完成這些功能所需物體的數(shù)量。如裝有牙膏的牙刷柄;能用做嬰兒車的兒童安全座椅;小型貨車的座位通過調(diào)節(jié)可以有時實現(xiàn)坐、躺、支撐貨物等多種功能。七、嵌套原理(1)將一個物體放在第二個物體中，將第二個物體放在第三個物體中，按照這種方式一直再進行下去。(2)使一個物體穿過另一個物體的空腔。如收音機伸縮式天線;伸縮式釣魚竿;伸縮教鞭;筆筒里放有鉛芯的自動鉛筆。上一頁下一頁返回第10頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用八、質(zhì)量補償原理(1)用另一個能產(chǎn)生提升力的物體補償?shù)谝粋€物體的質(zhì)量。(2)通過與環(huán)境相互作用產(chǎn)生空氣動力或液體動力的方法補償?shù)谝粋€物體的質(zhì)量。如在圓木中注入發(fā)泡劑，使其更好地漂浮;用氣球攜帶廣告條幅。例4-5具有球形重物的速度調(diào)節(jié)器常被用來調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)速度(圖4-5)。通過減小零件的尺寸(或零件質(zhì)量)來改進傳統(tǒng)設(shè)計。比如:速度調(diào)節(jié)器上的球形重物可以改作成機翼形，這樣就會增加調(diào)節(jié)器的提升力。九、預(yù)加反作用原理(1)預(yù)先施加反作用，用來消除不利影響。上一頁下一頁返回第11頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用(2)如果一個物體處于或?qū)⑻幱诶鞝顟B(tài)，應(yīng)預(yù)先增加壓力。例4-6用割草機修剪的草坪不是很平整，因為草有一定的硬度，而且割草機工作時其刀片接觸到了即將要割的草，使草向前傾斜，這樣就會使草在不同的高度上被修剪。當(dāng)然修剪的草坪就會參差不齊(見圖4-6)。為了得到平整的草坪，新設(shè)計的割草機有一個專用部件，可以在即將修剪的草上預(yù)加反作用力，使其向前傾斜，由于草具有一定的硬度，所以被釋放后能產(chǎn)生足夠的內(nèi)部慣性力，使其反彈回來，這樣割草機的刀片接觸到的草就是直立的草，所有的草都是在同一垂直高度上被修剪，所以修剪的草坪就會很平整。十、預(yù)操作原理(1)在操作開始前，使物體局部或全部產(chǎn)生所需的變化。上一頁下一頁返回第12頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用(2)預(yù)先對物體進行特殊安排，使其在時間上有準(zhǔn)備，或已處于易操作的位置。例4-7預(yù)著色(見圖4-7)。代替手工用刷子對塑料件進行著色，其中一種方法是機械著色。建議應(yīng)用預(yù)操作原理與合并原理來改善著色過程。在分開的鑄模的孔洞中預(yù)先加染料套(甚至預(yù)先將染料注入塑料中)。普通的印刷油墨(具有成型膠片樣的流動性)就可以這樣應(yīng)用。合模后注入塑料。零件的顏料具有較好的豁附性，因為顏料擴散到了表面內(nèi)部。十一、預(yù)補償原理采用預(yù)先準(zhǔn)備好的應(yīng)急措施補償可靠性相對較低的物體。如飛機上的降落傘，航天飛機的備用輸氧裝置。上一頁下一頁返回第13頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用例4-8汽車安全氣囊(見圖4-8)。如果碰撞發(fā)生在車前部，安全帶可以保護駕駛員。然而，安全帶對側(cè)面碰撞不起作用。建議使用側(cè)面安全氣囊緊縮的氣囊放在座位的后面。側(cè)面碰撞時，氣囊因充氣而膨脹，這樣可以避免乘客受傷。十二、等勢性原理改變工作條件，使物體不需要被升起或降低。如與沖床工作臺高度相同的工件輸送帶，將沖好的零件輸送到另一工位。例4-9汽車旋轉(zhuǎn)裝置(見圖4-9)。