創(chuàng)新方法TRIZ理論課件第9章物理矛盾的解決-兩份資料

第9章物理矛盾的解決

9.1物理矛盾的定義9.4物理矛盾的解決辦法9.2物理矛盾的表現(xiàn)形式9.3技術(shù)矛盾和物理矛盾的區(qū)別9.5技術(shù)矛盾向物理矛盾轉(zhuǎn)化9.1物理矛盾的定義物理矛盾是當(dāng)一個技術(shù)系統(tǒng)的工程參數(shù)具有相反的需求，就出現(xiàn)了物理矛盾。比如說，要求系統(tǒng)的某個參數(shù)既要出現(xiàn)又不存在，或既要高又要低，或既要大又要小等等。發(fā)動機就應(yīng)該盡量大，而要減少燃油的消耗，發(fā)動機就應(yīng)該盡量小電子設(shè)備里的散熱片體積應(yīng)該盡量大一些，這樣散熱效果好，但是從節(jié)省空間的角度來看，散熱器的體積又應(yīng)該盡量小。9.2物理矛盾的表現(xiàn)形式物理矛盾可以描述為：一個系統(tǒng)中的某一個對象具有特性P，以便滿足性能F1；同時，該對象又要具有非P（P的相反特性），以便滿足F2。針對電腦散熱器的例子，可以將物理矛盾描述為：電腦散熱片面積要大，因為可以更好的散熱；但是電腦散熱片面積要小，因為可以節(jié)省空間。常見的物理矛盾的分類如表類別物理矛盾幾何類長與短對稱與非對稱平行與交叉厚與薄圓與非圓鋒利與鈍寬與窄水平與垂直材料及能量類時間長與短粘度高與低功率大與小摩擦系數(shù)大與小多與少密度大與小導(dǎo)熱率高與低溫度高與低功能類噴射與堵塞推與拉冷與熱快與慢運動與靜止強與弱軟與硬成本高與低9.3技術(shù)矛盾和物理矛盾的區(qū)別（1）技術(shù)矛盾是指一個作用同時產(chǎn)生有用及有害兩種效應(yīng)，也可指有用

效應(yīng)的引入或有害效應(yīng)的消除導(dǎo)致一個或幾個子系統(tǒng)變壞。（2）技術(shù)矛盾常表現(xiàn)為一個系統(tǒng)中兩個子系統(tǒng)之間的矛盾，而且總是涉

及到兩個基本參數(shù)：當(dāng)其中一個得到改進時，另一個變得更差。（3）物理矛盾是當(dāng)一個技術(shù)系統(tǒng)的工程參數(shù)具有相反的需求，就出現(xiàn)了物理

矛盾。比如說，要求系統(tǒng)的某個參數(shù)既要出現(xiàn)又不存在，或既要高又要低，

或既要大又要小等。（4）技術(shù)矛盾和物理矛盾是可以相互轉(zhuǎn)換的，許多技術(shù)矛盾在經(jīng)過分解

和

細化后最終都可以轉(zhuǎn)換為物理矛盾。技術(shù)矛盾和物理矛盾的區(qū)別示意9.4物理矛盾的解決辦法現(xiàn)代TRIZ理論中，解決物理矛盾的主要方法是分離原理。分離原理分類：（1）空間分離；（2）時間分離；（3）條件分離；（4）系統(tǒng)級別分離。分離原理是指針對系統(tǒng)中的同一參數(shù)，在不同情況下有不同的需求，可以按照相應(yīng)的情況進行分別滿足，以實現(xiàn)物理矛盾的解決。用分離原理解決物理矛盾的步驟：（1）找到關(guān)鍵問題。（2）提取物理矛盾。（3）選擇相應(yīng)的分離原理。（4）查找對應(yīng)的發(fā)明原理。（5）形成具體的解決方案。（6）如果步驟5不行，則重復(fù)步驟1到步驟4，指導(dǎo)形成最終的解決方案。9.4.1基于時間分離分離原理是指針對系統(tǒng)中的同一參數(shù)，在不同情況下有不同的需求，可以按照相應(yīng)的情況進行分別滿足，以實現(xiàn)物理矛盾的解決。時間分離原理指系統(tǒng)中的某個參數(shù)在不同的時間段內(nèi)出現(xiàn)相反的或者矛盾的需求，也就是在不同的時間段中滿足不同或相反需求，以解決物理矛盾。

