triz理论四-物场分析与76个标准解

物场分析与 76个标准解 技术系统与功能 + 技术系统存在的目的： 功能 + 功能实现的基础： 物理、化学和几何现象 + 如何实现技术系统的功能？ 合理设计或安排相应的物理、化学和几何现象 + “ 功能 ” 的三要素： 两种物质和一种场 物质 1-功能作用对象（客体） 物质 2-工具（主体） 场 -物质间的相互作用 什么是物场模型？ + 物场模型： 是由两个物质和一个场这样三个元素所构成 的完全的、最小的技术系统。是一种用图形表达问题的 符号语言来揭示系统的功能，描述任何技术系统中不同 元素之间发生的不足的、有害的、过度的和不需要的各 种相互作用。设计人员通过使用这些特定的符号来有序 地进行解决发明问题的方法。 + 依据 Altshuller发现的规律： 如果问题的物场模型是一 样的，那么解决方案的物场模型也是一样的，和这个问 题来自于哪个领域无关。 物场建模的目的 + 物场建模是研究物场转化和发展的 TRIZ工具。 + 应用物场建模可以由 模糊的发明情景 进入到一系 列的 发明问题 。发明问题是以技术系统元件成对 之间的 标准矛盾形式 确定的。 最基本的物场模型 + 最基本物场模型 是将一个技术系统分成 两 个物质与一个场 或 一个物质与两个场 ，用 一个三角形来表示每个系统所实现的功 能。 + 一个 基本完整的测量物场模型 必须是在它 的输出端载有被测对象信息参数的输出场 S2 F S1 F1 S2S1 F2 最基本的 物场模型 最基本的 测量物场模型 、 + S、 S1、 S2 表示物质。 通常物质 S1是一种需要改变、加工、位移、发现、 控制、实现等的 “ 目标 ” 、 “ 对象 ” ； 物质 S2 是实现必要作用的 “ 工具 ” 。 + F、 F1、 F2 表示场 代表 “ 能量 ” 、 “ 力 ” ，是实现两个物质间的相互 作用、联系和影响的能量。在测量物场模型中， 通常 F1表示输入场， F2表示输出场 有关联的作用 有效不充分作用 定向有效作用 有害作用 有关联的关系 磁作用场 定向有效作用 熱作用场 有效不充分作用 最大作用场 有害作用 物质 S2(或 S1)的变异物 物质 1、物质 2 易控制的场 物质 S2内部或外部引 入附加物 异质的或结构化的磁 场 引入磁铁附加物 异质 S2(或 (S1)物质 引入铁磁颗粒 新的作用场 在铁磁场模型中应用 多孔或毛细管结构 新作用场的输出场 经细化分割的物质 S2 模型间的转换 S1 S2 SF SF SF-cp Fmagnetic Fthemal Fmax S2modified Fcontrolled F#magnetic S2# S2 S3 S2S3 Fnew Fnew-modified S2 常用的物场模型及其含义 + 有效完整模型 ： 实现功能的 3个元素齐全，且有效实现功能 + 不完整模型 ： 实现功能的 3个元素不全，可能缺场，也可能 是缺少（工具）物质。 标准解法： 对不完整模型，应针对所 缺少的元素给予 引入物质或引入场， 使形成有效完整的物场 模型，从而得以实现功能。 + 效应不足的完整模型 ： 3个元素齐全，但功能未有效实现或 实现得不足。 标准解法：增加物质 S3或增加另一个场 F2来强 化有用效应。 S3可以是现成物质，或是 S1、 S2的变异、或是 环境或是通过分解环境而获得的物质。 + 效应有害的完整模型 ： 3个元素齐全，但产生了有害的效应 ，需要消除这些有害效应。 标准解法： 1）增加另一物质 S3来阻止有害效应的产生 2）增加另一个场 F2来平衡产生有害效应的场 发明问题 76个标准解的分类 类别 分类名称 子系统数量 第一类 建立或拆解物场模型 13 第二类 增强物场模型 23 第三类 向超系统或微观级转化 6 第四类 检测和测量的标准解 17 第五类 应用标准解的标准 17 合 计 76 第 1类：建立或拆解物场模型 + S1.1 建立物场模型 + S1.2 拆物场模型 + S1.1.1 完善物场模型 + S1.1.2 内部合成物场模型 + S1.1.3 外部合成物场模型 + S1.1.4 利用环境中的资源 + S1.1.5 改变系统的环境 + S1.1.6 施加过渡物质 + S1.1.7 传递最大化作用 + S1.1.8 选择性最大化作用 S1.1 建立物场模型 通过引入缺失的场或物质来建立完整的物场模型 S1.1.1 完善物场模型 不完整 有效完整的物场模型 F S1 S2 缺少工 具和力 S1 S2 S1 S2 缺少力和加 工对象 缺少力 人们用锤子打钉， 只有钉子（目标物质 S1）不行； 只有锤子（工具物质 S2）也不行； 有了钉子和锤子，没有人的手臂用力（ 机械场 F）同样不行； 只有当三个因素同时具备时才能完成打 下钉子的任务。 S2 F1 S1 钉子 锤子 机械力 系统不能改变，但允许加入一种永久或临时的添加物帮 助系统实现功能，可以在 S1或者 S2中引入一种 内部添加 物 S3 S2 F S1 S2 F S1 S2 F S1 S3 F S1 S2 S3 作用不充分 没有作用力 S1.1.2 内部合成物场模型 实例：穿着普通鞋子在冰面上行走 穿着普通鞋子在冰上行走 的人，因得不到冰面足够 的摩擦力，所以容易滑 倒。 