第六章物理矛盾及解决方法.pdf

幻灯片 1 TRIZ理论理论 第六章第六章 物理矛盾及解决方法物理矛盾及解决方法 我们首先来看阿奇舒勒的矛盾矩阵 阿奇舒勒矛盾矩阵由39个通用工程参数和40个创新原理构成 矛盾矩阵第一列表示改进的参数 第一 行表示恶化的参数 共有39 39个小格子 每一个小格子代表一个工程矛盾 具体说明 非对角线上小 格子所表达的矛盾为技术矛盾 该矛盾由对应小格子里所提供的创新原理解决 具体说明 需要说明 1 不同的矛盾提供原理数不一样 1 2 3 4 尽可能应用所提供的创新原理解决问题 否则你 定义的矛盾有问题 2 如果非对角线上小格子里面没有数字 表明该矛盾在实际工程中不存在 3 对角线上小格子里面没有数字 并不表示不存在矛盾 而是另一类矛盾 我们知道 技术矛盾是两个参数之间形成的矛盾 即当一个参数改进时 引起另一个参数的恶化 当 我们用同样的方式描述对角线上小格子所表达的矛盾时 应该是 当一个参数改进时 又引起该参数的恶 化 也就是说 对角线上小格子对应的正反两个参数是一个参数 说明这些参数自身产生了矛盾 这样 的矛盾称物理矛盾 例如 笔记本携带时应该小点 使用时应该大点 对笔记本的尺寸相反的要求就构成 了物理矛盾 本章研究物理矛盾及其解决方法 幻灯片 2 本章内容本章内容 1 物理矛盾的定义 2 解决物理矛盾的分离原理 3 分离原理与创新原理的综合运用 幻灯片 3 物理矛盾的定义 物理矛盾的定义 当一个技术系统中对同一个参数具有相互当一个技术系统中对同一个参数具有相互 排斥排斥 相反的或是不同的相反的或是不同的 需求时 所产生的需求时 所产生的 矛盾称为物理矛盾 矛盾称为物理矛盾 1 物理矛盾的定义物理矛盾的定义 对于技术系统的元素 物理矛盾有以下三种情况 第一种情况 这个元素是通用工程参数 不同的设计条件对它提出了完全相反的要求 例如 对于建 筑领域 墙体的设计应该有足够的厚度以使其坚固 同时墙体又要尽量薄以使建筑进程加快并且总重比较 轻 建筑结构的材料密度应接近零以使其轻便 同时材料密度也应该足够高以使其具有一定的承重能力 另外还有 温度既要高又要低 尺寸既要长又要短 材质既要软又要硬等等 第二种情况 这个元素是通用工程参数 不同的工况条件对它有着不同 并非完全相反 的要求 例如 灯泡的功率既要是25瓦 又要是100瓦 一个工件的形状 既要是直的 又要是弯的等等 第三种情况 这个元素是非工程参数 不同的工况条件对它有着不同的要求 例如 冰箱的门既要经 常打开 又要经常保持关闭 道路上既要有十字路口 又要没有十字路口 幻灯片 4 物理矛盾在技术系统中主要表现在以下几个方面 系统或关键子系统必须存在 又不能存在 系统或关键子系统必须存在 又不能存在 系统或关键子系统必须具有功能 系统或关键子系统必须具有功能 F 同时又必 同时又必 须具有与 须具有与 F 相反的功能 相反的功能 F 系统或关键子系统必须处于状态 系统或关键子系统必须处于状态 S 及与其相反及与其相反 的状态 的状态 S 系统或关键子系统不能随时间变化 又要随时间系统或关键子系统不能随时间变化 又要随时间 变化变化 1 物理矛盾的定义物理矛盾的定义 幻灯片 5 物理矛盾的类型 1 物理矛盾的定义物理矛盾的定义 根据参数的性质不同 物理矛盾可从几何 材料及能量 功能3个具体角度进行描述 幻灯片 6 1 物理矛盾的定义物理矛盾的定义 物理矛盾举例 物理矛盾举例 幻灯片 7 1 物理矛盾的定义物理矛盾的定义 物理矛盾举例 物理矛盾举例 幻灯片 8 冰箱的门既要经常打开 又要经常保持关闭 1 物理矛盾的定义物理矛盾的定义 物理矛盾举例 物理矛盾举例 幻灯片 9 分离原理分离原理 整体与部分的分离整体与部分的分离空间分离空间分离时间分离时间分离基于条件分离基于条件分离 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 相对于技术矛盾 物理矛盾是一种更尖锐的矛盾 也是更本质的矛盾 从哲学的角度看 物理矛盾的 矛盾双方是对立统一的关系 矛盾的双方存在于同一客体中 因此就必然不可避免地产生冲突 要解决物 理矛盾就要打破这种关系 通过将矛盾双方分离 破坏其统一关系 使其不再存在于同一客体中矛盾双方 也就不再存在对立关系了 此时物理矛盾就得到了解决 解决物理矛盾的分离原理有四个 空间分离原理 时间分离原理 基于条件的分离原理 