40个发明原理.ppt

前言,在远古时期，我们的祖先曾经应用这些原理创造了震惊世界的奇迹；在现代，无数的应用实例告诉我们：“万变不离其中”，“事物在变化，应用原理没有变”；在今天和未来，这些原理将继续指导我们去进行开拓！创新！阿奇舒勒明确指出：“解决发明问题过程中所寻求的科学原理和法则是客观存在的，大量发明面临的局部问题和矛盾也是相同的，同样的技术发明原理和相应的解决问题的方案，会在后来的一次次创新课题中被重复应用，只是被应用的技术领域不同而已。”,1,表5340个创新原理,2,01分割（分离）,大鼎带耳高133厘米，长110厘米，宽78厘米，重达875公斤。庞大器物，分块浇铸。,司母戊鼎,3,A将一个物体分割成几个独立的部分,现代应用实例：为垃圾的回收分门别类地设置多个不同的回收箱。,大货车分割成独立的车头与车厢,发射中的M270和正在爆裂的M270子母弹,4,B将物体分成可拆卸的几部分,现代应用实例：,组合家具,活动房屋,5,C提高物体的分割程度,现代应用实例：,活动百叶窗取代整幅大窗帘,大型平板玻璃批量生产线上的辊轴传输线由单个滚轴向多个滚轴直至用盛满熔化锡的槽子来替代,6,钢筋混凝土梁的运输（美国专利：6,581,343）,工程背景：,钢筋混凝土梁广泛用于民用和工业建筑。往往是在工厂造好以后，才运送到工地。过宽的单段工字型钢筋混凝土梁在公路上运输时需要专用的运输车辆。在许多情况下，（尤其是狭窄路面或山区）预制混凝土梁的运输都是个大问题。,单组钢梁,路面的最大宽度,7,钢筋混凝土梁的运输,应用分割原理将预制钢筋混凝土梁分成容易组装和拆卸的两部分。,钢梁分成两半,一半钢梁,另一半钢梁,平底板,加强柱,螺母,螺栓,8,02抽取原理,海拔1612米武夷山主峰大殿的避雷装置,9,A抽出物质中的“负面部分”或属性,将物质中不需要的部分或有妨碍的性质抽取出来现代应用实例：干燥剂、冰箱除味剂将潮气和异味抽出。,医学透析治疗为防止病人过多地接触X光，一个特殊设计的铅屏使X光只射在必需的部位,10,B抽取物质中必要的、有用的部分或属性,现代应用实例：用光纤或光波导分离主光源，以增加照明点；成分献血，只采集血液中的血小板；微波滤波器；,飞机的副油箱（进入战斗时，抛弃副油箱）,手机中的SIM卡,11,03局部特性原理,三个金人哪个最有价值？,12,A将物体（或外部环境、外部作用）由同类结构变成异类结构,现代应用实例：晶体定向生长、氮化、扩散过程的温度梯度代替恒定、均一的温度。,USB接口,腿部残疾人的鞋(高度不一样),凸轮机构,矿井中为减少粉尘用是喷水装置向煤矿巷道里喷水，水滴越小，防尘效果越好，但微小水滴易形成雾，造成现场工作困难。解决的办法是：喷水枪是由形成沿着小水滴外加一层大水滴组成的锥形面。,13,B使物体的不同部分具有不同功能,现代应用实例：有轨电车具有用以沿轨道运动的金属轮和用于在无轨地段运行的普通汽车轮，沿轨道运行时，普通汽车轮作为推进装置，而金属轮用来控制运动方向。,带多种常用工具的瑞士军刀,计算机键盘,尘土过滤器内层过滤器（进一步过滤孔稍小）外层过滤器（初过滤孔稍大）,14,C物体的各部分都处于最有利于执行工作的条件下,现代应用实例：太阳能硅电池随动装置，用以获取太阳的最好照射,工具箱,超声波钻孔机为降低温度，核心部分用导热材料，外围部分用耐磨材料,15,提高液流流速的测量精度（美国专利：5,861,561）,工程背景：,管道内的流速较低时，出入孔间的压差较小。如果压差下降到某个临界值时，测定的准确度就会大大降低。,导管,流体,旁通部分,流量计,测量精度会因流速降低而下降,16,提高液流流速的测量精度,根据局部特性原理将将测量装置由均匀结构改为不均匀结构：1、将进入流量计的液体嘴安装在旁通口上，以确保输入液体的压力；2、使用截面缩小的管道。,流量计,喷嘴,缩小截面,17,04不对称性原理,6000年前的穿绳提水陶罐,18,A将物体的形状由对称变为不对称,现代应用实例：为改善密封性，将O型密封圈的截面由圆形改为椭圆形；在搅拌容器中，使用不对称形的搅拌叶片；,电插头(引入形状不对称用于吸引人们的注意来防止不正确的使用),19,B已经是不对称形状的物体，进一步加大其不对称的程度,现代应用实例：,底部呈斜面的液化气罐一旦燃气快用完时，燃气罐会自动发生倾斜,电力冶炼炉电极非对称地置于炉中，以方便矿石的送入和金属溶液的流出,20,05组合原理,战国时期，我国的青铜铸剑,21,A在空间上将同类的或相邻的或辅助的操作物体组合在一起,现代应用实例：将多层玻璃用水粘合在一起，便于磨削加工；组合音响设备（收音机、CD、磁带等）水陆两用汽车；,集成电路板上的多个电子芯片,22,B将时间上相同的或相近的或辅助的操作物体组合在一起,现代应用实例：利用生物芯片可同时化验多项血液指标；摄影机在拍摄影象时同时录音；计算机反病毒软件在扫描病毒的同时完成隔离、杀毒、移动/复制文件等操作。,冷热水混和龙头；,坑道里装有喷嘴的掘进器将热蒸汽喷向冻土以便采掘,23,06多功能原理,石刃,石斧,24,使一物体具有能替代其它物体的多项功能,现代应用实例：门铃和烟气报警器组合；多用途可折叠沙发床；带有圆珠笔的教鞭；具有扫描、传真和复印功能的打印机；带电击器的手电筒；便携水壶的盖子同时也是水杯。