如果要到汽車下面修理汽車，汽車必須停放在敞開的隧道上，或固定到液壓平臺上。而且進行修理時，機修工必須在頭頂上操作，這樣既不方便也不安全。上一頁下一頁返回第14頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用建議使用等勢原理，將汽車固定在一個環(huán)形的旋轉(zhuǎn)裝置上，這樣汽車就能夠隨意旋轉(zhuǎn)甚至可以倒置，從而很好地改善了修理條件。十三、反向原理(1)將一個問題中所規(guī)定的操作改為相反的操作。(2)使物體中的運動部分靜止，靜止部分運動。(3)使一個物體的位置倒置。如為了拆卸處于緊配合的兩個零件，采用冷卻內(nèi)部零件的方法，而不采用加熱外部零件的方法;機械加工中使工件旋轉(zhuǎn)，而使刀具固定;為了有效地訓(xùn)練運動員，可以使用健身器材中的跑步機;通過將一個部件或機器總成翻轉(zhuǎn)，以便于安裝緊固件。上一頁下一頁返回第15頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用十四、曲面化原理(1)將直線或平面部分用曲線或曲面代替，立方體用球體代替(2)采用輥、球和螺旋(3)用旋轉(zhuǎn)運動代替直線運動，采用離心力。例4-10當(dāng)土豆收割機的滾筒運動時，它的形狀會和變化的地面始終保持相應(yīng)的一致(見圖4-10)。滾筒可以成為一個旋轉(zhuǎn)的雙曲面體，這個雙曲面由兩個直立的盤子組成，用木棍通過圓周上的點互相連接起來。兩個盤子可以相對旋轉(zhuǎn)，通過機械軸可以將這兩個盤子和收割機連接起來。當(dāng)盤子相對旋轉(zhuǎn)時，滾筒外部的輪廓就會隨著地形的改變而改變。上一頁下一頁返回第16頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用十五、動態(tài)化原理(1)使一個物體或其環(huán)境在操作的每一階段自動調(diào)整，以達到優(yōu)化的性能。(2)把一個物體劃分成具有相互關(guān)系的元件，元件之間可以改變相對位置。(3)如果一個物體是靜止的，使之變?yōu)檫\動的或可變的。例4-11螺旋角可變的螺桿輸送機(見圖4-11)。傳送礦物或化學(xué)藥品之類的松散材料，傳統(tǒng)的裝置是螺桿輸送機為了更好地控制材料的輸送速度和相對于不同密度的材料進行調(diào)節(jié)，希望輸送機螺桿的螺旋角是可調(diào)的。建議使用變參數(shù)原理和動態(tài)原理設(shè)計輸送機。螺桿的表面使用如橡膠之類的彈性材料制成。兩個螺旋彈簧控制螺旋的形狀。彈簧沿著旋轉(zhuǎn)軸的伸長/壓縮可控制螺桿的螺旋角，從而控制松散材料的傳送速度。上一頁下一頁返回第17頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用十六、未達到或超過的作用原理要想100%達到所希望的效果是困難的，而稍微未達到或稍微超過預(yù)期的效果將大大簡化問題。如缸筒外壁需要刷涂料時，可將缸筒浸泡在盛涂料的容器中完成，但取出缸筒后，其外壁粘涂料太多，通過快速旋轉(zhuǎn)可以甩掉多余的涂料。十七、維數(shù)變化原理(1)將一維空間中運動或靜止的物體變成二維空間中運動或靜止的物體，將二維空間中的物體變成三維空間中的物體。(2)將物體用多層排列代替單層排列。(3)使物體傾斜或改變方向。如自卸車。上一頁下一頁返回第18頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用(4)利用給定表面的反面。如疊層集成電路。例4-12礦車進入垂直面(見圖4-12)。當(dāng)空礦車和負載礦車在礦井中需要對調(diào)時，通過增加隧道寬度來解決是不理想的。因為隧道寬度的增大會使隧道頂部安全性降低。建議應(yīng)用維數(shù)變化原理、動態(tài)原理和分離原理來解決?？