triz物场分析与76个标准解.ppt

1 物场分析与76个标准解 曾富洪 2 问题模型 具体问题解 具体问题 标准问题 TRIZ的解题模式 解决方案模型 标准解法 TRIZ工具 归纳定义 应用验证 3 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合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 4 物场建模的目的 物场建模为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 基本物理场 重力场 电磁场 强作用场 弱作用场其他的相互作用 机械场 热场 化学场 电场 磁场 电磁场 放射场 生物场 嗅觉场 声场 5 最基本的物场模型 Su Fmodel 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 最基本的物场模型 最基本的测量物场模型 6 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表示输入场 有关联的作用 有效不充分作用 定向有效作用 有害作用 最基本的物场模型 Su Fmodel 7 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 8 构造物质 场模型通常遵循下图所示的工作流程 即1 识别元件 定义模型中的三个要素 2 构建模型 3 从76个标准解中选择合适的解作为解决方案 4 进一步发展解 以达到系统的有效和完善 5 实现具体解 6 探求另外可行解 8 物场模型工作流程 9 发明问题76个标准解系统的分级 10 组成第一级标准解系统的分系统 第一级基本物场模型的标准解1 1构建完整的物场模型1 2消除或中和有害作用 构建完善的物场模型 11 组成分系统1 1的子系统 1 1构建完整的物场模型1 1 1由不完整的向完整的物场模型转换1 1 2在物质内部引入附加物 建立内部合成的物场模型1 1 3在物质外部引入附加物 建立外部合成的物场模型1 1 4利用环境资源作为物质内部或外部的附加物 建立与环境一起的物场模型1 1 5引入由改变环境而产生的附加物 建立与环境和附加物一起的物场模型1 1 6对物质作用的最小模式1 1 7对物质作用的最大模式1 1 8对物质作用的选择性最大模式 分别向最大和最小作用场区域选择性引入附加物 12 1 1 1由不完整的向完整的物场模型转换 通过引入缺失的场或物质来建立完整的物场模型 13 不完整 有效完整的物场模型 缺少工具和力 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 钉子 锤子 机械力 14 1 1 2在物质内部引入附加物 建立内部合成的物场模型 从形式上看 3个元素都齐全 是一个完整的物场模型 但不能表现为一个工作着的物场模型 且系统内部对引入物质没有限制 引入的添加物质对现有的系统也不会产生大的变化时 则可在系统物质中引入附加物 构建物质内部合成的物场模型 该添加物也可以是系统物质的变异 作用不充分 作用力不充分 15 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 16 实例 利用抗凝血剂防止血液凝固 17 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 18 1 1 3在物质外部引入附加物 建立外部复合的物场模型 如果系统不能改变 实施内部合成受阻 则在两个物质S1 或S2的外部引入附加物S3来达到增强效应的目的 S3 S3 S1引入附加物 S2引入附加物 19 实例 路标的涂层 实例1 1 3 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 20 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 压缩机 21 1 1 4利用环境资源作为物质内部或外部的附加物 建立与环境一起的物场模型 在基本物场模型已经形成的基础上 如果系统难以满足要求的变化 且限制将物质引入系统内部或外部 则可以将环境中的物质作为附加物引入 形成与环境一起的物场模型 SES1 S2SE 22 实例 潜水艇下水深度的调整 实例1 1 4 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 23 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 24 1 1 5引入由改变环境而产生的附加物 建立与环境和附加物一起的物场模型 在基本物场模型已经形成的基础上 如果系统难以满足要求的变化 且限制附加物引入系统内部或外部 对引入环境虽然没有限制 但原有环境或原环境中的物质不能满足需求时 则可通过改变或分解环境来获得所需的附加物Sed引入系统 建立与环境和附加物一起的物场模型 S2Sed