,牙刷的把柄内装牙膏,门铃和烟气报警器组合,25,07嵌套,早在宋代出现中空、可转动的双层象牙雕,26,A把一个物体嵌入第二个物体，然后将这两个物体再嵌入第三个物，依此类推,现代应用实例：伸缩式天线；液压起重；伸缩式钓鱼杆；,俄罗斯套娃,悬浮式储油箱可同时存储不同型号的原油,27,B使一物体穿过另一物体的空腔,现代应用实例：手机书写笔（平时插入机体上专用的孔中）;汽车平台上的起重机的伸缩起重臂。折刀和可伸缩刀；,滑行门/推拉门,教鞭笔,28,08反重力原理,曹操称象,29,A将物体与另一具有升力的物体组合，来补偿物体的重量,现代应用实例：气球、降落伞、飞艇、船、潜水艇等。,用氦气球悬挂广告条幅,救生圈,30,B利用外部环境（空气动力或流体动力或其它力）来补偿物体的重量,现代应用实例：风力发动机离心制动性转速调节器将调节器的负载制成可产生气动力制动作用的桨叶形，安装在转子的垂直轴上，在风增大时，将发动机转子的转速控制在一个限定的范围在月球车轮胎里设置球形重物，用以降低月球的重心，保持月球车的稳定性。水翼船、潜水艇,轮船(应用水上浮力承载重物),有浮力的材料制作毛笔笔杆,31,巨大船坞的建造（美国专利：3,942,460）,工程背景：,装配船体通常在造船厂进行。在陆地上建立装配大型船只的大型造船厂，要建立巨大的干船坞，成本过高。,32,巨大船坞的建造,建立水上船坞利用水的浮力来实现重量补偿,33,浮式船坞,浮式船坞,大型船坞装着潜艇,34,09预先反作用,元代(1316年)所制有着三级漏壶的浮箭式刻漏,35,A按需要完成的作用预先完成反作用,针对需要完成的作用而可能出现的不利因素，预先施加反作用，用以防范其不利因素的产生。现代应用实例：在建造铁道时，在铁道路基转弯处，向转弯产生离心力方向的一侧倾斜。,内有波纹层的包装箱纸板在制作时使其波纹层和表面层反向弯曲，当胶水干燥后，纸板即可达到平直状态,36,B对处于受拉伸状态的物体，给予预先施加压力,现代应用实例：为使混凝土在拉伸状态下很好地工作，预先通过压缩的方法将其缩短（提供预应力）,在灌注混凝土之前，对钢筋施加应力,37,10预先作用,在南宋末年，在蒙古军队攻占襄阳的战斗中，首次使用了半自动投射的抛石车,襄阳炮,38,A预先部分或全部完成物体所需的作用,现代应用实例：邮票打孔；,不干胶粘贴（预先将塑料带粘上胶制成“胶带纸”，到时可随用随扯）,为了解决铁道枕木易于腐朽的问题，预先給树木刷上渗透漆,39,B预置物体，一旦需要时能及时地从最方便的位置发挥作用,现代应用实例：为解决马路两旁树木的浇灌，在树底土壤中预先埋入水管；道路转弯、分岔或出口处设置的预先提示牌；手机预设单键拨号功能；,在停车场安置的咪表预付费系统,打石膏时预置锯片,40,11预置防范,扁鹊论三兄弟医术,41,对可靠性较低的物体预置紧急防范措施,现代应用实例：图书中的防盗磁卡；汽车安全气囊；码头边上的防撞轮胎；电闸盒里的保险丝。,应急楼梯/防火通道,备用降落伞,42,12等势,重达46.5吨的永乐大钟悬挂在二层钟楼上,43,改变工作条件，减少物体的提升或下降,现代应用实例：三峡大坝的水闸利用注水系统调整水位差；方便轮椅通行的无障碍通道；为方便汽车维修设置的地槽；,工厂中自动运料小车与操作台同高的传送带,运送大型预制混凝土管的卡车带轮子的“车臂”穿过管子使它稍离地面，即可起运,44,13逆向运作,春秋战国时期，楚国有个卖兵器的人，在市场上把矛和盾放在一起叫卖的传说。,从1901年的“吹尘器到“吸”尘器（赫伯布斯）,45,A不以常规的要求作用，而是用相反的作用来替代,现代应用实例：在切割金属时，按常规，用冷却液浇在刀具和被加工件的表面上进行冷却。然而，采用局部冷却工具的工艺，同时给予局部激光，可以大大改善金属切割的质量和经济性。采用冷却内置件的方法，使两个套紧的物体分离，而不是用加热外层的物体。,46,B把物体(或过程)上下翻转或倒置,现代应用实例：把杯子倒置，从下边喷入水来进行清洗；切割时，为使粒屑不落到零件上，将刀具安装在加工件下,冰箱,滑轮的应用,47,实例：让机器人倒过来放,改用机器人来操纵机床，刚安装好的机器人，以闪电般的速度完成所有的工作流程。但是，工作半小时后，机器人就停下来了，其罪魁祸首是掉落在机床运动部件上的铁屑，工人一般会不断地用刷子扫除铁屑，以保持机床的清洁和连续性工作，但对机器人该怎么解决呢？把机床和机器人倒过来，当产品作用对象和地板之间没有机床的时候，铁屑只能掉在地板上，问题也就迎刃而解了。,48,C把通常活动部分变为不活动的，把通常不活动的部分变为活动的,现代应用实例：,“游泳跑步机”(2.6X5.2),铸造大型薄壁零件装置按常规，铸件是处于静止状态，当铸造大型薄壁铸件时，让装有铁水的浇杯静止，而让装有铸型的工作台运动。,跑步机,加工中心将工具旋转改为工件旋转,49,防暴盾（美国专利：6,622,607）,工程背景：,手持式防弹盾牌仅能够保护使用人员的部分身体。为了防护整个身体，盾牌的面积必须增大。但是，增大盾牌面积会使得盾牌变得沉重、巨大，而且不便于使用。,旧式手提防暴盾,因面积小不足以防护全身,加大盾的面积会使盾变得很沉重使用不便,50,新型手持防暴盾,用与原来相反的动作达到相同的目的(手持式防弹盾牌必须携带使用。