梢酝ㄟ^垂直面來重新排列礦車，如圖4-12所示將空車抓到負載車的上面，負載車向前行，在合適位置將空車放下。這樣礦車隊列變得更為動態(tài)化，此過程中所有礦車就像一堆紙牌一樣易操作。通過這種方法，可以大大改善礦井工人的安全。十八、振動原理(1)使物體處于振動狀態(tài)。如電動雕刻刀具具有振動刀片、電動剃須刀。(2)如果振動存在，增加其頻率，甚至可以增加到超聲。上一頁下一頁返回第19頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用(3)使用共振頻率。如利用超聲共振消除膽結(jié)石或腎結(jié)石。(4)使用電振動代替機械振動。如石英晶體振動驅(qū)動高精度表。(5)使用超聲波與電磁場藕合。如在高頻爐中混合合金。例4-13產(chǎn)品計數(shù)裝置(見圖4-13)。流水線上的機械計數(shù)系統(tǒng)長時間使用就會磨損，同時由于灰塵的積累，光學(xué)裝置的可靠性將會降低。建議用氣流和產(chǎn)品間相互作用產(chǎn)生的聲波來計數(shù)。讓產(chǎn)品沿著一個路徑傳送，到達終點后和氣流接近。產(chǎn)品和氣流相互作用產(chǎn)生聲波，聲波通過麥克風(fēng)轉(zhuǎn)變成電信號，電信號可用來計數(shù)。十九、周期性作用原理上一頁下一頁返回第20頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用(1)用周期性運動或脈動代替連續(xù)運動。如用鼓褪反復(fù)地敲擊某物體。(2)對周期性的運動改變其運動頻率。如通過調(diào)頻傳遞信息。(3)在兩個無脈動的運動之間增加脈動。例4-14控制振動的方法(見圖4-14)。如何控制車床進行金屬切削時的振動呢?建議用機械振動原理和周期性作用原理。按預(yù)先確定的頻率，短時間周期性的停止切削操作。切削數(shù)圈后，撤回刀具切削圈數(shù)與車床的振動阻尼(剛度、轉(zhuǎn)速和固有阻尼)及工件的材料有關(guān)。這種方法也可以防止切屑堆積在刀具邊緣。二十、有效作用的連續(xù)性原理(1)不停頓地工作，物體的所有部件都應(yīng)滿負荷地工作。上一頁下一頁返回第21頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用(2)消除運動過程中的中間間歇。如針式打印機的雙向打印。(3)用旋轉(zhuǎn)運動代替往復(fù)運動例4-15連續(xù)工作(見圖4-15)。由于機器需要等待新毛坯進入工作面，所以流水線的生產(chǎn)效率受到限制。建議加工毛坯時，讓毛坯與工裝一同運動。這項技術(shù)可用于回轉(zhuǎn)機械中。由于減少了空轉(zhuǎn)時間，使得旋轉(zhuǎn)流水線的生產(chǎn)效率得到提高。二十一、緊急行動原理以最快的速度完成有害的操作，如修理牙齒的鉆頭高速旋轉(zhuǎn)，以防止牙組織升溫。例4-16高速切斷管路(見圖4-16)。上一頁下一頁返回第22頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用傳統(tǒng)方法截斷大直徑薄壁管路時，管路變形與過渡擠壓是個大缺陷。建議使用加速原理，刀具以極快的速度切削使管路沒有時間變形。二十二、變有害為有益原理(1)利用有害因素，特別是對環(huán)境有害的因素，獲得有益的結(jié)果。(2)通過與另一種有害因素結(jié)合來消除一種有害因素。(3)加大一種有害因素的程度使其不再有害。如森林滅火時用逆火滅火，“以毒攻毒”。例4-17不平坦的地基容易造成建筑物的傾斜，使墻壁上產(chǎn)生危險的壓力，在這種情況下，通常需要拆掉建筑物重建，這是一種很不經(jīng)濟的解決方案。上一頁下一頁返回第23頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用建議方法是沿最大壓力線將建筑物分成兩部分，每一部分根據(jù)實際壓力進行加固。