SedS1 25 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 26 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 SedS1 27 1 1 6对物质作用的最小模式 如果希望获得最小作用 但现有条件很难或无法保障做到 就先应用最大模式 最大作用场或最大物质 作为过渡形式 随后再设法将过量消除 以使最终达到对物质的最小作用 其中过量的场用物质来去除 过量的物质用场 通过引入能生成场的物质 来去除 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 F S2 F 28 实例 磁发电机导体陶瓷板上塗强磁性导电材料 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 F 陶瓷板 机械场 29 实例 洗完衣服后的甩干 实例1 1 6 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氺份去除 洗衣机 S2 S1 30 1 1 7对物质作用的最大模式 如果系统要求获得最大的作用 但这对系统物质S1会产生伤害时 引入保护性附加物S2让最大作用首先直接作用在与原物质相连接的附加物S2上 然后再到达需免受伤害的物质S1上 S1 31 实例 焊接工人的面罩 实例1 1 6 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 S2 S1 Fmax 32 1 1 8对物质作用的选择性最大模式 当在系统中某些区域需要使用最大作用场 并在该系统的另外某些区域同时需要使用最小作用场时 可以根据使用的作用场区域究竟是最大还是最小 参照1 1 6和1 1 7分别引入附加物 当最大作用情况下 将一种保护性物质引入到要求最小作用的所在区域 当最小作用情况下 将一种可以产生局部场的物质引入到要求最大作用的所在区域 33 实例 注射液玻璃瓶的封口工艺 在选定区域最大模式 在另一个区域最小模式 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 S1 Fmax 34 组成分系统1 2的子系统 1 2消除或中和有害作用 构建完善的物场模型1 2 1在系统的两个物质之间引入外部现成的物质1 2 2引入系统中现有物质的变异物1 2 3引入第2种物质1 2 4引入场1 2 5切断磁影响 35 1 2 1在系统的两个物质之间引入外部现成的物质 当在物场模型中存在有用和有害的作用 且它们的2个物质之间可以不紧密相邻的 则可将外部现成的附加物 引入在系统的两个物质之间 以避免2个物质之间的直接接触来消除它们间的有害作用 该附加物可以是临时的 也可以是永久的 S3 S3 36 在微电路中 用直径0 2微米的铜导线来替换0 35微米宽的铝导线 腾出的空间可以在芯片上增加三倍的电组元 提高运行速度 节约用电 铜导线对系统有效作用 但由于铜原子会向硅中扩散 铜导线对硅基有害作用 从而会恶化了整个系统 在硅和铜导线之间增加隔离夹层 消除了铜导线与硅的有害效应 实例 微芯片的铜导线 37 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 橡皮圈 38 实例 保护铆钉 引入现成物质S3 锤子 铆钉 冲击力 垫木 39 实例 茶壶托盘 茶壶 托盘 手 40 1 2 2引入系统中现有物质的变异物 当在物场模型中存在有用和有害的作用 且在它们的2个物质之间不要求紧密相邻 但限制从外部引入新物质时 引入通过修正系统形成的系统物质变异物来消除2个物质间的有害作用 41 实例 炼铜厂的冶炼浴槽 矿石的熔点是1200oC 因此 密封浴槽内的温度必须维持在1300oC 浴槽壁是用铜制成的 铜的熔点是1083oC 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 在 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 42 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 43 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 矿物棉 44 1 2 3引入第2物质 为了消除一个场对物质的有害作用 引入第2种物质来排除有害作用 S2 F S1 45 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 S1 消音墙 46 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 电场 人员 接地装置 47 1 2 4引入场 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 通过建立双物场模型 其中场F1是用来实现有用作用 