TRIZ创新理论阿奇舒勒矛盾矩阵ppt课件.ppt

TRIZ 萃智 理论 阿奇疏勒矛盾矩阵创新操作方法 2012 7 1 物理矛盾与技术矛盾的解决原理 1 矛盾的概念及分类2 物理矛盾及其解决原理3 技术矛盾及其解决原理4 矛盾矩阵及其应用4 1矛盾矩阵的构造4 2矛盾矩阵的应用4 3技术矛盾解决方法实际应用举例5 TRIZ法技术矛盾和物理矛盾解的基本思路6 40条发明创新原理的使用窍门 2 1 矛盾的概念及其分类 矛盾普遍存在于各种产品或技术系统中 技术系统进化过程就是不断解决系统所存在矛盾的过程 矛盾的类型 3 2 物理矛盾及其解决原理 所谓物理矛盾是指为了实现某种功能 一个子系统或元件应具有某种特性 但该特性出现的同时会产生与此相反的不利或有害的后果 物理矛盾一般来说有两种表现 一是系统中有害性能降低的同时导致该系统中有用性能的降低 二是系统中有用性能增强的同时导致该系统中有害性能的增强 4 常见的物理矛盾 5 物理矛盾的解决方法 4种表示法 1 空间分离 将矛盾双方分离在不同的空间 以降低解决问题的难度 当系统矛盾双方在某一空间只出现一方时 空间分离是可能的 举例 测量海底时 将声纳探测器与船体空间分离 用以防止干扰 提高测试精度 又如在快车道上方建立人行天桥 车流和人流各行其道 实现空间的分离 6 物理矛盾的解决方法 4种表示法 2 时间分离 将矛盾双方分离在不同的时间 以降低解决问题的难度 当系统矛盾双方在某一时间只出现一方时 时间分离是可能的 举例 将飞机机翼设计成可调的活动机翼 以适应在飞行中各个时间段的不同要求 又如为了解决用电高峰期电能紧缺的矛盾 进行时间分离 用电低峰时降低电价 鼓励人们低峰时间用电 7 物理矛盾的解决方法 4种表示法 3 条件分离 将矛盾双方在不同的条件下分离 以降低解决问题的难度 当系统矛盾双方在某一条件性下只出现一方时 条件分离是可能的 举例 电子设计中的管脚复用 8 物理矛盾的解决方法 4种表示法 4 整体与部分分离 将矛盾双方在不同的层次分离 以降低解决问题的难度 当系统矛盾双方在系统层次只出现一方时 整体与部分分离是可能的 举例 采用柔性生产线 以满足大众化和个性化市场需求的不同要求 9 物理矛盾的解决方法 11种表示法 10 物理矛盾的解决方法 11种表示法续 11 物理矛盾的类型 1 矛盾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 2 矛盾元素是通用工程参数 不同的工况条件对它有着不同的要求 例如 某个装置要实现温度达到100 又要实现温度达到200 灯泡的功率既要是25W 又要是100W 3 矛盾元素是非工程参数 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 歌咏比赛的奖项既要设立得多 又要设立得少等 12 例1 土地爷的哲学 这是古时候的一个神话故事 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 一位果农祈祷别刮风 避免把快成熟的果子给刮下来 一位船夫祈祷赶快刮风 以便乘风远航 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 一个种地的农民祈祷赶紧下雨 以免耽误播种的季节 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们的彼此不同的要求 只好把所有祈祷者的话都原封不动地记了下来 13 土地爷的办法 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 果园农夫 刮风河边好行船 船夫 白天天晴好走路 商人 夜晚下雨润良田 种田农夫 如此一来 四个不同的祈祷都如愿以偿 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 14 例2 燃灶燃气控制 