《創(chuàng)新設(shè)計-TRIZ系統(tǒng)化創(chuàng)新教程》課件 第11章 物理沖突

第11章物理沖突解決理論創(chuàng)新設(shè)計研究所主要內(nèi)容物理沖突分離原理案例分析1.物理沖突當(dāng)系統(tǒng)的某一個參數(shù)需要變化時，針對該參數(shù)出現(xiàn)了相反的要求，這時就出現(xiàn)了物理沖突（如長度、面積、體積）。物理沖突是一種更尖銳的沖突。物理沖突舉例：例11.1：在飛機速度一定的情況下，機翼面積的増大有利于提高升力，但阻力會增加；相反的，機翼面積的減小有利于減小阻力，但升力會減小。11-1概述11-1概述2.物理沖突與技術(shù)沖突的關(guān)系一般每個技術(shù)沖突背后都有相應(yīng)的物理沖突。技術(shù)沖突與物理沖突之間的關(guān)系可以用下圖形象表示。參數(shù)C正向取值，會導(dǎo)致參數(shù)A改善，參數(shù)B惡化；反之，相反。參數(shù)A與參數(shù)B就構(gòu)成一對技術(shù)沖突。而參數(shù)C既要正向取值，又要負向取值，則對參數(shù)C而言，就是物理沖突。參數(shù)CC↑C↓參數(shù)A改善參數(shù)B惡化參數(shù)A惡化參數(shù)B改善（a）（b）在把技術(shù)沖突的兩個參數(shù)進行通用化描述時，如果改善參數(shù)和惡化參數(shù)只能用同一通用工程參數(shù)描述，則此時只能應(yīng)用物理沖突描述問題。3.物理沖突的描述方法物理沖突的一般描述方法為：關(guān)鍵子系統(tǒng)（名稱）應(yīng)該具有或已有（“有用”參數(shù)），以能滿足（“第一條要求”）該子系統(tǒng)（名稱）不應(yīng)該或不能有（“有害”參數(shù)），以能滿足（“第二條要求”）。常見的描述物理沖突的如下表所示。11-1概述1.物理沖突解決方法物理沖突的解決方法一直是TRIZ研究的重要內(nèi)容，80年代Glazunov提出了30種解決方法，90年代Savransky提出了14種解決方法。Altshuller在70年代提出了以下11種解決方法：No.1沖突特性的空間分離No.2沖突特性的時間分離No.3將不同系統(tǒng)或元件與一超系統(tǒng)相連No.4將系統(tǒng)改為反系統(tǒng)，或?qū)⑾到y(tǒng)與反系統(tǒng)相結(jié)合No.5系統(tǒng)作為一個整體具有特性B，其子系統(tǒng)具有特性-BNo.5微觀操作為核心的系統(tǒng)No.7系統(tǒng)中一部分物質(zhì)的狀態(tài)交替變化No.8由于工作條件變化使系統(tǒng)從一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)過渡No.9利用狀態(tài)變化所伴隨的現(xiàn)象No.10用兩相的物質(zhì)代替單相的物質(zhì)No.11通過物理作用及化學(xué)反應(yīng)使物質(zhì)從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)11-2分離原理1.物理沖突解決方法（續(xù)1）按TRIZ原理，物理沖突要徹底消除。其基本原理：在同一空間、同一時間、同一條件、同一元件不可能具有相反的特性。因此要解決物理沖突，就可以在空間、時間、不同元件（層次）或不同條件下實現(xiàn)沖突要求的分離?，F(xiàn)代TRIZ在總結(jié)物理沖突解決的各種研究方法的基礎(chǔ)上，提出了采用如下的分離原理解決物理沖突的方法：——空間分離；——時間分離；——基于條件的分離；——整體與部分的分離。11-2分離原理1.物理沖突解決方法（續(xù)2）通過采用內(nèi)部資源，結(jié)合效應(yīng)求解，物理沖突已用于解決不同工程領(lǐng)域中的很多技術(shù)問題。所謂的內(nèi)部資源是在特定的條件下，系統(tǒng)內(nèi)部能發(fā)現(xiàn)及可利用的資源，如材料及能量。若關(guān)鍵子系統(tǒng)是物質(zhì)，則幾何或化學(xué)效應(yīng)的應(yīng)用是有效的；若關(guān)鍵子系統(tǒng)是場，則物理效應(yīng)的應(yīng)用是有效的。有時從物質(zhì)到場，或從場到物質(zhì)的傳遞是解決物理沖突問題的有效方案。11-2分離原理11-2分離原理2.