反向作用原理建议：使用防弹盾牌时不必携带。),新型的防暴盾,滚轮,51,14曲面化原理,494497年的南北朝，祖冲之制造了一艘改进的船只，有可以旋转的桨轮（取代直线划的船桨），它不用风力，一天能行很远，被称为“千里船”,52,A将直线或平面变成曲线或曲面，将立方形结构变成球形结构,现代应用实例：莫比乌斯杯；在建筑上使用弧形、拱形代替直线形,两表面间引入圆角，减少应力集中,飞机场上的圆形跑道有无限的长度,转动的实验室桌（变直线为旋转）,53,B利用柱状、球状和螺旋状的结构,现代应用实例：圆珠笔和钢笔的球形笔尖，使书写流畅；安装在不同高度的机床之间进行零件自动升降传送装置是按一定的角度以螺旋状的形式，以便消除零件传送过程中产生的加速,转椅底部安装球形轮，以利移动,犁头由刀片式改为滚筒式使工作效率提高1倍,54,C将线性运动变成回转运动利用其产生的离心力,现代应用实例：为提高耐磨性，点焊电极制成旋转滚轮的形式。,洗衣机（通过高速旋转，产生离心力来去除衣物上的水分）,油井架装有8090米的转轮,55,15动态化原理,公元4世纪前西京杂记一书中提到了“被中香炉”,56,A改变物体或外部环境，使在作用的任何阶段，均能达到最佳性能,现代应用实例：汽车可调节式方向盘、座位、后视镜等；所有车轮都能转向的汽车。可后掠变机翼飞机,形状记忆合金,可调节直径的电焊条以适应变化的焊缝宽度,57,B将一物体分成彼此能相对改变位置的几个部分,笔记本电脑,折叠椅,适应于崎岖路面的货车卡车,后支架,前支架,液压钢筒,58,C将刚性不活动的物体变为可活动的，可移动的或具有可自适性的,现代应用实例：,可弯曲的饮用吸管,医疗检查所使用的胃镜和结肠镜,59,在有限高度的场所中模拟极高的攀岩墙（美国专利：5,919,117）,工程背景：,攀岩训练应不受天气约束。因此，将攀岩训练机放置在室内。一台固定式攀岩训练机通常有数十米高。这就对其放置地点有限制。如何在高度有限的房屋内进行模拟攀岩训练。,支架,地面,攀岩墙面,固定式的攀岩设施,60,利用有限高度模拟极高的攀岩机构,利用动态化原理，使机构的转动方向与训练者攀爬的方向相反）,地面,支架,皮带,抓手,构架,活动式的攀岩设施,61,16不足或过度作用,当所期望的效果难以百分之百实现时，则完成“稍少于”或“稍多于”期望的效果，以使问题简化现代应用实例：打磨地面时，先在缝隙处抹上过量的填充物；汽车钢套的网状淬火，以提高使用寿命；设计电参数留有适当的安全富裕量；,处理前,处理后,磁发电机导体陶瓷板上塗强磁性导电材料（过度超额作用）,用化学试剂攻击冰雹（不足作用）,离子切割等离子弧发出过度的火苗，以保证完全切割（过度超额作用）,62,17多维化原理,东汉时期，马援为说服刘秀平定陇西，用米做“沙盘”，被后人称之为中国最早的“沙盘战术”。,63,A将物体由一维变为二维或由二维变为三维空间的运动,现代应用实例：五轴铣床可准确完成三维复杂曲面的切削过程；,螺旋梯可以减少占用空间,64,B利用多层结构替代单层结构,现代应用实例：多层汽车库；位于商业大厅多层仓库货架；多层集成电路；,多碟CD机,65,C将物体倾斜或侧向放置,现代应用实例：可以倾斜的垃圾自动卸载车；工作面可变倾斜度的绘图桌,圆木竖起来存放,66,D利用物体所提供面的反面,现代应用实例：在集成电路板的两面都安装电子元件；,在树下放置反射镜提高对太阳光的利用（增加光合作用）,67,利用落在临近面上的光流，或落在现有面的反面上的光流,68,18振动原理,唐语林中记载了一个有趣的故事：钟磬共鸣，僧人得病,69,A使物体处于振动状态,现代应用实例：用于外科手术的超声波手术刀,电动剃须刀,微波炉和电磁炉运用涡流和低频振动减少烹调时间,70,B已振动的物体，提高其振动频率直至超声频率,现代应用实例：磁振送料机；通过测量零件机械振动频率，来腐朽偏差和存在的缺陷；热压缩焊接：将导体连接到集成线路板的喷镀金属接触层，是压紧工作机构产生机械振动，其频率可在超声波范围内进行控制,机械零件在超音速振动的液体中得到清洗,71,C利用共振频率,现代应用实例：利用超声波共振击碎胆结石、肾结石；,音叉,使共振腔内的氢气被加热到840摄氏度以上，然后与加入的氧气在燃烧室混合燃烧实现燃料自身点火功能）,A氢燃料、B氧化剂、C燃烧室,英国研制的无噪声风扇是提供电子组件转换成相反相位的声音，应用麦克风捕获电机和叶片的噪声，然后再通过扩音器播放出来，噪音就被彻底消除了。,72,D用压电振动替代机械振动,现代应用实例：,石英晶体机芯振动驱动的高精度钟表,73,E结合电磁场利用超声波振动,现代应用实例：在感应熔炉中粉碎枝晶；制造半固态合金；高频炉中混合合金；,在手术中采用超声波接骨,74,日本巧妙地解决了在一个展览大厅里，同时需要放置十多种语言播音扩音器，而不会形成声音的杂烩用扬声器发出的超声波振动（调制）使每一组扬声器发出两个具有相位相反的超声波射线，射线在大厅的需要区域交汇，互相抵消，致使通过扬声器的就只剩下了播音员的声音了。在地下设置一个由导磁材料制成的屏障，通过脉冲磁场可以消除大功率地震波对高层建筑物的固有频率形成的共振。