场F2是用来中和有害作用或将有害作用转化为另一个有用功能 S1 F2 48 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 49 1 2 5切断磁影响 如果系统中存在着有害作用的磁性 采用退磁的方法 加热磁性物质到居里温度以上 或引入另一相反的磁场 来给予消除其系统中存在着的有害磁性 50 实例 起重机的应用 用电磁吸盘的起重机运输铁质材料时 所需的能量直接与运输的距离和时间有关 为了减少所需的能量 可以通过永久磁铁来抓举货物 在释放货物时 只要通过激活一相反电场 产生所需要的负相位磁场 以抵消永久磁铁产生的磁场 从而使货物被释放 在突然停电的情况下 货物也不会掉下 非常安全 通电后产生负相位磁场 F magnetic 铁料 永久磁铁吸盘 磁场 51 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 焊接件 粉末焊剂 加热到居里点600C 52 组成第二级标准解系统的分系统 第二级增强物场模型的标准解2 1向复合物场模型转换2 2增强物场模型2 3利用频率协调增强物场模型2 4引入磁性附加物增强物场模型 53 组成分系统2 1的子系统 2 1向复合物场模型转换2 1 1向串联式复合物场模型转换2 1 2向并联式复合物场模型转换 54 2 1 1向串联式复合物场模型转换 将物场模型中的一个物质元素转换为一个独立控制的完整物场模型 向串联式复合物场模型转换 S 2 55 实例 让带有衬垫紧固件中的楔子轻而易举地拔出 引入易熔合金衬垫S3和热场F2形成链式物场模型 楔形系统由楔子和间隔的衬垫组成 为了容易拔出楔子 衬垫由2部分组成 其中的一部分是低熔点合金 衬垫经加热后 易熔合金衬垫熔化 楔子就能轻而易举地被拔出 56 实例 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 57 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 在防护服的外表面附设一个袋子 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10 16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 降温防护服 冷场 58 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10 16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 降温防护服 可融化材料 会融化材料 隔热袋子 隔热袋子 袋内侧 袋内侧 会融化材料已渐渐融化 59 实例 宇航员的手套 实例2 1 1 2 将手套做成夹层式结构 既要有保暖性又要保证戴上手套后操作的柔软性 为了使手套具有良好的保暖性 手套内层带有 加热装置 加热装置 热场 带加热装置的手套 60 2 1 2向并联式复合物场模型转换 如果需要强化一个难以控制的物场模型 而且禁止替换元素 则可以通过引入第2个易控制的场来建立一个并联式复合物场模型 S2 S1 F2 F1 61 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 62 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 S2 S1 F2 F1 63 组成分系统2 2的子系统 2 2增强物场模型2 2 1利用更易控制的场替代2 2 2加大对工具物质的分割程度来达到微观控制转换2 2 3利用毛细管和多孔结构的物质2 2 4提高物质的动态性2 2 5构造场2 2 6构造物质 64 2 2 1利用更易控制的场替代 如果物场系统的效率不足 其工作场无法控制或者难以控制 那么 就要用可充分控制的场替代不可控制或难以控制场 来获得增强功能效应 选择易控制场的进化路径 机械场 重力场 电场或磁场 辐射场 65 实例 内燃机进出气伐的控制 实例2 2 1 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 66 实例 控制药物在病人血液中的流动方向 为了控制药物在病人血液中的流动方向 使药物能准确发挥效力 可在病人身上安装一个传感器 根据来自传感器的反馈信息来控制药物的流向 电场等 定点供药 人体病灶部位 药物 67 2 2 2加大对工具物质的分割程度来达到微观控制转换 通过加大对工具物质S2的分割程度来达到微观控制 以此来获得增强系统功能效应 68 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 69 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 海绵坐垫 人体 硬坐垫 压力 70 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 