1-40条发明原理(20150710报告稿).ppt

40条发明原理,报告人:西南交通大学公共管理学院周贤永时间:2015.07.10,内容提要,2、40条发明原理及工程实例,1、概述,3、40条发明原理应用矛盾矩阵,1、概述,技术系统/技术过程,矛盾,理想化,资源,系统科学,思维科学,基础知识+专业知识+交叉学科知识,创新思维培养,技术系统进化法则,功能分析,物场模型,矛盾分析,专利分析,发明问题解题流程（ARIZ）,发明问题标准解法,辩证法系统论认识论+本体论,科学原理知识库,技术矛盾发明原理,基本概念,理论基础,问题分析工具,问题求解工具,解题流程,理论来源,资源分析,物理矛盾分离原理,TRIZ的理论体系,哲学思想,1、概述,工具,创新的思维,创新的规律,S曲线,能量传递法则,协调性法则,动态性法则,子系统不均衡进化,向超系统进化,向微观级进化,提高理想度法则,创新的方法,物理矛盾,分离方法,物场模型,标准解法,知识库,技术矛盾,创新原理,小人法,金鱼法,STC算子,九屏幕法,IFR,资源,术语,术语,矛盾,理想度,效应,功能,技术系统,完备性法则,功能分析,根本原因分析,TRIZ的理论体系,1、概述,冲突的一般分类,易,难,难,技术冲突,物理冲突,管理冲突,个性冲突,组织冲突,文化冲突,宇宙定律冲突,自然定律冲突,工程冲突,社会冲突,自然冲突,冲突,1、概述,为了避免某些现象或希望取得某些结果，需要做一些事情，但不知如何去做。管理冲突本身具有暂时性，而无启发价值。因此，不能表现出问题的解的可能方向。,为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时出现了与该特性相反的特性。,一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏。,基于TRIZ的冲突的分类：,1、概述,管理冲突,技术冲突,物理冲突,为了指导技术创新，一些研究人员开始总结前人发明创造的经验。这种经验的总结可分为两类：适应于本领域的经验与适应于不同领域的通用经验。第一类经验主要由本领域的专家、研究人员本身总结，或与这些人员讨论并整理总结。这些经验对指导本领域的产品创新有一定的参考意义，但对其它领域的创新意义不大。第二类经验由专门研究人员对不同领域的已有创新成果进行分析、总结，得到具有普遍意义的规律，这些规律对指导不同的产品创新都有重要参考价值。,1、概述,TRIZ的技术冲突解决原理属于第二类经验，这些原理是在分析全世界大量专利的基础上提出的。通过对专利的分析，TRIZ研究人员发现，在以往不同领域的发明中所用到的规则并不多，不同时代的发明，不同的领域的发明，这些规则反复被采用。这条规则并不限定于仅能用于某一领域，融合了物理的、化学的、各工程领域的原理，适用于不同领域的发明创造。,1、概述,TRIZ解决问题的流程,TRIZ问题,领域问题,TRIZ解模型,领域解,转换,TRIZ匹配,类比,评价、选定,TRIZ解决问题流程四部曲,1、概述,2、40条发明原理及工程实例,2.1发明原理,2.1发明原理,应用注意事项：并非字面意义上接近，就能说是发明原理的应用：e.g.一般而言，圆形的帽子绝非曲面化发明原理的应用！基本作用：（1）解决矛盾；（2）提高系统理想化程度；,原理介绍及工程实例,No.1分割,化整为零（萧咏今：40条法则的中文成语表述）,原理介绍及工程实例,No.2抽取,去芜存菁,鸟儿“神经错乱”？,原理介绍及工程实例,No.3局部质量,外圆内方,e.g.