分離原理空間分離：元件的某一部分有特性P，另一部分具特性-P，在空間上分離該兩部分。時間分離：在某一時間，元件具有特性P，在另一時間，該元件具有特性-P，按時間先次序分離P與-P?；跅l件的分離：在某一條件，元件具有特性P，在另一條件，該元件具有特性-P，按時間先次序分離P與-P。整體與部分的分離：系統(tǒng)整體具有特性P，而其部分具有特性-P，分離整體與部分。11-2分離原理2.分離原理（1）空間分離原理所謂空間分離原理是將沖突雙方在不同的空間分離，以降低解決問題的難度。應(yīng)用該原理時，首先應(yīng)回答如下問題：是否沖突一方在整個空間中“正向”或“負向”變化？在空間中的某一處沖突的一方是否可不按一個方向變化？如果沖突的一方可不按一個方向變化，利用空間分離原理是可能的。例：通過鏈條傳動實現(xiàn)了對速度要求和對安全性要求都集中在車輪上這一物理沖突，其原理符合空間分離原理。（1）空間分離原理（續(xù)）例：軍用船只利用聲吶探測外部世界，但又易受本船噪聲的影響。利用電纜拖著千米之外的聲納探測器，被拖的聲納探測器與產(chǎn)生噪聲的船只在空間處于空間分離狀態(tài)。11-2分離原理2.分離原理（2）時間分離原理所謂時間分離原理是將沖突雙方在不同的時間段分離，以降低解決問題的難度。應(yīng)用該原理時，首先應(yīng)回答如下問題：是否沖突一方在整個時間段中“正向”或“負向”變化？在時間段中沖突的一方是否可不按一個方向變化？如果沖突的一方可不按一個方向變化，利用時間分離原理是可能的。例：折疊式自行車在行走時體積較大，在儲存時因已折疊體積較小，行走與儲存發(fā)生在不同的時間段，因此采用了時間分離原理。11-2分離原理（2）時間分離原理例：航空母艦上的飛機機翼在飛行和停放時形狀發(fā)生變化，這種變化采用了時間分離原理。11-2分離原理2.分離原理（3）基于條件的分離所謂基于條件的分離原理是將沖突雙方在不同的條件下分離，以降低解決問題的難度。應(yīng)用該原理時，首先應(yīng)回答如下問題：是否沖突一方在所有的條件下都要求“正向”或“負向”變化？在某些條件下，沖突的一方是否可不按一個方向變化？如果沖突的一方可不按一個方向變化，利用基于條件的分離原理是可能的。例：應(yīng)用雙向記憶合金，可以通過溫度改變實現(xiàn)零件不同的形狀，下圖為裝有形狀記憶合金彈簧的恒溫閥，可以實現(xiàn)閥隨溫度的啟閉。11-2分離原理2.分離原理（4）整體與部分的分離所謂整體與部分的分離原理是將沖突雙方在不同的層次分離，以降低解決問題的難度。當(dāng)沖突雙方在關(guān)鍵子系統(tǒng)層次只出現(xiàn)一方，而該方在子系統(tǒng)、系統(tǒng)或超系統(tǒng)層次內(nèi)不出現(xiàn)時，總體與部分的分離是可能的。例：自行車鏈條微觀層面上是剛性的，宏觀層面上是柔性的。例：自動裝配生產(chǎn)線與零部件供應(yīng)的批量化之間存在沖突。自動生產(chǎn)線要求零部件連續(xù)供應(yīng)，但零部件從自身的加工車間或供應(yīng)商運到裝配車間時要求批量運輸。專用轉(zhuǎn)換裝置接受批量零部件，但連續(xù)地將零部件輸送給自動裝配生產(chǎn)線。11-2分離原理3.分離原理與發(fā)明原理的關(guān)系DarrellMann通過研究提出，解決物理沖突的分離原理與解決技術(shù)沖突的發(fā)明原理之間存在關(guān)系，對于每一條分離原理，可以有多條發(fā)明原理與之對應(yīng)。分離原理發(fā)明原理空間分離1、2、3、4、7、13、17、24、26、30時間分離9、10、11、15、16、18、19、34、37整體與部分分離12、28、31、32、35、36、38、39、40條件分離1、5、6、7、8、13、14、22、23、25、27、33、35