當(dāng)系統(tǒng)對某一個參數(shù)的需求是互斥的，如果其中的一種需求只存在某一個時間段內(nèi)，在其他時間段內(nèi)就沒有該種需求，則可以用時間分離的方法。案例分析：自行車在騎乘時，需要體積大，這樣可以載人或者搭乘貨物。但是，當(dāng)自行車在不適用時，又需要體積小，這樣就可以節(jié)省空間。既需要自行車體積大又需要自行車體積小，而且這兩個相反需求都是合情合理的，所以這是一對物理矛盾。解決方案：載人時的自行車解決方案：不使用時的自行車9.4.2基于空間分離空間分離原理指系統(tǒng)中的某個參數(shù)在不同的空間內(nèi)出現(xiàn)相反的或者矛盾的需求，也就是在不同的空間中滿足不同或相反需求，以解決物理矛盾。當(dāng)系統(tǒng)對某一個參數(shù)的需求是互斥的，如果其中的一種需求只存在某個空間內(nèi)，在其他空間內(nèi)就沒有該種需求，則可以用空間分離的方法。案例分析：在十字路口，去往不同方向的汽車都要經(jīng)過該十字路口。但是，這些汽車又不能同時駛過十字路口，否則東西方向和南北方向的汽車就會相撞，可是，如果不能同時駛過十字路口，要輪流等待紅綠燈信號才能通行，汽車的通行效率就會下降，不但會造成交通擁堵也浪費車主的時間。解決方案：9.4.3基于條件分離條件分離原理指系統(tǒng)中的某個參數(shù)在不同的條件下出現(xiàn)相反的或者矛盾的需求，也就是在不同的條件下滿足不同或相反需求，以解決物理矛盾。

當(dāng)系統(tǒng)對某一個參數(shù)的需求是互斥的，如果其中的一種需求只存在某個條件下，在其他條件下就沒有該種需求，則可以用條件分離的方法。案例分析：在跳水運動中，水池與運動員可以看成是一個系統(tǒng)，運動員從高處往下跳，這就要求水池中的水既是硬的又是軟的，因為只有硬度足夠的水才能支撐運動員的身體，不至于使運動員的身體迅速碰到池底，而硬水雖然支撐了運動員的身體，但由于運動員在入水時與水的相對速度很大，所以，硬水又有可能對運動員的身體造成傷害。解決方案：9.4.4基于系統(tǒng)級別分離系統(tǒng)級別分離原理指系統(tǒng)中的某個參數(shù)出現(xiàn)相反的或者矛盾的需求，但是在空間、時間和條件都有交叉而不能用這三種分離原理時，應(yīng)考慮整體與部分，也就是采用系統(tǒng)級別上的分離手段。系統(tǒng)級別分離是考慮系統(tǒng)中的某一參數(shù)需求只存在該系統(tǒng)上的一個子系統(tǒng)或一個級別上，而其他子系統(tǒng)或級別需要該參數(shù)的相反需求的情況下，所應(yīng)用的分離原理。案例分析：戰(zhàn)斗機的特點是機動靈活，飛行速度快，可快速爬升到高空，要攜帶導(dǎo)彈和武器。戰(zhàn)斗機也要有油箱，如果其油箱體積大，戰(zhàn)斗機的靈活性就會減弱，但如果其油箱體積小，戰(zhàn)斗機的戰(zhàn)斗范圍必定要減小。解決方案：根據(jù)“組合”發(fā)明原理，當(dāng)發(fā)動機在高空中（空間上）飛行并且油箱快沒有油時（時間上），可以考慮讓另一個大油箱（同類、相關(guān)的對象）給戰(zhàn)機上的油箱輸油，那這個大油箱怎么來的呢？得出的解決方案就是專用的加油機了。9.5技術(shù)矛盾向物理矛盾轉(zhuǎn)化在一個系統(tǒng)或者工程中，會同時存在多個矛盾，就某一矛盾，既可以把它定義為技術(shù)矛盾也可以定義成物理矛盾，又因為物理矛盾和技術(shù)矛盾都是triz理論中的問題描述工具，所以可以將二者進行轉(zhuǎn)化，而物理矛盾的提取往往是更深刻的、沖突程度更尖銳的矛盾，因此，常常把技術(shù)矛盾向物理矛盾進行轉(zhuǎn)化。以筆記本電腦的屏幕為例，如果用技術(shù)矛盾描述就是：如果筆記本電腦屏幕大；那么使用更方便；但是攜帶不方便。在此，使用方便和攜帶不方便可以理解為構(gòu)成一對技術(shù)矛盾。相應(yīng)物理矛盾描述就是：筆記本電腦屏幕要大些，那么可以更方便使用；但是筆記本電腦屏幕要小些，因為可以方便攜帶。在此，筆記本電腦屏幕即要大又要小就構(gòu)成了一對物理矛盾。可以看出，我們只要針對筆記本電腦屏幕的特性做出創(chuàng)新把其物理矛盾解決了就可以解決淺層次的技術(shù)矛盾。9.6分離原理與發(fā)明原理的對應(yīng)關(guān)系分離方法創(chuàng)新原理時間分離9預(yù)先反作用、10預(yù)先作用、11事先防范、15動態(tài)特性、16不足或過度的作用、18機械振動、19周期性動作、20有效作用的連續(xù)性、21減少有害作用時間、29氣壓與液壓結(jié)構(gòu)、34拋棄與再生、37熱膨脹空間分離1分割、2抽取、3局部質(zhì)量、4增加不對稱性、7嵌套、13逆向思維、17多維化、24借助中介物、26復(fù)制、30柔性外殼或薄膜條件分離1分割、5組合、6多用性、7嵌套、3重量補償、13反向思維、14曲面化、22變害為利、24反饋、25自服務(wù)、27廉價替代品、33同質(zhì)性、35物理或化學(xué)參數(shù)改變系統(tǒng)級別分離12等勢、28機械系統(tǒng)替代、31多孔材料、32改變顏色、35物理或化學(xué)參數(shù)改變、36相變、38強氧化劑、39惰性或真空環(huán)境、40復(fù)合材料分離原理與發(fā)明的原理的之間存在相應(yīng)的關(guān)系第10章物-場模型與標(biāo)準(zhǔn)解系統(tǒng)物－場模型分析法簡介●