,75,19周期性作用原理,东汉末年，汉灵帝让工匠毕岚造出了一个“龙骨水车”,76,A用周期性作用（或脉冲动作）替代持续性作用,现代应用实例：利用可控脉冲对零件进行局部热处理,警车的警铃（间歇性鸣叫来招人注目）,挖煤机钻头充上水并加上脉冲力,脉冲加压的灌溉机,77,B如果作用已经是周期性的，则改变其作用的周期频率,现代应用实例：使用AM(调幅)，FM(调频)，PWM(脉宽调制)来传输信息；按需要调整分析、检查和测试过程的周期性；,78,C利用脉动的间歇来完成另一个作用,现代应用实例：在使用心肺呼吸器中，每五次胸廓压缩后，进行一次心肺呼吸；冲击钻；,利用脉冲原理使烟囱冒出的烟变成间歇的环状烟雾，使烟雾能升至3000米高空,79,20有效连续作用,群炉汇流铸“永乐”,80,A使组成物体的各个部分均能连续保持在满负荷状态下运行,现代应用实例：汽车在路口停车时，高速飞轮（或液压蓄能器）储存能量，使发动机得以补充能量，发动机在较低的功率下工作；,焊接机的焊头做成轮状，用旋转运动代替往复运动，以使达到持续作业,81,B不间断地作用，消除间歇和中断,现代应用实例：工厂里的倒班制；半波整流电路变成全波整流电路；,点阵打印机或喷墨打印机（打印机头在回程中也执行打印）,82,21急速作用原理,北齐的建立者文宣帝高洋(529559年)“快刀斩乱麻”,83,在极高速下进行作用过程或某些阶段,瞬间高速作用，使作用过程中可能产生的危险或有害影响降至最小。现代应用实例：快速切断管子，以至使管子来不及产生变形。发动机快速跃过共振转速范围；工件变形但是支撑工件的砧板不变形；快速通过有辐射源的区域；急火快勺炒菜。用X射线拍骨片；,照相用闪光灯,锻造（锻锤高速落下）,84,22变害为益,“逆风行舟”在四百多年前，我国聪明的船家发明了逆风行船的方法，并且一直使用至今。,85,A利用有害的因素，获得有益的效果,现代应用实例：利用垃圾发电,当原油通过管道时会在管道内壁留下沉积物；当酸性液体通过管道时会腐蚀管道内壁；让原油和酸性液体轮流从管道通过，能始终保持管道光洁,86,B将物体的有害因素与另一有害因素结合，用以消除物体所存在的有害作用,现代应用实例：发电厂用炉灰的碱性中和废水的酸性,潜水中用氮氧混合气体（防止单独使用纯氧会使人昏迷或中毒）,在炸毁旧房子前，为降低震害，先在周围挖一道深沟，振动波达到深沟时，即会反射回来从而抵消冲击波,87,C加大有害因素的程度，使之不再有害,现代应用实例：,建立防火隔离带（当森林灭火时，为控制野火的蔓延，在野火推进的前方，预先用火烧掉一部分草木，以形成隔离带来防止森林大火蔓延）,88,23反馈,长城的烽火台伴随长城所形成的烽燧制度，以其完备的报警设施，完整的防御体系，与其遗留至今的坚固的墙体一样，堪称世界奇迹。,89,A引入反馈,通过反馈来控制物质性能现代应用实例：利用温控器控制空调机的启闭；利用声控器控制楼道灯的开启；自动浇注电炉根据金属液温度控制电炉输入功率。,声控喷泉,90,B若反馈已存在，则改变反馈方式、控制反馈信号的大小或灵敏度,现代应用实例：将管理评价方式由考虑预算差异改为提高用户满意度；电饭煲根据食物的成熟度来自动加温或断电。在机场5英里范围內，改变自动驾驶仪的灵敏度。,根据环境的亮度自行控制路灯系统,汽化器中的燃料通过燃料箱中的浮筒自我调节高度,91,24中介原理,在商代时，有人发明了拉弓射箭时用的“扳指”扳指虽小，意义重大。扳指征服了强弓，强弓装备了军队，军队保卫了国家。一个不起眼的、辅助性的中介物，在特定的社会背景下，竟然有如此巨大的作用。,92,A利用中介物体来转移和传递作用,现代应用实例：机加工中钻孔时用于为钻头或丝锥定位的导套；,弹琴用的拨子,装配(保护产品),93,B将物体和另一个容易去除的物体暂时组合在一起,现代应用实例：化学反应中引入催化剂；失蜡浇铸法中的腊模；,托盘,铺设钢轨时，在钢轨的两边各装两个极易装卸的半圆形磁铁插入器，使钢轨因暂时变成圆形便于滚动而减轻劳动强度,铺设钢轨,94,提高原油脱水的充分度与速度（美国专利：6,007,702）,工程背景：,从油井中冒出的原油为油中带水的乳剂，这种乳剂有很高的稳定性。利用加热法分离，“油水”分离不充分。,水由此分离出来,95,提高原油脱水的充分度与速度,在原油中加无机盐并经搅拌后，盐溶液的密度大大超过原油的密度，分离的充分性和速度就会大大提高。,无机盐和水由此分离出来,原油,无数水的液滴,搅拌器转轮,无机盐,96,25自服务,北京定陵地宫的石门自锁,97,A让物体服务于自我，具有自补充、自修复功能,现代应用实例：汽车使用有修复缸体磨损作用的特种润滑油；不倒翁玩具；,自补充饮水机,高寒地区高压电线的加热措施每隔5米安一个铁氧体环，利用铁磁性材料的居里点，当气温低于0时能自动感应发热,98,B利用废弃的物质资源及能源,现代应用实例：食物、麦秸、草等有机废物直接填埋作为下一季的肥料；利用了水流的冲力使喷灌用的喷头自动摆动或旋转，;利用热电厂余热供暖；,永不磨损的擦刮器加大擦刮器和传送带之间的间隙让松散物质上的粉粒掉落在擦刮器上，从而减少空隙而起到擦刮作用,锥形混凝土坝体地震时落下的沙石对坝体起到自我保护作用,混凝土坝体,砂、石,重力,99,26复制,墨子“小孔成像”实验，发现了凹面及凸面反光镜的成像规律。