整体与部分的分离原理 其中空间和时间分离可以解决70 的物理矛盾 幻灯片 10 空间分离原理 空间分离原理 空间分离原理是将矛盾双空间分离原理是将矛盾双 方在不同的空间分离 以降低解决问题的方在不同的空间分离 以降低解决问题的 难度 难度 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 利用空间分离原理解决物理矛盾的步骤为 1 定义物理矛盾 找到存在矛盾的参数 以及对该 参数的要求 2 定义空间 如果想实现技术系统的理想状态 上 面参数的不同要求应该在什么空间得以实现 3 判断第二步中寻找到的两个空间是否存在交叉 如果不存在交叉 则可以使用空间分离原理 如果 存在交叉 则需要尝试其他分离原理 使用空间分离原理 先确定矛盾的需求在整个空间中是否都在沿着某个方向变化 如果在空间的某一 处 矛盾的一方可以不按一个方向变化 则可以使用空间分离原理解决问题 也就是说 当系统或关键子 系统的矛盾双方在某一个空间只出现一方时 就可以进行空间分离 幻灯片 11 声纳 例如 轮船测量海底时 将声呐探测器安装在船上某一部位 而轮船上的各种干扰影响测量精度 如 将声呐探测器单独置于船后千米之外 用电缆连接 使声呐探测器和轮船内的各种干扰在空间上得以分离 可大大提高测试精度 幻灯片 12 时间分离原理 时间分离原理是将矛盾双时间分离原理 时间分离原理是将矛盾双 方在不同的时间段分离 以降低解决问题方在不同的时间段分离 以降低解决问题 的难度 的难度 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 利用时间分离原理解决物理矛盾的步骤为 1 定义物理矛盾 找到存在矛盾的参数 以及对该 参数的要求 2 定义时间 如果想实现技术系统的理想状态 上 面参数的不同要求应该在什么时间得以实现 3 判断第二步中寻找到的两个时间段是否存在交叉 如果不存在交叉 则可以使用时间分离原理 如果 存在交叉 则需要尝试其他分离原理 使用时间分离原理 先确定矛盾的需求在整个时间段上是否都在沿着某个方向变化 如果在时间段的 某一段 矛盾的一方可以不按一个方向变化 则可以使用时间分离原理解决问题 也就是说 当系统或关 键子系统的矛盾双方在某一个时间段中只出现一方时 就可以进行空间分离 幻灯片 13 例如飞机在起飞时 要求升力大 因此机翼面积 要加大 而正常航行时则相反 要求阻力小 理 想的方案是设计能调节机翼面积的活动机翼 以 适应在不同时间段飞行的不同要求 幻灯片 14 基于条件的分离原理 基于条件的分离原基于条件的分离原理 基于条件的分离原 理是将矛盾双方在不同的条件下分离 以理是将矛盾双方在不同的条件下分离 以 降低解决问题的难度 降低解决问题的难度 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 利用条件分离原理解决物理矛盾的步骤为 1 定义物理矛盾 找到存在矛盾的参数 以及对该 参数的要求 2 定义时间 空间 如果想实现技术系统的理想状态 上面参数的不同要求应该在什么时间 空间得以实现 3 判断第二步中寻找到的两个时间 空间是否存在交 叉 如果对参数的不同要求可按照某种条件实现分 离和切换 则尝试使用条件分离原理 如果存在交 叉 则需要尝试其他分离原理 使用条件分离原理 先确定在各种条件下矛盾的需求是否都在沿着某个方向变化 如果在某种条件下 矛盾的一方可以不按一个方向变化 则可以使用条件分离原理解决问题 也就是说 当系统或关键子系统 的矛盾双方在某一种条件下只出现一方时 就可以进行条件分离 幻灯片 15 例如 水射流可以当作软质物质 用于洗澡时按摩 也可以当作硬质物质 以高压 高速射流用于加工 或作为武器使用 这取决于射流的速度条件或射流 中有无其他物质 幻灯片 16 整体与部分的分离原理 整体与部分的分整体与部分的分离原理 整体与部分的分 离原理是将矛盾双方在不同的层次分离 离原理是将矛盾双方在不同的层次分离 以降低解决问题的难度 以降低解决问题的难度 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 利用系统级别分离原理解决物理矛盾的步骤为 1 定义物理矛盾 找到存在矛盾的参数 以及对该参数的 要求 2 定义时间 空间 如果想实现技术系统的理想状态 上面 参数的不同要求应该在什么时间 