分析问题 燃具工作时燃气的输入大小希望可控 从而减少能源的浪费 当加热锅时 应加大燃气输入量 当锅是空的或锅不在位置时 应仅输入少量燃气 起保温或保持炉火燃烧的功能 物理矛盾提取 根据条件的不同 希望燃气输入可大可小 构成物理矛盾 15 燃灶燃气输入控制方法 使用分离原理中的条件分离原理来解决 1 当锅被取走或锅内食物较轻时 移动杆受弹簧推力向上移动 移动杆上的控制孔与输气管道上的孔几乎封合 燃气输入会变小 2 当锅内装有食物放在此燃具上时 移动杆受锅的重力下移量增加 控制孔与主管上的孔口相连部分变大 输气量也随之变大 16 例3 管理问题 矛盾表达 工程技术人员需要单独工作 便于静心思考提高工作效率 同时需要他们一起工作 便于交流想法 互相学习和促进 构成物理矛盾 1 时间分离1 咖啡间歇平时各人单独工作 每天上下午有咖啡间歇 大家休息和交流 2 弹性工作制每人每天工作8小时 不限时间段 但每天下午必须上班 保证见面和交流时间 17 例3 管理问题 3 空间分离设置小办公室和大会议室 或者大办公室中设置挡板隔成相对单独的办公空间 4 基于条件的分离小型家庭办公如soho 大家在网络上沟通并随时上交工作结果 定期到公司交流与接收新任务 5 整体与部分分离领导使用单独办公室 一般职员集体办公 18 18 物理矛盾与技术矛盾的联系 物理矛盾和技术矛盾是可以彼此转换的 通常来说 许多技术矛盾 经过分解和细化 最终都转化成为物理矛盾 4个分离原理与40条发明创新原理的对应 19 3 技术矛盾及其解决原理 技术矛盾表现为 在一个子系统中引入一种有用功能后 会导致另一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 一种有害功能会导致另一子系统有用功能的削弱 有用功能的加强或有害功能的削弱使另一子系统或系统变得复杂 20 39个工程参数与40个发明原理 TRIZ法通过对百万件专利的详细研究 提出用39个通用工程参数来描述技术矛盾 在实际应用时 首先要把组成矛盾双方的性能用该39个通用工程参数来表示 这样就将实际工程技术中的矛盾转化为一般的标准的技术矛盾 TRIZ法研究人员在对全世界专利进行分析研究的基础上 提出了40条解决技术矛盾的发明创新原理 这两表是解决技术矛盾的关键 但由于篇幅的原故在此不详列 21 4 矛盾矩阵及其应用 TRIZ法解决问题流程大致分为四步 1 对待解决的实际问题作详尽的分析并提取存在的矛盾 2 将该矛盾转化为TRIZ法中的某种通用问题模型 3 利用TRIZ法工具得到TRIZ法提供的通用形式的解 4 把TRIZ解具体化为针对该实际问题的具体解 22 矛盾矩阵是用39个通用工程特征参数组成的39 39正方矩阵 该矩阵的行是按39个通用工程特性参数依次排列 代表工程参数需要改善的一方 该矩阵的列也是按39个通用工程特性参数依次排列 代表工程参数可能引起恶化的一方 矩阵元素用Mi j表示 其下标i表示该元素的行数 下标j表示该元素的列数 由于矛盾不可能由自身造成 行与列号相同 i j 的矩阵元素Mi j为空集 用 表示 若i j时 矩阵元素为空集 指这两个特征参数间不构成矛盾 或是存在矛盾但尚未找到适合的解 用 号表示 若i j时 矩阵元素Mi j为非空集 其数值为解决所在的行与列通用工程特征参数所产生的技术矛盾的相关发明创新原理的编号 可在技术矛盾矩阵表中找到 23 4 1矛盾矩阵的构造 23 24 技术矛盾矩阵 局部 24 1 运动物体的重量2 静止物体的重量3 运动物体的长度4 静止物体的长度5 运动物体的面积6 静止物体的面积7 运动物体的体积8 静止物体的体积9 速度10 力11 应力或压力12 形状13 结构稳定性 27 可靠性28 测试精度29 制造精度30 物体外部有害因素作用的敏感性31 物体产生的有害因素32 可制造性33 可操作性34 可维修性35 适应性及多用性36 装置的复杂性37 监控与测试的困难程度38 自动化程度39 