創(chuàng)新思維與TRIZ創(chuàng)新方法教學(xué)課件-07-物理矛盾與分離方法

第7章物理矛盾與分離方法物理矛盾11個(gè)分離原理4種分離方法利用分離方法求解物理矛盾將技術(shù)矛盾轉(zhuǎn)化為物理矛盾分離方法與發(fā)明原理的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)驗(yàn)與思考：用分離方法解決物理矛盾物理矛盾是一種常見(jiàn)的矛盾，當(dāng)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的某個(gè)參數(shù)提出具有相反的要求時(shí)，就出現(xiàn)了物理矛盾。例如，獅子和馴獸員之間的矛盾。既要獅子表現(xiàn)出必要的野性，又不能傷害馴獸員。這時(shí)對(duì)獅子要求即要野性又不能表現(xiàn)野性，這就是一個(gè)物理矛盾。再如，飛機(jī)的起落裝置在飛機(jī)起飛和降落時(shí)是必需的，但是在飛機(jī)飛行的過(guò)程中是不需要的，這也是物理矛盾。第7章物理矛盾與分離方法阿奇舒勒定義物理矛盾（physicalcontradiction,PC）這個(gè)概念來(lái)描述以下情況：對(duì)同一個(gè)對(duì)象的某個(gè)特性提出了互斥的要求。例如，某個(gè)對(duì)象既要大又要小，既要長(zhǎng)又要短，既要快又要慢，既要高又要低，既要有又要無(wú)，既要導(dǎo)電又要絕緣，等等。物理矛盾是對(duì)技術(shù)系統(tǒng)的同一參數(shù)提出相互排斥的需求這樣一種物理狀態(tài)。無(wú)論對(duì)于技術(shù)系統(tǒng)的宏觀參數(shù)，如長(zhǎng)度、電導(dǎo)率及摩擦系數(shù)等，還是對(duì)于描述微觀量的參數(shù)，如粒子濃度、離子電荷及電子速度等，都可以對(duì)其中存在的物理矛盾進(jìn)行描述。7.1物理矛盾物理矛盾反映的是唯物辯證法中的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律，矛盾雙方存在兩種關(guān)系：對(duì)立的關(guān)系及統(tǒng)一的關(guān)系。一方面，物理矛盾講的是相互排斥，即同一性質(zhì)相互對(duì)立的狀態(tài)，假定非此即彼；另一方面，物理矛盾又要求所有相互排斥和對(duì)立狀態(tài)的統(tǒng)一，即矛盾的雙方存在于同一客體中。對(duì)于包含物理矛盾的對(duì)象來(lái)說(shuō)，承載物理矛盾的那個(gè)特性，可能只依附于一個(gè)具體的參數(shù)（例如，長(zhǎng)度、溫度等），也可能是幾個(gè)具體參數(shù)（例如，摩擦力、成本等）的綜合表現(xiàn)。常見(jiàn)的物理矛盾既可以是針對(duì)幾何參數(shù)、物理參數(shù)的，也可以是針對(duì)功能參數(shù)的，如表7-1所示。7.1物理矛盾例7-1飛機(jī)機(jī)翼的改進(jìn)在飛機(jī)的改型設(shè)計(jì)中，為了提高飛機(jī)的飛行速度，設(shè)計(jì)人員希望用一種推力更大的新型發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)代替原有的發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，新型發(fā)動(dòng)機(jī)的重量要比老發(fā)動(dòng)機(jī)大很多，這使得飛機(jī)的總重量大大增加。因此，在起飛時(shí)，原有機(jī)翼所提供的升力將無(wú)法滿(mǎn)足要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以增加機(jī)翼的面積。這樣就能夠在起飛的過(guò)程中產(chǎn)生更大的升力。但是，當(dāng)飛機(jī)高速飛行時(shí)，增大了面積的機(jī)翼將產(chǎn)生更大的阻力，這又會(huì)降低飛機(jī)的飛行速度。7.1物理矛盾在這個(gè)例子中，針對(duì)“機(jī)翼面積”這個(gè)參數(shù)出現(xiàn)了相反的（互斥的、矛盾的）需求。一方面，為了提高飛行速度，需要推力更大的新型發(fā)動(dòng)機(jī)。為容納新型發(fā)動(dòng)機(jī)比原有發(fā)動(dòng)機(jī)更大的重量，需要在起飛的時(shí)候提供更大的升力，為此，需要增大機(jī)翼面積。另一方面，為了提高飛機(jī)的飛行速度，需要較小的飛行阻力，而機(jī)翼是產(chǎn)生飛行阻力的主要部位之一，增大機(jī)翼的面積會(huì)增大機(jī)翼的阻力。因此，需要減小機(jī)翼面積。7.1物理矛盾通常，我們?cè)诮鉀Q問(wèn)題的時(shí)候，目標(biāo)之所以無(wú)法實(shí)現(xiàn)，就是因?yàn)闆](méi)有解決最重要的矛盾。一個(gè)好的解決方案應(yīng)該是這樣的：在使一個(gè)特性（在本例中，是重量、機(jī)翼面積）保持不變或得到改善的基礎(chǔ)上，使目標(biāo)特性得到改善（在本例中，希望得到改善的特性是速度）。解決問(wèn)題的方法往往并不是顯而易見(jiàn)的，需要解決問(wèn)題的人具有一定的創(chuàng)造性。在常規(guī)設(shè)計(jì)中，對(duì)于這樣的問(wèn)題往往會(huì)采用折中或妥協(xié)的方法，或者僅僅滿(mǎn)足兩個(gè)矛盾的特性中“比較重要的”那個(gè)特性，而對(duì)于另一個(gè)“不重要的”特性則可以用其他輔助性手段來(lái)進(jìn)行處理。