這樣，有害因素的影響就變成了有益因素:受壓區(qū)域可以很容易地根據(jù)墻壁石膏的裂紋判斷出來，進而確定切割線(見圖4-17)。二十三、反饋原理(1)引入反饋以改善過程或動作。如加工中心的自動檢測裝置;自動導(dǎo)航系統(tǒng)。(2)如果反饋已經(jīng)存在，改變反饋控制信號的大小或靈敏度例4-18軋鋼機鋼板厚度控制(見圖4-18)?？刂票卉堜摪宓暮穸?，重要的是控制鋼板溫度最終的厚度是溫度和接近輥子的板的厚度共同作用的結(jié)果。建議使用反饋控制輸出厚度。上一頁下一頁返回第24頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用可以將接近棍子的鋼板的厚度與加熱器(電子槍)電子束的進給速度結(jié)合起來，電子束通過鋼板被傳感器監(jiān)控。鋼板越厚，接收到的輻射密度越低。那么可發(fā)信號降低電子束的進給速度以增加鋼板的溫度。這種反饋控制改善了輸出厚度的精度。二十四、中介物原理(i)使用中介物傳送某一物體或某一種中間過程。如機械傳動中的惰輪(2)將一容易移動的物體與另一物體暫時結(jié)合。如機械手抓取重物并將其移動到另一處，用鉗子、鑷子幫助或代替人手抓取物體。二十五、自服務(wù)原理(1)使一物體通過附加功能產(chǎn)生自己服務(wù)于自己的功能。上一頁下一頁返回第25頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用(2)利用廢棄的材料、能量與物質(zhì)。如鋼廠余熱發(fā)電裝置。例4-19自服務(wù)挖掘機(見圖4-19)。給挖掘機的鏟斗提供氣體潤滑以減少土壤和鏟斗的摩擦，也可以防止卸土?xí)r土壤附著在鏟斗上。然而在發(fā)動機上安裝壓縮機會增加能量的消耗。建議使用自服務(wù)原理來解決問題。用作業(yè)時挖掘機懸臂的運動來給鏟斗提供空氣。這要通過在懸臂上安裝一個雙作用的氣缸來實現(xiàn)。二十六、復(fù)制原理(1)用簡單、低廉的復(fù)制品代替復(fù)雜的、昂貴的、易碎的或不易操作的物體。(2)用光學(xué)拷貝或圖像代替物體本身，可以放大或縮小圖像。(3)如果已使用了可見光復(fù)制，那么可用紅外線或紫外線代替。上一頁下一頁返回第26頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用如通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以對未來的復(fù)雜系統(tǒng)進行研究;通過模型的試驗來代替對真實系統(tǒng)的試驗;通過看一名教授的講座錄像可代替親自參加他的講座;利用紅外線成像探測熱源。二十七、低成本、不耐用的物體代替貴重、耐用的物體原理用一些低成本物體代替昂貴物體，用一些不耐用物體代替耐用物體。如一次性的紙杯子、一次性的餐具、一次性尿布、一次性拖鞋等二十八、機械系統(tǒng)的替代原理(1)用視覺、聽覺、嗅覺系統(tǒng)代替部分機械系統(tǒng)。(2)用電場、磁場及電磁場完成物體間的相互作用。上一頁下一頁返回第27頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用(3)將固定場變?yōu)橐苿訄?，將靜態(tài)場變?yōu)閯討B(tài)場，將隨機場變?yōu)榇_定場。(4)將鐵磁粒子用于場的作用之中。例4–20磁場移去彈性外殼(見圖4-20)。從成型機的軸上移去彈殼使用的機械裝置控制的推動器這種裝置可靠性低，而且彈殼經(jīng)常被刺穿。建議使用機械替代原理提高推動器的效率。用永久磁鐵作為推動器放在磁場中提供動力。反作用力由一個外部磁場(電磁鐵)控制。二十九、氣動與液壓結(jié)構(gòu)原理物體的固體零部件可以用氣動或液壓部件代替，將氣體或液體用于膨脹或減振。