,100,A用简易的和廉价的复制品替代复杂的、不便于操作的、不容易获得的或易损、易碎、昂贵的物体,现代应用实例：虚拟现实系统，如飞行员虚拟训练系统；看电视实况转播替代去现场观看；用唱片、录音磁带、MP3或看光盘替代去音乐厅；,101,B用按比例放大或缩小的影像（光学复制品）来替代实物,现代应用实例：用卫星相片测绘替代实地考察，如地图是地形地貌的纸面复制；,通过拍照来测量和计算铁路货车上的大圆木,102,C如果可见光复制品已被采用，可转向用红外或紫外线光的复制品,现代应用实例：红外报警/门禁系统；集成电路制作的紫外重复曝光照相机。,利用紫外光诱杀蚊蝇,103,27一次性用品替代,从竹简、皮革、锦帛到麻纤维纸，从麻纤维纸到树皮纸，从树皮纸到竹纸，从竹纸到废纸、麦杆和稻草造纸，每一次造纸术的进步，都是以更易获得、更廉价的造纸原料的出现为契机，以更先进的造纸技术的和更高的造纸产量为结果的。,104,用廉价的物体替代昂贵的物体，在某些性能上稍作些让步,现代应用实例：一次性尿布,一次性的茶具,替代打火机的火柴，,一次性使用针头,替代木棍的纸棍火柴,105,28替代机械系统原理,秦始皇用磁石建造的磁铁门防止刺客，以磁场的作用来代替繁琐的搜身检查,106,A用刺激感官的方法（光学、声学、味觉、嗅觉）替代机械系统,现代应用实例：天然气泄漏报警用在天然气中加入气味难闻的混合物来替代机械或电气类的传感器简单有效,用电热器加热金属棒，观察显微镜下物质的微量运动,抛光过程通过话筒来控制,用味觉来检测齿轮上齿的破损状态,107,B采用电场、磁场和电磁场与物体进行相互作用,现代应用实例：为混合两种金属粉末，用电磁场替代机械震动搅拌，能使两种粉末混合得更为均匀；,玩具警犬在众多的棍之中突然停在一个棍前汪汪直叫（利用铁磁效应）,108,C场的替代：用可变场代替恒定场；用随时间变化的场代替定时场；用有组织结构的场代替随机场,现代应用实例：用特定发射方式的天线替代早期全方位检测的通讯系统；热塑性物质着上金属复层的方法是在电磁场作用下，通过使热塑性物质与加热到温度超过它的熔融温度的金属粉末相接触而实现的。,109,D将磁场和强磁性的铁磁粒子组合使用,现代应用实例：铁磁催化剂，呈现顺磁状态磁流变和电流变流体的应用；,在熔化的金属表面生产玻璃电磁搅拌形成的曲面使熔化的金属表面呈波浪状花纹,110,29气压与液压结构原理,古人制渴乌，巧妙地借用了压力差，以真空负压吸水，形成虹吸作用。再以水的静压驱动水来翻过高山，实现连续输水，达到隔山取水的目的；另一个在数千年前就已经在应用压力差的例子是中医的拔火罐。,111,将物体的固体部件用气体或液体的部件替代,用气体或液体的部件替代物体的固体部件，为的是利用气体或液体的膨胀或静压缓冲功能，现代应用实例：采矿坑道中替代木支架的可伸缩液压支架；减缓玻璃门关闭的地锁中缓冲阻尼器。用于建立展厅临时建筑的气囊用于建睡垫、按摩垫的液压充注的气囊,减少运动对足底的冲击的气垫运动鞋,汽车中的安全气囊,112,30柔性壳体或薄膜结构替代,以薄纱制成的蚊帐，可以将蚊子阻挡在蚊帐之外，给自己营造一个容易入睡的空间。,113,A用柔性壳体或薄膜结构替代传统结构,现代应用实例：农业上使用塑料种菜大棚,网球场地上充气薄膜结构保暖装置,柔性计算机键盘携带方便，高低温不变形，静音设计，体积小，色彩艳丽,114,B使用柔性壳体或薄膜将物体与外部环境隔离,现代应用实例：在蓄水池表面漂浮一层双性材料（一面为亲水性，另一面为疏水性）的薄膜，减少水的蒸发；真空铸造时在模型和砂型间加一层柔性薄膜以保持铸型有足够的强度；透明医用薄膜胶带，在包扎好的情况下也能方便地观察伤口；超市里包裹蔬菜和副食品的保鲜膜。,用比乒乓球还小的漂浮的球覆盖在油库中的油面防止油被蒸发,115,31多孔物质原理,在南宋时期就使用焦炭炼铁，欧洲最早用焦炭炼铁是英国，始于1788年。比我国大约晚了500年。,116,A给物体加孔或加入（或涂上）辅助的多孔物质,现代应用实例：滑动轴承、涡轮叶片等用多孔材料制造，为强制填充润滑或冷却物质。,液压系统中，泵出的油通过孔状盘，能起到阀门的作用,为防止表面沾染硬物或杂质，物体壁用有孔物制作以便将特殊液体随孔泵出，清除表面杂质,117,B若一物体已是多孔的，则利用这些孔预先引入有用的物质,现代应用实例：将氢存储在多孔的纳米管中，容量大且安全；竹纤维，其纤维横截面布满了椭圆形的孔隙，可以在瞬间吸收并蒸发大量的水分，人称竹纤维为会呼吸的、绿色环保的纺织面料。,用药棉沾药水擦伤口,为在液态金属中加入添加剂将浸透添加剂的砖块放入液态金属的方法,118,32变换颜色原理,先民们在八千年前就已经熟练掌握了青铜的冶炼技术了，冶炼技术重在掌握冶炼的火候。,119,A改变物体或周围环境的颜色,现代应用实例：在冲洗照片的暗室中使用红色暗灯；,使用随温度改变颜色的示温漆测量室内温度,120,B改变难以观察的物体或过程的透明度，以提高可视性,现代应用实例：随光线强弱改变透明度的感光玻璃；确定溶液酸碱度的化学试纸；,绷带由透明物质做成，以便观察伤口变化情况,121,C引入有色材料或使用有色添加剂来提高观察物体或作用过程的可视性,现代应用实例：研究水流试验时，在水中加入颜料紫外光笔鉴别伪钞；计算机软件中的流场可视化技术；,在炼钢厂，使用彩色水帘保护工人免遭紫外线,122,D如果已经使用了颜色添加剂，则可转向借助发光迹线（荧光粉）追踪物质,现代应用实例：在太阳能电池板上使用抛物面镜来提高能量收集；具有发光材料的纤维添加到材料中，用此来制造有假证件和钞票。