物体 不规则固体表面 充满液体袋子表面 压力 71 实例 增强钢筋混凝土结构能力 实例2 2 2 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 混凝土 粗钢筋 一束钢丝 抗压力 72 2 2 3利用毛细管和多孔结构的物质 改变物质结构 使成为具有毛细管或多孔的物质 并让气体或液体通过这些毛细管或多孔的物质 以此来获得系统功能效应的加强 从固体物转化到毛细管和多孔物质的路径 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 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 73 2 2 4提高物质的动态性 对于效率低下的系统 其物质是具有刚性的 永久和非弹性的 可提高提高动态化的程度 向更加灵活和更加快速可变的系统结构进化 来改善其效率 动态性进化的路径 74 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 在飞行过程中 发动机旋转至垂直状态 而在起降时 处于水平状态 致使保持飞行员拥有观察和控制飞机的正常条件 2 2 4提高物质的动态性 75 2 2 5构造场 利用异质的或可调的有组织结构的场代替同质的或非组织结构的场来增强物场模型 76 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 超声波 无组织场 集中区域超声波 可调节立体结构场 77 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 异质场 78 2 2 6构造物质 利用异质的或有组织结构的物质替代同质的或无序结构的物质 以此提高系统的功能效应 同质 异质 79 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 确保有一定的圆度是橡胶球制造工艺的重要指标 直接用单一橡胶硫化是很难达到要求的 制造时采用多质材料 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 硫化剂 80 组成分系统2 3的子系统 2 3利用频率协调增强物场模型2 3 1匹配组成物场模型中的场与物质元素的节奏 或故意不匹配 2 3 2匹配组成复合物场模型中的场与场元素的节奏 或故意不匹配 2 3 3利用周期性作用 81 2 3 1匹配组成物场模型中的场与物质元素的节奏 或故意不匹配 利用原基本物场模型中的场与物质固有频率的协调来达到增强物场模型 倘若固有频率协调产生了有害作用时 设置一个对应于有害振动源相反方向的振动源物质 用以消除产生有害的相互作用 82 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 频率 fo结石 同样 当人在沐浴时 依据人身上安装的传感器反馈来的心跳信号来产生对浴液的压推力 对人体进行按摩 能调整振动频率的超声波碎石机 83 实例 钓鱼 用飞线钓鱼时 要求来回移动钓鱼杆 目的就是为了让钓鱼竿的运动频率和线的频率一致 使得钓鱼线在钓鱼竿运动的作用下产生共振 从而增强钓鱼线的运动 84 应用固有频率不同的密封圈 实例 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 85 2 3 2匹配组成复合物场模型中的场与场元素的节奏 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 F1 fo F2 fo 86 实例 分选磁矿石 实例2 3 2 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 强磁混合物 磁场 频率fo振动场 与振动频率匹配的磁场 87 2 3 3利用周期性作用 如果在系统中 需要完成2个互不相容或2个独立的功能时 为了使达到协调 利用周期性作用 周而复始地利用在完成其中一个功能的间隙来实施并完成另一个功能 88 实例 接触式点焊机 实例 接触式点焊机的自动热循环控制是基于测量热电动势来完成的 为改进高频脉冲焊接中的控制精度 在焊接电流的2个脉冲之间完成热电动势的测量 脉冲时进行焊接 脉冲间歇时进行测量 89 组成分系统2 4的子系统 2 4引入磁性附加物增强物场模型2 4 1引入固体铁磁物质 建立原铁磁场模型2 4 2引入铁磁颗粒 建立铁磁场模型2 4 3引入磁性液体2 4 4在铁磁场模型中应用毛细管 或多孔 结构物质2 4 5建立合成的铁磁场模型2 4 6建立建立与环境一起的铁磁场模型2 4 7利用自然现象或物理效应2 4 8提高铁磁场模型的动态性2 4 9构造场2 4 10在铁磁场模型中匹配节奏2 4 11引入电流 建立电磁场模型2 4 12利用电流变流体 90 2 4 1引入固体铁磁物质 建立原铁磁场模型 原铁磁场模型为物 场模型和铁磁场模型的中间步骤 在物场模型中引入固体铁磁物质 