產(chǎn)品創(chuàng)新思維與方法 課件 第10章 產(chǎn)品創(chuàng)新問題求解：科學(xué)效應(yīng)庫方法

第十章科學(xué)效應(yīng)庫方法產(chǎn)品創(chuàng)新問題求解《產(chǎn)品創(chuàng)新思維與方法》目錄10.1發(fā)明專利中的相似原理10.2什么是科學(xué)效應(yīng)10.3科學(xué)效應(yīng)在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的作用10.4發(fā)明專利中的科學(xué)效應(yīng)10.1發(fā)明專利中的相似原理發(fā)明問題1：如何實現(xiàn)向日葵籽（葵花籽）、松子和夏威夷果等堅果的快速去殼，并得到里面完整的果仁？發(fā)明問題2：如何實現(xiàn)從松子中剝離出里面的松仁，并且松仁盡可能完整？發(fā)明問題3：如何對堅硬的鉆石進行切割加工？發(fā)明問題4：如何清洗工業(yè)管道中的過濾網(wǎng)？經(jīng)典發(fā)明問題求解案例10.1經(jīng)典發(fā)明問題求解案例【課堂練習(xí)10-1】工業(yè)領(lǐng)域中的一個關(guān)于管道內(nèi)部濾網(wǎng)清洗的方法也是運用了類似的原理，請考慮如何應(yīng)用類似的壓力差原理實現(xiàn)清洗。解決這幾個來自不同的領(lǐng)域（包括食品加工領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域）的不同問題（去殼、切割、清洗等）應(yīng)用了同一個原理，即“瞬間壓力差原理”。10.1案例求解相似點松子去殼法葵花籽去殼法人類發(fā)明和正在應(yīng)用的任何一個技術(shù)系統(tǒng)都必定依賴于人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)或尚未被證明的科學(xué)原理，因此，最基礎(chǔ)的科學(xué)效應(yīng)和科學(xué)現(xiàn)象是人類創(chuàng)造發(fā)明的重要源泉。10.2什么是科學(xué)效應(yīng)科學(xué)效應(yīng)是自然界中原因和結(jié)果的必然關(guān)系。這種必然聯(lián)系往往可以用數(shù)學(xué)語言來描述。科學(xué)效應(yīng)可以通過將有關(guān)的量互相聯(lián)系起來的定律來描述，即按照定律規(guī)定的原理將輸入量轉(zhuǎn)化為輸出量，實現(xiàn)相應(yīng)的功能。01.利用科學(xué)效應(yīng)進行產(chǎn)品創(chuàng)新是在科學(xué)理論的指導(dǎo)下，實施科學(xué)現(xiàn)象的技術(shù)結(jié)果，以實現(xiàn)相應(yīng)的功能。02.將科學(xué)效應(yīng)有序地安排，并提供高效的檢索方式，即成為科學(xué)效應(yīng)知識庫?？茖W(xué)效應(yīng)所體現(xiàn)的自然規(guī)律和固有可靠性（嚴格遵守自然法則），使科學(xué)效應(yīng)成為獲得解決問題資源的最佳途徑之一?？茖W(xué)效應(yīng)和科學(xué)現(xiàn)象知識庫是TRIZ體系中最容易應(yīng)用的工具之一。在計算機輔助創(chuàng)新（CAI）軟件的幫助下，TRIZ中的知識庫更是得到了極大豐富，搜索使用也更加便捷。03.10.2.1科學(xué)效應(yīng)的定義通過對全世界250萬份高水平發(fā)明專利的研究，TRIZ將高難度的問題和所要實現(xiàn)的功能進行了歸納總結(jié)，最后總結(jié)出常見的技術(shù)系統(tǒng)功能共有30個，并賦予每個功能以相對應(yīng)的一個代碼，科學(xué)效應(yīng)常見的應(yīng)用功能代碼如右表所示。