空间得以实现 3 判断第二步中寻找到的两个时间 空间是否存在交叉 如 果对参数的不同要求可按照不同的系统级别 系统 子系统 系统 超系统 实现分离 则尝试使用系统级别分离原理 如果存在交叉 则需要尝试其他分离原理 当矛盾双方在系统 子系统 超系统的层次只出现一方 而该方在其他层次不出现时 则可以进行系 统级别分离 幻灯片 17 标准空气过滤器含有一层多孔过滤材料 当气流通过过滤材料时 它的气孔可将灰尘颗粒吸附 如果孔的直径过小 尽管可以很好地将灰尘吸附 但会将过滤器早早地堵塞 如果孔的直径过大 虽 不能将过滤器早早地堵塞 但不能很好地将灰尘吸附 物理矛盾可简单地表述如下 过滤器材料的孔径应小些 同时 过滤器材料的孔径也应大些 解决方案 采用静电过滤器 幻灯片 18 静电过滤器工作原理 静电过滤器的滤芯是一组平板电极 在相邻的电极间有小的空气间隙 每个电极与其他的电极相绝缘 相互间隔的电极与高压直流电源的正负极相连接 要过滤的气流沿着电极表面通过间隙 电极间的静电场 使灰尘颗粒分子极化 并形成它们自己的电极 极化后的灰尘颗粒的分子使其正极与负电极的表面相吸 使其负极与正电极的表面相吸 从而 灰尘吸附在电极的表面而将其从空气中除去 静电过滤器电极间的空气通道将起到大直径孔的作用 灰尘堵塞通道会很慢 同时 静电场将起到小 直径孔的作用 静电场将拦住小的灰尘颗粒使其落在电极的表面上 幻灯片 19 解决不同市场需求 例如市场的需求有两种情况 一种是大众化的 量 大 面广的产品 要求生产线大批量的连续生产来 满足市场需求 这是主体 而个性化的消费正逐步 成为消费的潮流 这部分需求也要满足 采用零库 存 准时生产原理的柔性生产线能满足两种需求 如何实现矛盾双方的分离 是解决物理矛盾的关键 为了让同学容易理解物理矛盾的产生和解决过程 这里给同学举几个例子 幻灯片 20 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 土地爷的哲学 例1 土地爷的哲学 古时候的一个神话故事说 有一次土地爷外出 临行前嘱咐他的儿子替他在土地庙 当值 并且一 定要把前来祈祷者的话记下来 他走后 前前后后来了四个祈祷者 一位船夫祈祷赶快刮风 以便乘风 远航 一位果农祈祷别刮风 以避免把快成熟的果子给刮下来 一位种地的农民祈祷赶紧下雨 以免耽误 了播种的季节 一位商人祈祷千万别下雨 以便趁着好天气带着大量的货物赶路 这一下子可难住了土地 爷的儿子 他不知该怎么办才能满足这些人的彼此不同的要求 只好把所有祈祷者的话都原封不动地记了 下来 很快 土地爷回来了 看了儿子的记录 哈哈一笑说 别愁眉苦脸了 照我的办法做就是了 肯定 能满足他们各自的要求 土地爷提笔在上面批了四句话 刮风莫到果树园 刮到河边好行船 白天天晴 好走路 夜晚下雨润良田 如此一来 四个不同的祈祷者都如愿以偿 皆大欢喜 其实 土地爷的前两句话说的是风的 空间分离 后两句话说的是雨的 时间分离 幻灯片 21 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 伞的发明 例2 伞的发明 伞 再熟悉不过的晴雨用具 家家必备 人人都用 伞的发明 也与解决物理矛盾有关 鲁班是生活在2000多年前春秋末年时期的一位土木建筑工匠 他心灵手巧 发明了世界上第一把锯子 发明了亭子 发明了榫卯结构等 鲁班的妻子云氏也是一个才思敏捷的人 她看到鲁班长年在外做工 日晒雨淋 很是辛苦 受到了鲁 班发明亭子的启发 便想给鲁班做一个 活动的亭子 让鲁班能够随身带着 一旦太阳暴晒或阴雨来临 可以有个遮阳避雨的物件 可是 亭子虽然能遮阳避雨 但是体积太大了 不便于携带 如何让这个 活动的亭子 用的时候大 不用的时候小 经过长时间的摸索和尝试 云氏终于成功了 她把竹子劈成一根根细条 中间用一根竹棍当柄 将那 些细条聚合起来 捆扎在竹棍的一端 再在细条上蒙上牛皮 使之 收拢如棍 张开如盖 一个缩小了 的可以随身携带的 活动的亭子 伞 就这样被发明了出来 后来 人们在云氏伞的基础上又不断加 以改进 把牛皮换成丝绸 到宋代又用油纸代替丝绸 制成了油纸伞 收拢如棍 张开如盖 用空间分离的原理很好地解决了伞盖在 用的时候大 不用的时候小 的物理 矛盾 再到了现代 人们又把伞改进成了体积更小的折叠伞 幻灯片 22 