解决办法：换上钉鞋 带钉的鞋子 摩擦力 鞋子冰面 S2 F S1 F S1 S2 S3 实例：利用抗凝血剂防止血液凝固 血液 心肺机 S2 F S1 生物场 F S1 S2 S3 肝素 实例：带双帽的钉子 + 在有些生产产品的加工过程中对产品钉下的钉子，待加工完成后 必须取出。为此在加工过程中，钉帽必须与产品表面贴紧，以达 到紧固产品的目的；但是当完工后，钉子帽又必须远离产品表面 ，以使起钉容易，并在起钉时不会对表面产生伤害。 + 使用带两个钉帽的钉子，可以同时满足不同加工过程的要求。由 于在两钉帽间有足够的空隙用于拔出钉子，下面的钉帽则可保持 紧贴产品。 加工产品 单帽钉 双帽钉 机械场 S2 F S1 S2 F S1 S3 + 如果系统不能改变，但允许加入一种永久或临时 的添加物帮助系统实现功能，可在 S1或 S2的外部 引入一种永久或者临时的 外部添加物 S3 S2 F S1 S2 F S1 S3 F S2S1 S2 F S2 S3 S1引入附加物 S2引入附加物 S1.1.3 外部合成物场模型 实例：路标的涂层 + 提高路标对司机的可视性 + 路标的明亮度对于汽车司机的安全行驶至关重 要。在路标表面涂上高分子涂层，在汽车大灯 光的照耀下，增加了路标的反射光，从而提高 了路标对司机的可视性。 反射光 路标 灯光 S2 F S1 S2 F S1 路标涂层 S 3 实例：查找出压缩机氟利昂渗漏处 （建立外部合成物场模型） 将外部添加物 S3荧光粉掺入压缩机内的润滑油中，然后再用 紫外光照射压缩机，通过渗漏出的润滑油中荧光粉发出的 光，可以准确地确定氟利昂的渗漏部位。 氟利昂 S2 F S1 压缩机 紫外光 F S1 S1 荧光粉 S3 + 系统不能改变，但允许加入一种永久或临时的添加 物帮助系统实现功能，可通过 引入环境中的资源 SE 作为内部或外部添加物 SES1S2 F S1 S2 F S1 S2 F F S1 S2SE S1.1.4 利用环境中的资源 实例：潜水艇下水深度的调整 + 当潜水艇浮在水面上时，同时承受着来自地球自 上而下的重力和与之相反方向的水的浮力，倘若 将环境中的水大量地注入潜水艇中，一旦地球对 潜水艇的重力克服了水的浮力时，潜水艇就会开 始下沉。 SES1 注入水的 潜水艇 S2 F S2 F S1 未注入水 的潜水艇 海水 重力 实例：利用船体内置的水箱来增强船体 的稳定性 + 船体装备的 “ 龙骨压载水箱 ” ，当船翻覆时，龙骨 会暴露到空气中，水就显示了重量，由于水不可能 即刻流出，龙骨将使船自动恢复到原位。 + 在海上航道浮标内冲入海水，以加强浮标的稳定性 ） S2 F S1 船体 压载水箱水海水 SE F S1 发生 倾斜 的船 S1 + 系统不能改变，但是可以修改或改变系统所处的环境 S2 F S1 F S1 S2Sed S2 F S1 S2 F SedS1 S1.1.5 改变系统的环境 实例：轴承润滑剂 相对于轴承来说，润滑油是轴承的环境，在润滑油 中引入电解液，可促使润滑剂汽化，以改善普通径 向轴承的阻尼特性 润滑剂轴承 S2 F S1 F S1 润滑油电解液 S2Sed 实例：拍摄太空物体图像 利用望远镜在正常的环境下拍摄太空物体的图像 很不清晰，倘若在太空中设置望远镜，由于完全 改变了的环境，致使望远镜的功能和清晰度达到 大大提高。 太空物体 望远镜改 在太空环 境中 望远镜 在正常 环境中 S2 F S1 S2 F SedS1 + 如果微小量的精确控制很难实现，可以通过应用 和消除盈余来实现微小量的控制 过量的场用物质来消除 过量的物质用场（用能生 成场的物质）来消除。 S2S1 F S2maxS1 S1 S2 Fmax S1 F S1.1.6 施加过渡物质 实例：磁发电机的陶瓷板上塗强磁导电材料 （首先全面覆盖，然后再去除过量部分） + 首先向整个陶瓷板满喷上一层强磁涂料，随后将 喷洒在凸面上的过量部分通过机械作用将它去 除 掉 ，最后只让在板槽中留下薄薄的一层强磁性导 电材料 涂料 S2S1 F S2maxS1 陶瓷板 机械场 实例：洗完衣服后的甩干 要想依靠重力或手臂的能力拧干衣服上的水是不 太容易的事，借助于洗衣机，让衣服和洗衣机滚 筒转起来，利用洗衣机的离心力把衣服上多余的 水份去除。 洗衣机 S2 离心力 Fmax S1 衣服 S1 F + 如果需要对一个物质 S1施以最大模式的作用，但 是由于种种原因不可行，则可以将这种最大模式 的作用施加到另一个物质 S2上，再由 S2传递给 S1 。 S1 S2 Fmax S1 Fmax S1.1.7 传递最大化作用 实例：焊接工人的面罩 + 焊接时产生的弧光辐射对焊接工人的眼睛有极大的伤害 ，然而为了保证焊接质量，焊接的弧光强度是不可能减 弱的，焊接的工作又必须连续进行的，为此，焊接工人 使用保护面罩（中性滤光镜），过度的弧光（多余的场 ）被保护面罩（引入的添加物）消除掉了。 焊工眼睛 弧光辐射 面罩 S2S1 Fmax S1 Fmax + 有时候既需要很强的场的作用，同时又需要很弱 的场的作用。