7.1.1定義物理矛盾但是，對(duì)于TRIZ來(lái)說(shuō)，追求的就是解決矛盾，建立一個(gè)“完美的”系統(tǒng)，即在不使其他特性惡化的前提下，改善那個(gè)“重要的”特性。7.1.1定義物理矛盾例7-2飛機(jī)的載油量增加飛機(jī)的巡航半徑，飛機(jī)需要攜帶更多的燃油。但是，多攜帶燃油會(huì)增加飛機(jī)的重為了量，導(dǎo)致其單位航程耗油量的增加，從而縮短其巡航半徑。這個(gè)問(wèn)題，以前是通過(guò)給飛機(jī)攜帶副油箱（圖5-3）的方式得以解決的。此時(shí)，副油箱被看作是飛機(jī)的一個(gè)子系統(tǒng)。隨著技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化，副油箱逐步從飛機(jī)這個(gè)技術(shù)系統(tǒng)中脫離出來(lái)，轉(zhuǎn)移至超系統(tǒng)，并最終演變?yōu)楝F(xiàn)代的空中加油機(jī)（圖4-10）。其結(jié)果是，飛機(jī)“攜帶”的燃油既多（飛機(jī)“攜帶”了空中加油機(jī)，空中加油機(jī)可以“攜帶”很多燃油）又少（飛機(jī)自身所“攜帶”的燃油少），滿(mǎn)足了互斥的需求。7.1.1定義物理矛盾采用這種方式，一方面，由于飛機(jī)不需要攜帶副油箱，使得飛機(jī)的飛行重量降低，系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化；另一方面，加油機(jī)可以“攜帶”比副油箱多得多的燃油，大大提高了為飛機(jī)補(bǔ)充燃油的效率。綜上所述，物理矛盾可以精確地表達(dá)為：對(duì)象應(yīng)該具有特性“P”，以便滿(mǎn)足需求A；同時(shí)，對(duì)象應(yīng)該具有特性“非P”，以便滿(mǎn)足需求B。7.1.1定義物理矛盾讀者可以參考以下的兩種模板來(lái)定義物理矛盾：模板1：技術(shù)系統(tǒng)的名稱(chēng)中對(duì)象的名稱(chēng)應(yīng)該是（具有）特性，以便對(duì)系統(tǒng)的第一種需求；同時(shí)，又不應(yīng)該是（具有）特性，以便對(duì)系統(tǒng)的第二種需求。例如：飛機(jī)中機(jī)翼應(yīng)該是（具有）大，以便在起飛時(shí)提供更大的升力；同時(shí)，又不應(yīng)該是（具有）大，以便在高速飛行時(shí)具有較小的阻力。7.1.1定義物理矛盾模板2：技術(shù)系統(tǒng)的名稱(chēng)中對(duì)象的名稱(chēng)的關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)該為關(guān)鍵參數(shù)的第一個(gè)值，以便技術(shù)系統(tǒng)的第一種功能或特性；同時(shí)，關(guān)鍵參數(shù)又應(yīng)該為關(guān)鍵參數(shù)的第二個(gè)值，以便技術(shù)系統(tǒng)的第二種功能或特性。例如：飛機(jī)中機(jī)翼的面積應(yīng)該大，以便在起飛時(shí)提供更大的升力；同時(shí)，面積又應(yīng)該小，以便在高速飛行時(shí)具有較小的阻力。7.1.1定義物理矛盾在定義物理矛盾時(shí)，到底使用哪個(gè)模板，要具體問(wèn)題具體分析。當(dāng)然，這兩個(gè)模板只是參考，讀者完全可以在此基礎(chǔ)上靈活應(yīng)用，以更加適合的方式來(lái)表達(dá)問(wèn)題中所蘊(yùn)含的物理矛盾。7.1.1定義物理矛盾定義物理矛盾的步驟，可以分為以下四步：第一步：進(jìn)行技術(shù)系統(tǒng)的因果分析；第二步：從因果分析中定義出技術(shù)矛盾；第三步：提取物理矛盾：在這對(duì)技術(shù)矛盾中找到一個(gè)參數(shù)，及其相反的兩個(gè)要求；第四步：定義理想狀態(tài)：提取技術(shù)系統(tǒng)在每個(gè)參數(shù)狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)，提出技術(shù)系統(tǒng)的理想狀態(tài)。工程系統(tǒng)中常常遇到各種問(wèn)題，如何將一個(gè)問(wèn)題轉(zhuǎn)換成物理矛盾是非常重要的。針對(duì)某種實(shí)際的問(wèn)題情境，一般可以通過(guò)以上步驟逐步完成對(duì)其中物理矛盾的準(zhǔn)確描述。7.1.2物理矛盾的定義步驟以制造汽車(chē)過(guò)程中的一個(gè)問(wèn)題為例：在制造汽車(chē)的時(shí)候，特別是制造重型卡車(chē)的時(shí)候，需要汽車(chē)非常堅(jiān)固，并且能承載更多的貨物。所以一般大型汽車(chē)、重型卡車(chē)需要運(yùn)用大量的鋼材來(lái)制造更大更厚實(shí)的車(chē)廂。但是這樣會(huì)使汽車(chē)重量非常的重，導(dǎo)致在行駛過(guò)程中需要耗費(fèi)更多的燃油。針對(duì)這樣的實(shí)際問(wèn)題，將它轉(zhuǎn)換成物理矛盾的時(shí)候，需要找到某一個(gè)有對(duì)立要求的參數(shù)，我們就按照以上步驟找到這個(gè)對(duì)立的參數(shù)。7.1.2物理矛盾的定義步驟對(duì)于卡車(chē)車(chē)身這一實(shí)例中存在的技術(shù)矛盾是：