Altshuller于1979年發(fā)表了名為《創(chuàng)造是一門精密的科學(xué)》的專著，書中論述了物-場模型的概念和物-場分析法的基本原理。這是Altshuller晚期的主要工作之一!阿奇舒勒通過對功能的研究發(fā)現(xiàn)了下述3條定律（1）所有的功能都可分解為3個基本元素：兩個物質(zhì)和一個場（2）一個存在的功能必定由3個基本元素構(gòu)成（3）缺一不可的三個基本元素以合適的方式有機結(jié)合，才能有效實現(xiàn)一種功能技術(shù)系統(tǒng)存在的目的是實現(xiàn)功能。功能可以分解為2種物質(zhì)（Substance--S）和1種場（Field--F）。（作用對象S1、工具S2、場F）技術(shù)系統(tǒng)的功能模型可以用一個完整的物質(zhì)--場

(Substance--Field)三角形來表示。什么是物-場模型目錄10.1物-場模型的一些基本概念10.4物-場模型的標(biāo)準(zhǔn)解10.2基本的物-場模型分類10.3物-場模型的一般解法10.5物-場模型標(biāo)準(zhǔn)解分析案例10.1物-場模型的一些基本概念物－場分析法的三元素

用S1表示原料或工件，充當(dāng)被作用、被操作、被改變的角色；用S2表示工具，它作用、操作或改變被動元件S1。

物質(zhì)（S1、S2）：是一種與任何結(jié)構(gòu)、功能、形狀、材質(zhì)等復(fù)雜性無關(guān)的實物，可以是材料、工具、零件、人、環(huán)境等。TRIZ中的場：將存在于物質(zhì)之間的各種各樣的作用都用場來表示。

力場：（持續(xù)力、沖擊、脈沖）

聲場：（超聲波、次生波）

熱場：（加熱，降溫）電場、磁場、電磁場光學(xué)場：（紫外線、可見光、紅外線）輻射場：（放射性輻射、電離輻射）化學(xué)場：（氧化、腐蝕）

……物質(zhì)的類型人員類：產(chǎn)品的使用者（用戶）材料類：熱性質(zhì)材料、電、磁性質(zhì)材料、光學(xué)性質(zhì)材料環(huán)境類：地面，空氣，礦山典型物理狀態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、等離子體（電漿）中間態(tài)和化合狀態(tài)：氣溶膠、液溶膠、固溶膠、泡沫、粉末、凝膠、多孔物

……符號過度的定向作用正常、有效的相互作用效用不足的相互作用有害的相互作用意義有效的作用不足的作用有害的作用物—場分析法符號+++++++++++++10.2基本的物-場模型分類FS2S1４有害的完整模型物-場分析法的４種功能模型FS2S1１有效完整模型FS2２不完整模型FS2S1