,123,33同质化原理,建于辽代（1056年）的山西应县屹立千年不倒的木塔。,124,将一物体及与其相互作用的其它物体采用同一材料或具有相同性质的材料制成,现代应用实例：使用与容纳物相同的材料来制造容器，以减少发生化学反应的机会,用金刚石制造切割钻石的工具（以金刚石粉粒作为切割金刚石的工具，切割产生的粉末可以回收）,振动杆与熔化的钢水同质,用气态氧解涷固态氧,气态氧,固态氧,陶瓷表面,熔化的金属,振动杆,125,34自弃与再生原理,古代失腊熔模铸造法,126,A物体中已经完成功能和无用的部分自动消失，或在工作过程中自动改变,现代应用实例：用冰块做夯土筑坝模板，完工后，冰块融化（干冰升华）只剩下土坝。,胶囊药物的外壳自行溶化,瑞典公司已开始生产可自动化解的环保瓶,微型弹簧的制造（将弹簧绕在被冻洁的弹簧芯上，而后，将芯熔化）,127,B在工作过程中消耗或减少的部分自动再生,现代应用实例：,自动铅笔,128,35物理参数变化原理,北宋咸平二年杨延昭以冰墙退敌巧妙地利用水的物理状态变化，竟然可以拒敌于城池之外。,129,A改变物体的物理状态,为增强有效功能，将物体在固态、液态、气态、位置、动静状态等各项物理状态方面进行转换现代应用实例：,将气体液化，以减小体积便于运输,130,B改变物体的浓度或粘度,现代应用实例：,用液态的洗手液代替固体肥皂洁净效应更好，且可以定量控制使用，减少浪费,洗手液,固体肥皂,131,C改变物体的柔性（灵活性）程度,现代应用实例：跳水运动员在训练期间，自跳台跳入水池发生错误时，教练在运动员落水的区域接通压缩空气的脉冲，在这种情况下水起泡沫，变得非常柔软，避免了运动员受伤。,内部装有簧片的流体定量调节器通过调整簧片间距来控制流量,132,D改变物体的温度或体积,现代应用实例：将温度升高到居里点，铁磁体改变成顺磁体,烹饪（利用升温改变食品的色、香、味）,133,E改变压力,采用真空吸入的方法改变水泥的流动性利用大气压力差改变高层建筑的空气流动性能,134,36相变原理,“冰鉴”我国在战国时期的人造“冰箱”。利用相变，溶冰保鲜,135,利用物体相变时产生的效应（如：物体体积的变化、热的释放或吸收等）,利用物体相变时产生的效应来实现某种有效功能现代应用实例：水在冻结后会膨胀，可用于爆炸预先冻好的冰块放入便携式容器内，用于短期保存所携带的物品处于冷却状态用于密封截面形状不同的导管和孔口的塞头制成杯型，里面充有易熔的金属合金，它在凝固时膨胀，从而保证结合处的密封和严实,高效磨石（由水和磨砂混合的乳状物冻结而成）,136,提高降温防护服的防护效果（美国专利：6,185,742）,工程背景：,保护焊工，炼钢工的低导热材料防护服在短时间内的效果很好。很快，衣服内外的温度达到平衡。,137,提高降温防护服的防护效果,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，使相变时产生吸热,固相会熔化的材料,固相会熔化的材料,降温防护服,降温防护服,会熔化的材料已经熔化了,袋子,袋子,小隔室壁,小隔室壁,138,37热膨胀,李冰父子在四川灌县修建都江堰，以火烧巨石，然后在石上浇水，待岩石自然爆裂，则很容易凿开。利用岩石热胀冷缩不均从而易于崩裂的施工经验，在我国历代水利工程中不断应用。,139,A使用热膨胀或冷/热收缩物质（或材料）,改变温度，利用一物质（或材料）的热胀冷缩实现功能或完成某一操作现代应用实例：装配双环钢件时，将外环升温膨胀，再将两环装配，待恢复常温后内外环就紧紧装配在一起了；,随温度的变化启闭暖房的通风窗,温度计的指针随室外温度的变化上升或下降,140,B组合使用具有不同热膨胀系数的物质,现代应用实例：,热敏开关（由于两片金属的热膨胀系数不同，对温度的敏感程度也不一样，温度改变时会发生弯曲，从而实现温度控制）,在轴承中由热膨胀产生的空隙，可以由两种具有不同膨胀系数的金属做成锥形体来调整,141,38强氧化原理,在宋元时期，麻农们创造了“半浸半晒”麻的新方法。,利用从一级向更高一级的氧化转换：从空气到富氧空气从富氧空气到纯氧从纯氧到离子化氧从离子化氧到臭氧化氧从臭氧化氧到臭氧从臭氧到单氧,142,A用富氧替代普通空气,现代应用实例：高炉富氧送风可以提高铁的产量,为持久在水下呼吸，水下呼吸器中储存压缩空气,空气通过有孔管道输入，用以增强水的净化,空气,143,B用纯氧替代富氧,现代应用实例：使用纯氧乙炔气进行更高温度的切割。,用高压纯氧杀灭伤口细菌,铸铁时，在炼铁炉中加入纯氧,144,C使用离子化氧代替纯氧,空气或氧气经电离放射处理产生离子化氧气现代应用实例：空气过滤器通过电离空气来捕获污染物；在化学试验中使用离子化气体加速化学反应；在纯氧环境中等离子电弧切割不锈钢,145,D使用臭氧替代离子化氧,现代应用实例：臭氧溶于水中去除船体上的有机污染物。在臭氧介质中进行制备纯铁铂的过程，强烈的氧化可以提高铁铂的纯度。,在潜水艇压缩舱的发动机中用臭氧做氧化剂，可使燃料得到充分燃烧,搅拌器,臭氧,燃料,146,39惰性介质原理,马王堆女尸的千年不朽的奥秘，功在真空。