生产率 14 强度15 运动物体作用时间16 静止物体作用时间17 温度18 光照度19 运动物体的能耗20 静止物体的能耗21 功率22 能量损失23 物质损失24 信息损失25 时间损失26 物质或事物的数量 25 39个技术特征参数 25 第一步 分析问题 找出可能存在的技术矛盾 最好能用动宾结构的词来表示矛盾 第二步 针对具体问题确认一到几对技术矛盾 并将矛盾的双方转换成技术领域的有关术语 进而根据有关术语在TRIZ提供的39个通用工程特性参数中选定相应的工程参数 第三步 按照相矛盾的通用工程参数编号i和j 在矛盾矩阵中找到相应的矩阵元素Mi j 该矩阵元素值表示40条发明创新原理的序号 按照该序号找出相应的原理供下一步使用 第四步 根据已找到的发明创新原理 结合专业知识 寻找解决问题的方案 一般情况下 解决某技术矛盾的发明原理不止一条 应该对每一条相应的原理作解决技术矛盾方案的尝试 第五步 如果第四步的努力没有取得较好的效果 就要考虑初始构思的技术矛盾是否真正表达了问题的本质 是否真正反映了针对问题创新改进的方向 应重新设定技术矛盾 并重复上述工作 26 4 2矛盾矩阵的应用 26 提取技术矛盾对 陨石撞地球 每一分钟都有几十块陨石撞击到地球上 由于对陨石成分和结构的分析能提供更多关于太阳系的信息 所以科学家需要获得更多的陨石 但区分陨石和普通岩石很困难 必须耗费大量的时间在地球表面将陨石挑拣出来 但往往仅能得到约百万分之一 这就产生了技术矛盾 即必须寻找大量陨石 但会大大增加寻找的时间 改善的通用工程参数是37 监控制和测试的困难程度 为了得到陨石 必须对地面上所有的石块进行分析 恶化的通用工程参数是将耗费大量时间即25 时间损失 因此本例子的技术矛盾是 监控制和测试的困难程度vs时间损失 27 27 提取技术矛盾对的例子 射击场打扫 在射击运动员的训练中需要有供练习的靶标 当运动员击中靶标后 靶标破裂成大量的碎片落到地面上 难以打扫 这个问题的技术矛盾初始可表述为 具有一定体积的飞行靶标对射击运动员的训练是必要的 但靶标碎片又将地面弄脏乱 改善的通用工程参数是 希望增大靶标体积 序号7运动物体的体积 恶化的通用工程参数是 靶标碎片对地面产生作用 序号31物体产生的有害因素 的矛盾 因此本例子的技术矛盾是 运动物体的体积VS物体产生的有害因素 28 28 技术矛盾解决方法的步骤 步骤一分析问题 发现矛盾 步骤二根据TRIZ 表述矛盾 采取某项措施时 矛盾对中的一个参数变优 另一个参数变劣 步骤三对照工具 得出解法 在矩阵表中寻找该矛盾对的解决办法 步骤四针对问题 构思设计 回到具体技术系统 解决具体问题 29 4 3技术矛盾解决方法实际应用举例 29 应用举例 一 开启果壳 分析 取杏仁时必须去壳 现用锤砸或用机械方式压碎 制造性能好但产品的形状不好 查39个通用工程参数 得出32 可制造性 和12 形状 之间有技术矛盾 TRIZ法求解 查39 39矛盾矩阵 得出可用的发明创新原理为1 分割与切割 28 机械系统的替代 13 反向 和27 用廉价而寿命短的替代昂贵而寿命长的物体 分析改进的具体技术方案 分割意味要把壳完全分开 机械系统的替代意味要用另一种系统 反向意味应从里向外加力 在密闭容器内加入高压空气 突然降压 杏仁内的空气膨胀 立刻打开杏仁壳 为了得到高压 可用高压空气 也可加热容器使气压升高 类似的技术问题 开鸡蛋壳 开蚕豆壳 开核桃 30 30 TRIZ技术矛盾分析 31 31 矛盾解的得出 1 分割与切割原理13 反向功能原理27 用廉价而寿命短的替代昂贵而寿命长的物体28 机械系统的替代 32 32 应用举例 二 升降定位式燃气灶 33 33 步骤一 分析问题 发现矛盾 如图所示 家用燃气灶具和锅是一个小型技术系统 在功能域层面 燃气燃烧产生热量 热量传导到锅和抵御外界干扰三项功能 在物理域层面 由被加热的锅 支锅的支架 燃烧火焰和燃烧器四部分组成 物理域的四大部分保证功能域的最优实现 