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物质-场模型及标准解物质-场模型及标准解 TRIZ培训师 田介花 中国科学技术咨询服务中心 TRIZ培训师 田介花 中国科学技术咨询服务中心 存在没有矛盾（冲突）的问题吗？存在没有矛盾（冲突）的问题吗？ 问题1：火柴厂在改造过程中购得一种生产效率较高的设 备，这种设备能将火柴的产量提高一倍。可是，问题出在 了后面的工序上往火柴盒里装填火柴。后面老机器应 付不了新设备的产量，也没有空场地，因此它们被全部撤 走了。此外，它们是“瞎子”，会往火柴盒里装次品（不带 火柴头的火柴），火柴头的方向也不一致，在火柴的数量 上也出错。需要一种的装填方式，以便将火柴正确的装入 数百万个火柴盒。怎么办？ 存在没有矛盾（冲突）的问题吗？存在没有矛盾（冲突）的问题吗？ 问题2：在生产超细金属线的工厂中，机器制造金属线的 效率非常高，并把它绕在一个大卷轴上，但是控制线的直 径的方法很原始，通常是将机器停下来，剪一段线来称， 由于知道线的密度，线的直径就可以算出来。如何在生产 过程中测量线的直径呢？ 一天，主管去听音乐会，在剧院里，他突然惊呆了。“哎 呀，我找到了。” 内容大纲内容大纲 物质-场模型物质-场模型 3物质-场模型建立的流程 1 4 76个标准解及应用 2物质-场模型的转换规则 物质-场模型 功能是价值工程研究的核 心问题。顾客买的不是产 品本身，而是产品的功能。 在设计科学的研究过程 中，人们也逐渐认识到产 品设计往往首先由工作原 理确定，而工作原理构思 的关键，是满足产品的功 能要求。 产品是功能的载体，功能 是产品的核心和本质。 物质-场模型 物质-场分析方法建立在现有产品功能分析 基础上，通过建立现有产品功能模型的过 程，可以发现有害作用、不足作用及过剩 作用等小问题，产品或系统中小问题存在 的区域是设计冲突可能存在的区域，根据 物质-场表示的功能模型的类型就可判定冲 突的存在。该方法适用于发现已有产品中 冲突以便改进设计。 物质物质-场模型场模型 物质-场模型分析是TRIZ理论中的一个重要的问题 构造、描述和分析的工具。 在使用物质-场模型分析和解决问题过程中，根据 模型所描述的功能问题的类型来确定问题的性质， 据此，为设计人员提供解决问题的方向。同时，结 合应用物质-场对系统功能分析的结果，进而参考 76个标准解，为设计者产生创新思维创造条件。 Altshuller通过对功能的研究，发现并总结以下3 条定律： 1.所有的功能都可以分解为3个基本元素； 2.一个存在的功能必定由3个基本元素组成； 3.将相互作用的3个元素进行有机组合将形成一个 功能。 物质物质-场模型场模型 ?技术系统存在的目的是实现技术系统存在的目的是实现技术系统存在的目的是实现技术系统存在的目的是实现功能功能功能功能。 ?AltshullerAltshuller认为，所有的功能都可以分解为认为，所有的功能都可以分解为认为，所有的功能都可以分解为认为，所有的功能都可以分解为2 2种种种种物质物质物质物质和和和和1 1种种种种 场场场场，即三要素（目标、工具和场）。，即三要素（目标、工具和场）。，即三要素（目标、工具和场）。，即三要素（目标、工具和场）。 ?技术系统的功能模型可以用一个完整的物质技术系统的功能模型可以用一个完整的物质技术系统的功能模型可以用一个完整的物质技术系统的功能模型可以用一个完整的物质- -场场场场 (Substance(Substance- -Field: SuField: Su- -Field)Field)三角形来表示。三角形来表示。三角形来表示。三角形来表示。 F F S S2 2 S S1 1 S S2 2 S S1 1 F F MECHMECH F F S S2 2 S S1 1 什么是物质和场？什么是物质和场？ ?物质是指某种物质是指某种物质是指某种物质是指某种物体或过程物体或过程物体或过程物体或过程，可以是整个系统，也可以是系，可以是整个系统，也可以是系，可以是整个系统，也可以是系，可以是整个系统，也可以是系 统内的子系统或单个的物体，甚至可以是环境，取决于实统内的子系统或单个的物体，甚至可以是环境，取决于实统内的子系统或单个的物体，甚至可以是环境，取决于实统内的子系统或单个的物体，甚至可以是环境，取决于实 际情况。物质之间依靠场来连接。际情况。物质之间依靠场来连接。际情况。物质之间依靠场来连接。际情况。物质之间依靠场来连接。 ?场是指完成某种功能所需的场是指完成某种功能所需的场是指完成某种功能所需的场是指完成某种功能所需的手法或手段手法或手段手法或手段手法或手段，通常是一些，通常是一些，通常是一些，通常是一些能量能量能量能量 形式，如形式，如形式，如形式，如: : : :磁场、重力场、电能、热能、化学能、机械能、磁场、重力场、电能、热能、化学能、机械能、磁场、重力场、电能、热能、化学能、机械能、磁场、重力场、电能、热能、化学能、机械能、 声能、光能等等（附表）。声能、光能等等（附表）。声能、光能等等（附表）。声能、光能等等（附表）。 ?