构建原铁磁场模型来增强两个物质间的有效作用和可控性 91 实例 安装地下排水管 安装地下排水系统时 用磁化的铁磁物质作为排水管的端头填充料 可避免水管产生错接 端头带磁铁的接管 92 实例 用磁铁代替图钉张贴海报 实例2 4 1 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 图钉 S1 93 2 4 2引入铁磁颗粒 建立铁磁场模型 应用铁磁颗粒 构建铁磁场模型来替代物场模型 或预铁场模型 以获得用一易控场 或增加一易控场 来代替可控性差的场 从而达到提高系统的可控性 碎片 颗粒 细颗粒等都可视为铁磁颗粒 铁磁颗粒磨碎程度越高 其可控性就越大 94 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 95 2 4 3引入磁性液体 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磁性液体是一种含有铁磁颗粒的胶状溶液 是铁磁粒子在汽油 硅酮或者水中的胶状悬浮液 或者是铁磁粒子以化学方式与聚合物成分结合的胶状悬浮液 使用磁性液体构建强化的铁磁场模型是 2 4 2标准解法进化的终极状态 96 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 97 2 4 4在铁磁场模型中应用毛细管 或多孔 结构物质 如果已经存在着铁磁场 但其效率不足 可将固体结构的物质改为用毛细管或多孔结构或毛细管与多孔一体结构的物质 98 实例 毛细管多孔一体过滤器 实例2 4 4 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 但是多孔结构过滤器 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 99 2 4 5建立合成的铁磁场模型 当非磁性物场模型中的物质内部禁止引入铁磁颗粒时 可以利用非磁性物质的空腔或外部 如涂层 引入具有临时性的或永久性的磁性附加物 构建内部的或外部合成的铁磁场模型 以此来获得提高系统的功能性和可控性 100 实例 电磁铁移动带空腔的非磁性部件 实例2 4 5 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 非磁性部件空腔 101 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 磁铁 102 应用实例 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 103 2 4 6建立与环境一起的铁磁场模型 当禁止使用铁磁颗粒引入物质 又禁止在物质内部或外部引入磁性附加物时 则可将铁磁粒子 磁性液体 引入环境 通过改变环境的磁场 来实现系统的有效作用及其可控性 104 实例 机械振荡可通过在磁场间移动一个金属的 无铁磁性的元件来进行衰减 为减少衰减时间 在磁极和金属元件的间隙中充满磁性液体 磁场的牵引力可根据需要进行调整 磁性液体 磁极和金属元件的缝隙 环境 振荡器 2 4 6建立与环境一起的铁磁场模型 105 2 4 7利用自然现象或物理效应 利用某些自然现象或物理效应来获得增强铁磁场模型的效应及其可控性 可以利用的效应包含物理效应 化学效应和几何效应三大类 物理效应和化学效应是通过改变作用区域的元素 使系统出现新的功能能和特征 几何效应只是改变系统的形状或相对位置 其物理或化学的属性没有改变 是解决最简单的矛盾的方法 实例 为提高高磁放大器测量灵敏性 放大器的磁心是加热的 为降低磁干扰 利用霍普金斯效应磁心的绝对温度保持在居里点的0 93 0 99 106 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 107 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 另一个电极搭在束缚葡萄藤上 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 108 2 4 8提高铁磁场模型的动态性 在铁磁场模型中通过提高动态化的程度 将物质结构转化为动态的 可变的 或能自我调节的铁磁场模型 以此来获得增强系统的适应性和可控性 109 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 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 110 2 4 9构造场 使用异质的或结构化的铁磁场代替同质的无组织结构的铁磁场获得增强铁磁场模型 结构化铁磁场 异质结构化铁磁场 111 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 铁磁场 112 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 113 2 