10.2.2科學(xué)效應(yīng)庫的組織結(jié)構(gòu)功能代碼實現(xiàn)的功能功能代碼實現(xiàn)的功能F01測量溫度F16傳遞能量F02降低溫度F17建立移動物體與固定物體間的相互作用F03提高溫度F18測量物體的尺寸F04穩(wěn)定溫度F19改變物體的尺寸F05探測物體的位置和運動F20檢查表面的狀態(tài)和性質(zhì)F06控制物體的運動F21改變表面的性質(zhì)F07控制液體及氣體的運動F22檢查物質(zhì)容量的狀態(tài)和特征F08控制浮質(zhì)（懸浮顆粒）的流動F23改變物體空間性質(zhì)F09攪拌混合物，形成溶液F24形成要求的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定物體結(jié)構(gòu)F10分離混合物F25探測電場和磁場F11穩(wěn)定物質(zhì)位置F26探測輻射F12產(chǎn)生（或控制）力F27產(chǎn)生輻射F13控制摩擦力F28控制電磁場F14破壞（解體）物體F29控制光F15積蓄機械能和熱能F30產(chǎn)生及加強化學(xué)變化一般而言，實現(xiàn)這30個功能時經(jīng)常用到的科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象共有100個。常見功能所對應(yīng)的科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象清單的示例如左表所示。30個功能與100個科學(xué)效應(yīng)之間的詳細對應(yīng)關(guān)系見附錄。10.2.2科學(xué)效應(yīng)庫的組織結(jié)構(gòu)功能代碼科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象科學(xué)效應(yīng)序號F01-測量溫度熱膨脹E75熱雙金屬片E76珀耳帖效應(yīng)E67湯姆遜效應(yīng)E80熱電現(xiàn)象E71熱電子發(fā)射E72熱輻射E73電阻E33熱敏性物質(zhì)E74居里效應(yīng)（居里點）E60巴克豪森效應(yīng)E3霍普金森效應(yīng)E55【課堂練習(xí)10-2】請嘗試設(shè)計一個基于居里效應(yīng)和熱點效應(yīng)的溫度控制閥，可以從互聯(lián)網(wǎng)尋找資料，以及與身邊的同學(xué)一起討論。10.2.3科學(xué)效應(yīng)庫的應(yīng)用步驟科學(xué)原理尤其是科學(xué)效應(yīng)和科學(xué)現(xiàn)象的應(yīng)用對發(fā)明問題的解決具有重要的啟示意義，也是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程中強有力的輔助工具。應(yīng)用科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象應(yīng)遵循相關(guān)的流程及科學(xué)效應(yīng)用步驟。第一步，根據(jù)實際情況對問題進行定義分析，確定解決此問題所要實現(xiàn)的功能；第二步，根據(jù)功能從科學(xué)效應(yīng)庫和現(xiàn)象清單表中確定與此功能相對應(yīng)的功能代碼，此代碼應(yīng)該是F1-F30中的一個；第三步，從科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象清單表中查找到此功能代碼下TRIZ所推薦的科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象，獲得相應(yīng)的科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的名稱；第四步，篩選所推薦的每個科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象，優(yōu)選出適合解決本問題的科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象；第五步，查找優(yōu)選出來的每個科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的詳細解釋，應(yīng)用于該問題的解決，并驗證方案的可行性；如果問題沒能得到解決或功能無法實現(xiàn)，重新分析問題或查找合適的效應(yīng)。第六步，形成最終的解決方案。思考：如果應(yīng)用壓電效應(yīng)或韋森堡效應(yīng)會出現(xiàn)什么負面效果?