上一頁下一頁返回第28頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用如發(fā)生交通事故時，由于慣性作用，司機會受到強烈的撞擊。盡管安全帶可以起到一定的防護作用，但這是遠遠不夠的。解決的方法之一是使用安全氣囊。當(dāng)汽車受到撞擊時它會迅速膨脹以保護司機的安全。使用氣墊運動鞋，可以減少運動對足底的沖擊。三十、柔性殼體或薄膜原理(1)用柔性殼體或薄膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)。(2)使用柔性殼體或薄膜將物體與環(huán)境隔離。例4-21貨艙內(nèi)貨物的移動是航行中的一種潛在危險。防止貨物移動的一種方法是將其放在一個比較廣闊的空間里，用帶有彈性襯墊的材料密封好貨物，然后抽出里面的空氣，產(chǎn)生低壓，這樣襯墊的內(nèi)表面就可以貼近貨物了，防止貨物移動(見圖4-21)。上一頁下一頁返回第29頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用三十一、多孔材料原理(1)使物體多孔或通過插入、涂層等增加多孔元素。如在一結(jié)構(gòu)上鉆孔，以減輕質(zhì)量。(2)如果物體已是多孔的，用這些孔引入有用的物質(zhì)或功能。如利用一種多孔材料吸收接頭上的焊料。為了實現(xiàn)更好的冷卻效果，機器上的一些零部件內(nèi)充滿了一種已經(jīng)浸透冷卻液的多孔材料。在機器工作過程中，冷卻液蒸發(fā)，可以提供均勻冷卻。三十二、改變顏色原理(1)改變物體或環(huán)境的顏色。如在洗相片的暗房中要采用安全的光線。上一頁下一頁返回第30頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用(2)改變一個物體的透明度，或改變某一過程的可視性(3)采用有顏色的添加物，使不易觀察到的物體或過程被觀察到(4)如果已增加了顏色添加劑，則采用發(fā)光的軌跡。例4–22輕便輻射熨斗的設(shè)計(見圖4-22)。如何改善普通家用熨斗的設(shè)計?建議使用改變顏色(透明)原理、改變維數(shù)原理來改善設(shè)計。用難熔的、透明的玻璃制成基座。被熨的織品直接通過熱輻射加熱，而不是通過金屬基座加熱。新設(shè)計的熨斗質(zhì)量輕、加熱快，能滲透到織品的整個表面這樣的熨斗既輕便，又節(jié)約時間。三十三、同質(zhì)性原理采用相同或相似的物體制造與某物體相互作用的物體。如用金剛石切割鉆石。上一頁下一頁返回第31頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用如存放在一般容器里的高純度銅都很容易被污染，進而降低本身所固有的屬性。為了避免出現(xiàn)這種情況，可以將高純度銅存儲在以同質(zhì)材料制成的容器里，保證被儲存的高純度銅不被污染。三十四、拋棄與修復(fù)原理(1)當(dāng)一個物體完成了其功能或變得無用時，拋棄或修復(fù)該物體中的一個物體。如用可溶解的膠囊作為藥面的包裝;可降解餐具(2)立即修復(fù)一個物體中所損耗的部分。如割草機的自刃磨刀具例4–23某些零部件內(nèi)部流道非常復(fù)雜，有很多復(fù)雜的凹槽，這些凹槽是很難加工的(見圖4-23)。解決的方法是:先把電線彎成所需形狀，然后緊貼在板面上以形成這些凹槽，再在各條電線之間的空余地方添加熔融的金屬或環(huán)氧樹脂。上一頁下一頁返回第32頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用當(dāng)添加物變硬后，利用化學(xué)腐蝕的方法把其余的電線除掉就形成了所需要的復(fù)雜的內(nèi)部凹槽。三十五、參數(shù)變化原理(1)改變物體的物理狀態(tài)，即讓物體在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)之間變化。