強(qiáng)度VS運(yùn)動(dòng)物體的重量物理矛盾則可以簡(jiǎn)單表述為：卡車(chē)車(chē)身的材料密度既要是高的，同時(shí)又要是低的。7.1.2物理矛盾的定義步驟物理矛盾和技術(shù)矛盾是有相互聯(lián)系的（圖7-1）。例如，為了提高子系統(tǒng)Y的效率，需要對(duì)子系統(tǒng)Y加熱，但是加熱會(huì)導(dǎo)致其鄰近子系統(tǒng)X的降解，這是一對(duì)技術(shù)矛盾。同樣，這樣的問(wèn)題可以用物理矛盾來(lái)描述，即溫度要高又要低。高的溫度提高Y的效率，但是惡化X的質(zhì)量；而低的溫度不會(huì)提高Y的效率，也不會(huì)惡化X的質(zhì)量。所以技術(shù)矛盾與物理矛盾之間是可以轉(zhuǎn)化的。在很多時(shí)候，技術(shù)矛盾是更顯而易見(jiàn)的矛盾，而物理矛盾是隱藏得更深入的、更尖銳的矛盾。7.1.3技術(shù)矛盾與物理矛盾的關(guān)聯(lián)圖7-1技術(shù)矛盾與物理矛盾的關(guān)系技術(shù)矛盾和物理矛盾兩者的區(qū)別是：1）技術(shù)矛盾是存在于兩個(gè)參數(shù)（特性、功能）之間的矛盾，物理矛盾是針對(duì)于一個(gè)參數(shù)（特性、功能）的矛盾。2）技術(shù)矛盾涉及的是整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的特性，物理矛盾涉及的是系統(tǒng)中某個(gè)元素的某個(gè)特征的物理特性。3）物理矛盾比技術(shù)矛盾更能體現(xiàn)問(wèn)題的本質(zhì)。對(duì)于同一個(gè)技術(shù)問(wèn)題來(lái)說(shuō)，技術(shù)矛盾和物理矛盾是從不同的角度，在不同的深度上對(duì)同一個(gè)問(wèn)題的不同表述。7.1.3技術(shù)矛盾與物理矛盾的關(guān)聯(lián)物理矛盾的解決方法一直是TRIZ研究的重點(diǎn)，其核心思想是實(shí)現(xiàn)矛盾雙方的分離。為此，阿奇舒勒總結(jié)出了11個(gè)分離原理，告訴我們?nèi)绾胃淖兿到y(tǒng)才能消除物理矛盾。（1）相反特性的空間分離所謂相反特性是指：如果兩種特性相反，則稱(chēng)它們互為相反特性，分別記為P和-P，或P和anti-P。例如，對(duì)于某個(gè)對(duì)象來(lái)說(shuō)，其溫度的高和低，體積的大和小，顏色的黑和白等，都是相反特性。相反特性的空間分離，是指在不同的位置、維度或運(yùn)動(dòng)方向上，通過(guò)提供相反的特性來(lái)滿(mǎn)足相反的需求。7.211個(gè)分離原理例7-3為了清除礦井中的粉塵，需要向空氣中噴灑很小的水滴。雖然這種小水滴除塵效果很好，但是由于小水滴太輕，沉降速度太慢，會(huì)形成薄霧，影響礦井中的可見(jiàn)度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，建議在噴灑設(shè)備上，在形成小水滴的小孔外圍再開(kāi)一圈較大的孔，使得在噴灑過(guò)程中，可以在小水滴所形成的錐狀體之外，再包圍一圈由較大水滴組成的錐狀“殼體”。7.211個(gè)分離原理（2）相反特性的時(shí)間分離在不同的時(shí)刻，通過(guò)提供相反的特性來(lái)滿(mǎn)足相反的需求。例如，幾何外形可變的飛機(jī)機(jī)翼。（3）系統(tǒng)轉(zhuǎn)換1a：將多個(gè)同類(lèi)或異類(lèi)系統(tǒng)合并到一個(gè)超系統(tǒng)中通過(guò)將同類(lèi)的（同質(zhì)的、相似的）或異類(lèi)的（異質(zhì)的、不同種類(lèi)的）系統(tǒng)合并到一個(gè)超系統(tǒng)中，來(lái)滿(mǎn)足相反的需求。7.211個(gè)分離原理例7-41）在對(duì)薄玻璃板的邊緣進(jìn)行加工時(shí)，為了防止單塊薄玻璃板由于受力狀況惡化而破損，可以將多塊薄玻璃板黏合在一起，形成一個(gè)較厚的“玻璃塊”進(jìn)行加工。2）將多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接起來(lái)形成網(wǎng)絡(luò)，不僅可以進(jìn)行更加復(fù)雜的計(jì)算（網(wǎng)格技術(shù)），還可以共享資源（例如，打印機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)接口）。7.211個(gè)分離原理（4）系統(tǒng)轉(zhuǎn)換1b：將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為相反系統(tǒng)或?qū)⑾到y(tǒng)與其相反系統(tǒng)組合從功能的角度來(lái)講，相反系統(tǒng)就是與當(dāng)前系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能相反的系統(tǒng)。如果兩種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能相反，則稱(chēng)它們互為相反系統(tǒng)，分別記為S和-S，或S和anti-S。例如，如果當(dāng)前系統(tǒng)為鉛筆，其功能是書(shū)寫(xiě)。橡皮的功能正好與鉛筆的功能是相反的——擦除。所以，稱(chēng)橡皮為鉛筆的相反系統(tǒng)。通過(guò)將一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為其相反系統(tǒng)，或?qū)⒁粋€(gè)系統(tǒng)與其相反系統(tǒng)合并到一起（圖7-2），來(lái)滿(mǎn)足相反的需求。7.211個(gè)分離原理圖7-2將系統(tǒng)與其相反系統(tǒng)組合例7-5為了止血，可以利用含有不相容血型血液的紗布?jí)|來(lái)包扎傷口。其原理是：不同血型的血液相遇后，會(huì)發(fā)生凝血反應(yīng)。