矿井中为减少粉尘，用喷水装置向采掘机和运煤机喷出锥状水雾。水雾越细防尘效果越好，但太细的水雾阻碍工作。解决方案：增加一束较粗水雾。,原理介绍及工程实例,No.4增加不对称性,以偏概全？,e.g.为改善密封性，将O型密封圈由圆形改为椭圆形e.g.引入一个几何特性来防止元件不正确的使用，如电插头的接地棒,增加不对称性,原理介绍及工程实例,原理介绍及工程实例,No.5组合,三个臭皮匠赛过诸葛亮/集思广益,原理介绍及工程实例,No.6多用性,一举多得/一箭双雕/一石二鸟,e.g.屋顶的水箱既能隔热又能供水e.g.装有牙膏的牙刷柄/门铃和烟气报警组合,No.6多用性,皮带：皮带里藏有暗器，抽出来后就变成一把很硬的利器。,原理介绍及工程实例,在片中，由于暗器皮带被小男孩换走了，令成龙面对敌人时还以为自己腰上的皮带里有暗器，结果被人暴打而无还手之力！,原理介绍及工程实例,No.7嵌套,叠床架屋/层出不穷,e.g.火星车案例：车辆在凹凸不平的火星表面行进时如何保持稳定性？,e.g.地板内部沟槽式加热方式e.g.布在墙内的电缆e.g.天线,e.g.伸缩式钓鱼竿e.g.音乐厅观众席内的可回收式座椅e.g.可回收楼梯,原理介绍及工程实例,No.8重量补偿,四两拨千斤？,案例：飞机紧急降落在空地上,原理介绍及工程实例,No.9预先反作用,先发制人/制敌先机,e.g.悬索桥：钢索反向拉力抵消桥面自重和车辆重力e.g.缓冲器能吸收能量、减少冲击带来的负面影响/如何防止服用安眠药自杀？,e.g.在手术前为所有器械杀菌e.g.已搅拌好的水泥e.g.预先充有焊料的铜管连接件e.g.磨刀不误砍柴工e.g.汽车零部件供应商的预先装配，如CD机、车轮、空调等案例：请你做侦探为何油罐车总是损失2升油料？,原理介绍及工程实例,No.10预先作用,先斩后奏,原理介绍及工程实例,No.11事先防范e.g.飞机上的降落伞e.g.汽车安全气囊e.g.应急电路照明e.g.避雷针e.g.安全阀,未雨绸缪,原理介绍及工程实例,No.12等势,平起平坐,e.g.汽车修理平台：汽车高度不变，修理工改变位置e.g.集装箱不是被直接吊起装上卡车，而是用液压机稍微顶起即推入卡车,原理介绍及工程实例,No.13反向,倒行逆施？/反其道而行之,e.g.为了拆卸处于紧配合的两个零件，采用冷却内部零件的方法，而不采用加热外部零件的方法e.g.翻转型窗户，使在屋内擦外面的玻璃变为可能案例：过滤孔直径为0.5mm的过滤器e.g.使工件旋转，使刀具固定/跑步机e.g.扶梯运动，乘客相对扶梯静止e.g.楼上为起居室（观景），楼下为卧室（凉爽）,原理介绍及工程实例,No.14曲面化,毁方投圆,e.g.为了增加建筑结构的强度，采用弧形或拱形e.g.采用球或滚珠为笔尖的钢笔增加了墨水的均匀程度e.g.螺旋形楼梯e.g.洗衣机采用旋转产生离心力的方法，去除湿衣服中的部分水分,原理介绍及工程实例,No.15动态化,一静不如一动/动若脱兔？,e.g.可调整驱动轮、可调整座椅、可调整反光镜e.g.笔记本电脑、折叠伞、链条e.g.旋转舞裙,原理介绍及工程实例,No.16未达到或超过的作用,多退少补,e.g.用灰泥填墙上的小洞时首先多填一些，之后再将多余的部分去掉e.g.对于某些设计，如供热系统、停车场，满足95%的需求通常是一种实际的设计,原理介绍及工程实例,No.17空间维数变化,山不转路转？/绕道而行？/横看成岭侧成峰？,e.g.波浪形的屋顶材料刚度高且重量轻e.g.能装6个CD盘的音响不仅增加了连续放音乐的时间，也增加了选择性e.g.