(2)改變物體的濃度和茹度。如液態(tài)香皂的茹度高于固態(tài)香皂，且使用更方便。(3)改變物體的柔性。如用三級可調(diào)減振器代替轎車中不可調(diào)減振器(4)改變溫度。如使金屬的溫度升高到居里點以上，金屬由鐵磁體變?yōu)轫槾朋w。例4–24通過將顆粒材料和液體相混合的方法，可以實現(xiàn)材料按顆粒大小逐漸分層。上一頁下一頁返回第33頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用具有不同顆粒的材料與液體混合后，顆粒材料逐漸沉淀，大顆粒會逐漸沉到最底端，依次是比較小的顆粒。盡管如此，我們?nèi)匀缓茈y移走材料層，因為輕微的動作都會引起不同顆粒的材料再次混合。但如果我們將已經(jīng)分開的材料凍結(jié)，那么就會很容易地分開顆粒層了(見圖4-24)。三十六、狀態(tài)變化原理在物質(zhì)狀態(tài)變化過程中實現(xiàn)某種效應(yīng)。如利用水在結(jié)冰時體積膨脹的原理。例4-25水凍結(jié)的時候體積膨脹很大，但是產(chǎn)生的壓力很有限。已設(shè)計的冰壓設(shè)備可以用來克服這個缺陷。該設(shè)備包括3個形狀相同尺寸不同的錐形瓶，每次只凍結(jié)一個錐形瓶。上一頁下一頁返回第34頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用第一個瓶子里的凍結(jié)水通過一個小孔在其余兩個瓶子里產(chǎn)生很大的壓力;然后，第二個瓶子里的凍結(jié)水會在第三個瓶子里產(chǎn)生很大的壓力;最終第三個瓶子里的凍結(jié)水會產(chǎn)生很大的壓力。這種壓力可以被用在鋼板沖床上，壓力可達幾千噸。整個冰壓設(shè)備(不包括冷藏庫)的質(zhì)量只有幾千克重，攜帶方便(見圖4-25)。三十七、熱膨脹原理(1)利用材料的熱膨脹或熱收縮特性。如裝配過盈配合的兩個零件時，將內(nèi)部零件冷卻，外部零件加熱，然后裝配在一起并置于常溫中。(2)使用具有不同熱膨脹系數(shù)的材料。如雙金屬片傳感器。為了控制溫室天窗的閉合，在天窗上連接了雙金屬板。當(dāng)溫度改變時雙金屬板就會相應(yīng)的彎曲，這樣就可以控制天窗的閉合。上一頁下一頁返回第35頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用三十八、加速強氧化原理使氧化從一個級別轉(zhuǎn)變到另一個級別，如從環(huán)境氣體到充滿氧氣，從充滿氧氣到純氧氣，從純氧到離子態(tài)氧。例4–26用乙炔切割鋼板時，在氣體壓力下熔化的金屬會帶著火星飛濺出來。解決的方法是:可以在乙炔氣流周圍環(huán)繞一層純氧，當(dāng)切割中心火焰溫度達到1500℃時，飛濺出來的金屬熔物就會在純氧層里燃燒而不會再帶著火星飛濺出來(見圖4-26)。三十九、惰性環(huán)境原理(1)用惰性環(huán)境代替普通環(huán)境。如為了防止白熾燈燈絲的氧化，讓其置于氫氣中。上一頁下一頁返回第36頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用(2)讓一個過程在真空中發(fā)生。例4-27清潔過濾器(見圖4-27)。在冶金生產(chǎn)中，往往是用從熔爐氣體中分離出的一氧化碳在燃燒室中燃燒來加熱水和金屬。在給燃燒室供氣之前，應(yīng)先將灰塵過濾掉。如果過濾器被阻塞，就應(yīng)該使用壓縮空氣將灰塵清除然而，這樣形成的一氧化碳和空氣的混合物容易發(fā)生爆炸。建議使用惰性氣體代替空氣，例如將氮氣通過過濾器以保證過濾器的清潔和工作過程的安全。四十、復(fù)合材料原理將材質(zhì)單一的材料改為復(fù)合材料。例如玻璃纖維與木材相比較輕，其在形成不同形狀時更容易控制。用玻璃纖維制成的沖浪板，由于比木制板更輕，可靈活控制運動方向，也易于制成各種形狀。上一頁下一頁返回第37頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理及應(yīng)用