这时可以给系统施以很强的作用场 ，然后在需要较弱场作用的地方引入物质 S3，起 到一定的保护作用 S1.1.8 选择性最大化作用 实例：安瓿瓶的封口工艺 （选定区最大模式，其他区最小模式） 当为注射液玻璃瓶进行封口时，必须将火焰调整到最大功率， 以使火焰在瓶口处达到最大效应，快速地熔化玻璃并完成封 口；但是，灼热的火焰对瓶内的药液质量会产生伤害，为使 瓶内的药剂免遭受热，影响药液的质量，在完成封口操作时 ，必须将瓶身浸在水中，以使瓶身受火焰的影响达到最小。 冷却水 S3S1 S2 Fmax最大火焰 药液瓶 封口区 S2 药液瓶 盛药区 S1 Fmax S1.2 拆解物场模型 + S1.2.1 引入 S2消除有害作用 + S1.2.2 引入改进的 S1或（和） S2来消除有害作用 + S1.2.3 引入物质消除有害作用 + S1.2.4 用场 F2 来抵消有害作用 + S1.2.5 消除磁场的影响 + 在当前设计中既存在有用作用又存在有害作用， 如果没有让 S1和 S2必须直接接触的限制条件，可 以通过在 S1和 S2之间引入 S3来消除有害作用 S2 F S1 S 3 S2 F S1 S2 F S1 S 3 S2 F S1 S1.2.1 引入 S3消除有害作用 + 医生给病人做外科手术，容易造成医生和病人之 间的交叉感染。穿戴一双无菌手套可以消除细菌 带来的有害作用 S2 F S1 S3 无菌手套病人 医生之手 S2 F S1 实例：医用 无菌手套 实例：举重场上的杠铃 + 地面对杠铃的有用作用是让杠铃就位，制止杠铃 的运动；但杠铃盘对地面会产生有害作用，当放 下杠铃时，由于杠铃的重力碰撞会造成对地面的 损伤，并引起噪声。給杠铃盘套上橡皮圈或在地 面上铺上一层厚厚的橡皮，问题就会迎刃而解。 S2 F S1 S3 S2 F S1 杠铃 地面 橡皮圈 实例：保护铆钉 （引入现成物质 S3） S2 F S1 S3 S2 F S1 锤子铆钉 冲击力 垫木 实例：茶壶托盘 S2 F S1 S3 S2 F S1 茶壶 托盘 手 + 在当前设计中既存在有用作用又存在有害作用， 如果没有让 S1和 S2必须直接接触的限值条件，但 是不允许引入新的物质，可以通过改变 S1和 S2来 消除有害作用。这种解决方案包括加入一些 “ 不 存在的物质 ” 如利用空间、空穴、真空、空 气、气泡、泡沫等，或者加入一种场，这个场可 以实现需添加物质的作用 S2 F S1 S2modified S2 F S1 S1.2.2 引入改进的 S1或（和） S2 来消除有害作用 实例：炼铜厂的冶炼浴槽 + 矿石的熔点是 1200 oC ，因此，密封浴槽内的温度必须维持在 1300 oC 。浴槽壁是用铜制成的，铜的熔点是 1083 oC ，为了防 护浴槽免遭高温破坏和大块矿石的严重磨损，在浴槽壁四周设有 冷却水套，在冷却水的作用下，使在浴槽的四周形成来自矿石熔 融物的结渣层（铜矿石的变异物），结渣层起着保护浴槽壁免遭 高温破坏和大块矿石的严重磨损，因为结渣层一经磨损，冷却水 的作用会使结渣层进行 “ 自我更新 ” 。 S2 F S1 1300oC结渣层（ S2变异物）S2modified 浴槽 1083oC S2 F S1 熱场 铜矿石 1200oC 实例：高温焦炭的输送 高温焦炭 传送带 机械场 碎焦炭（高温焦炭变异物） 炙热的焦炭在运输过程中，为了避免高温对传送带的伤害 ，在传送带上铺设一层碎的焦炭，可以起到隔绝热的作 用。 S2 F S1 S1modified S2 F S1 实例： “ 法兰西 ” 体育场 + “ 法兰西 ” 体育场上设置的遮阳篷对场地观众有益遮阳作 用，但是场地观众渲染的噪声聚集到遮阳篷上，对附近街 区的环境产生有害影响。在遮阳篷內添加矿物棉用以消除 噪声。折射到遮阳篷上的场地观众的嘈杂声被遮阳篷内的 吸声板吸收，不再对附近街区产生影响。 S2 F S1 S2modified 矿物棉 S2 F S1 观众 遮阳篷 + 如果有害作用是由某个场引起的，可以通过引入物 质 S2来吸收有害作用 S2 F S1S 1 F S1.2.3 引入物质消除有害作用 实例：为了沿街住户的安宁 + 为了挡住来往频繁车辆的嘈杂声，在繁华地区的 马路两旁，建立了消音墙，起到隔声的效果 S2 F S1S 1 F 嘈杂声 沿街 住户 消音墙 实例：电器接地保护 + 为了防止电器设备漏电造成对人的伤害， 采取接地保护措施。 S2 F S1S 1 F 电场 人员 接地装置 + 若在系统中同时存在有用和有害的作用，且两个 物质之间之间要求必须直接紧密相邻，则可引入 场第 2个场 F2来抵消 F1的有害作用，或将有害作用 转换为有用作用 S2 F1 S1 S2 F1 S1 F2 S1.2.4 用场 F2来抵消有害作用 实例：骨折病人后的理疗 + 医生对腿骨折的病人进行外科手术后，用支撑架 通过机械场作用在腿上将其固定。通过施加脉冲 电场对肌肉进行理疗，以刺激肌肉并阻止肌肉萎 缩。 脉冲电场 机械力 腿 支撑架 S2 F1 S1 S2 F1 S1 F2 + 某一种有害作用可能是因为系统内部的某个部分 的磁性物质导致的，可以通过加热，使磁性物质 处于居里点以上，从而消除磁性，或引入一个相 反的磁场来消除有害作用 S2 Fmagnet ic S1 Fthemal( magnetic)S2S1 Fmagnet ic S1.2.5 消除磁场的影响 实例：焊接与粉末焊剂 + 焊接电流产生的磁场会将粉末焊剂从工作区吹散 开，造成铁磁粉末的焊接困难，影响到焊接的质 量。