創(chuàng)新反思10-1顧客對燈泡質(zhì)量的意見電燈泡廠的廠長將廠里的工程師召集起來開了個會，他讓這些工程師們看一疊顧客的批評信，顧客對燈泡質(zhì)量非常不滿意。（1）問題分析：工程師們覺得燈泡里的壓力有些問題。壓力有時比正常的高，有時比正常的低。（2）確定功能：準確測量燈泡內(nèi)部氣體的壓力。（3）TRIZ推薦的可以測量壓力的物理效應(yīng)和現(xiàn)象：機械振動、壓電效應(yīng)、駐極體、電暈放電、韋森堡效應(yīng)等。（4）效應(yīng)取舍：經(jīng)過對以上效應(yīng)逐一分析，只有“電暈”的出現(xiàn)依賴于氣體成分和導(dǎo)體周圍的氣壓，所以電暈放電能夠適合測量燈泡內(nèi)部氣體的壓力。（5）方案驗證：如果燈泡燈口加上額定高電壓，氣體達到額定壓力就會產(chǎn)生電暈放電。（6）最終解決方案：用電暈放電效應(yīng)測量燈泡內(nèi)部氣體的壓力。10.3科學(xué)效應(yīng)在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的作用漸進式創(chuàng)新漸進型創(chuàng)新是指通過不斷的、漸進的、連續(xù)的小創(chuàng)新，最后實現(xiàn)管理創(chuàng)新的目的，是一種量變的創(chuàng)新過程。突破性創(chuàng)新突破性創(chuàng)新是使產(chǎn)品、工藝或服務(wù)等具有前所未有的性能特征，或者在保持類似功能特征情形下，使得產(chǎn)品、工藝或服務(wù)等的性能大幅上升，或者成本急劇下降。抑或是創(chuàng)造出了一種全新的產(chǎn)品或服務(wù)。產(chǎn)品創(chuàng)新一般是指在產(chǎn)品技術(shù)變化基礎(chǔ)上進行的技術(shù)創(chuàng)新。本質(zhì)上也是一個如何實現(xiàn)產(chǎn)品價值增加的過程，包括新產(chǎn)品的研究開發(fā)及新產(chǎn)品的商業(yè)化和市場推廣等環(huán)節(jié)。10.3.1產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計分類方式廣義的產(chǎn)品創(chuàng)新是企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中最重要、最基本的內(nèi)容之一，也是企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的核心。產(chǎn)品創(chuàng)新已經(jīng)成為企業(yè)生存和發(fā)展之根本。迄今為止，研究人員已經(jīng)總結(jié)了大概10000個效應(yīng)，但常用的只有1400多個。工程技術(shù)人員掌握并應(yīng)用的效應(yīng)是相當(dāng)有限。深入研究科學(xué)效應(yīng)或現(xiàn)象在發(fā)明創(chuàng)造中的應(yīng)用，有助于提高工程技術(shù)人員的創(chuàng)意思維能力和新產(chǎn)品的創(chuàng)造力。TRIZ理論將科學(xué)效應(yīng)作為專門的問題解決工具加以研究和整理。效應(yīng)應(yīng)用因此，有必要將科學(xué)效應(yīng)更為合理的方式組織起來，形成可以重復(fù)利用的科學(xué)效應(yīng)庫，從而可以指導(dǎo)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計者。普通的產(chǎn)品開發(fā)人員受限于自身的精力與知識面，在進行產(chǎn)品創(chuàng)新的過程中經(jīng)常會遇到思維慣性、有限知識和試錯的成本三種思路上的障礙。此外，產(chǎn)品設(shè)計工程師們難以充分認識并掌握各個工程領(lǐng)域的科學(xué)效應(yīng)。10.3.2科學(xué)效應(yīng)與產(chǎn)品創(chuàng)新科學(xué)效應(yīng)的研究與整理1969年阿奇舒勒先生及其領(lǐng)導(dǎo)的研究人員開始系統(tǒng)地收集各類科學(xué)效應(yīng)1979年阿奇舒勒和他的團隊發(fā)表了一本關(guān)于物理效應(yīng)的手冊1981～1982年蘇聯(lián)的科技雜志（Tehnikainauka）發(fā)表了一系列關(guān)于科學(xué)效應(yīng)應(yīng)用的文章1988年著名發(fā)明理論專家Salamatov出版了一本關(guān)于化學(xué)效應(yīng)的著作1989年Vikentjev