物场模型的建立过程，就是将特殊技术问题物场模型的建立过程，就是将特殊技术问题物场模型的建立过程，就是将特殊技术问题物场模型的建立过程，就是将特殊技术问题标准化标准化标准化标准化的过程。的过程。的过程。的过程。 如果某个技术系统中，存在缺陷（缺少了物质，或缺少了如果某个技术系统中，存在缺陷（缺少了物质，或缺少了如果某个技术系统中，存在缺陷（缺少了物质，或缺少了如果某个技术系统中，存在缺陷（缺少了物质，或缺少了 场），则说明技术系统不完整，存在冲突。因此，物场），则说明技术系统不完整，存在冲突。因此，物场），则说明技术系统不完整，存在冲突。因此，物场），则说明技术系统不完整，存在冲突。因此，物场场场场 分析法可分析法可分析法可分析法可发现并确定冲突，发现并确定冲突，发现并确定冲突，发现并确定冲突，再通过再通过再通过再通过标准解标准解标准解标准解寻找寻找寻找寻找“ “标准答标准答标准答标准答 案案案案” ”，可对不完整系统进行补充，结合具体的工程背景，可对不完整系统进行补充，结合具体的工程背景，可对不完整系统进行补充，结合具体的工程背景，可对不完整系统进行补充，结合具体的工程背景， 即可解决冲突。即可解决冲突。即可解决冲突。即可解决冲突。 什么是物质和场？什么是物质和场？ 场场场场(F) : (F) : 系统中的能量，使物质完成某个过程的能力。系统中的能量，使物质完成某个过程的能力。系统中的能量，使物质完成某个过程的能力。系统中的能量，使物质完成某个过程的能力。 符号符号符号符号名称名称名称名称举例举例举例举例 GG重力场重力场重力场重力场重力重力重力重力 MeMe机械场机械场机械场机械场压力，惯性，离心力压力，惯性，离心力压力，惯性，离心力压力，惯性，离心力 P P 气动场气动场气动场气动场空气静力学，空气动力学空气静力学，空气动力学空气静力学，空气动力学空气静力学，空气动力学 H H 液压场液压场液压场液压场流体静力学，流体力学流体静力学，流体力学流体静力学，流体力学流体静力学，流体力学 A A 声学场声学场声学场声学场声波，超声波声波，超声波声波，超声波声波，超声波 ThTh热学场热学场热学场热学场热传导，热交换，绝热，热膨胀，双金属片记忆效应热传导，热交换，绝热，热膨胀，双金属片记忆效应热传导，热交换，绝热，热膨胀，双金属片记忆效应热传导，热交换，绝热，热膨胀，双金属片记忆效应 ChCh化学场化学场化学场化学场燃烧，氧化反应，还原反应，溶解，键合，置换，电解燃烧，氧化反应，还原反应，溶解，键合，置换，电解燃烧，氧化反应，还原反应，溶解，键合，置换，电解燃烧，氧化反应，还原反应，溶解，键合，置换，电解 E E 电场电场电场电场静电，感应电，电容电静电，感应电，电容电静电，感应电，电容电静电，感应电，电容电 MM磁场磁场磁场磁场静磁，铁磁静磁，铁磁静磁，铁磁静磁，铁磁 OO光学场光学场光学场光学场光（红外线、可见光、紫外线），反射、折射、偏振光（红外线、可见光、紫外线），反射、折射、偏振光（红外线、可见光、紫外线），反射、折射、偏振光（红外线、可见光、紫外线），反射、折射、偏振 R R 放射场放射场放射场放射场X X- -射线，不可见电磁波射线，不可见电磁波射线，不可见电磁波射线，不可见电磁波 B B 生物场生物场生物场生物场发酵，腐烂，降解发酵，腐烂，降解发酵，腐烂，降解发酵，腐烂，降解 N N 粒子场粒子场粒子场粒子场- -，- -，- - 粒子束，中子，电子；同位素粒子束，中子，电子；同位素粒子束，中子，电子；同位素粒子束，中子，电子；同位素 机械场：机械场：机械场：机械场：F FMe Me 物质物质-场模型场模型 物场模型物场模型物场模型物场模型 F F S S1 1 S S2 2 F F1 1 F F2 2 S S SOLID BODY Heat Force Shape size F mechanicalS solid body F thermal F F：拿锤子的手：拿锤子的手：拿锤子的手：拿锤子的手 S2S2：锤子：锤子：锤子：锤子 S1S1：钉子：钉子：钉子：钉子 技术系统技术系统技术系统技术系统(TS)(TS) 技术过程技术过程技术过程技术过程(TP)(TP) 热膨胀热膨胀热膨胀热膨胀 换能器换能器换能器换能器 电磁线圈电磁线圈电磁线圈电磁线圈 物质物质-场模型场模型 置于压力锅内，先升至6psi，后急速降至2psi置于压力锅内，先升至6psi，后急速降至2psi F F1 1 F F2 2 S S 技术过程技术过程技术过程技术过程(TP)(TP) 物质物质-场模型场模型 物场模型物场模型物场模型物场模型 F F S S1 1 S S2 2 S S F F1 1 F F2 2 技术系统技术系统技术系统技术系统(TS)(TS)技术过程技术过程技术过程技术过程(TP)(TP) F F type type 哑铃型哑铃型哑铃型哑铃型 三角型三角型三角型三角型 物质物质-场模型场模型 物场模型 未评估作用未评估作用未评估作用未评估作用 期望作用期望作用期望作用期望作用 不足作用不足作用不足作用不足作用 有害作用有害作用有害作用有害作用 导致结果导致结果导致结果导致结果 改变模型改变模型改变模型改变模型 