预先将粉末加热到居里点以上，焊接粉末被 退磁，上述情况就不会再发生了 S2 Fmagneti c S1 FthemalS2S1 Fmagneti c 焊接件 粉末焊剂 加热到居里 点 600C 第 2类： 增强物场模型 + S2.1 转化成复杂的物场模型 + S2.2 加强 物场模型 + S2.3 频率的协调 + S2.4 利用磁场和铁磁材料 + S2.1.1 链式物场模型 + S2.1.2 双物场模型 S2.1 转化成复杂的物场模型 + 将单一的物场模型转化成链式模型，转化的方法 是引入一个 S3，让 S2产生的场 F1作用于 S3，同时 S3产生的场 F2作用于 S1。两个模型独立可控 S2 F1 S1 F2 S1 S2 F1 S3 S2.1.1 链式物场模型 实例：用锤子砸石头来分解巨石 + 为增强现有功能，可以通过在石头和锤子之间加 入凿子。锤子的机械场传递给凿子，然后凿子的 机械场传递给石头 机械场机械场 锤子石头 凿子 S2 F1 S1 F2 S1 S2 F1 S3 实例：提高降温防护服的防护效果 + 为保护炼钢工免受高温的伤害，穿着用低导热材料制成的防护服 ，这在短时间内效果还是很好的，但经过一段时间后，衣服内外 的温度达到平衡，其隔热效果就会明显下降。在防护服的表面附 设一个袋子，使普通的防护服转换为降温防护服。在袋子中插入 充有可融化材料 14烷和 16烷的混合物，融点在 1016摄氏度之 间。使用前，将其冷却到摄氏零度以下，以便混合物变成固相。 待穿上身时，室外的高温透过相变材料后再作用到人体上，利用 相变材料产生的吸热效应，使防护服具有良好的降温效果。 （会融化的 14烷和 16烷混合物） 相变材料人体 防护服 热场 S2 F1 S1 F2 S1 S2 F1 S3 冷场 美国专利：提高降温防护服的防护效果 工程背景 ： 为保护焊工、炼钢工，用低导热材料制成防护服在短时间内效 果很好，但经过一段时间后，衣服内外的温度达到平衡，其隔热效 果就会明显下降。 低导热材料 最终解决方案 相变原理：利用物体相变时产生的某种效应 (吸热 )； (防护服的外表面插入充 有可融化材料 14烷和 16烷的混合物，融点在 1016摄氏度之间。使用前，降温 衫需冷却到摄氏度以下，以便混合物变成固相。 ) 美国专利： 6,185,742； S3 = 可融化材料 降温防护服 可融化 材料 隔热 袋子 袋内侧 + 现有系统的有用作用 F1不足，需要进行改进，但 是又不允许引入新的元件或物质，可以通过引入 第二个场 F2来增强 F1的作用 S2S1 F2 F1 S2 F1 S1 S2.1.2 双物场模型 实例：太空中的孵卵器 + 在太空中有着孵化小鸡的正常大气环境和温度，可以使孵 卵器保持正常地工作，但唯一不足的是缺乏重力，致使小 鸡无法发力。让孵卵器绕着轴心旋转，利用形成的重力附 加场，小鸡就可以顺利地出生在太空上了。 轴心旋转人 造重力场 F2 太空环境场 卵小鸡 S2S1 F1 S2 F1 S1 实例：快速用铲刀去除墙上的壁纸 （引入第 2个温度场） + 仅仅利用铲刀来刮除墙面上的壁纸，效率很低， 引入了高温蒸汽热场 F2，用高温蒸汽喷射墙面， 墙上的壁纸因失去强度，就能很容易地被去除 掉。 铲刀机械力 壁纸 铲刀 高温蒸汽 S2S1 F2 F1 S2 F1 S1 + S2.2.1 使用更可控的场 + S2.2.2 增加物质的分割程度 + S2.2.3 使用毛细管和多孔的物质 + S2.2.4 使系统更加动态化 + S2.2.5 使用异构场 + S2.2.6 使用异构物质 S2.2 加强物场模型 + 用更加容易控制的场来代替原来不容易控制的场 ，或者叠加到不容易控制的场上，来获得增强功 能效应。选择易控制场的进化路径： S2 F S1 S2 Fcontrolled S1 机械场重力场 电场或 磁场 辐射场 S2.2.1 使用更可控的场 实例：内燃机进出气伐的控制 + 为提高可控性，将内燃机进出气阀的运转，由通 常的转动轴控制改为用电磁铁来控制。 电磁场 电磁铁转动轴 机械场 进（或出 ）气阀 S2 F S1 S2 Fcontrolled S1 实例：金属切割方法的演变 + 用金属刀片切割金属会不均匀、发热、变形等， 用高压水切割代替金属刀片切割，用激光切割可 代替高压水切割 S2 F S1 S2 Fcontrolled S1 辐射场 金属 金属 刀片 机械场 金属 激光 + 增加物场模型中作为工具的物质 S2的分割程度可 以加强物场模型。这个标准解实际上是从宏观到 微观层面，然后到场的进化模型。该工具的演化 路径为： S2 F S1S2 F S1 Fnew S1 S2.2.2 增加物质的分割程度 分割的物体非分割物体 粉末 液体 气体 新的场 物质结构加大分割的进化路径 + 固体 （厚板薄板薄膜薄片纳米薄片） （大直径棒小直径棒纤维丝状物） （颗粒 球状物丸状物粉末纳米粒子凝块液 体活性液体原子级和亚原子级粒子） 固体 可移动固体 气体 液体 可弯曲固体 场 实例：汽车的坐垫 + 为了使汽车的座位更舒适，坐垫设计成气囊形式 ，通过气囊对身体的接触点进行自我调整，以使 气囊均匀地支撑人的重量，人坐在上面就会很舒 服。 