在现有燃气灶中 燃气的燃烧一般比较充分 不必做大的调整 而应该在以下三个方面提出创新措施 1 由于锅底的形状和大小不同 锅底接触火焰的程度不同 影响加热效率 2 并且家用燃气灶是一个开放的系统 外界环境气流会影响火焰的稳定性 3 外界环境气流会带走一部分燃烧热 34 34 步骤二 根据TRIZ法 表述矛盾 第一对矛盾 现有结构锅底与燃烧器的距离随锅底的尺寸和形状不同而变 火焰不能以最优的方式把热量传给锅 查TRIZ 得到通用工程参数32 可制造性 和22 能量损失 之间构成矛盾对 第二对矛盾 燃气灶的火焰长 外界气流影响火焰的稳定 造成系统对环境有害因素的高度敏感和火焰静尺寸变化的矛盾 是通用工程参数30 物体外部有害因素作用的敏感性 和4 静止物体的长度 之间的矛盾 第三对矛盾 燃气灶是开放的技术系统 环境里空气会与系统内热气进行交换带走热量 从而构成35 适应性及多样性 和22 能量损失 的矛盾 35 35 步骤三 对照工具 得出解法 第一对矛盾 查矛盾矩阵 得到解决矛盾的发明创新原理是19 周期性作用原理 和35 参数变化 两个发明创新原理结合一起思考 可以得到锅底与燃烧器之间应该解决尺寸周期性变化时保持稳定距离的问题 36 36 步骤三 对照工具 得出解法 第二对矛盾 查矛盾矩阵 对应解决矛盾的发明创新原理为1 分割与切割 和18 利用机械振动 分割与切割的原理在这里理解为把火焰分为细小区域 利用机械振动在此不适合 37 37 步骤三 对照工具 得出解法 第三对矛盾 查矛盾矩阵 所示的解决矛盾的发明创新原理编号18 15 1 分别是利用机械振动 动态化和分割与切割 利用机械振动在此不适合 分割与切割可以把燃气灶系统和外界环境分离开来 而且应该是动态可变的 38 38 步骤四 针对问题 构思设计 解决第一对矛盾 采用发明创新原理19和35的组合 随锅底尺寸和形状的变动 锅底与火焰的距离基本不变 采用支架可移动或者火焰可移动的方法 本例的发明专利采用了燃烧器可随锅底升降的方法 解决第二对矛盾 应把火焰分割成细小区域 增加稳定性 用陶瓷红外燃料器代替普通燃烧器喷头 设置几十个小孔为燃烧孔 燃烧充分稳定 解决第三对矛盾 在支架上设置金属保温圈罩 随锅底变化可取用不同大小的保温圈罩 本例考虑操作方便 只采用了一件保温圈罩 39 39 效果分析 通过以上分析可知 长期努力得到的家用燃气灶的改进与短期采用TRIZ法得到的结果一致 而且还可以看出 TRIZ还提供了不同的改进方案 可以采用支架随锅底上下升降的方案 也可以采用保温圈罩设计成动态变形的方式 提供了进一步改进的思路 40 40 评价 升降式燃气灶具的设计符合公理设计的第一公理 即独立公理 功能要求和设计要素实现了一一对应 A 保证燃烧稳定 应用蜂窝状红外燃烧器 该燃烧器由陶瓷块拼接而成 每块上有若干通孔 火焰分割成细小状态 B 保证锅底到火焰器的距离 应用可升降式的燃烧器 用杠杆重锤组合动作 用定距U环控制 C 减少环境干扰 应用一定型面的保温圈 分割燃烧系统和环境 达到提高锅底吸热量 本设计是否达到公理设计的第二条公理 即最小信息公理 有待进一步探索 意味着还有进一步提高的可能性 本创新原理图只完成了普适性设计方法中的第二步即方案设计 尚有整体设计和详细设计没有进行 对下面的设计工作 采用普适性设计方法会收到较好的效果 41 41 分析问题 下大雪后 要及时清除飞机跑道上的积雪 传统上消除道路上的积雪可采用加助融剂的方法 但此法不适于飞机跑道 因为雪融化后的水分会对飞机在跑道上的行驶安全构成威胁 可以如下图所示 用装在汽车上的强力鼓风机产生的空气流来驱赶积雪 但积雪量大的时候效果并不明显 必须加大气流的流量和压力 需要大的动力 现如何解决此技术难题 42 42 解决方案 TRIZ法提供了40条发明创新原理 可以不强求构造矛盾对 而直接从40条发明创新原理中寻找答案 联想比较目前经常见到的铲除物件的办法 如用冲击钻开挖马路路面 