场的类型场的类型场的类型场的类型 有用结果有用结果有用结果有用结果 有害结果有害结果有害结果有害结果 F F type type U U H H S S2 2= = S S1 1= = S S3 3= = 环境环境环境环境(E) =(E) = 环境资源环境资源环境资源环境资源(ER) =(ER) = 物物物物场模型符号场模型符号场模型符号场模型符号 F F type type 物质物质-场模型场模型 物场模型 未评估作用未评估作用未评估作用未评估作用 期望作用期望作用期望作用期望作用 不足作用不足作用不足作用不足作用 有害作用有害作用有害作用有害作用 导致结果导致结果导致结果导致结果 改变模型改变模型改变模型改变模型 连接（正常）连接（正常）连接（正常）连接（正常） 直接有向作用直接有向作用直接有向作用直接有向作用 无作用无作用无作用无作用 不足作用不足作用不足作用不足作用 有害作用有害作用有害作用有害作用 连接中断连接中断连接中断连接中断 改变模型改变模型改变模型改变模型 相互作用相互作用相互作用相互作用 可变作用可变作用可变作用可变作用 x x F F type type Victor FeyVictor FeySemyonSemyon D.SavranskyD.Savransky 物质物质-场模型场模型 物场模型 机械力机械力机械力机械力 铣刀铣刀铣刀铣刀零件零件零件零件铣刀铣刀铣刀铣刀零件零件零件零件 铣刀切割零件铣刀切割零件铣刀切割零件铣刀切割零件 机械力机械力机械力机械力 物质物质-场模型场模型 物场模型 化学力化学力化学力化学力 油漆油漆油漆油漆墙壁墙壁墙壁墙壁油漆油漆油漆油漆墙壁墙壁墙壁墙壁 油漆墙壁油漆墙壁油漆墙壁油漆墙壁 化学力化学力化学力化学力 物质物质-场模型场模型 物场模型之问题模型一 需要的效果没有产生，表示模型缺少一至两个元件需要的效果没有产生，表示模型缺少一至两个元件需要的效果没有产生，表示模型缺少一至两个元件需要的效果没有产生，表示模型缺少一至两个元件 S S1 1 墙壁墙壁墙壁墙壁油漆油漆油漆油漆 S S2 2 气泡气泡气泡气泡液体液体液体液体 例：液体例：液体例：液体例：液体(S(S 2 2 ) )含有空气泡含有空气泡含有空气泡含有空气泡(S(S 1 1 ) ) 增加离心力增加离心力增加离心力增加离心力(F)(F)可以分离空气泡可以分离空气泡可以分离空气泡可以分离空气泡 解决方法：补齐缺少的元件，使成为标准的解决方法：补齐缺少的元件，使成为标准的解决方法：补齐缺少的元件，使成为标准的解决方法：补齐缺少的元件，使成为标准的SuSu- -FieldField模型。模型。模型。模型。 离心力离心力离心力离心力 物质物质-场模型场模型 物场模型之问题模型二 模型的三个元件都在，但是需要的效果不足模型的三个元件都在，但是需要的效果不足模型的三个元件都在，但是需要的效果不足模型的三个元件都在，但是需要的效果不足 F F1 1 S S2 2 S S1 1 解决方法：改用新的场解决方法：改用新的场解决方法：改用新的场解决方法：改用新的场(F(F 2 2 ) )或场和物质或场和物质或场和物质或场和物质(F(F 2 2 +S+S 3 3 ) )来代替原有的场来代替原有的场来代替原有的场来代替原有的场(F(F 1 1 ) )或或或或 场和物质场和物质场和物质场和物质(F(F 1 1 +S+S 2 2 ) )。 例：壁纸很难用刀子刮掉，改用蒸气例：壁纸很难用刀子刮掉，改用蒸气例：壁纸很难用刀子刮掉，改用蒸气例：壁纸很难用刀子刮掉，改用蒸气 F F2 2 S S3 3 S S1 1 物质物质-场模型场模型 物场模型之问题模型二 模型的三个元件都在，但是需要的效果不足模型的三个元件都在，但是需要的效果不足模型的三个元件都在，但是需要的效果不足模型的三个元件都在，但是需要的效果不足 F F1 1 S S1 1 S S2 2 F F2 2 增加一个新的场增加一个新的场增加一个新的场增加一个新的场(F(F 2 2 ) )来增加需要的效果来增加需要的效果来增加需要的效果来增加需要的效果 例：要黏合两个零件时，用夹子帮助固定例：要黏合两个零件时，用夹子帮助固定例：要黏合两个零件时，用夹子帮助固定例：要黏合两个零件时，用夹子帮助固定 物质物质-场模型场模型 Disadvantage: It is difficult to obtain a thin, uniform coating. F F1 1 面漆面漆面漆面漆零件零件零件零件 物质物质-场模型场模型 It is proposed to use centrifugal force. The part is covered with excess paint and rotated. Centrifugal force removes excess paint leaving a thin uniform coating. F F1 1 零件零件零件零件面漆面漆面漆面漆 F F 离心离心离心离心 物质物质-场模型场模型 物场模型之问题模型二实例 电镀纯铜时，少许电解液会留在铜表面的微孔中。若不清除，电解电镀纯铜时，少许电解液会留在铜表面的微孔中。