S2 F S1 海绵坐垫 S2 F S1 人体 硬坐垫 压力 实例：用一个不规则的表面支撑物体 + 用一个不规则的表面支撑物体时，要使支撑力均 匀地分布在这不规则的表面上是非常困难的。如 果用充满液体的袋子覆盖在不规则的表面上，然 后再将物体作用在袋子上就能将荷载均匀地分布 于不规则的表面上。 S2 F S1S2 F S1 物体 不规则固 体表面 充满液体 袋子表面 压力 实例：增强钢筋混凝土结构能力 + 用一系列钢丝代替标准的钢筋混凝土中常用的较 粗钢筋，可以制造出 “ 针式 ” 混凝土，使其结构 能力获得了增强。 S2 F S1S2 F S1 混凝土 粗钢筋 一束钢丝 抗压力 + 将物质中增加空穴或毛细结构。一种特别物质分裂 形式是从固体物质转化到毛细管和多孔材料。将根 据以下所列的路径进行转化： 实例： 胶水瓶头一旦改用多孔的海绵状瓶头后，可以 明显地提高胶水塗布的质量和效率。 S2 F S1 S2-cp F S1 固体 一个洞固体 多个洞固体 毛细管和多孔物质 胶水 胶水瓶口 带多孔海绵的胶水瓶口 S2.2.3 使用毛细管和多孔的物质 + 使系统具有更好的柔韧性、适应性、动态性。可以 开始将物质分解成两个耦合部分实现动态化，然后 继续沿以下路径进化，可以增加场的动态性： 单铰 多铰 柔性体 双铰刚体 液体气体场 S2 F S1 S2 F S1 S2.2.4 使系统更加动态化 、 + 实例： 汽车的变速从有级变速向无级变速演变， 使汽车的变速更为平稳和连续，动态性能更好。 + 实例： 风力发电站的风轮安装了铰链，有助于风 轮机在风的影响下，转为顺风 + 实例： 在垂直起降的飞机机翼上安装了铰链结构 后，整个机翼、和发动机可以旋转，能使它们依 据飞行的不同状况而改变方向 + 用动态场代替静态场。使一个不可控或者可控性较弱的 场变成一个按规则运行的可控场，这种控制可以通过均 匀的场向非均匀的场转换，或者非结构化、无序的、紊 乱的向具有特定时空结构的场（恒定的、变化的）转换 ，来加强物场模型 S2 F S1 S2 F# S#1 S2 F S1 S2 F# S1 S2.2.5 使用异构场 实例：超声波焊接 超声波焊接时，为了确定焊接的位置，在焊接区域 内安装一个调谐装置，利用调节元件将振动定向 有序地集中到一个很小的面积上，产生区域振动 ，根据振动频率的不同来确定焊接的位置。 S2 F# S1S2 F S1 焊接件 超声波 焊接机 超声波（无组织场 ） 集中区域超声波 （可调节立体结构场） 实例：有噪声的网 （防止海豚误入捕鱼网） + 海豚看不到渔网，是利用声波定位。在渔网上添 加呈塑料球面或抛物面状的活性声波辐射器，用 结构化的场替代非结构化的场，提高海豚定位信 号的反射 。 带活性声波辐 射器的渔网海豚鱼网 S2 F S1 S2 F# S#1 异质场 + 将均匀的物质空间结构变成不均匀的物 质。使用可控物质或可调节空间结构的物 质代替无规则不可控的物质 S2 F S1 F S1 S#2 同质 异质 S2.2.6 使用异构物质 实例：橡胶球的制造 异质物质 （生橡胶白垩粉型芯 ） 化学场 同质物质 生橡胶 制造橡胶球时 采用多质材料，即事先要做好一个球芯 ，该球芯是由粉状的白垩粉和水的混合物干燥后制成 ，然后在其外部敷以橡胶，经硫化后，用一根针头刺 入球体并注射进去一种液体促使球芯溶解后，随之， 液体通过针头被抽走。 S2 F S1 F S1 S#2 硫化剂 + 控制频率使其与一种或两种元素的固有频率相匹 配或不相匹配，以提高系统的性能 + S2.3.1 协调 F与 S1或 S2的频率 + S2.3.2 协调 F1和 F2的频率 + S2.3.3 在一个动作的间隙进行另一个动作 S2.3 频率的协调 + 将场 F的频率与物质 S1或者 S2的固有频率相协调 S2 F S1 S2S1#fo F1#fo S2S1#fo F1#fo S1#fo S3 F3#fo S2 F1#fo S2.3.1 协调 F与 S1或 S2的频率 实例：用超声波破碎人体结石 + 将超声波的频率调整到结石的固有频率， 使得结石在超声波作用下产生共振，结石 就能被震碎。 共振场 人体结石 超声波 碎石机 振动场 S2 F S1 S2S1 F1 能调整振 动频率的 超声波碎 石机 实例： 应用固有频率不同的密封圈 + 为确保在大幅度振动下具有可靠的密封性，可以在一 个平面上用多个具有不同固有频率的密封圈。 S2S1#fo F1#fo S2 F1#fo S1#fo S3 F3#fo 不同固有频 率的密封圈 + 在使用了 2个场的复合物场模型中，利用协调场与 场的固有频率来完成所需的功能或要求的特性来 达到增强系统的功能效率或可控性。 S2 F1 S1 S2S1 F1#fo F2#fo S2.3.2 协调 F1和 F2的频率 S2 F1 S1 F2 实例：分选磁矿石 + 在分选由强磁成分和废岩构成的混合物中，为了 有效提高颗粒分离效果，必须让坚硬的磁矿石同 时置于连续磁场和振动两个场的作用下，且磁场 的强度与振动频率必须在匹配的情况下进行分 离。 分选机 S2S1 F#fo Fmagnetic-#fo S2S1 Fmagnetic 强磁混合物 磁场 频率 fo的 振动 场 与振动频率 匹配的磁场 + 如果需要 2个互不相容或 2个彼此独立的动作在一个 系统中执行，那么其中一个动作应在另一个动作暂 停期间来执行。