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 一个欧洲鞋业公司遇到的难题 例4 一个欧洲鞋业公司遇到的难题 某欧洲鞋业公司生产一种知名品牌的运动靴 由于其运动靴的质量非常好 因此订货的主要客户都是 欧美比较大的运动超市 为了节约生产成本 这个欧洲鞋业公司把生产地点转移到了东南亚某个国家 在靴子的生产过程中 生产工艺和质量控制得非常严格 一切似乎都很顺利 但是没有过多久 问题出 现了 管理者很快发现少数当地工人有偷靴子的行为 管理者曾经多次公开警告 包括使用降薪 开除等 管理手段 但是始终难以奏效 因为这个牌子的运动靴太有名气了 对当地的某些 鞋迷 来说吸引力很 大 我们现在来分析一下这个欧洲鞋业公司遇到的问题 生产过程需要降低人工成本 因此需要让东南亚 国家的当地工人生产靴子 但是因为有当地工人偷靴子 所以又不能让当地工人生产靴子 在这里 在 既 要 又 不要 让当地工人生产靴子的矛盾出现了 这是一个典型的物理矛盾 解决这个矛盾的资源 实际上就在这双靴子的本身 你想到了解决方案了吗 在咨询了技术创新专家以后 最后这个欧洲鞋业公司选择了如下的生产方案 生产地点还是选择在东 南亚 但是 在某个国家生产左靴子 在另外一个国家生产右靴子 在第三个国家生产靴带子 对于生 产地点来说 应用的是空间分离原理 对于靴子来说 应用的是整体与部分的分离原理 从此以后 工 厂里丢靴子的现象基本上就杜绝了 同样地 在生产诸如枪械等军工产品的时候 也常常采用把枪栓 撞针等零部件异地生产的方法 以 避免在某一地枪支零部件丢失以后被窃贼组装成整枪的危险 幻灯片 23 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 为了建设城市交通路网 必须在道路上设置许多交叉的十字路口 设计十字路口遇到的问题让人感到 左右为难 道路应该有十字路口 以便让车辆驶向目的地 道路又不得有十字路口 以避免车辆相撞 那么 怎样设计十字路口才能兼顾两方面的需求呢 让我们看看如何利用四个分离原理来解决这个难题 幻灯片 24 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 1 运用空间分离解决十字路口问题 采用高架桥 深槽路和地下通道 消除十字路口 2 运用时间分离解决十字路口问题 使用红绿灯 让车辆分时通过 幻灯片 25 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 3 运用基于条件的分离解决十字路口问题 在十字路口中心使用转盘 四个方向的车流到达路口后 均进入转盘 形成减速和分流 其所遵循的 条件是 遇到该去的路口就右转弯 否则就逆时针绕着转盘行驶 幻灯片 26 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 4 运用整体与部分的分离解决十字路口问题 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 加大与另外一个方向的避让距离 幻灯片 27 如铅笔 既要写黑色 又要写红色 出现 了两头双色笔 同样还有双色 三头圆珠 笔等 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 空间分离原理举例空间分离原理举例 幻灯片 28 炮弹筒的设计炮弹筒的设计 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 空间分离原理举例空间分离原理举例 工作原理 利用炸药推动炮弹 石头 攻击敌人 对早期的炮弹筒进行改进 增大其威力 让它能推动更 大的石头 增大孔径 但导致炮弹射程变短 炸药爆炸所产生气体需要填充较大空间 造成气体压力减小 加上石头重量增加 致使炮弹的瞬时爆发速度降低 幻灯片 29 炮弹筒直径既要 希望大 又小 如何应用空间 分离原理解决 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 空间分离原理举例空间分离原理举例 幻灯片 30 将炮弹头装填炸药的地方直径变小 可 以获得较大力 保证速度 炮弹的通 道直径变大 可以装填直径较大的石 头 两个不同的空间满足了两个不同 的要求 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 