若不清除，电解电镀纯铜时，少许电解液会留在铜表面的微孔中。若不清除，电解电镀纯铜时，少许电解液会留在铜表面的微孔中。若不清除，电解 液干燥时会留下氧化的痕迹，影响产品的外观和价值。因此通常在储存液干燥时会留下氧化的痕迹，影响产品的外观和价值。因此通常在储存液干燥时会留下氧化的痕迹，影响产品的外观和价值。因此通常在储存液干燥时会留下氧化的痕迹，影响产品的外观和价值。因此通常在储存 之前，先要冲洗表面。但是因为微孔很小，即使用大量的水冲洗，还是之前，先要冲洗表面。但是因为微孔很小，即使用大量的水冲洗，还是之前，先要冲洗表面。但是因为微孔很小，即使用大量的水冲洗，还是之前，先要冲洗表面。但是因为微孔很小，即使用大量的水冲洗，还是 会有一些电解液留在微孔中，有无改进的方法？会有一些电解液留在微孔中，有无改进的方法？会有一些电解液留在微孔中，有无改进的方法？会有一些电解液留在微孔中，有无改进的方法？ ? 物质：水物质：水物质：水物质：水(S(S 2 2 ) )，电解液，电解液，电解液，电解液(S(S 1 1 ) ) ? 场：机械冲洗力场：机械冲洗力场：机械冲洗力场：机械冲洗力(F(F 1 1 ) ) ? 功能问题：效果不足功能问题：效果不足功能问题：效果不足功能问题：效果不足 F F1 1 S S2 2 S S1 1 ? ? 增加一个新的场增加一个新的场增加一个新的场增加一个新的场(F(F 2 2 ) )来增强需要的效果来增强需要的效果来增强需要的效果来增强需要的效果 ? ? 增加新的场增加新的场增加新的场增加新的场(F(F 2 2 ) )和物质和物质和物质和物质(S(S 3 3 ) )来加强原有的效果来加强原有的效果来加强原有的效果来加强原有的效果 物质物质-场模型场模型 物场模型之问题模型二案例 ? ? 增加一个新的场增加一个新的场增加一个新的场增加一个新的场(F(F 2 2 ) )来增强需要的效果来增强需要的效果来增强需要的效果来增强需要的效果 F F1 1 S S2 2 S S1 1 F F1 1 S S2 2 S S1 1 F F2 2 ? 机械能：利用超声波机械能：利用超声波机械能：利用超声波机械能：利用超声波 ? 热能：用热水热能：用热水热能：用热水热能：用热水 ?化学能：利用溶剂化学能：利用溶剂化学能：利用溶剂化学能：利用溶剂 ? 磁能：磁化水磁能：磁化水磁能：磁化水磁能：磁化水 物质物质-场模型场模型 物场模型之问题模型二案例 ? ? 增加新的场增加新的场增加新的场增加新的场(F(F 2 2 ) )和物质和物质和物质和物质(S(S 3 3 ) )来加强原有的效果来加强原有的效果来加强原有的效果来加强原有的效果 F F1 1 S S2 2 S S1 1 F F2 2 S S2 2 S S3 3 F F1 1 S S1 1 F F2 2 ：压力，：压力，：压力，：压力，S S 3 3 ：蒸气：蒸气：蒸气：蒸气 高压蒸气（超过高压蒸气（超过高压蒸气（超过高压蒸气（超过100100）可以深入微孔，）可以深入微孔，）可以深入微孔，）可以深入微孔， 强迫清出电解液强迫清出电解液强迫清出电解液强迫清出电解液 物质物质-场模型场模型 Disadvantage: The hook does not snag the sea bottom. F F1 1 铁锚铁锚铁锚铁锚海底海底海底海底 F F2 2 铁锚铁锚铁锚铁锚 F F1 1 海底海底海底海底 物质物质-场模型场模型 物场模型之问题模型三 模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果 S S2 2 S S1 1 F F 物质物质-场模型场模型 物场模型之问题模型三 S S2 2 S S1 1 F F 要增加办公室的要增加办公室的要增加办公室的要增加办公室的隐隐隐隐密性，密性，密性，密性， 透明透明透明透明窗玻璃改为磨砂玻璃窗玻璃改为磨砂玻璃窗玻璃改为磨砂玻璃窗玻璃改为磨砂玻璃 S S3 3 解决方法：引入一个物质（解决方法：引入一个物质（解决方法：引入一个物质（解决方法：引入一个物质（S S 3 3 ），可能是修改后的），可能是修改后的），可能是修改后的），可能是修改后的S S 1 1 、S S 2 2 或两者，用来或两者，用来或两者，用来或两者，用来 阻隔有害效果阻隔有害效果阻隔有害效果阻隔有害效果。 模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果 物质物质-场模型场模型 物场模型之问题模型三 要要要要避免细长轴工件在加工时弯避免细长轴工件在加工时弯避免细长轴工件在加工时弯避免细长轴工件在加工时弯 曲曲曲曲，增加一个相对的力，增加一个相对的力，增加一个相对的力，增加一个相对的力。 增加另一个场（增加另一个场（增加另一个场（增加另一个场（F F 2 2 ），用来平衡产生有害效果的场。），用来平衡产生有害效果的场。），用来平衡产生有害效果的场。），用来平衡产生有害效果的场。 