通过在一个动作的操作间隙执行另 一个有用的动作这种方法来提高系统的效率 S2S1 F1 F2 S2S1 F1 F2 (I+I) (I-I) S2.3.3 在一个动作的间隙进行另一个动作 实例：接触式点焊机 + 为提高接触式焊接的精度，测量反馈是在焊接电 流的 2个脉冲之间完成的 脉冲时进行焊接 脉冲间歇时进行测量 S2S1 F1 F2 S2S1 F1 F2 (I+I) (I-I) + 整合铁磁材料和磁场是提高系统性能的一种有效方法 + S2.4.1 加入铁磁物质 + S2.4.2 铁磁场模型 + S2.4.3 运用磁流体 + S2.4.4 应用毛细管结构 + S2.4.5 转变为复杂的铁磁场模型 + S2.4.6 在环境中引入铁磁物质 + S2.4.7 应用自然现象和效应 + S2.4.8 应用动态性 + S2.4.9 利用结构化的磁场 + S2.4.10 频率协调 + S2.4.11 应用电流产生电磁场 + S2.4.12 应用电场控制流变液体的黏度 S2.4 利用磁场和磁性材料 + 向系统中加入铁磁物质或磁场，以改善系统的性能 + 物质包含铁磁材料的进化路径是： 固体物质 颗粒 粉末 液体 + 系统的控制效率将随着铁磁铁磁材料的进化路径而增加 S2 F S1 Fmagnetic SF S2.4.1 加入铁磁物质 实例：磁悬浮列车 + 在铁轨上加入磁场以悬浮列车，从而减小摩擦 力，提高列车速度 Fmagnetic SFS2 F S1 列车 铁轨 磁性铁轨 机械场 磁场 实例：用磁铁代替图钉张贴海报 + 将需要张贴海报的墙面成为铁磁表面，利用一块 小磁铁形成的磁场来代替通常用图钉张贴海报 .这 样，墙面和海报都不会受到损伤。 压力 海报 小磁铁 S2 F S1 Fmagnetic SF 图钉 S1 + 将标准解 S2.2.1（使用更可控制的场）与 S2.4.1（加入 铁磁物质）结合在一起。可用 “ 铁磁场 ” 模型来替换物 场模型或还原 “ 铁磁场 ” 模型，将原来系统中的物质替 换为铁磁微粒或在原物场系统中加入铁磁微粒，同时使 用磁场或电磁场 S2 F S1 S1 Fmagnetic SF S2.4.2 铁磁场模型 实例：吸油用的晶体 + 将疏松的晶体抛洒在受污染的油面上可以形成有效的吸除 油污，但这些晶体颗粒彼此不能相互吸引，很容易被风或 波浪吹散，极大地影响晶体的吸引效果。 + 在晶体中添加磁化颗粒，使晶体之间由无效作用转换为有 效作用相互吸引，来抑制油污面积的扩散 。 添加了铁磁颗粒 的吸油晶体 吸油晶体油污 S2 F S1 S1 Fmagnetic SF + 利用磁流体可以加强铁磁场模型。 + 磁流体是铁磁粒子在煤油、硅树脂或水中形成的 胶状悬浮液。该标准解是 S2.4.2的一个特例 S2 F S1 S1 Fmagnetic SF+liquid S2.4.3 运用磁流体 实例：废金属的分类 + 废金属的分类是个非常复杂的工作，因为金属的种类繁多， 尤其是废金属的形状、尺寸各异，但要做到对废金属分类既 要准确又要提高效率。 + 使用带有磁流变或电流变液体的电镀槽，在大功率的电磁作 用下，磁流体的密度会出现可控制的变化，通过变化的磁流 体的密度，从而使废金属可以严格安装自己的比重逐个 “ 浮 出液面。人们就可以在磁流变液体的液面上很容易地把它们 收集起来。 废金属 分选 设备 可控密度的 电磁流体 S2 F S1 S1 Fmagnetic SF+liquid + 应用包含铁磁材料或铁磁液体的毛细管结构 S2S1 Fmagnetic S1 SF-cp Fmagnetic S2.4.4 应用毛细管结构 实例：毛细管多孔一体过滤器 + 用包含磁性粒子的毛细管（散纤维）和多孔一体 制作的可逆过滤器替代用磁性粒子制作。 + 多孔结构过滤器，具有超过基于散纤维的过滤器 渗透能力，以及具有超过散纤维系统的可控性。 毛细管多孔 一体过滤器S 1 SF-cp Fmagnetic 固体过滤器 S2S1 Fmagnetic 过滤物 + 如果原有的物场模型中禁止用铁磁物质代替原有 的物质，可以通过添加附加物（如涂层）使非磁 性物质永久的或临时的具有磁性 S1 Fmagnetic S2 SF S2 F S1 S2 F S1 S2 Fmagnetic SFS1 S2.4.5 转变为复杂的铁磁场模型 S1 Fmagnetic S2 SF S2 F S1 人体病灶部位 药物 药物磁性分子 实例： “ 点穴式 ” 施药 + 为了使药物分子准确地到达需要它的身体部位，通 常在药物分子中附加磁性材料分子，并在外界磁场 的作用下，引导药物分子到达特定的位置 实例：电磁铁移动带空腔的非磁性部件 + 为了用电磁铁来移动带空腔的非磁性的部件，事 先将磁性松软材料注入空腔中，非磁性部件就会 被磁化。然后在磁场作用下，就能够很容易地控 制被磁化的部件的移动。 +磁性松软物质 S1 Fmagnetic S2 SF 非磁性部件传送装置 S2 F S1 非磁性部件空腔 实例：钢珠的运输（抛丸机） + 利用抛丸机在运输钢珠的过程中，由于钢珠对管道的冲击力大， 特别是在管道的拐弯处造成钢珠对管道的磨损很严重。在管道的 外部引入一块磁铁，在磁场的作用下，使一部分钢球被吸附在钢 管的内壁，避免了钢珠与钢管的直接碰撞，抛丸机的使用寿命得 以延长。 