,147,A用惰性气体环境替代通常环境,现代应用实例：,霓虹灯为防止灯丝氧化用氩气等惰性气体填充灯泡,为防止焊缝的氧化，将一惰性气体罩在电弧上,148,B将中性或惰性气体与一物体结合,现代应用实例：利用泡沫添加剂来吸收声振动，如高保真音响；为了提高储藏棉花的可靠性，防止棉花在运输和存储过程中发生燃烧，将棉花用惰性气体处理,用泡沫隔离空气灭火,149,C利用真空环境,现代应用实例：真空蒸汽淀积喷涂真空离子合金,真空包装食品，延长储存期,150,40复合材料原理,魏晋南北朝时期，生漆脱胎佛像,151,使用复合物质替代单一同种材料,现代应用实例：复合的环氧树脂碳素纤维高尔夫球杆、更轻、强度更好，更具有韧性,玻璃纤维制成的冲浪板,焊接剂中加入高熔点的金属纤维,图像由磁性墨水形成,内层夹有波纹纸的包装箱,152,提高陶瓷超导材料的可塑性（美国专利：6,586,370）,工程背景：,超导陶瓷（如金属硼化物）被用于许多电气装置中。为此，陶瓷被制作成导线。陶瓷很脆，因此，陶瓷导线柔性较差，非常容易断裂。,153,提高陶瓷超导材料的可塑性,采用金属材料环绕超导陶瓷粒子的复合材料代替均质材料提高可塑性,金属,陶瓷粒子,超导复合材料,超导区域,154,发明原理的应用,155,创新产品设计中的矛盾,产品是多种功能的复合体，由多个子系统组成，并通过子系统间的相互作用实现一定功能的技术系统，简称系统。完整的系统必须包含：动力装置、传输装置、执行装置和控制装置为了提高产品的市场竞争力，需要不断对产品的子系统或元件进行改进设计，以提高整个产品（系统）的性能。当提高产品某些方面的性能时，可能会影响到该产品或系统的另一方面的性能受到负面影响，则设计出现了矛盾,大脑,胳膊、手,肌肉,牙刷,清洁牙齿,能量,传输装置,动力装置,执行装置,控制装置,156,矛盾的解决办法,传统设计是在矛盾双方取得折中方案，矛盾并没有彻底被克服和解决TRIZ理论的核心是建立了基于消除矛盾的逻辑方法。使设计人员在设计过程中不断地发现并解决矛盾，推动产品的不断进化，从一个状态进化到一个新的状态，向着实现理想化创新产品设计目标。,157,技术系统矛盾的分类,：,技术矛盾,物理矛盾,技术系统矛盾的两大类,158,什么是技术矛盾？,用两个参数来分别表述系统性能，当改善其中一个参数时，就会导致另一个参数被恶化，由此两参数构成的矛盾称之谓技术矛盾一个系统中两个子系统之间矛盾的通常表现：1）在一个子系统中引入一种有用功能，导致另一个子系统产生一种有害功能或加强了已存在的一种有害功能；2）消除一种有害功能导致另一个子系统有用功能降低；3）一个子系统有用功能的加强或有害功能的减少导致另一个子系或系统整体变得复杂化。,159,技术系统分析方向,准确分析技术系统，技术矛盾即可轻松获解！分析方向：了解组成系统的各个部分（子系统）、系统所从属的上级系统以及问题本身的根源；了解整个系统的持续情况：系统的过去、现在以及将来在各个子系统就上级系统可以发展的情况。,160,如何描述问题确定技术矛盾？,1、问题是什么？2、现在有什么解决方案？3、这个解决方案有什么问题？利用39个通用工程参数（技术特性）来描述需要改善的特性和可能恶化的特性。,161,39个通用工程参数及矛盾矩阵,解决技术矛盾的工具之一,162,39个通用工程参数的定义及来源,工程参数：是表述产品特性的通用语言，是作为产品设计指标的一种体现。它可以分为：“改善的参数”和“恶化的参数”两大类改善的参数：在系统改进中，将需提升或加强的特性所对应的工程参数。恶化的参数：系统改进中，将需降低或消除的特性所对应的工程参数。阿奇舒勒在250万件专利中提炼出4万件专利，加以分析、研究、总结、提炼和定义，提出了组成系统内部特性，不论是改善的还是恶化的性能，都归结于39个工程参数，统称为39个通用工程参数，以此，把实际工程设计中的矛盾转化为一般的或标准的技术矛盾。,163,39个通用参数的分类,通用物理和几何参数：描述物体尺寸、状态等各种物理性能方面的参数通用技术负向参数：当这些参数变大时，使系数或子系统的性能随之变差。如子系统为完成特定的功能所消耗的能量（No.1920）越大，则设计越不合理。通用通用技术正向参数：当这些参数变大时，使系统或子系统的性能随之变好。如子系统可制造性(No.32)指标越高，子系统制造成本就越低，则设计越合理。,164,39个通用参数的分类细目,165,39个通用工程参数按其内涵的分类,166,矛盾矩阵表的组成,阿奇舒勒将体现了问题特性参的39个通用工程参数和40条发明原理有机地联系起来，建立起对应关系，整理成3939的矛盾矩阵表（详见创新制胜附录）。矛盾矩阵的第1行、列为39个通用工程参数的编码，是按照该参数在工程中出现的几率向下或向右沿递减方向而排列。第2行、列分别为39个通用工程参数的名称。其中纵行表示要改善的参数，横行表示会恶化的参数。3939个通用工程参数从行与列两个纬度构成矩阵的方格共1521个，在其中1263个方格中，列有04组数字，这几组数字就是由TRIZ推荐的解决对应工程技术矛盾的发明原理的编码。按照编码查“40条发明原理”表，即可得到该编码的实际含义，实际就是向发明者提供解决发明问题的措施。,167,矛盾矩阵表的实用意义,由阿奇舒勒于1970提出的矛盾矩阵表为设计者解决技术矛盾提供了有序的方法使用者根据系统中产生矛盾的2个通用工程参数，从矛盾矩阵表中直接查找出化解矛盾的发明原理，并使用这些原理来解决实际问题。