S S2 2 S S1 1 F F F F2 2 3 3 - - 跟刀架跟刀架跟刀架跟刀架 模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果 物质物质-场模型场模型 套料转套料转套料转套料转 玻璃板玻璃板玻璃板玻璃板 F F 物质物质-场模型场模型 F F 冰冰冰冰 套料转套料转套料转套料转 玻璃板玻璃板玻璃板玻璃板 物质物质-场模型场模型 物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型： ?有效完整系统有效完整系统有效完整系统有效完整系统 ?不完整系统不完整系统不完整系统不完整系统 ?无效完整系统无效完整系统无效完整系统无效完整系统 ?有害完整系统有害完整系统有害完整系统有害完整系统 该功能的三个元件都存在，且都该功能的三个元件都存在，且都该功能的三个元件都存在，且都该功能的三个元件都存在，且都 有效，是设计者追求的效果。有效，是设计者追求的效果。有效，是设计者追求的效果。有效，是设计者追求的效果。 有效完整系统有效完整系统有效完整系统有效完整系统 无效完整系统无效完整系统无效完整系统无效完整系统 不完整系统不完整系统不完整系统不完整系统 有害完整系统有害完整系统有害完整系统有害完整系统 物质物质-场模型场模型 物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型： ?有效完整系统有效完整系统有效完整系统有效完整系统 ?不完整系统不完整系统不完整系统不完整系统 ?无效完整系统无效完整系统无效完整系统无效完整系统 ?有害完整系统有害完整系统有害完整系统有害完整系统 组成功能的三个元件中部分元件不存组成功能的三个元件中部分元件不存组成功能的三个元件中部分元件不存组成功能的三个元件中部分元件不存 在，需要增加元件来实现有效完整功在，需要增加元件来实现有效完整功在，需要增加元件来实现有效完整功在，需要增加元件来实现有效完整功 能，或用一种新功能代替能，或用一种新功能代替能，或用一种新功能代替能，或用一种新功能代替。 S S F F S S1 1 S S 2 2 S SF F F F S S1 1 S S2 2 有效完整系统有效完整系统有效完整系统有效完整系统 无效完整系统无效完整系统无效完整系统无效完整系统 不完整系统不完整系统不完整系统不完整系统 有害完整系统有害完整系统有害完整系统有害完整系统 物质物质-场模型场模型 物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型： ?有效完整系统有效完整系统有效完整系统有效完整系统 ?不完整系统不完整系统不完整系统不完整系统 ?无效完整系统无效完整系统无效完整系统无效完整系统 ?有害完整系统有害完整系统有害完整系统有害完整系统 功能中的三个元件都存在，但设计者功能中的三个元件都存在，但设计者功能中的三个元件都存在，但设计者功能中的三个元件都存在，但设计者 追求的作用未能完全实现追求的作用未能完全实现追求的作用未能完全实现追求的作用未能完全实现。 有效完整系统有效完整系统有效完整系统有效完整系统 无效完整系统无效完整系统无效完整系统无效完整系统 不完整系统不完整系统不完整系统不完整系统 有害完整系统有害完整系统有害完整系统有害完整系统 物质物质-场模型场模型 物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型： ?有效完整系统有效完整系统有效完整系统有效完整系统 ?不完整系统不完整系统不完整系统不完整系统 ?无效完整系统无效完整系统无效完整系统无效完整系统 ?有害完整系统有害完整系统有害完整系统有害完整系统 功能中的三个元件都存在，但产生与功能中的三个元件都存在，但产生与功能中的三个元件都存在，但产生与功能中的三个元件都存在，但产生与 设计者要求相矛盾的有害作用设计者要求相矛盾的有害作用设计者要求相矛盾的有害作用设计者要求相矛盾的有害作用。 有效完整系统有效完整系统有效完整系统有效完整系统 无效完整系统无效完整系统无效完整系统无效完整系统 不完整系统不完整系统不完整系统不完整系统 有害完整系统有害完整系统有害完整系统有害完整系统 物质物质-场模型场模型 物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型：物场模型有四种基本类型： ?有效完整系统有效完整系统有效完整系统有效完整系统 ?不完整系统不完整系统不完整系统不完整系统（需要完成或一个新的系统需要完成或一个新的系统需要完成或一个新的系统需要完成或一个新的系统） ?无效完整系统无效完整系统无效完整系统无效完整系统（需要改进需要改进需要改进需要改进以以以以得到期望效果得到期望效果得到期望效果得到期望效果） ?有害完整系统有害完整系统有害完整系统有害完整系统（需要清楚有害作用需要清楚有害作用需要清楚有害作用需要清楚有害作用） 有效完整系统有效完整系统有效完整系统有效完整系统 无效完整系统无效完整系统无效完整系统无效完整系统 不完整系统不完整系统不完整系统不完整系统 有害完整系统有害完整系统有害完整系统有害完整系统 用物用物用物用物- - - -场分析方法迅场分析方法迅场分析方法迅场分析方法迅 速建立简单结构模速建立简单结构模速建立简单结构模速建立简单结构模 型，指导创新型，指导创新型，指导创新型，指导创新思思思思想想想想 的产生的产生的产生的产生。 