4 10在铁磁场模型中匹配节奏 通过匹配组成铁磁场模型中的场与物质元素的频率来获得增强原铁磁场模型或铁磁场模型 114 实例 提高磁性混合物分离效率 实例2 4 10 频率为fo的分离物 与分离物频率匹配的振动 115 实例 提高磁性混合物分离效率 实例2 4 10 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 频率为fo的分离物 与分离物振动频率反向匹配的磁场 116 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 电磁炉 含水的食品 水分子振动频率fo 共振磁场 117 2 4 11引入电流 建立电磁场模型 如果在存在着的基本物场模型或复合物场模型中 通过对组成系统的物质或环境中引入铁磁物质或磁场 显然可以大大提供系统的功能效应和可控性 但是 当禁止引入铁磁粒子或不易将一个物体进行磁化时 可引入电流 由此来产生电磁场 S2 电流 118 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 2 4 11引入电流 建立电磁场模型 119 2 4 12利用电流变流体 在汽油 硅酮或者水等的流体中 需要引入磁性物质 但禁止引入铁磁粒子的场合 可以引入电流来替代 通过引入电流的大小来改变电场 从而可以获得所需要的电磁场 利用改变电场来控制电流变流体的速度和控制液体粘度 实例 电流变流体轴承实例 电流变流体被用作阻尼器 电流体 120 组成第三级标准解系统的分系统 第三级向双 多级系统或微观级系统转换组成第三级标准解系统的分系统3 1向双系统或多系统转换3 2向微观级系统转换向双系统或多系统进化就是将两个或多个相同的或不同的系统组合 或集成 为一个系统 以使在原有基础上 增加系统的功能和提高系统的功能效率 最简单的进化模式是组合2个或多个物质 S1或S2 建立一个双物质或多物质的物场模型 以此获得增强系统功能和特性 121 组成3 1分系统的子系统 3 1向双系统或多系统转换3 1 1系统转换1a 利用组合 创建双 多级系统3 1 2改进双或多级系统间的链接3 1 3系统转换1b 加大系统元素间的特性差异3 1 4简化双或多级系统3 1 5系统转换1c 使系统的部分与整体具有相反的特性 122 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 123 由单系统向多系统的进化趋势 124 实例 手机的进化 125 实例 电源插座的进化 126 3 1 1系统转换1a 利用组合 创建双 多级系统 将两个或多个系统组合起来 保持各自的功能 使整体系统的功能获得了增强 S2n F S1n 人员 一张椅子 n张椅子组合 n个人员 127 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 128 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 一片薄玻璃 加工设备 一扎薄玻璃 机械场 129 3 1 2改进双或多级系统间的链接 经组合 或集成 后形成的双级系统和多级系统 如果出现缺失或者不足 难以控制或无法控制 可根据 协调法则 增加柔性 移动性和可控性 通过改进双 多系统间的链接来获得增强系统的可控性 双 多系统间的链接方法有刚性链接和柔性链接两种 刚性链接实例 当众多人在移动和安装沉重的东西时 为了使他们能够做到同步 将多位安装工的手设法用刚性装置连接起来柔性链接实例 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 130 实例 多路电气线路板的安装 实例3 1 2 多路电气线路板的安装用多系统替代单一系统 将单一系统的一组导线改编成线束 导线的线束占据了最小的空间 大大提高系统的可操作性 并可为各个电气线路的维修提供了方便 131 3 1 3系统转换1b 加大系统元素间的特性差异 基于 向较高级系统跃迁的法则 通过加大元素功能特性差异 然后再进行组合 以此来获得双级系统和多级系统效率的增强 系统转换1b的路径 相同元素的组合 改变了特性的不同元素的组合 相反元素的组合 相反元素的组合是系统转换的终极状态 它意味着系统的变化由技术矛盾向物理矛盾的转换 因此 一旦能完成相反元素的组合 正预示着新一轮的创新产品的诞生 改变了特性的不同元素的组合实例 复印机 彩色复印机 带扫描 复印 传真 打印等多功能复印机 132 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 133 实例 扩大热处理炉的使用功能 实例3 1 3 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 如果給每台炉子首先以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 134 实例 常开和常闭触点并存的继电器 实例3 1 3 