管壁 铁丸 管壁 S2 F S1 S2 Fmagnetic SFS1 磁铁 实例：防止钢丸发送机弯管破损 压缩空气 和钢珠 电磁铁 F2 钢珠 S1 管壁 S2 给钢丸发送机弯管 强烈磨 损区添加保护层电磁铁 F2 + 在标准解 S2.4.5的基础上，如果不能赋予物质磁 性，可以考虑把铁磁材料引入到环境中 S2S1 S2S1 SF+liquid Fmagnetic S2.4.6 在环境中引入铁磁物质 + 可以将铁磁微粒加入到液体中，从而形成磁性流 体。磁性流体的黏度会随着所施加的电磁场强度 的增加而发生适当的变化 磁性液体下降的物体 S2S1 S2S1 SF FmagneticFnew 机械场 实例：控制物体在液体中的下降速度 液体 + 利用某些自然现象或效应来加强铁磁场模型的可 控性。如可以通过场来排列物体，或者磁性物质 在居里点以上时丧失磁性 + 实例： 在高压输电线外包裹一层居里点在 0度左右 的磁性物质可有效消除低温时电线结冰现象 S2.4.7 应用自然现象和效应 实例：磁共振成相 运用可调谐的振动磁场，以探测特定核子的共振频 率，然后将那些核子的中心区域着色成相。例如 ，某一肿瘤与正常组织的密度不同，在磁共振成 相时，就能探测到这部分组织，于是就能探测出 肿瘤的具体位置。 实例：利用电晕电极自动采摘棉花和葡萄 + 葡萄自动采摘是配备有一台能产生 4 6千伏电压的 小型发动机的拖拉机，用一个片状电极接触葡萄， 另一个电极搭在葡萄藤上。当通电时，由于成熟果 柄的电阻比果枝的电阻要小得多，所以果柄易瞬间 烧断，就像短路一样，让自动采摘机在成行葡萄架 间行驶，成熟、完整的符合商品外观的葡萄串自动 落在传送带上，并送到筐或包装箱中。 应用动态的、可变的或者自动调节的磁场，即通过转 向柔性的、可更改的系统结构 S1 SF Fmagnetic S1 SF Fmagnetic S2.4.8 应用动态性 实例：测量无磁性非规则空腔产品的壁厚 + 不规则物体的壁厚可以用外部的感应换能器与内部的铁磁物 质来测量。使用表面塗上铁磁粒子的一气球，放入非规则的 空腔，柔性的气球能充分体现产品空腔的内部形状，放入物 体内部后，能和被测物体的内部紧密配合，然后，利用感应 式传感器就能精确地测量出该产品的壁厚。 S2 F1 S1 非磁性不 规则物体 检测仪 空腔内放入磁 性颗粒 物体空腔内放入表面覆 盖有铁磁粒子的一气球 S1 SF Fmagnetic S2 Fmodified S2S1 SF Fmagnetic Fmodified + 利用结构化的磁场来更好地控制或移动铁磁物质 颗粒 F#magnetic SFS1S1 SF Fmagnetic S1 SF Fmagnetic F#magnetic SFS1# 结构化铁磁场 异质结构 化铁磁场 S2.4.9 利用结构化的磁场 实例：磁丸造型 + 用聚苯乙烯做铸件模具，放入砂箱，填入铁丸， 通电形成磁场，使铁丸成型，浇铸后，聚苯乙烯 模气化，即可获得铸件。 聚苯乙 烯模具 铁丸 结构化铁磁场 （电磁场） S1 SF Fmagnetic F#magnetic SFS1 铁磁场 实例：在塑料表面绘制突起的图案 + 为了让塑料垫子的表面形成复杂的图案，在未凝 固的塑料垫子中混合一些铁磁微粒，而后用结构 性的磁场（借助于激光光束产生有规律的磁场） 拖动铁磁微粒成所需要的形状，当塑料凝固后， 就能在塑料表层获得凸起的复杂图案 结构化铁磁场 （电磁场） 塑料垫子 S1 SF Fmagnetic 磁场 铁磁粒子 F#magnetic SFS1 + 在宏观系统中，应用机械振动可以加速铁磁颗粒 的运动。在分子和原子级别，可以通过改变磁场 的频率，测量对磁场发生响应的电子的共振频率 的频谱来测定物质的组分 S1 S2 Fmagnetic S1#fo Fmagnetic-#fo S2 S2.4.10 频率协调 实例：提高磁性混合物分离效率 + 磁场中的振动被用来分离混合物，为了降低物体 之间的黏合力，提高分离效果，磁场的使用是与 振动反向的。 S1#fo Fmagnetic-#fo S2S1 S2 Fmagnetic 磁性分离机分离物 频率为 fo的分离物 与分离物 振动频率 反向匹配 的磁场 实例：微波炉 + 微波炉的应用原理是：利用微波管与食品中的水 分子产生共振，运用振动产生的热量来迅速加热 食品 ； S1 S2 Fmagnetic 电磁炉含水的食品 水分子振动频率 fo 共振磁场 S1#fo Fmagnetic-#fo S2 微波炉 + 如果系统很难引入铁磁颗粒或磁化物，则可以利 用电流产生磁场来代替磁性物质 S2+电流 S2 F S1 电磁场 S1 Fmagnetic SES2 S2.4.11 应用电流产生电磁场 、 + 利用电磁场还有更重要的优势是：在没有电场作 用时，不会产生磁场，而且磁场的大小可以通过 电流的大小来控制，这样就可以通过改变电流来 精确地调整磁场。 + 增强电磁场的进化路径与铁磁场相同。遵循由基 本电磁场 复杂电磁场 环境电磁场 动 态化电磁场 结构化电磁场 节律匹配 /失配 电磁场的进化路径。 + 如果系统很难引入铁磁微粒或磁化物，则可以利用电流产生 磁场来代替磁性物质 + 实例： 电流变流体 “ 万能夹具 ” + 实例： 电流变流体被用作阻尼器 SFS1 Fmagnetic S1 Fmagnetic SE liquid 电流体 S2.4.12 应用电场控制流变液体的黏度 第 3类：向超系统或微观级转化 + 当第 1、 2、 4类标准解不是非常充分的时 候，可以采用第 3类标准解，把问题向超 系统转换，或者寻找微观水平的改变 + S3.1 转换成 双系统或多系统 + S3.2 向微观级转化 + S3.1.1 系统转化 1a：创建双系统或多系统 + S3.1.2 加强双系统或多系统之间的连接 + S3.1.3 系统转化 1b：加大元素间的差异 + S3.1.4 双系统和多系统的简化 + S3.1.5 系统转化 1c：系统部分或者整体表现相反的特性和功 能 S3.1 转换成双系统或多系统 实例：双系统、多系统 瑞士军刀 照相手机 可录象的电视机 两用锤子 立式加工中心 由单系统向多系统的进化趋势 实例：电源插座的进化 + 系统可以在进化过程中的任意阶段，通过系统转 换建立双系统或多系统来得到加强 + 方法：组合两个或多个组件，组合的组件可能是 物质、场、物场对和整个物场系统 S2 F S1 S2n F S1n 人员 一张椅子 n张椅子组合n个人员 S3.1.1 系统转化 1a：创建双系统或多系统 实例：房屋中多光源的配置 光场 房间 一盏灯 多盏灯 在进行室内装修时，配置单光源，只能解决室内一般的适当 亮度问题，如果用多光源来替代，就可以达到多种装饰和照 明效果，并能满足个别的特殊功能需要。 S2 F S1 S2S3S4S5 F S1 实例：薄片玻璃的加工 + 当单独給一片很薄的玻璃进行打磨时很容易使玻 璃破裂，如果将薄片玻璃堆叠起来再加工，玻璃 的破损率可以明显降低。 S2 F S1 S2 F Sn 一片薄玻璃 加工设备 一扎薄玻璃 机械场 + 加强双系统或多系统之间的连接可以使它们各自 更加刚性或更加动态化 + 刚性链接 实例：由多台起重机起重非常沉重的部 件的过程中，通常使用刚性机构来同步起重机的 运动部件 + 柔性链接 实例：双船体具有 2个刚性连接的船体， 若改用柔性连接，就能允许调整 2个船体间的距离 ，提高了系统的灵活性。 S3.1.2 加强双系统或多系统之间的连接 + 双系统和多系统可以沿着以下路径增大元素之间的差异来 加强系统： 相同元素 具有不同特性的元素 几个不同的元素的组 合 相反特性的合并或具有相反特性的元素的组合 + 实例： 复印机 彩色复印机 多功能复印机 （扫描、复印、传 真、打印等） S3.1.3 系统转化 1b：加大元素间的差异 系统 元素 : 一支单色铅笔 相同 元素组合 :一 组单色铅 笔 不同 元素组合 :一 组双色铅 笔 向反 元素组合 : 橡皮与铅笔的组合 加大铅笔功能特性差异的进化路径 实例：扩大热处理炉的使用功能 + 车间内设置了数台形式完全相同的热处理炉，給各 台炉子以相同方法预设加热，可获得经热处理后的 同一种产品；如果給每台炉子预设不同的加热方法 ，组合后可以获得热处理后的多种不同产品；如果 将其中的炉子由热处理改变为冷却炉，则组合后可 以获得完全不同的新产品。 实例：常开和常闭触点并存的继电器 + 由相同的常开触点 S01元件（相同的元素）组合的多系统 向具有常开触点 S01元件和常闭触点 S02元件（元素和反元 素）组合的多系统转换，用以提高系统的可操作性和灵 活性。 + 双、多系统可以通过简化系统得到加强。双、多系统进 行简化的路径：首先是减少辅助的子系统和系统元件，进 而寻求最终完全地简化，形成在新的水平上的一个单一系 统。通过对双、多系统的简化，将许多系统的功能集为一 体，既简化了系统又使系统功能获得加强。 + 实例： 只有一杆枪柄的双管猎枪 + 实例： 消防员穿的保护服集降温系统和提供呼吸系统与一 体，单冷物质（氧）完成 2种功能：液态氧先作为降温系 统，待蒸发成气态后，可作为呼吸系统，沉重的呼吸设备 则可以不再需要，大大减轻了消防员的携带重量 + 实例： 瑞士多功能刀 在一个共用的外壳内装上数种工具，组成多用刀 具。功能增加了，体积缩小了。 S3.1.4 双系统和多系统的简化 实例：瑞士多功能刀 + 在一个共用的外壳内装上数种工具，组成多用刀具。功能 增加了，体积缩小了，实现了多功能。 一种 刀具 多种刀具 S1 F S0 S1S2 Sn F1 n S0 刀具 外壳 + 通过将相反的特性分别赋予系统和子系统，来加 强双系统和多系统的转换，使系统在 2个水平上获 得应用：整体系统具有特性 “ A” ，而其子系统 则具有相反的特性 “ A” + 实例：自行车链条具有柔性，但组成链条的零件 则是刚性的。 + 实例：能伸缩的鱼竿 为了方便携带，鱼竿在不用时，必须很短；但在 使用时必须很长（即单根要短，整体要长）。采 用一组可伸缩的、套叠式的管状元件制作，就可 以满足不同时期的要求。 S3.1.5 系统转化 1c：系统部分或者 整体表现相反的特性和功能 + S3.2.1 系统转化 2：向微观级转化 + 系统可以在进化过程中的任意阶段，通过从宏观级别 到微观级别的转换得到加强。无论是一个系统还是其 子系统，都可以被在某种场的作用下实现所需功能的 物质代替。技术系统在其进化的任何阶段，向微观级 的跃迁均可以提高其效率。 + 实例： 在玻璃生产线中，传递