物场模型案例物场模型案例 问题1：如何将火柴正确的装入火柴盒？ 物场模型案例物场模型案例 物场模型有四种基本类型物场模型有四种基本类型物场模型有四种基本类型物场模型有四种基本类型之二：之二：之二：之二：不完整的系统不完整的系统 S S F F S S1 1 S S 2 2 S SF F F F S S1 1 S S2 2 有效完整系统有效完整系统有效完整系统有效完整系统 无效完整系统无效完整系统无效完整系统无效完整系统 不完整系统不完整系统不完整系统不完整系统 有害完整系统有害完整系统有害完整系统有害完整系统 物场模型案例物场模型案例 磁场FM作用于磁粉S2，磁粉S2同时作用于火柴S1， 表述如下： 物场模型练习物场模型练习 问题2：如何在生产过程中测量线的直径呢？ 物场模型练习物场模型练习 物场模型有四种基本类型物场模型有四种基本类型物场模型有四种基本类型物场模型有四种基本类型之二：之二：之二：之二：不完整的系统不完整的系统 金属线金属线S1，这个物质应该发出一种信号：一个场， 能够传递直径的信息。 ，这个物质应该发出一种信号：一个场， 能够传递直径的信息。 S S F F S S1 1 S S 2 2 S SF F F F S S1 1 S S2 2 物场模型练习物场模型练习 为了提高精度，首先我们用电磁场代替机械场， 然后引入第二种物质构造一个物场。如下图，电 磁场F1作用于S1，这段金属线将和第二种物质S2 相互作用而发出信号场F2的某种形式，传递出线 的直径的信息。 你想要什么信号？光信号，这更方便。 电晕放电现象电晕放电现象 物场模型练习物场模型练习 “皇冠”的亮度和形状会告诉我们金属线的直径以 及它的横断面的形状。如果横断面是椭圆形的， “电晕放电”也是椭圆形的。 F F1 1 S S2 2 S S1 1 F F2 2 F1：电场 S1：金属线 S2：空气 F2：光场 内容大纲内容大纲 物质-场模型 3物质-场模型建立的流程 1 4 76个标准解及应用 2物质-场模型的转换规则物质-场模型的转换规则 物质-场模型的转换规则物质-场模型的转换规则 规则规则规则规则1 1：为解决不完整物为解决不完整物为解决不完整物为解决不完整物场，可在空缺处引入新场，可在空缺处引入新场，可在空缺处引入新场，可在空缺处引入新 元件，使得物元件，使得物元件，使得物元件，使得物场完整场完整场完整场完整。 S S1 1 S S2 2 F F S S1 1 S S1 1 S S1 1 F F S S2 2 看似简单，但看似简单，但看似简单，但看似简单，但如果已有子系统的问题中缺少某个要素，物如果已有子系统的问题中缺少某个要素，物如果已有子系统的问题中缺少某个要素，物如果已有子系统的问题中缺少某个要素，物场分析场分析场分析场分析就就就就 可以可以可以可以指明模型在那里需要完善，标准解则表明完善的方向。这条规则指明模型在那里需要完善，标准解则表明完善的方向。这条规则指明模型在那里需要完善，标准解则表明完善的方向。这条规则指明模型在那里需要完善，标准解则表明完善的方向。这条规则 相当于标准解相当于标准解相当于标准解相当于标准解1.1.11.1.1条。条。条。条。 物质-场模型的转换规则物质-场模型的转换规则 规则规则规则规则2 2：欲提高现有物欲提高现有物欲提高现有物欲提高现有物场的功效，可延伸既有的场的功效，可延伸既有的场的功效，可延伸既有的场的功效，可延伸既有的 物物物物场与其他独立的物场与其他独立的物场与其他独立的物场与其他独立的物场的连场的连场的连场的连结。结。结。结。 Hand(Tool) Hammer Hammer(Tool) Nail(Product) Nail(Tool) Wood Action Change of Elements Role in Chain of SU-Field Models 物物物物场链场链场链场链 提升任何环节，均可提升整体效果提升任何环节，均可提升整体效果提升任何环节，均可提升整体效果提升任何环节，均可提升整体效果 物质-场模型的转换规则物质-场模型的转换规则 规则规则规则规则2 2：欲提高现有物欲提高现有物欲提高现有物欲提高现有物场的功效，可延伸既有的场的功效，可延伸既有的场的功效，可延伸既有的场的功效，可延伸既有的 物物物物场与其他独立的物场与其他独立的物场与其他独立的物场与其他独立的物场的连场的连场的连场的连结。结。结。结。 S S1 1 S S2 2 F F S S1 1 S S2 2 F F1 1 S S3 3 F F2 2 ? ?如果物如果物如果物如果物场模型场模型场模型场模型已具已具已具已具有三个必要的要素，但是技术系统或技术过程是无效有三个必要的要素，但是技术系统或技术过程是无效有三个必要的要素，但是技术系统或技术过程是无效有三个必要的要素，但是技术系统或技术过程是无效 的，物的，物的，物的，物场场场场模型可模型可模型可模型可分析帮助发现分析帮助发现分析帮助发现分析帮助发现“ “弱弱弱弱” ”的要素，并用另一个模型的要素替换或的要素，并用另一个模型的要素替换或的要素，并用另一个模型的要素替换或的要素，并用另一个模型的要素替换或 增加模型，以提高系统的功效，修改系统获得更好的性能。