和Jefremov發(fā)表了一篇將幾何效應(yīng)用于發(fā)明創(chuàng)造的論文10.3.2科學(xué)效應(yīng)與產(chǎn)品創(chuàng)新傳統(tǒng)傳統(tǒng)的科學(xué)效應(yīng)一般是按照其所在的領(lǐng)域進行組織和劃分，側(cè)重于科學(xué)效應(yīng)的內(nèi)容、推導(dǎo)和屬性的說明。由于人員自身知識的局限性，對其他科學(xué)效應(yīng)進行搜索困難。TRIZ理論在TRIZ理論中，按照“從技術(shù)目標(biāo)到實現(xiàn)方法”的方式組織科學(xué)效應(yīng)庫，創(chuàng)新人員可以根據(jù)TRIZ的分析工具決定需要實現(xiàn)的“技術(shù)目標(biāo)”，然后選擇需要的“實現(xiàn)方法”，即相應(yīng)的科學(xué)效應(yīng)。TRIZ的科學(xué)效應(yīng)庫的組織結(jié)構(gòu)，極大地方便了創(chuàng)新人員對其領(lǐng)域之外的科學(xué)原理的應(yīng)用。TRIZ理論基于對世界專利庫的大量的專利的分析，總結(jié)出了大量的物理、化學(xué)和幾何效應(yīng)，每一個效應(yīng)都可能用來解決某一類問題，為工程師在產(chǎn)品上進行創(chuàng)新提供的極大的幫助。VS10.3.2科學(xué)效應(yīng)與產(chǎn)品創(chuàng)新10.4發(fā)明專利中的科學(xué)效應(yīng)專利是專利權(quán)的簡稱，它是指一項解決某一特定問題的技術(shù)方案，包括發(fā)明、實用新型或外觀設(shè)計等。在我國，專利包括了發(fā)明專利、實用新型專利、外觀設(shè)計等三個種類。10.4專利的定義專利的申請需要向國務(wù)院專利行政部門提交相關(guān)材料，經(jīng)過法定流程審查合格后，在規(guī)定的時間內(nèi)，專利申請人可獲得該項發(fā)明創(chuàng)造的專有權(quán)。對于一個新的技術(shù)或產(chǎn)品改進問題，大多數(shù)情況下都能從已經(jīng)存在的原理和方法中找到該問題的解決方案；對于一個領(lǐng)域的發(fā)明專利，其所使用的科學(xué)效應(yīng)或科學(xué)原理絕大多數(shù)情況下也都能從已經(jīng)存在的其他技術(shù)領(lǐng)域中找到。10.4發(fā)明專利背后的規(guī)律隱藏在發(fā)明專利背后的三種規(guī)律：在不同的技術(shù)領(lǐng)域，相同的技術(shù)發(fā)展模式反復(fù)出現(xiàn)；在不同的技術(shù)領(lǐng)域，相同的問題和解決方案被反復(fù)使用；科學(xué)效應(yīng)在其說書領(lǐng)域之外被用來進行創(chuàng)新。系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)復(fù)習(xí)思考題1.什么是科學(xué)效應(yīng)？2.什么是科學(xué)效應(yīng)庫？3.科學(xué)效應(yīng)庫有什么作用？請舉例說明。4.如何應(yīng)用科學(xué)效應(yīng)庫？具體的流程和步驟是什么？5.科學(xué)效應(yīng)在漸進式創(chuàng)新中如何發(fā)揮作用？6.科學(xué)效應(yīng)在突破性創(chuàng)新中如何發(fā)揮作用？7.發(fā)明專利與科學(xué)效應(yīng)之間存在什么樣的練習(xí)，或隱藏著什么規(guī)律？8.科學(xué)效應(yīng)庫中的科學(xué)效應(yīng)都可以劃分為什么類型？9.30個常用產(chǎn)品功能能否進一步拓展？依據(jù)是什么？10.嘗試從科學(xué)效應(yīng)庫中找出如何讓臟衣服實現(xiàn)自我清潔的方法？11.為了實現(xiàn)交通管制，有必要檢測在道路某個區(qū)域上車輛的通過量。一般使用沿著路面放置的接觸式傳感器，但是這些傳感器的壽命很短