7.211個(gè)分離原理（5）系統(tǒng)的整體特性與局部特性相反通過(guò)將一個(gè)特性（P）賦予整個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)，將相反的特性（-P）賦予系統(tǒng)的某個(gè)局部，來(lái)滿(mǎn)足相反的需求，如圖7-3所示。7.211個(gè)分離原理圖7-3系統(tǒng)的整體特性與局部特性相反例7-61）鐵鏈中的每一環(huán)都是剛性的，可是由多個(gè)鐵環(huán)組成的鐵鏈卻是柔性的。2）由于固定復(fù)雜零件的虎鉗（圖7-4）由多個(gè)工作部件組成，某些部件之間可以發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。整個(gè)虎鉗可以輕松地將不同形狀的工件固定住?；Q中的每個(gè)部件都是堅(jiān)固的、剛性的，而由這些部件裝配出來(lái)的虎鉗，從整體上來(lái)看卻是“柔性的”。

7.211個(gè)分離原理圖7-4臺(tái)虎鉗（6）系統(tǒng)轉(zhuǎn)換2：轉(zhuǎn)換為在微觀級(jí)別上工作的系統(tǒng)通過(guò)將一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為運(yùn)行于微觀級(jí)別上的系統(tǒng)，來(lái)滿(mǎn)足相反的需求，如圖7-5所示。7.211個(gè)分離原理圖7-5轉(zhuǎn)換為在微觀級(jí)別上的系統(tǒng)例7-71）在用于分離液體的設(shè)備中，有一個(gè)膜狀結(jié)構(gòu)。在電場(chǎng)的作用下，這種膜只允許特定的液體通過(guò)。2）為了提高精確性，用“熱控龍頭”來(lái)代替機(jī)械龍頭。“熱控龍頭”中的不同部分具有不同的熱膨脹系數(shù)。通過(guò)加熱可以形成間隙。7.211個(gè)分離原理（7）相變1：改變系統(tǒng)中某個(gè)部分的相態(tài)或改變系統(tǒng)外部環(huán)境的相態(tài)通過(guò)改變系統(tǒng)中某個(gè)部分的相態(tài)，或通過(guò)改變系統(tǒng)所處的外部環(huán)境的相態(tài)，來(lái)滿(mǎn)足相反的需求，如圖7-6所示。7.211個(gè)分離原理圖7-6改變系統(tǒng)中某個(gè)部分的相態(tài)改變系統(tǒng)外部環(huán)境的相態(tài)例7-81）利用冷凍的滑潤(rùn)劑。2）在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，用液化氣體來(lái)代替壓縮氣體。7.211個(gè)分離原理（8）相變2：系統(tǒng)中某個(gè)部分動(dòng)態(tài)的相態(tài)變化（根據(jù)工作條件來(lái)改變相態(tài)）相變2是指系統(tǒng)局部的雙相態(tài)（利用那些能夠根據(jù)工作條件的不同，從一種相態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相態(tài)的物質(zhì)）。系統(tǒng)中的某個(gè)部分通過(guò)提供動(dòng)態(tài)的相態(tài)變化，來(lái)滿(mǎn)足相反的需求。也就是說(shuō)，根據(jù)工作條件的不同，通過(guò)改變系統(tǒng)中某個(gè)部分的相態(tài)，來(lái)滿(mǎn)足相反的需求。例7-9由鎳鈦合金制成的熱交換器，可以在溫度升高的時(shí)候改變其形狀，以便增加散熱面積。7.211個(gè)分離原理（9）相變3：利用與相變相關(guān)的現(xiàn)象利用與相變躍遷相關(guān)的現(xiàn)象來(lái)滿(mǎn)足不同的需求。例7-10為了移動(dòng)（搬運(yùn)）冷凍的貨物，建議在貨物下方鋪設(shè)冰塊。當(dāng)冰融化的時(shí)候可以降低摩擦力。7.211個(gè)分離原理（10）相變4：用雙相態(tài)的物質(zhì)代替單相態(tài)物質(zhì)通過(guò)用雙相態(tài)物質(zhì)代替單相態(tài)物質(zhì)，來(lái)滿(mǎn)足相反的需求。例如用鐵磁性微粒作為磨料。7.211個(gè)分離原理（11）物理化學(xué)轉(zhuǎn)換：“化合-分解”、“電離-復(fù)合”可以導(dǎo)致物質(zhì)的“產(chǎn)生-消除”通過(guò)“化合-分解”或“電離-復(fù)合”而導(dǎo)致的物質(zhì)的“產(chǎn)生-消除”，來(lái)滿(mǎn)足相反的需求。7.211個(gè)分離原理例7-111）在熱管的熱區(qū)，操作液蒸發(fā)并發(fā)生化學(xué)分解；在熱管的冷區(qū)，化學(xué)成分重新合成操作液。2）利用氨對(duì)木制軸承的摩擦面增塑。為了增加生產(chǎn)率，降低處理成本，建議利用在處理過(guò)程中受熱分解而產(chǎn)生的銨鹽，例如（H4）2CO3，熱源就是元素之間的摩擦。7.211個(gè)分離原理在實(shí)際工作中，很難將11個(gè)分離原理一一記住。為了讓使用者能更方便地利用分離的思想進(jìn)行思考，現(xiàn)代TRIZ在總結(jié)解決物理矛盾的各種方法的基礎(chǔ)上，將11個(gè)分離原理概括為四種分離方法，即：時(shí)間分離、空間分離、條件分離、系統(tǒng)級(jí)別上的分離。這四種方法的核心思想是完全相同的，都是為了將針對(duì)于同一個(gè)對(duì)象（系統(tǒng)、參數(shù)、特性、功能等）的相互矛盾的需求分離開(kāi)，從而使矛盾的雙方都得到完全的滿(mǎn)足。