增加模型，以提高系统的功效，修改系统获得更好的性能。增加模型，以提高系统的功效，修改系统获得更好的性能。增加模型，以提高系统的功效，修改系统获得更好的性能。 ? ?对于这类情况，转换到对于这类情况，转换到对于这类情况，转换到对于这类情况，转换到SuSuM_FieldsM_Fields，即引入铁磁物质和磁场常常有效。，即引入铁磁物质和磁场常常有效。，即引入铁磁物质和磁场常常有效。，即引入铁磁物质和磁场常常有效。 ? ?物物物物场模型链场模型链场模型链场模型链是是是是拥有多个物质和场的复杂物拥有多个物质和场的复杂物拥有多个物质和场的复杂物拥有多个物质和场的复杂物场模型的典型代表。场模型的典型代表。场模型的典型代表。场模型的典型代表。 物质-场模型的转换规则物质-场模型的转换规则 规则规则规则规则3 3：对于检测或测量问题，可延伸产生两个场对于检测或测量问题，可延伸产生两个场对于检测或测量问题，可延伸产生两个场对于检测或测量问题，可延伸产生两个场 =（F F 2 2 ，F F 3 3 ），一个作为输入，另一个作为输），一个作为输入，另一个作为输），一个作为输入，另一个作为输），一个作为输入，另一个作为输 出。出。出。出。 S S1 1 S S2 2 F F S S1 1 S S2 2 F F1 1 F F3 3 F F2 2 例：用电阻应变片测量变形（机械场例：用电阻应变片测量变形（机械场例：用电阻应变片测量变形（机械场例：用电阻应变片测量变形（机械场- - 电场）电场）电场）电场） 物质-场模型的转换规则物质-场模型的转换规则 规则规则规则规则4 4：消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有 效方法是引入第三种物质元件效方法是引入第三种物质元件效方法是引入第三种物质元件效方法是引入第三种物质元件(S(S 3 3 ) )。 电磁能电磁能电磁能电磁能 机械能机械能机械能机械能 重力势能重力势能重力势能重力势能 进化进化进化进化 潜力潜力潜力潜力 当前状态当前状态当前状态当前状态 潜力状态潜力状态潜力状态潜力状态 新设想新设想新设想新设想 S S1 1 S S2 2 F F1 1 S S1 1 S S2 2 F F2 2 S S3 3 热能热能热能热能 ? ?完整物完整物完整物完整物场中场中场中场中，要素要素要素要素之间之间之间之间存在不正确连接产生无效功能，通过加强系统的存在不正确连接产生无效功能，通过加强系统的存在不正确连接产生无效功能，通过加强系统的存在不正确连接产生无效功能，通过加强系统的 动态性或柔顺性来提高效率，使用易控场、磁场或电场来转换物动态性或柔顺性来提高效率，使用易控场、磁场或电场来转换物动态性或柔顺性来提高效率，使用易控场、磁场或电场来转换物动态性或柔顺性来提高效率，使用易控场、磁场或电场来转换物场模型。场模型。场模型。场模型。 物质-场模型的转换规则物质-场模型的转换规则 规则规则规则规则4 4：消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有 效方法是引入第三种物质元件效方法是引入第三种物质元件效方法是引入第三种物质元件效方法是引入第三种物质元件(S(S 3 3 ) )。 S S1 1 S S2 2 F F1 1 S S1 1 S S2 2 F F2 2 S S3 3 ? ?完整物完整物完整物完整物场中要素场中要素场中要素场中要素间间间间存在不正确连接产生无效功能，通过加强系统的动态性或柔顺性存在不正确连接产生无效功能，通过加强系统的动态性或柔顺性存在不正确连接产生无效功能，通过加强系统的动态性或柔顺性存在不正确连接产生无效功能，通过加强系统的动态性或柔顺性 来提高效率，使用易控场、磁场或电场来转换物来提高效率，使用易控场、磁场或电场来转换物来提高效率，使用易控场、磁场或电场来转换物来提高效率，使用易控场、磁场或电场来转换物场模型。场模型。场模型。场模型。 ? ?如果物质要素不能被代替，需要在系统中或环境里引入附加物，分别形成复杂物如果物质要素不能被代替，需要在系统中或环境里引入附加物，分别形成复杂物如果物质要素不能被代替，需要在系统中或环境里引入附加物，分别形成复杂物如果物质要素不能被代替，需要在系统中或环境里引入附加物，分别形成复杂物场场场场 模型和外部复杂物模型和外部复杂物模型和外部复杂物模型和外部复杂物场模型。场模型。场模型。场模型。 ? ?如果附加物不能使用，可以修改原始的物质要如果附加物不能使用，可以修改原始的物质要如果附加物不能使用，可以修改原始的物质要如果附加物不能使用，可以修改原始的物质要素，比如物质状素，比如物质状素，比如物质状素，比如物质状态、环境中无限可利用态、环境中无限可利用态、环境中无限可利用态、环境中无限可利用 的物质（空气、水、土壤的物质（空气、水、土壤的物质（空气、水、土壤的物质（空气、水、土壤、真空等、真空等、真空等、真空等）或混合物。）