第十七節(jié) 局部質(zhì)量原理

1第十七節(jié)

局部質(zhì)量原理

在TRIZ發(fā)明創(chuàng)新40條原理中，第3條是局部質(zhì)量原理。下面介紹局部質(zhì)量原理的內(nèi)容與應(yīng)用。

局部質(zhì)量原理的基本含義是“在某個(gè)特定的區(qū)域或局部的范圍內(nèi)改變某個(gè)事物的某種性質(zhì)，以便獲得所需要的某種特定功能或?qū)傩浴！边@個(gè)原理著眼于在特定位置或特殊時(shí)間通過(guò)某種特別的作用來(lái)獲得某種最佳的功能或效果。

局部質(zhì)量原理之一：將物體、環(huán)境或作用的同類結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成異類結(jié)構(gòu)，均勻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為不均勻結(jié)構(gòu)。

案例1：光導(dǎo)纖維

現(xiàn)在在通信、醫(yī)學(xué)、汽車等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的光導(dǎo)纖維，簡(jiǎn)稱光纖，如圖17-1所示，它是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導(dǎo)工具。它的結(jié)構(gòu)就是在光密媒質(zhì)的內(nèi)芯外面包裹一層光疏媒質(zhì)的套層，如圖17-2所示，這兩層材質(zhì)從光學(xué)特性來(lái)說(shuō)是不均勻的，當(dāng)光束以特定入射角從光纖的一端射入時(shí)，它會(huì)在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生連續(xù)的全反射而不會(huì)從界面射出，以很小的損耗傳輸?shù)焦饫w的另一端。這就是將物體、外部環(huán)境或作用的均勻結(jié)構(gòu)變?yōu)椴痪鶆虻木植抠|(zhì)量原理的應(yīng)用。2圖17-1.光纖圖17-2.光纖結(jié)構(gòu)3

案例2：好鋼用在刀刃上

刀，是社會(huì)生活中常見(jiàn)的、必不可少的器具，不論是古代戰(zhàn)場(chǎng)打仗用的大刀，還是現(xiàn)代家庭生活用的菜刀、砍刀，如圖17-3，人們都希望它們既鋒利又輕便耐用。那么如何處理這個(gè)問(wèn)題？圖17-3.砍刀

我們知道，要使一把刀鋒利耐用，就要用好鋼來(lái)鍛造，好鋼用的越多，刀就會(huì)越鋒利。但同時(shí)又出現(xiàn)了另外一個(gè)問(wèn)題，好鋼越多，刀的硬度越高，脆性也就越大，使用過(guò)程中就容易折斷。因此，我們又希望刀有些韌性。但有韌性的材料又不能形成鋒利的刀口，而且好鋼用的越多，刀的成本就越大。所以，我們要改變局部的質(zhì)量和功能，要把“好鋼用在刀刃上”，其余部分就用普通的鋼。所以，刀像三明治一樣由三層構(gòu)成，一層“好鋼”作為功能層放在中間，有韌性的兩層普通鋼作為結(jié)構(gòu)層夾在外面，在高溫下鍛造成一體。開(kāi)刃后，刃口恰恰是中間的高硬度層。就整體來(lái)看，不同部位具有不同的功能，鋒利、強(qiáng)度都得到了保證。

局部質(zhì)量原理之二：讓物體的不同部位具有不同的功能。4圖17-4汽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

案例3：內(nèi)燃機(jī)的活塞

活塞是內(nèi)燃機(jī)汽缸體中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件，主要作用是承受汽缸中的燃燒壓力，并將此壓力通過(guò)活塞銷和連桿傳給曲軸做功，如圖17-4所示。早期的活塞就是簡(jiǎn)單柱塞，這就要求必須保證柱塞與氣缸尺寸的精確配合，還必須使用耐磨的材料，盡管如此，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，仍會(huì)因磨損而發(fā)生氣體泄漏，使工作效率降低。因此，活塞的設(shè)計(jì)與制造既要盡可能少地泄露氣體，又要盡量減小與汽缸壁的摩擦，這是兩個(gè)互相矛盾的要求。那么該怎么處理這個(gè)問(wèn)題呢？

局部質(zhì)量原理之三：讓物體的各部分處于完成其功能的最佳狀態(tài)。5

這個(gè)問(wèn)題的矛盾沖突集中在：

活塞既要密封——盡可能少地泄露氣體，耐磨——盡可能多地延長(zhǎng)活塞使用壽命；又要少摩擦——盡量減小與汽缸壁的摩擦而損失能量。

不改變柱狀活塞的結(jié)構(gòu)，就難以同時(shí)滿足這些要求。

于是，將單一的柱狀活塞改進(jìn)為活塞組件，包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷，如圖17-5所示。

帶有活塞環(huán)的活塞把原來(lái)剛性的精確配合變成了彈性配合，活塞環(huán)以適度的彈力貼合氣缸內(nèi)壁，使得磨損的負(fù)面影響大大降低。

另外，把對(duì)柱塞的通體的光潔度要求縮小到只保證活塞環(huán)外緣的光潔度，硬度的要求也集中在活塞環(huán)上。

這樣，活塞主要的功能要求由活塞環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)（彈性、硬度、光潔度等），使活塞環(huán)“處于完成其功能的最佳狀態(tài)”，使上面提到的“既要減少氣體泄露，又要盡量減輕與缸壁摩擦”的矛盾得到很好的解決。

另外活塞環(huán)維護(hù)更換便捷，維修成本較低。6

這一條是讓系統(tǒng)的各個(gè)部分都處于最佳狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功能的最佳。但要注意的是，各自部分最佳是指相互配合的情況下各部分狀態(tài)達(dá)到最佳，而不是簡(jiǎn)單地使每個(gè)元件都最好。圖17-5.活塞的結(jié)構(gòu)7【思政聯(lián)結(jié)】

1.觀大勢(shì)，謀全局——習(xí)近平總書記系列重要