３作用不足的完整模型第一種模型是我們追求的目標(biāo)；對后3種模型，TRIZ理論提出了物-場模型的6個一般解法。1、有效完整的物-場模型：實現(xiàn)功能的3個元素齊全，且有效實現(xiàn)功能。最小的具有工作能力的可控技術(shù)模型案例：把生米用水煮熟。首先把鍋中洗好的米加上適量的水，再把鍋放到火上燒。所以煮飯就是一個3元素完整且有效的物-場模型。在煮飯階段，米接觸水，鍋在模型中不出現(xiàn)，熱量（F）通過水（S2）作用于米(S1)。442、不完整的物-場模型：實現(xiàn)功能的3個元素不全，缺場或物質(zhì)（工具）對不完整模型，應(yīng)針對所缺少的元素給予引入物質(zhì)或引入場，使形成有效完整的物場模型，從而得以實現(xiàn)功能。S2S1FS1S2S1FS2FS2S1案例：如何將火柴理順后裝入火柴盒？引入磁粉S2和磁場F，F(xiàn)作用于S2，S2同時作用于火柴S1，表述如下：S1火柴火柴磁粉磁場FS1S23、作用不足的物-場模型（有用但不充分的相互作用）：3個元素齊全，但功能未有效實現(xiàn)或部分實現(xiàn)。案例：冰雪路面對車輪的摩擦力。冰雪路面（S2）對車輪(S1)有摩擦力（F），但力度不夠，車輪會打滑。冰雪路面對車輪的摩擦力（摩擦力屬于機械場）不足以支撐車正常行駛。4、有害的物-場模型3個元素齊全，但產(chǎn)生了有害的效應(yīng)，需要消除這些有害效應(yīng)。案例：車輛噪聲擾民

車輛產(chǎn)生的噪音（F）即振動場的能量作用在空氣（S2）上形成駐波，產(chǎn)生噪聲，噪聲作用于居民（S1）身上，對其正常生活形成了干擾。10.3物-場模型的一般解法物場模型類型及一般解法TRIZ重點關(guān)注不完整的物-場模型、有害的物-場模型、作用不足的物-場模型。提出了六種一般解法。?1.引入新的物質(zhì)?2.引入新的場?3.引入新的物質(zhì)和場?4.替代原有的場?5.替代原有的物質(zhì)和場?6.補足缺失元素有問題的物-場模型序號物-場模型分類對應(yīng)的一般解法1不完整的物-場模型解法1：針對所缺少的元素給予補足（物質(zhì)或場），使其成為完整模型2有害的物-場模型解法2：增加另一物質(zhì)S3來阻止有害效應(yīng)的產(chǎn)生，S3可以是現(xiàn)成物質(zhì)，或是S1、S2的變異、或是通過分解環(huán)境而獲得的物質(zhì)；解法3：增加另一個場F2來平衡產(chǎn)生有害效應(yīng)的場。3作用不足的物-場模型解法4：用另一個場F2代替原來的場F1；解法5：增加另外一個場F2來強化原有的有用效應(yīng)；解法6：增加物質(zhì)S3并加上另一個場F2來強化有用效應(yīng)。非正常物-場模型一般解法應(yīng)用一般解法解題流程方案問題物場模型六個一般解有問題的物-場模型轉(zhuǎn)化模型類型應(yīng)用物-場模型的一般解法應(yīng)用—鋼丸發(fā)送機彎管部分磨損問題

工程上使用管道運送金屬顆粒，將金屬顆粒從管道的一端用高速空氣送入管道，金屬顆粒在管道中被空氣從另一端送出。但是，在管道的轉(zhuǎn)彎處，金屬可以頻繁撞擊管道壁，管道容易損壞，使用物場模型來求解。高速空氣金屬顆粒管道第一步：確定問題：輸送金屬顆粒第三步：分析物場模型，查找一般解法第二步：確定物－場模型（有害效應(yīng)的完整模型）

使用的元件：S2金屬顆粒，S1管道，場F（機械場）一般解法一般解法FS2S1S3FS2S1FS2S1F2高速空氣管道S2金屬顆粒S1磁鐵F2解決方案：在彎管外放置磁鐵，將飛行中的金屬顆粒吸附在彎管內(nèi)壁，形成保護層。10.4物-場模型的標(biāo)準(zhǔn)解標(biāo)準(zhǔn)解系統(tǒng)依據(jù)Altshuller發(fā)現(xiàn)的規(guī)律：如果問題的物-場模型是一樣的，那么解決方案的物-場模型也是一樣的，和這個問題來自于哪個領(lǐng)域無關(guān)。他一共發(fā)現(xiàn)總結(jié)了76個解模型，所以也叫76個標(biāo)準(zhǔn)解。按照問題的類型分為五級，建立起了標(biāo)準(zhǔn)解法系統(tǒng)。級別標(biāo)準(zhǔn)解系統(tǒng)名稱子系統(tǒng)數(shù)量第一級基本物場模型的標(biāo)準(zhǔn)解1.1構(gòu)建完整的物場模型（8）1.2消除或中和有害作用，構(gòu)建完善的物場模型(5)