或混合物。）或混合物。）或混合物。 ? ?使用使用使用使用物理物理物理物理和化学的和化学的和化学的和化学的效应效应效应效应，可以大大提高物可以大大提高物可以大大提高物可以大大提高物场场场场的效果，如热膨胀。的效果，如热膨胀。的效果，如热膨胀。的效果，如热膨胀。 物质-场模型的转换规则物质-场模型的转换规则 规则规则规则规则5 5：假如某一个场为必要的输出假如某一个场为必要的输出假如某一个场为必要的输出假如某一个场为必要的输出(F(F 1 1 ) )，另一个，另一个，另一个，另一个 为必要的输为必要的输为必要的输为必要的输入入入入(F(F 2 2 ) )，则该物，则该物，则该物，则该物场模型应使用一个场模型应使用一个场模型应使用一个场模型应使用一个 元件元件元件元件(S(S 2 2 ) )，作为，作为，作为，作为F F 1 1 与与与与F F 2 2 物理转换的中介物。物理转换的中介物。物理转换的中介物。物理转换的中介物。 S1 S2 F1F2 F1 F2S1 如换能器如换能器如换能器如换能器 内容大纲内容大纲 物质-场模型 3物质-场模型建立的流程物质-场模型建立的流程 1 4 76个标准解及应用 2物质-场模型的转换规则 物质-场模型建立的流程物质-场模型建立的流程 物质场模型建立的流程物质场模型建立的流程 Step1：确定所考虑情形中的所有的物质。Step1：确定所考虑情形中的所有的物质。 Step2：描绘此情形下的物质场模型，确定物质之间的相互作 用，以及表达出对这些相互作用的意见，是否这些作用是成功的。 Step2：描绘此情形下的物质场模型，确定物质之间的相互作 用，以及表达出对这些相互作用的意见，是否这些作用是成功的。 Step3：处理在第2步中识别的物质场模型。对于每一个物质场模 型，必须将物质场的五规则推荐的模型的通解转换为模型的特解。 Step3：处理在第2步中识别的物质场模型。对于每一个物质场模 型，必须将物质场的五规则推荐的模型的通解转换为模型的特解。 Step4：使用Step4：使用“场场”去将具体情形的模型解去将具体情形的模型解“翻译翻译”为解的想法。此 过程对于系统中已识别的所有物质场模型需要反复进行。 为解的想法。此 过程对于系统中已识别的所有物质场模型需要反复进行。 Step5：确定最适合实际的解。Step5：确定最适合实际的解。 物质-场模型建立的流程物质-场模型建立的流程 例如：输送废酸液管路问题 Step1：确定物质中的物质和场 物质：废酸液，输送管路，空气 场：废酸液流动能量，化学场，重力场 物质-场模型建立的流程物质-场模型建立的流程 例如：输送废酸液管路问题 Step2：建立物场模型 废酸废酸废酸废酸 管路管路管路管路 F F CHCH 废酸废酸废酸废酸 管路管路管路管路 F FH H 期望功能期望功能不期望功能不期望功能 注：FH为流体压力场 FCH为化学场 （1）有用功能期望功能 （2）有害功能不期望功能 物质-场模型建立的流程物质-场模型建立的流程 例如：输送废酸液管路问题 Step3：选择物场模型变换规则 （1）根据系统的物场模型存在的问题选择转换规则。在本 例中，模型存在有害作用，即废酸液腐蚀、溶解输送管道。 （2）有害功能可选择规则4 规则规则规则规则4 4：消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有 效方法是引入第三种物质元件效方法是引入第三种物质元件效方法是引入第三种物质元件效方法是引入第三种物质元件(S(S 3 3 ) )。 增加另一个场（F2），用来平衡产生有害效果的场增加另一个场（F2），用来平衡产生有害效果的场 物质-场模型建立的流程物质-场模型建立的流程 例如：输送废酸液管路问题 Step4：确定代表性的解 根据所选择的物质-场模型的变换规则，确定要引入第三种元件的主要 性质。 有害作用是由废酸液与金属管道内表面发生化学反应引起的，因此， 化学场（FCH）是产生有害作用的根源。 分析：引入的新物质S3应能消除废酸液与金属管道的化学场（FH）。 消除此化学场比较简易的方法是S3事先与废酸液发生化学反应以消耗 废酸液的反应能力。 容易想到的S3可以是：金属，水，碱等代表性的解。 物质-场模型建立的流程物质-场模型建立的流程 例如：输送废酸液管路问题 Step5：确定具体的解 在代表性的解中，根据具体问题的状况，来选择最适合的解作为具体解。 代表性的解S3为：金属，水，碱等，即与废酸液可进行化学反应进而消除其 对管道内表面产生有害作用的物质。 （1）金属：可先于管道内表面与酸进行反应进而保护管道，如管道的内表面 涂保护层，效果可行，但成本提高，不采纳。 （2）水：大量的水或污水可稀释废酸液，但给后续处理会增加困难，不采纳。 （3）碱性物质：碱性添加物，废碱液等。其中废碱液是具有负价值的，因此 应用废碱液的成本会降低。 物质-场模型建立的流程物质-场模型建立的流程 例如：输送废酸液管路问题 Step5：确定具体的解 在代表性的解中，根据具体问题的状况，来选择最适合的