例4–28一般使用輕且薄的材料制作防火服，然而輕薄材料的隔熱性能一般都比較低。聚乙烯纖維層是由彈性體或彈性材料組成的，這些材料可以在外界溫度升高的同時逐漸膨脹，這樣就可以有效地起到隔熱的作用，是制作防火服的合適材料之一(見圖4-28)。上述這些原理都是通用發(fā)明創(chuàng)造原理，未針對具體領(lǐng)域，其表達方法是描述可能解的概念。如建議采用柔性方法，問題的解是在某種程度上改變已有系統(tǒng)的柔性或適應(yīng)性，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建議提出已有系統(tǒng)的改進方案，這樣才有助于問題的迅速解決。還有一些原理范圍很寬，應(yīng)用面很廣，既可應(yīng)用于工程，又可用于管理、廣告和市場等領(lǐng)域。上一頁返回第38頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理使用竅門TRIZ理論給出了解決技術(shù)矛盾的40條發(fā)明創(chuàng)新原理，但這些發(fā)明原理被使用的頻率并不一樣。經(jīng)統(tǒng)計，有的經(jīng)常在已有的專利中得到應(yīng)用，而有的卻極少用到。下面由高到低列出它們被使用頻率的次序，可以直觀看出，第35條發(fā)明創(chuàng)新原理“參數(shù)變化即物體的物理和化學(xué)狀態(tài)的變化”是應(yīng)用頻率最高的原理。35.參數(shù)變化原理10.預(yù)操作原理1.分割原理28.機械系統(tǒng)的替代原理2.分離原理15.動態(tài)化原理下一頁返回第39頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理使用竅門19.周期性作用原理18.振動原理32.改變顏色原理13.反向原理26.復(fù)制原理3.局部質(zhì)量原理27.用低成本、不耐用的物體代替貴重、耐用的物體原理29.氣動與液壓結(jié)構(gòu)原理34.拋棄和修復(fù)原理16.未達到或超過的作用原理40.復(fù)合材料原理上一頁下一頁返回第40頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理使用竅門24.中介物原理17.維數(shù)變化原理6.多用性原理14.曲面化原理22.變有害為有益原理39.惰性環(huán)境原理4.不對稱原理30.柔性殼體或薄膜原理37.熱膨脹原理36.習(xí)犬態(tài)變化原理25.自服務(wù)原理上一頁下一頁返回第41頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理使用竅門11.預(yù)補償原理31.多孔材料原理38.加速強氧化原理8.質(zhì)量補償原理5.合并原理7.嵌套原理21.緊急行動原理23.反饋原理12.等勢性原理33.同質(zhì)性原理9.預(yù)加反作用原理上一頁下一頁返回第42頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理使用竅門20.有效作用的連續(xù)性原理對有些想走捷徑的發(fā)明人來說，可以直接使用頻率次序靠前的若干項來嘗試進行創(chuàng)新構(gòu)思，解決技術(shù)系統(tǒng)中的問題和沖突。為了方便發(fā)明人有針對性地利用40條發(fā)明創(chuàng)新原理，德國TRIZ專家統(tǒng)計出40條發(fā)明創(chuàng)新原理中特別適用于走捷徑可立即求解、有利于設(shè)計場合、有利于大幅降低成本的三大類發(fā)明原理，現(xiàn)介紹如下:(1)第一類走捷徑可立即求解的就是本節(jié)提到的前10條使用頻率高的發(fā)明原理。