13第二級增強物場模型的標(biāo)準(zhǔn)解2.1向復(fù)合物場模型轉(zhuǎn)換（2）2.2

增強物場模型（6）2.3

利用頻率協(xié)調(diào)增強物場模型（3）2.4

引入磁性附加物增強物場模型（12）23第三級向雙、多級系統(tǒng)或微觀級系統(tǒng)進化的標(biāo)準(zhǔn)解3.1向雙系統(tǒng)或多系統(tǒng)轉(zhuǎn)換（5）3.2向微觀級系統(tǒng)轉(zhuǎn)換（1）6第四級測量與檢測的標(biāo)準(zhǔn)解4.1利用間接的方法（3）4.2構(gòu)建基本完整的和復(fù)合的測量物場模型（4）4.3增強測量物場模型（3）4.4向鐵磁場測量模型轉(zhuǎn)換（5）4.5

測量系統(tǒng)的進化方向（2）17第五級簡化與改善策略標(biāo)準(zhǔn)解5.1引入物質(zhì)的方法（4）5.2引入場（3）5.3利用相變（5）5.4利用物理效應(yīng)或自然現(xiàn)象（2）5.5產(chǎn)生物質(zhì)粒子的更高或更低形式（3）17合計76第1級：物-場的構(gòu)建和拆解其解法聚焦于建立和拆解物-場模型，包括創(chuàng)建需要的效應(yīng)或消除不希望出現(xiàn)的效應(yīng)的系列法則，每條法則的選擇和應(yīng)用將取決于具體的約束條件。

第2級：改進系統(tǒng)由直接進行效應(yīng)不足的物-場模型的改善，以及利用各種效應(yīng)來提升系統(tǒng)性能的方法所組成。第3級：系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

包括向雙、多級系統(tǒng)和微觀級系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的法則。這些法則繼續(xù)沿著系統(tǒng)改善的方向前進。 第4級：檢測與測量涉及測量和檢測方法的物場模型的建立與增強問題。第5級：簡化與改進策略

一般情況下，應(yīng)用第1-4級中的標(biāo)準(zhǔn)解法會導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，第5級中的標(biāo)準(zhǔn)解法將引導(dǎo)大家如何給系統(tǒng)引人新的物質(zhì)又不會增加任何新的東西。換句話說，這些解法專注于對系統(tǒng)的簡化。它是應(yīng)用前4級標(biāo)準(zhǔn)解法時的一些指導(dǎo)原則，是更靈活更有效的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解法，所以也稱為標(biāo)準(zhǔn)解法的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前問題問題類型需要改進系統(tǒng)測量和檢測問題建立物場模型模型不完整產(chǎn)生有害效應(yīng)效應(yīng)作用不足第四級標(biāo)準(zhǔn)解§1.1標(biāo)準(zhǔn)解

§1.2標(biāo)準(zhǔn)解第二＆第三級標(biāo)準(zhǔn)解建立物場模型第五級標(biāo)準(zhǔn)解模型類型標(biāo)準(zhǔn)解法系統(tǒng)的應(yīng)用流程10.5物-場模型標(biāo)準(zhǔn)解分析案例工程案例：淬火油槽問題探討淬火是將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。問題描述與分析淬火存在的問題（1）淬火油槽內(nèi)上下油液溫度相差較大，給產(chǎn)品熱處理質(zhì)量帶來隱患。（2）工件在靜油中淬火，表面極易形成蒸汽膜，影響淬火質(zhì)量。（3）工人勞動強度大，生產(chǎn)效率低（特別是大件）。FS1S2冷卻淬火油工件識別模型中的三個要素，構(gòu)建物-場模型構(gòu)建系統(tǒng)模型對此物場模型進行分析，由于在問題描述中靜止的淬火油存在的問題，造成靜止的淬火油對工件的冷卻作用不足，即作用力有用但不充分。根據(jù)物場模型中類型分析，作用不足主要采用class2&3；從標(biāo)準(zhǔn)解中第二級增強物場模型的標(biāo)準(zhǔn)解中選?。?.1.2雙并聯(lián)物質(zhì)—場模型。F1S1S2冷卻淬火油工件機械場F2尋找標(biāo)準(zhǔn)解外加機械場主要通過攪拌完成，攪拌能