它們之間不同點(diǎn)在于，不同的分離方法選擇了不同的方向來(lái)分離矛盾的雙方。例如，時(shí)間分離所選擇的求解方向就是在時(shí)間上將矛盾雙方互斥的需求分離開(kāi)。7.3四種分離方法時(shí)間分離是指在時(shí)間上將矛盾雙方互斥的需求分離開(kāi)，即通過(guò)在不同的時(shí)刻滿(mǎn)足不同的需求，從而解決物理矛盾。當(dāng)系統(tǒng)中存在互斥需求（P和-P）的時(shí)候，如果其中的一個(gè)需求（P）只存在于某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，而在其他時(shí)間段內(nèi)并沒(méi)有這種需求，就可以使用時(shí)間分離的方法將這種互斥的需求分離開(kāi)。使用這種分離方法的時(shí)候，首先要回答下面的問(wèn)題：是否在所有的時(shí)間段，都需要既是“P”，又是“-P”？如果不是，則表示至少在某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，沒(méi)有要求既是“P”又是“-P”。因此，就可以在該時(shí)間段內(nèi)，將這種對(duì)于系統(tǒng)的矛盾需求分離開(kāi)。7.3.1時(shí)間分離例7-12l）在十字路口，去往不同方向的汽車(chē)都要通過(guò)相同的區(qū)域。但是，它們又不能同時(shí)通過(guò)相同的區(qū)域，否則就會(huì)造成交通事故。利用紅綠燈就可以使去往不同方向的汽車(chē)在不同的時(shí)間通過(guò)相同的區(qū)域。2）在下雨的時(shí)候，我們希望傘能夠盡量大一些，以便更好地遮擋風(fēng)雨；在不下雨的時(shí)候，我們希望傘能夠盡量小一些，以便隨身攜帶。折疊傘就很好地解決了這個(gè)矛盾。3）在起飛、降落和正常飛行時(shí)，飛機(jī)機(jī)翼會(huì)分別呈現(xiàn)出不同的幾何形狀。這種形狀上的變化是為了滿(mǎn)足不同時(shí)間段內(nèi)飛機(jī)對(duì)升力的不同需求。7.3.1時(shí)間分離例7-13艦載機(jī)（圖7-7）為了增強(qiáng)航空母艦的戰(zhàn)斗力，航空母艦上需要搭載盡可能多的艦載機(jī)。由于長(zhǎng)度的限制，航空母艦上供飛機(jī)起飛的跑道是非常短的。為了在這么短的跑道上起飛，飛機(jī)機(jī)翼應(yīng)該大一些，以便在相對(duì)較低的速度下獲得較大的升力，使飛機(jī)順利起飛；另一方面，為了在空間有限的航空母艦上搭載盡可能多的艦載機(jī)，飛機(jī)機(jī)翼應(yīng)該盡可能小一些。7.3.1時(shí)間分離圖7-7艦載機(jī)圖7-7艦載機(jī)1）分析。在這個(gè)問(wèn)題中，對(duì)于機(jī)翼互斥的需求是：既要大，又要小。2）物理矛盾。機(jī)翼既應(yīng)該是大的，又應(yīng)該是小的，這顯然是違反物理規(guī)律的。3）詳細(xì)的矛盾。當(dāng)艦載機(jī)從航空母艦的飛行甲板上起飛的時(shí)候，需要較大的升力，因此希望機(jī)翼大；當(dāng)艦載機(jī)停放在航空母艦的飛行甲板上或機(jī)庫(kù)里的時(shí)候，為了減小其所占用的空間，希望機(jī)翼小?？梢钥闯?，對(duì)艦載機(jī)機(jī)翼的互斥需求在時(shí)間軸上是不重疊的。因此，可以考慮用時(shí)間分離的方法來(lái)解決這個(gè)物理矛盾。7.3.1時(shí)間分離4）簡(jiǎn)化的問(wèn)題。當(dāng)飛機(jī)從飛行甲板上起飛的時(shí)候，我們?nèi)绾问箼C(jī)翼保持在“大”的狀態(tài)；當(dāng)飛機(jī)停放在機(jī)庫(kù)里的時(shí)候，我們?nèi)绾问箼C(jī)翼保持在“小”的狀態(tài)？有沒(méi)有一種方法可以使機(jī)翼在需要大的時(shí)候變大，在需要小的時(shí)候變小呢？5）解決方案。將飛機(jī)的機(jī)翼設(shè)計(jì)成可折疊的，當(dāng)飛機(jī)起飛的時(shí)候，機(jī)翼打開(kāi)，就處于“大”的狀態(tài)；當(dāng)飛機(jī)處于停放狀態(tài)時(shí)，將機(jī)翼折疊起來(lái)，就處于“小”的狀態(tài)了。如圖7-8所示。7.3.1時(shí)間分離圖7-8艦載機(jī)的可折疊機(jī)翼圖7-8艦載機(jī)的可折疊機(jī)翼空間分離是指在空間上將矛盾雙方互斥的需求分離開(kāi)，即系統(tǒng)在不同的空間位置滿(mǎn)足不同的需求，或在系統(tǒng)的不同部位滿(mǎn)足不同的需求，從而解決物理矛盾。當(dāng)系統(tǒng)中存在互斥需求（P和-P）的時(shí)候，如果其中的一個(gè)需求（P）只存在于某個(gè)空間位置，而在其他空間位置并沒(méi)有這種需求，就可以使用空間分離的方法將這種互斥的需求分離開(kāi)。在應(yīng)用這種分離方法的時(shí)候，首先要回答下面的問(wèn)題：是否在所有的空間位置上，都需要既是“P”，又是“-P”？如果不是，則表示至少在某一個(gè)空間位置，沒(méi)有要求既是“P”，又是“-P”。因此，就可以在該空間位置，將這種對(duì)于系統(tǒng)的矛盾需求分離開(kāi)。7.3.2空間分離例7-141）在十字路口，去往不同方向的汽車(chē)都要通過(guò)相同的區(qū)域。但是，它們又不能同時(shí)通過(guò)相同的區(qū)域，否則就會(huì)造成交通事故。利用立交橋可以使去往不同方向的汽車(chē)在同一時(shí)間利用不同的空間位置通過(guò)該區(qū)域。