空间分离原理举例空间分离原理举例 幻灯片 31 舰载机机翼的设计 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 对于舰载机的机翼来说 为了具有更好的承载能力 以提供更大的升力 我们希望他大一些 但是 为了在航空母舰有限的面积上多放些飞机 我们有希望他小一些 用时间分离原理 解决这一物理矛盾 在航空母舰上停放时 机翼 前翼 尾翼 可以折叠存放 而在飞行时 飞机机翼打开 幻灯片 32 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 幻灯片 33 2 解决物理矛盾的分离原理解决物理矛盾的分离原理 整体与部分分离 物理矛盾的两个要求在两个不同层次上得到满足 如自行车链条 铁链锁 在微观层面上是刚性的 可以实现特定的硬度 刚度要求 宏观层面上是柔 性的 可以实现软的要求 如形状的改变 幻灯片 34 折叠自行车 行走时体积较大 存放时希望体积要小 采用时间分离原理解决 幻灯片 35 3 分离原理与创新原理的综合运用分离原理与创新原理的综合运用 创新原理创新原理 物理矛盾物理矛盾 待解决问题待解决问题 最终最终 解决方案解决方案 分离原理分离原理 转化转化 应用应用 首先通过物理矛盾定义步骤 准确的描述出物理矛盾 然后利用4大分离原理恰当的解决问题 技术系统包含两类矛盾 技术矛盾 物理矛盾 研究发现他们可以相互转化 一般情况将技术矛盾 转化为物理矛盾更便于问题的解决 由于技术矛盾 物理矛盾可以相互转化 因此创新原理与分离原理之间必然存在一定的关系 找到这 种关系更有利物理矛盾的解决 现把这种关系提供给大家 幻灯片 36 空间分离原理 可以利用以下10个创新原理 来解决与空 间分离有关的物理矛盾 创新原理1 分割创新原理2 抽取 创新原理3 局部质量 创新原理4 增加不对称性 创新原理7 嵌套创新原理13 逆向思维 创新原理17 多维化 创新原理24 借助中介物 创新原理26 复制 创新原理30 柔性外壳或薄膜 3 分离原理与创新原理的综合运用分离原理与创新原理的综合运用 例如 在吃火锅的时候 有人喜欢吃辣的 有人不喜欢吃辣的 因此无法使用同一个火锅 解决问题 的办法可以使用 鸳鸯火锅 鸳鸯火锅就是使用了 创新原理1 分割 即在同一个火锅中把不同口味的 火锅汤做了空间分离 进一步分割的方式就是让每位食客各自使用一个小火锅 例如 教师讲课用的教鞭 在使用时希望它长 而在讲完课后又希望它短 能放到书包里带走 人们 使用了 创新原理7 嵌套 来比较好地解决了这个问题 让教鞭能够呈嵌套形状 自由伸缩 幻灯片 37 时间分离原理 可以利用以下12个创新原理 来解决与时 间分离有关的物理矛盾 创新原理9 预先反作用创新原理10 预先作用 创新原理11 事先防范创新原理15 动态特性 创新原理16 不足或过度的作用 创新原理18 机械振动创新原理19 周期性动作 创新原理20 有效作用的连续性 创新原理21 减少有害作用时间 创新原理29 气压与液压结构 创新原理34 抛弃与再生创新原理37 热膨胀 3 分离原理与创新原理的综合运用分离原理与创新原理的综合运用 例如 对于前面讲过的鲁班的妻子云氏发明伞的例子 现代人感到伞虽然 收拢如棍 但是伞收拢 以后还是有点儿长 能否把伞再收缩得更小一些 于是 人们利用了 创新原理7 嵌套 创新原理15 动 态特性 又把伞改进成了体积更小的折叠伞 进一步体现了 用时大 不用时小 的要求 例如 自行车在使用的时候体积要足够大 以便载人骑乘 在停放或携带其乘坐其他公共交通工具的 时候体积要小 以便不占用空间 于是 人们利用了 创新原理15 动态特性 解决方案就是采用单铰接 或者多铰接车身结构 让刚性的车身变得可以折叠 形成了当前比较流行的 折叠自行车 幻灯片 38 基于条件的分离原理 可以利用以下13个创新原理 来解决与基 于条件的分离有关的物理矛盾 创新原理1 分割创新原理5 组合 创新原理6 多用性创新原理7 嵌套 创新原理8 重量补偿 创新原理13 反向思维 创新原理14 曲面化创新原理22 变害为利 创新原理24 反馈创新原理25 自服务 创新原理27 廉价替代品 创新原理33 同质性 创新原理35 物理或化学参数改变 3 分离原理与创新原理的综合运用分离原理与创新原理的综合运用 例如 船在水中高速航行