(2)下面列出的13條發(fā)明原理可以成功地應(yīng)用于設(shè)計場合，分別是:1.分割原理2.分離原理上一頁下一頁返回第43頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理使用竅門3.局部質(zhì)量原理4.不對稱原理26.復(fù)制原理6.多用性原理7.嵌套原理8.質(zhì)量補償原理13.反向原理15.動態(tài)化原理17.維數(shù)變化原理(主要是擴大)24.中介物原理31.多孔材料原理上一頁下一頁返回第44頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理使用竅門(3)進一步還有下列10條發(fā)明原理可以大幅度降低產(chǎn)品的成本:1.分割原理2.分離原理(取消某一部分)3.局部質(zhì)量原理6.多用性原理10.預(yù)操作原理16.未達到或超過的作用原理20.有效作用的連續(xù)性原理25.自服務(wù)原理26.復(fù)制原理27.用低成本、不耐用的物體代替貴重、耐用的物體原理上一頁下一頁返回第45頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理使用竅門例4–29某制造廠長期以來一直生產(chǎn)直徑為10英寸、長為2英寸的小型玻璃過濾器(見圖4-29(a))?，F(xiàn)在該廠拿到新的訂單，需要生產(chǎn)直徑2英尺、長10英尺的大型玻璃過濾器。需要使非常細小的過濾孔均勻地分布在過濾器的每一部分。令人為難的是:怎樣才能經(jīng)濟地生產(chǎn)出這種新型過濾器?這些小孔還需要直通過濾器并均勻分布。本題的任務(wù)是制造出含有成千上萬個小孔的長型玻璃過濾器。以前該公司制造過可以鉆孔的短過濾器—此過程比較簡單，現(xiàn)在新的要求比較復(fù)雜，且制造過程也復(fù)雜得多。對照40個發(fā)明原理，分析每一個原理，考慮可以采取的合適建議。剛開始你會發(fā)現(xiàn)這些方法乍看起來非常煩瑣。上一頁下一頁返回第46頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理使用竅門現(xiàn)在用3min時間來審視每一個原理，檢查可以用來解決問題的前提條件，這樣最多用1~2h便可找到最有效的原理。用這種方法，選出下列原理作為解決該問題最合適的方法:原理1(①、③)分割原理10(①)預(yù)操作原理13(①)反過來做原理28(①、②)系統(tǒng)替代原理35(①)性能轉(zhuǎn)換原理40復(fù)合材料現(xiàn)在分析以上選定的原理:原理1(①、③)分割:意味著將過濾器分成很多部分。上一頁下一頁返回第47頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)發(fā)明創(chuàng)新原理使用竅門原理10(①)預(yù)操作:提出將孔在做成過濾器之前做出。原理13(①)反過來做:表示將制作過程反過來——不是鉆孔(去除材料)，而是用很多部分來組合成過濾器(加入材料)。原理28,35和40可由自己進行分析和應(yīng)用，不再一一介紹。由此可見，過濾器應(yīng)該由很多分割的部分組合在一起(原理1)，這應(yīng)該在它還沒有成為過濾器之前就完成(原理10)。原理13將這一系列概念合起來，不是通過去除某些部分(鉆孔)，而是增加材料使其提供孔的作用。換言之，改變?nèi)サ魱|西而使其起到孔的作用的方法，用增加?xùn)|西(合并、組合、捆綁)的辦法使其得到孔的效果?；谠?,10,13可知，玻璃過濾器應(yīng)該用捆扎在一起的玻璃纖維制成(見圖4-29(b))。上一頁下一頁返回第48頁，共77頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)