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 135 3 1 4简化双或多级系统 对双 多系统进行收缩简化 反映了对系统实施向 增加理想度法则 进化 双 多系统进行收缩的路径 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 多系统的收缩 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 136 实例 瑞士多功能刀 实例3 1 1 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 刀具外壳 137 3 1 5系统转换1c 使系统的部分与整体具有相反的特性 分解系统整体与部分间的矛盾特性 使系统在2个水平上获得应用 整体系统具有特性A的同时 各部分系统则具有相反的特性 A 以此来加强双 多系统的功能性 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 138 3 2 向微观级系统转换 将系统中的物质用能在原子 分子 粒子等各种场的作用下实现功能的物质来替代 以实现系统从宏观向微观系统的进化 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 A C 275751用不同热膨胀系数材料制成定子和转子的可控泵 可以通过温度变化做到准确控制代替了传统笨重低效机械装置实例 A C 339397锯条的前沿两边 使用磁性高密度材料制成 运用可调节的电磁场振动锯条 以此可以大幅度提高切断圆木的效率 实例 在玻璃生产线中 传递玻璃板的滚轮 改用被熔化的锡液所替代 确保传递中的玻璃板的平整度 139 实例 计算机 打印机和声乐工业的发展 计算机是发展 从真空管到单个晶体管 到原始合成电路 再到大规模集成电路 如今已发展到第9代芯片 整个系统已经发生了彻底的变化 打印机的发展 从9点矩阵到24点矩阵的针式打印 到100点 英寸 dpi 的喷墨打印 再到1200点 英寸 dpi 的激光打印 以致高精度的商用打印机 声乐工业的发展 开槽的蜡留声机被有更细开槽的密纹唱机 LP 替代 后来又被光学记号的光盘 CD 替代 如今又被有数字传输的MP3替代 声音的清晰度与开槽尺寸已经毫无关系了 140 实例 微型电磁阀 实例3 2 1 当电流通过微型电磁阀的绕组时 在电磁场的作用下 阀片被提升打开 当切断电流时 在弹簧力的作用下 使阀片下落关闭 这种类型的微电磁阀价格昂贵 特别是极小型绕组 制造困难 导致使用时易出故障 不太可靠 用形状记忆合金制作的板代替电磁铁绕组 并将记忆合金板固定在阀片上 当电流通过时 在温度场的作用下 合金板被伸长 阀片被打开 当切断电流时 温度降低导致合金板被收缩 带动阀片被关闭返回原处 141 第四级测量与检测的标准解 4 1利用间接的方法4 2构建基本完整的和复合的测量物场模型4 3增强测量物场模型4 4向铁磁场测量模型转换4 5测量系统的进化方向 142 完整的测量包括内容 测量的对象 被测值表现出物质的特性或状态 测量单位 选用单位校准的测量工具 测量方法 接收测量结果的观察器或记录器 最后测量结果 143 组成分系统4 1的子系统 4 1利用间接的方法4 1 1以系统的变化来替代检测或测量4 1 2利用被测对象的复制品4 1 3利用2次检测来替代 144 4 1 1以系统的变化来替代检测或测量 通过改变系统的方法来代替检测或测量 使检测或测量不再需要 实例 用电磁感应对金属零件进行热处理 在感应器和零件间的空间注满化学盐时 由于盐的熔化温度就等于进行热处理所需要的温度 因此 在热处理过程中 对温度的测量已不再需要 实例 加热系统的自动控制加热系统的自动控制是通过运用热电偶或双金属片作为自动转换开关来实现的 当温度低于给定温度时 热电偶是接通的 当温度高于给定温度时 热电偶就会自动断开 系统就可以保持在给定的温度下 实例 计量客户天然气用量天然气过户系统要求精确传递仪表计量的气体 它不是靠测量天然气的体积 而是利用节流孔板限制流动的最大动压来完成测量的 145 实例 有机混合物分离过程的测量方案 如果采用电加热或其它方法 有机混合物温度的测量系统是必不可少的 但是 如果在分馏器外加一个水套 让水套内的水保持在沸腾状态 此时 原测量系统就可以省去 传统方法 采用电加热系统 结合温度传感器来控制有机化合物的温度 系统要求 为了使分馏器正常的工作 必须保持分馏器内有机溶剂化合物的温度控制在要求的95 100 范围内 146 带夹套的分馏器内沸腾的水 恒定的温度场 输入的温度场 输出的温度场 实例 有机混合物分离过程的测量方案 147 4 1 2利用被测对象的复制品 采用测量被测对象的复制品 图片或图像来替代对被测对象本身的直接测量 对难于测量的物体如软物体或具有不规则表面的物体 通常较多使用这种测量方法 实例 A C 241077测量壳体的变形在壳体变形前后 分别制作模型 测量两模型间的差异 148 实例 测量正在运行的货车上的圆木