2）在利用聲吶（圖7-9）對(duì)海底進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，如果將聲吶探測(cè)器安裝在船上，那么輪船發(fā)出的噪聲會(huì)影響測(cè)量的精度。解決這個(gè)問(wèn)題的方法之一就是用一根很長(zhǎng)的電纜將聲吶探測(cè)器拖在船后很遠(yuǎn)的地方。從而在空間上將聲吶探測(cè)器與產(chǎn)生噪聲的船分離開(kāi)。7.3.2空間分離圖7-9聲吶示意圖3）燒菜的時(shí)候，鍋應(yīng)該是熱的，以便加熱食物；同時(shí)，鍋又應(yīng)該是不熱的，以便廚師用手“抓”住鍋進(jìn)行操作。因此，在鍋上安裝了用耐高溫塑料或木頭制成的柄，使鍋的不同部位滿(mǎn)足不同的需求。7.3.2空間分離條件分離是指根據(jù)條件的不同將矛盾雙方互斥的需求分離開(kāi)，即通過(guò)在不同的條件下滿(mǎn)足不同的需求，從而解決物理矛盾。當(dāng)系統(tǒng)中存在互斥需求（P和-P）的時(shí)候，如果其中的一個(gè)需求（P）只在某一種條件下存在，而在其他條件下不存在的時(shí)候，就可以使用條件分離的方法將這種互斥的需求分離開(kāi)。7.3.3條件分離在應(yīng)用這種分離方法的時(shí)候，首先要回答下列問(wèn)題：是否在任何的條件下，都需要既是“P”又是“-P”？如果不是，則表示至少在某一個(gè)條件下，沒(méi)有要求既是“P”，又是“-P”。因此，就可以在該條件下，將這種對(duì)于系統(tǒng)的矛盾需求分離開(kāi)。7.3.3條件分離例7-151）在十字路口，去往不同方向的汽車(chē)都要通過(guò)相同的區(qū)域。但是，它們又不能同時(shí)通過(guò)相同的區(qū)域，否則就會(huì)造成交通事故。利用“環(huán)島”使去往不同方向的汽車(chē)在同一時(shí)間通過(guò)相同的區(qū)域，就是條件分離（汽車(chē)從各個(gè)入口進(jìn)入環(huán)島，再按照不同的目的地，選擇不同的出口從環(huán)島出來(lái)）。2）常溫下，氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很不活潑，既不助燃，也不能幫助呼吸。游離態(tài)的氮?dú)?，用途并不廣。在博物館里，那些貴重的畫(huà)卷常常保存在充滿(mǎn)氮?dú)獾膱A筒里，這樣可以避免蛀蟲(chóng)毀壞畫(huà)卷。在高溫條件下，氮?dú)馐只顫姡芘c許多元素化合。例如，在高溫高壓下氮?dú)馀c氫化合物生成氮?dú)浠衔铩？梢哉f(shuō)，氮是否活潑取決于溫度。7.3.3條件分離3）水是“軟”的，魚(yú)兒在水中可以自由遨游；水又是“硬”的，利用高壓水可以切割很厚的金屬板。可以說(shuō)，水是軟還是硬取決于水的速度。7.3.3條件分離例7-16可變色的眼鏡對(duì)于近視的人來(lái)說(shuō)，當(dāng)太陽(yáng)光很強(qiáng)的時(shí)候，希望鏡片的顏色深一些，當(dāng)太陽(yáng)光弱的時(shí)候，希望鏡片的顏色淺一些，甚至是無(wú)色。即，物理矛盾是：鏡片的顏色既應(yīng)該是深的，又應(yīng)該是淺的。解決方案：在鏡片中加入少量氯化銀和明膠。其中，氯化銀是一種見(jiàn)光能夠分解的物質(zhì)，分解出來(lái)的金屬銀的顆粒很細(xì)，但可使鏡片的顏色變暗變黑，降低鏡片的透明度。在沒(méi)有太陽(yáng)光直射的情況下，明膠能使已經(jīng)分解出來(lái)的銀和氯重新結(jié)合，轉(zhuǎn)變?yōu)槁然y。利用這種鏡片制成的眼鏡可以根據(jù)光線強(qiáng)度的不同，呈現(xiàn)不同的顏色。7.3.3條件分離系統(tǒng)級(jí)別上的分離是指在系統(tǒng)級(jí)別上將矛盾雙方互斥的需求分離開(kāi)，即通過(guò)在不同的系統(tǒng)級(jí)別上滿(mǎn)足不同的需求，從而解決物理矛盾。當(dāng)系統(tǒng)中存在互斥需求（P和-P）的時(shí)候，如果其中的一個(gè)需求（P）只存在于某個(gè)系統(tǒng)級(jí)別上（例如，只存在于系統(tǒng)級(jí)別上），而不存在于另一個(gè)系統(tǒng)級(jí)別上（例如，不存在于子系統(tǒng)或超系統(tǒng)級(jí)別上）時(shí)，就可以使用系統(tǒng)級(jí)別分離的方法將這種互斥的需求分離開(kāi)。7.3.4系統(tǒng)級(jí)別上的分離使用這種分離方法的時(shí)候，首先要回答下列問(wèn)題：是否在所有的系統(tǒng)級(jí)別上，都需要既是“P”又是“-P”？如果不同的需求可以存在于不同的系統(tǒng)級(jí)別上，就可以在系統(tǒng)的不同級(jí)別上將矛盾的需求分離開(kāi)。7.3.4系統(tǒng)級(jí)別上的分離例7-17自行車(chē)鏈條應(yīng)該是柔軟的，以便精確地環(huán)繞在傳動(dòng)鏈輪上，它又應(yīng)該是剛性的，以便在鏈輪之間傳遞相當(dāng)大的作用力。因此，系統(tǒng)的各個(gè)部分（鏈條上的每一個(gè)鏈節(jié)）是剛性的，但是系統(tǒng)在整體上（鏈條）是柔性的，如圖7-10所示。7.3.4系統(tǒng)級(jí)別上的分離圖7-10套筒滾子鏈在不同的系統(tǒng)級(jí)別上表現(xiàn)出不同的特性例7-18近視眼鏡和遠(yuǎn)視眼鏡的集成有些人同時(shí)具有兩種視力問(wèn)題：近視和遠(yuǎn)視。我們知道，近視和遠(yuǎn)視可以分別通過(guò)不同的眼鏡來(lái)進(jìn)行視力矯正。但是，對(duì)于既近視又遠(yuǎn)視的情況，該怎么辦呢？