,168,矛盾矩阵表,169,解决产品设计技术矛盾的三步骤,描述问题，建立问题模型确定技术矛盾（确定两个通用工程参数）,发明原理,待解决的问题,最终解决方案,第三步：应用,第一步：分析技术系统,第二步：解决技术矛盾（应用矛盾矩阵）,如果由矛盾矩阵所有给出的原理都完全不能应用，则需重新确定技术矛盾，再做一遍，直到找出可操作的解决方案。,170,实例：PIZZA盒的设计,在送外卖的时候，由于PIZZA的热量散失，温度会下降。为了减少热量损失，改用密闭效果更好的盒子，保温性能得到提高。但是，盒子的密闭效果的改善，导致热PIZZA放出的水蒸汽无法排出，水蒸气会使PIZZA变的粘、软，失去了应有的口感。,171,问题描述,为了防止PIZZA热量散失，温度降低,提高盒子的密闭性能,水蒸汽无法排出,172,确定矛盾的过程,第一步：问题是什么？送外卖的时候，PIZZA的热量散失，温度下降,第二步：现在有什么解决方案？提高盒子的密闭性，减少热量散失，避免温度降低,第三步：这个解决方案有什么问题？水蒸汽无法排出，PIZZA变软，变粘,173,建立原问题的求解问题模型,改善的参数：减少了温度的降低恶化的参数：水蒸汽无法排出，PIZZA变软，变粘,174,利用矛盾矩阵求解问题模型,175,22、变害为益原理35、改变状态原理02、抽出原理24、中介物原理,TRIZ推荐的创新原理（解决方案模型）,176,回到原问题:PIZZA盒的设计最终解决方案,22(A)、利用有害因素，获取有益结果；35(A)、改变物体的物理状态；,化学干燥剂（CaO）,02(A)、抽出物体中“负面”的部分或属性；24(B)、临时将原物体和一个容易去除的物体结合在一起,吸水纸,177,实例：太空中的锤子,在地面上使用锤子时，由于重力作用，冲击后的锤子不可能产生反弹；但在太空中，由于没有重力，锤子经冲击后，会以非常危险的速度向使用者的头部反弹。,178,问题描述,维修过程中需要冲击力,使用锤子,锤子伤人,179,定义矛盾的过程,第一步：问题是什么？在太空中，维修的时候需要冲击力,第二步：现在有什么解决方案？利用锤子，以便提供所需的冲击力,第三步：这个解决方案有什么问题？由于太空无重力，锤子承受的反作用力无法用锤子的重力来消除，锤子会反弹导致伤人,180,建立原问题的问题模型,改善的参数：锤子产生的冲击力恶化的参数：很可能伤人的锤子的反弹作用,181,利用矛盾矩阵求解问题模型,182,13、反向作用原理03、局部特性原理36、相变原理24、中介原理,TRIZ推荐的创新原理（解决方案模型）,183,回到问题:“太空中的锤子”,改善的参数：锤子产生的冲击力恶化的参数：很可能伤人的锤子的反弹作用,13、反向作用原理03、局部特性原理36、相变原理24、中介原理,原问题：,问题模型：,解决方案模型：,184,解题思路及最终解决方案,13(A)、不以常规的要求作用，而是实行相反的作用03(A)、将一物体或外部环境的一致结构变成不一致结构24(A)、利用中介物传递或执行所需作用,将高密度的液态物质（水银）置于锤头的空腔内。通过引入S3水银，在锤子下落时，高密度的水银位于锤头空腔的顶部；在冲击的瞬间，水银将产生惯性力F2抵消了锤子的反弹力F1。,185,实例：防弹衣改进设计,问题提出：为了使纤维织成的防弹衣具有足够的防护能力，防弹衣必须具有足够的厚度，但穿着较厚的防弹衣，其灵活性和可操作性将会大大降低。定义技术矛盾：增加运动物体的尺寸03导致降低操作的方便性33。矛盾矩阵建议：15动态化原理29气压或液压结构原理35物理参数变化原理04不对称原理,186,矛盾矩阵（表）应用防弹衣的设计,TRIZ推荐的创新原理：,187,防弹衣改进设计,传统防弹衣设计,新型防弹衣设计,衣服厚、重，穿着不柔软，不舒适,衣服薄、轻，穿着柔软、舒适,解决办法：通过将每层以相对于第一层呈20到70度范围的不同角度旋转，将纤维织成防弹衣的各定向层内的纤维定向转换为不对称的排列形式。防弹衣的厚度和重量减小了，其舒适性提高了。,188,什么是物理矛盾？,一个技术系统中，由表述系统性能的同一个参数具有相互排斥（相反的）需求所构成的矛盾称之为物理矛盾。（反映在阿奇舒勒1973年矛盾矩阵表上出现小空格）表现为一个子系统或元件应具有一种特性但同时出现了与此特性相反的特性：1）一个子系统中有用功能加强的同时导致该子系统中有害功能的降低；2）一个子系统中有害功能降低的同时导致该子系统中有用功能的增强。,189,解决产品设计物理矛盾的方法,空间分离：系统属性按空间区域划分时间分离：系统属性按不同时间段划分条件分离：物质或系统的属性按实现功能的要求划分结构分离：系统部分与整体的分离，也就是说，系统的部分具有一种属性，而系统的整体却有着相反的属性,空间分离,分离方法,时间分离,结构分离,条件分离,190,交通十字路口的物理矛盾描述,道路必须有交叉，以使车辆能驶向四面八方（A）道路不能有交叉，交叉来往的车辆容易相撞（非A）,191,解决十字路口交通的办法,立交桥空间分离,红绿灯时间分离,十字路口的转盘条件分离,192,解决十字路口交通的办法,、,将十字路口设计成两个丁字路口，延缓一个方向的行车速度，加大与另一个方向的避让距离,北京西单路口的平面立交的设计,193,实例：研磨加工具有凸凹的形状复杂的制品,问题：为了研磨一般形状的制品