只要能確定物理沖突及分離原理的類型，40條發(fā)明原理及發(fā)明原理的工程實例可幫助設(shè)計者盡快確定新的設(shè)計概念。11-2分離原理案例1：噴砂后處理問題（1）問題背景噴砂處理是利用高速砂流的沖擊作用清理和粗化基體表面的過程。采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料（銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂、海南砂）高速噴射到需要處理的工件表面，由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度。噴砂后，需要把砂子從工件表面和內(nèi)部清除。但對于內(nèi)腔或外部復(fù)雜的零件，尤其是有孔的零件，清理砂子有時非常困難。11-3案例分析（2）物理沖突描述砂子需要存在以對工件表面產(chǎn)生預(yù)定的作用，砂子又不能存在，以避免砂子留在工件內(nèi)部，影響后面的工藝質(zhì)量和最后的使用。即砂子既要有，又要無，但發(fā)生在不同時間內(nèi)，可采用時間分離。問題轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾吻宄Y(jié)構(gòu)復(fù)雜件內(nèi)部砂子的問題。進一步分析可知，需要的并不是砂子自身，而是能夠與表面發(fā)生碰撞作用的固體顆粒，因此該問題又可以歸結(jié)為：固體顆粒既要有，又要無，除了時間分離外，還可以考慮在一定條件下實現(xiàn)分離。11-3案例分析11-3案例分析（3）應(yīng)用分離原理求解方法1：固體顆粒在噴砂時有，在不噴砂時無。按照基于條件分離原理，需要找一種物質(zhì)，在工作條件下為固體顆粒，在工作完成后，條件改變自動消失?？煽紤]使用易升華且對工件表面不產(chǎn)生有害作用的物質(zhì)，可考慮使用干冰。方法2：查表11.2與條件分離原理對應(yīng)的發(fā)明原理有：分割（#1）、合并（#5）、多用性（#6）、套裝（#7）、重量補償（#8）、反向（#13）、曲面化（#14）、便有害為有益（#22）、反饋（#23）、自服務(wù)（#25）、同質(zhì)性（#33）、參數(shù)變化（#35）用低成本、不耐用的物體代替昂貴、耐用的物體（#27）由發(fā)明原理自服務(wù)（#25）、可得到固體顆粒應(yīng)該在工作后自己消失，根據(jù)參數(shù)變化（#35）原理可知可以通過物體狀態(tài)改變實現(xiàn)，同樣可以利用干冰進行噴砂處理。11-3案例分析案例2：臺鉗夾持復(fù)雜工件問題（1）問題背景機械加工中常用的臺鉗如圖11.12a所示，臺鉗夾持部位一般做成兩個平行的平面。但是對于復(fù)雜形狀的零件夾持，一般需要設(shè)計專用鉗口（如圖11.13b所示）或者專用夾鉗（如圖11.12c所示）。但是專用鉗口或者專用夾鉗需要專門設(shè)計與制造，專用性強，成本高。能否利用一種臺鉗能夠固定大部分外形復(fù)雜零件呢？（2）物理沖突描述從問題描述看，問題集中在臺鉗鉗口上，臺鉗鉗口必須是剛性的，以便提供足夠的夾持力，臺鉗鉗口又必須是柔性的，以便能夠與異形的面很好接觸。鉗口既要剛性，又要柔性，并且是同時在同一區(qū)域出現(xiàn)的，空間分離與時間分離以及基于條件的分離不可用，可用整體與部分分離原理進行嘗試。11-3案例分析（3）應(yīng)用分離原理求解方法1：鉗口按照整體與部分分離原理描述可有兩