用嘴突然吹气去除理发后留在颈项上的头发 用手拍打地毯去除地毯中的灰尘 可采用40条发明创新原理中的第19条 周期性作用原理 来实现创新设计 只要在鼓风机上加装脉冲装置 使空气按脉冲方式喷出 就能有效地把积雪吹离跑道 还可以优化选用最佳的脉冲频率 空气压力和流量 工程实际证明 脉冲气流除雪效率是连续气流除雪的两倍 43 43 右图是一种开口扳手的示意图 图中扳手在外力的作用下拧紧或松开一个六角螺母或螺钉 由于螺母或螺钉的受力集中到两条棱边 容易产生变形 而使螺母或螺钉拧紧或松开困难 为了解决这一问题 就必须减少扳手开口与螺母侧面之间的间隙 甚至达到零间隙 这就要求提高螺母和扳手开口的尺寸精度 给螺母和扳手的制造带来困难 44 44 解决方案 首先从39个通用工程参数中选择并确定技术矛盾的一对特性参数 质量提高的参数 物体产生的有害因素 No 31 变小 即不会压坏棱边 带来负面影响的参数 可制造性 No 32 变差 即要求扳手与螺母侧边无间隙 由矛盾矩阵确定可用发明创新原理M31 32 4 17 34 26 即 No 4不对称No 17维数变化No 34抛弃和修复No 26复制对No 17及No 4两条发明创新原理的分析表明 扳手工作面的一些点要与螺母 螺钉的侧面接触 而不是与其棱边接触 就可解决该矛盾 45 45 实际应用 图为美国专利USPatent5 406 868 该设计于1995年在美国获得了专利 图片虽不清晰 但完全可以明白其原理 46 46 折叠嵌套方桌 同样 可以设计出方便携带与存放的折叠嵌套桌 如图 47 47 应用背景 瑞士军刀利用的是合并 折叠嵌套的多用途设计理念 对应40条发明创新原理的第5条 合并原理 和第7条 嵌套原理 同理 可以设计一套新型的紧急医疗用 瑞士军刀 如图所示 只要将其部件一一打开 你就会发现这原来是一款微型医药箱 创可贴 急救药丸 消毒喷雾和哨子 小小的空间一点也不浪费 满满当当 正如依据该设计生产出的产品广告中所写 移除的是刀光剑影的锋利 留下的是满满的爱与和平 48 48 医药箱版瑞士军刀 是不是很有创意 49 49 应用背景 在日常生活中 有不少人都遇到过插座太远 电器电源线太短的情况 在使用电吹风 笔记本电脑时给人带来姿势或移动的不方便 如图4 22A中女士使用电吹风时受到电源线长度的限制不能方便的使用 并且还需留意以免扯出插头 最直接的解决办法是把各种电器的电源线都加长 保证长距离使用 不过对生产厂家来说电器的生产成本将提高 对用户来说长电源线可能带来放置和使用的不便 50 50 问题分析 尝试用TRIZ法来解决此问题 即如果希望改善参数33 可操作性 将导致参数26 物质或事物的数量消耗增多 查附录A技术矛盾矩阵表得解决方法M33 26 12 35 发明创新原理12等势性原理 在此很难用上 发明创新原理35为参数变化原理 包括长度 温度 固液气三态等参数的变化 还可以从另一角度来构思原有装置的矛盾对 如果添加一个多孔有线插座 也能解决问题 即改善参数35 适应性及多样性 但同时导致参数36 装置的复杂性增加不少 查技术矛盾矩阵列表得解决方法M35 36 15 29 37 28 其中的发明创新原理15为动态化原理 根据该原理也可以联想到让插座变得伸缩自如 综合两个矛盾对 可以认为采取发明创新原理35参数变化和发明创新原理15动态化的结合来解决矛盾 51 51 解决方案 图为按发明创新原理35 15重新设计的插座 52 52 应用背景 由于人们对卫生条件的重视程度日益增加 日常生活中一次性纸杯的使用率越来越高 方便虽是方便 但在装满开水时这种杯子就会变得烫手难端 比较不好用 有些厂家为了解决此问题 便在设计纸杯时给纸杯加上了手柄 图A 这样的确使装有开水的纸杯变得容易端持了 但同时大大增加了成本 并且由于不好叠放 给纸杯的包装和运输添加了难度 A 53 53 问题分析 有没有一种既方便实用又好看的解决方法呢 现用TRIZ法来分析一下 要改善的通用工程参数是17温度 即希望在