這里，找到的物理矛盾是：人到中年，由于晶體調(diào)節(jié)能力的減弱，解決既要看遠(yuǎn)處，又要看近處的問(wèn)題成為當(dāng)務(wù)之急。7.3.4系統(tǒng)級(jí)別上的分離解決方案：1）空間分離：1784年，富蘭克林將兩種不同度數(shù)的鏡片裝入一個(gè)眼鏡框中，以解決既要看遠(yuǎn)又要看近的問(wèn)題，成為眼鏡發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。隨后人們相繼發(fā)明了許多種雙光眼鏡，給工作與生活帶來(lái)極大的方便。這一成就在人們不斷的改進(jìn)和發(fā)展中持續(xù)了將近200年。直到1959年，一種新產(chǎn)品―漸進(jìn)多焦點(diǎn)的問(wèn)世，給人們帶來(lái)了新的喜悅。漸進(jìn)多焦點(diǎn)眼鏡片在國(guó)外一些先進(jìn)國(guó)家已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可。2）時(shí)間分離：兩副眼鏡，根據(jù)需要換著戴。3）條件分離：像照相機(jī)鏡頭那樣的自聚焦透鏡。4）系統(tǒng)級(jí)別上的分離：可以改變曲率和焦距的塑料透鏡。7.3.4系統(tǒng)級(jí)別上的分離解決物理矛盾的核心思想是這樣的：利用分離方法，將對(duì)同一個(gè)對(duì)象的某個(gè)特性的互斥要求分離開(kāi)，棄分別予以滿(mǎn)足。7.4利用分離方法求解物理矛盾例7-19電解銅板的防腐通過(guò)礦石冶煉得到的銅，通常都含有硫化物CuS和Cu2S，稱(chēng)為粗銅。利用電解法對(duì)銅進(jìn)行提純時(shí)，將粗銅（含銅99%）預(yù)先制成厚板作為陽(yáng)極，純銅制成薄片作陰極，用硫酸底溶液作為電解質(zhì)。通電后，銅從陽(yáng)極溶解成銅離子（Cu2+）向陰極移動(dòng)，到達(dá)陰極后獲得電子而在陰極析出純銅。粗銅中的某些雜質(zhì)（如比銅活潑的鐵和鋅等）會(huì)隨銅一起溶解為離子。比銅不活潑的雜質(zhì)（如金和銀等）會(huì)沉積在電解槽的底部，稱(chēng)為“陽(yáng)極泥”。這樣生產(chǎn)出來(lái)的銅板稱(chēng)為電解銅，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T467-1997的規(guī)定，電解銅中雜質(zhì)元素總含量應(yīng)不大于0.0065％。隨后，電解銅板會(huì)被熔化，鑄成各種型材。電解銅的生產(chǎn)原理如圖7-11所示。7.4利用分離方法求解物理矛盾圖7-11電解銅的生產(chǎn)原理在電解過(guò)程中，銅離子（Cu2+）向陰極移動(dòng)的速度和銅離子在陰極獲得電子并析出的速度與電流密度成正比。當(dāng)電流密度較小時(shí)，銅離子移動(dòng)和析出的速度慢，銅離子在陰極上形成的結(jié)晶顆粒分布均勻，生產(chǎn)出的銅板表面光滑；當(dāng)電流密度較大時(shí)，銅離子移動(dòng)和析出的速度快，銅離子在陰極上形成的結(jié)晶顆粒分布不均勻，在生產(chǎn)出的銅板表面會(huì)形成一些小孔。為了保證較高的生產(chǎn)效率，實(shí)際生產(chǎn)中往往會(huì)采用較大的電流密度，導(dǎo)致結(jié)晶過(guò)程中會(huì)形成小孔，電解液和一些雜質(zhì)會(huì)附著于小孔中。在后續(xù)儲(chǔ)運(yùn)時(shí)，在潮濕的空氣中，雜質(zhì)、電解液和純銅會(huì)與氧氣反應(yīng)，在銅板表面會(huì)出現(xiàn)綠斑。為了避免在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生綠斑，在電解銅板從電解槽中取出之后，會(huì)被放入到專(zhuān)用的清洗設(shè)備中，用水和清洗液對(duì)銅板表面進(jìn)行清洗，希望去除表面小孔中附著的電解液和雜質(zhì)。但是，這需要消耗大量的水和清洗液。如何解決這個(gè)問(wèn)題？7.4利用分離方法求解物理矛盾與利用矛盾矩陣解決技術(shù)矛盾的過(guò)程類(lèi)似，利用分離方法解決物理矛盾，大致可以分為以下三個(gè)步驟，即分析技術(shù)系統(tǒng)，定義和解決物理矛盾。7.4利用分離方法求解物理矛盾按以下步驟，來(lái)分析技術(shù)系統(tǒng)。步驟1：確定技術(shù)系統(tǒng)的所有組成元素。首先，通過(guò)對(duì)技術(shù)系統(tǒng)中各個(gè)組成元素的分析，對(duì)每個(gè)組成元素的參數(shù)、特性和功能有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。其次，通過(guò)對(duì)各個(gè)組成元素之間的相互作用關(guān)系的分析，從整體上把握整個(gè)系統(tǒng)的作用機(jī)制，即：不同元素之間存在什么樣的相互作用，以及它們對(duì)于系統(tǒng)整體性能、功能的實(shí)現(xiàn)分別起到了什么樣的作用。最后，通過(guò)上述分析，為找出問(wèn)題的根源奠定基礎(chǔ)。7.4.1分析技術(shù)系統(tǒng)另外，通過(guò)對(duì)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，可以確定技術(shù)系統(tǒng)中所包含的各個(gè)子系統(tǒng)、技術(shù)系統(tǒng)所屬的超系統(tǒng)，以及為找出問(wèn)題的根源做準(zhǔn)備。從而幫助我們更好地理解技術(shù)問(wèn)題。只有這樣，才可能從整體上系統(tǒng)地了解現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的情況：子系統(tǒng)、系統(tǒng)和超系統(tǒng)的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)。在本例中，作為一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，電解銅生產(chǎn)設(shè)備由以下幾部分組成：電解槽、電解液、電流、陽(yáng)極板、陰極板、銅離子、雜質(zhì)、水和清洗液。7.4.1分析技術(shù)系統(tǒng)步驟2：找出問(wèn)題的根源，這是徹底地解決問(wèn)題的基礎(chǔ)。在頭腦中理清技術(shù)系統(tǒng)在過(guò)去和未來(lái)的功能有助于理解技術(shù)系統(tǒng)的工作條件。對(duì)技術(shù)系統(tǒng)未來(lái)應(yīng)具備的功能的理解還可以幫助我們發(fā)現(xiàn)新的、未預(yù)見(jiàn)到的、不會(huì)出現(xiàn)當(dāng)前問(wèn)題中的工作條件，從而使問(wèn)題自動(dòng)得到解決。對(duì)技術(shù)系統(tǒng)的過(guò)去進(jìn)行考察，看是否可以在技術(shù)過(guò)程的先前步驟中將問(wèn)題解決掉。在某些情況下，這種分析可以幫助我們找到問(wèn)題的解決方案，甚至可以幫助我們消除問(wèn)題。7.4.1分析技術(shù)系統(tǒng)在本例中，“當(dāng)電流密度較小時(shí)，銅離子移動(dòng)和析出的速度慢，銅離子在陰極上形成的結(jié)晶顆粒分布均勻，銅板表面光滑；當(dāng)電流密度較大時(shí)，銅離子移動(dòng)和析出的速度快，銅離子在陰極上形成的結(jié)晶顆粒分布不均勻，在表面會(huì)形成一些小孔”。通過(guò)分析，可以清楚地看出當(dāng)前問(wèn)題是如何產(chǎn)生的，各個(gè)相關(guān)參數(shù)是如何被串起來(lái)成為一個(gè)鏈狀結(jié)構(gòu)的，如圖7-12所示。7.4.1分析技術(shù)系統(tǒng)圖7-12邏輯鏈用自然語(yǔ)言可以描述為：為了改善（提高）生產(chǎn)效率，就改善（提高）電流密度，直接導(dǎo)致了陰極形成小孔，即陰極表面質(zhì)量的惡化（降低），間接導(dǎo)致了電解液與雜質(zhì)附著于小孔中。為了去除表面小孔中的電解液和雜質(zhì)，利用水和清洗液進(jìn)行清洗，導(dǎo)致了水和清洗液的大量消耗（惡化）。我們可以看到，當(dāng)電流密度較小時(shí)，陰極上形成的電解銅板表面光滑，并不會(huì)形成小孔。只是為了提高生產(chǎn)效率，采用了較大的電流密度，才導(dǎo)致結(jié)晶過(guò)程中形成了小孔，使得電解液和一些雜質(zhì)附著于小孔中。因此，在本問(wèn)題中，電解銅板表面形成小孔的根本原因是“較大的電流密度”。7.4.1分析技術(shù)系統(tǒng)步驟3：定義關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)前面步驟的分析，可以找出導(dǎo)致當(dāng)前問(wèn)題出現(xiàn)的邏輯鏈和根本原因。從這個(gè)邏輯鏈上，我們就可以找到需要改善的參數(shù)。在本例中，我們可以選擇“電流密度”作為本問(wèn)題的關(guān)鍵參數(shù)。7.4.1分析技術(shù)系統(tǒng)物理矛盾是對(duì)同一個(gè)對(duì)象的某個(gè)特性提出了互斥的要求。在前面額的步驟中，我們找出了承載物理矛盾的那個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。接下來(lái)，我們需要將物理矛盾明確地定義出來(lái)。按照物理矛盾的定義模板，可以將上述問(wèn)題中的物理定義為：電解銅生產(chǎn)設(shè)備中電流的電流密度應(yīng)該為大，以便取得較高的生產(chǎn)率；同時(shí)，電流強(qiáng)度又應(yīng)該為小，以便電解銅板表面不產(chǎn)生小孔。7.4.2定義物理矛盾定義了物理矛盾以后，就可以使用分離方法來(lái)尋找解決問(wèn)題的思考方向了。時(shí)間分離：在時(shí)間上將矛盾雙方互斥的需求分離開(kāi)，即通過(guò)在不同的時(shí)刻滿(mǎn)足不同的需求，從而解決物理矛盾。應(yīng)用時(shí)間分離意味著在生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證較高的生產(chǎn)效率，可以采用較大的電流密度；而在電解的最后階段，為了保證電解銅板的表面光滑（不產(chǎn)生小孔）,我們可以采用較小的電流密度。7.4.3解決物理矛盾結(jié)論：在電解的過(guò)程中采用較大的電流密度，只在電解銅板生成表面層的時(shí)候，將電流密度降低。這樣一來(lái)，就可以在保證較高的生產(chǎn)效率的同時(shí)，避免電解銅板表面產(chǎn)生小孔。7.4.3解決物理矛盾在一個(gè)工程問(wèn)題中，可能會(huì)同時(shí)包含多個(gè)矛盾。對(duì)于其中的某一個(gè)矛盾來(lái)說(shuō)，它既可以被定義為技術(shù)矛盾，也可以被定義為物理矛盾。技術(shù)矛盾與物理矛盾之間是可以相互轉(zhuǎn)化的，利用這種轉(zhuǎn)化機(jī)制，我們可以將一個(gè)沖突程度較低的技術(shù)矛盾轉(zhuǎn)化為一個(gè)沖突程度較高的物理矛盾。在一個(gè)技術(shù)矛盾中，兩個(gè)參數(shù)之所以形成了類(lèi)似于“