立体车库e.g.自卸车e.g.莫比乌斯环,原理介绍及工程实例,No.18机械振动,天摇地动,e.g.产品计数装置e.g.高精度时钟使用石英振动机芯。e.g.在高频炉中对液态金属进行电磁搅拌，使其混合均匀,原理介绍及工程实例,No.19周期性作用,周而复始,e.g.警车所用警笛改为周期性鸣叫，避免产生刺耳的声音。e.g.手机利用不同的频段来实现漫游通话e.g.医用呼吸器系统中，每压迫胸部5次，呼吸1次e.g.老式战斗机射击同步器,原理介绍及工程实例,No.20有效作用的连续性,马不停蹄,e.g.汽车在路上停车时，飞轮或液压系统储存能量，使发动机运转平稳e.g.打印头在回程也执行打印动作，如点阵打印机，喷墨打印机e.g.铅笔拧子以连续旋转的动作代替重复的削铅笔，省时省力,原理介绍及工程实例,No.21减少有害作用的时间,快刀斩乱麻,e.g.治疗牙齿的钻头高速运转，以防止牙组织升温e.g.在热量还没有传递前就突然切断了可塑制品，使其无变形,原理介绍及工程实例,No.22变害为利,以毒攻毒,e.g.液体流过管道产生沉积物，酸性液体腐蚀管道内壁。两种液体轮流流过。e.g.潜水中用氦氧混合气体，以避免单独使用纯氧造成昏迷或中毒e.g.森林灭火时用逆火灭火,渥伦哥尔船长将牛和狼一前一后套在雪橇上，受惊吓的牛拼命的拉着雪橇向前奔，狼想扑牛也拼命地拉着雪橇向前跑。,原理介绍及工程实例,No.23反馈,察言观色？,e.g.声控灯e.g.音乐喷泉e.g.利用声纳来发现鱼群、暗礁或舰艇e.g.飞机接近机场时，改变自动驾驶系统的灵敏度e.g.使设计人员及销售人员与客户紧密接触e.g.含有模糊控制器的温度调节装置e.g.电饭煲根据食物的成熟度来自动加温或断电,原理介绍及工程实例,No.24借助中介物,借力使力/穿针引线/借刀杀人/草船借箭,e.g.催化剂e.g.为在一复杂形体的内壁涂防护层，可将防护物质混入加热气体泵入该物体内壁e.g.茶托、饭店上菜的托盘e.g.为了生产单层钻石盘（片），先将钻石粉密布于一层布上，再将粘了钻石粉的这层布粘到盘片上，然后将布通过丙酮腐蚀掉e.g.如何在柔软的胶管上钻孔？,原理介绍及工程实例,No.25自服务e.g.自清洁玻璃案例：钢珠输送管道问题e.g.钢铁厂余热发电装置e.g.包装材料的再利用,自给自足,原理介绍及工程实例,No.26复制,以假乱真？/依葫芦画瓢？,e.g.通过虚拟现实技术可以对未来的复杂系统进行研究e.g.通过对模型的实验来代替对真实系统的实验e.g.旅游景点的多媒体导游e.g.通过看一名教授的讲座录像可代替亲身自参加他的讲座案例：火车将在5分钟内开动e.g.利用红外线成像探测热源e.g.用X-射线检测结构缺陷,原理介绍及工程实例,No.27廉价替代品,画饼充饥？,原理介绍及工程实例,No.28机械系统替代,心电感应?,e.g.天然气中混入难闻的气体代替机械或电子传感器来警告人们天然气的泄漏e.g.用味觉方法来检测钻头的破损状态，即在钻头内加入气味物e.g.为了混合两种粉末，使其中一种带正电荷，另一种带负电荷e.g.当温度超过居里点时，物质变成顺磁，不再吸收热量实现恒温,原理介绍及工程实例,No.29气动和液压结构,水涨船高,e.g.车辆减速时由液压系统储存能量，车辆运行时放出能量e.g.充气床垫e.g.货车上的易受损货物用充气气囊来保护,原理介绍及工程实例,No.30柔性壳体或薄膜,薄如蝉翼,e.g.充气儿童玩城堡e.g.农业上使用塑料大棚种菜e.g.蓄水池表面浮一层双极材料（上表面亲水，下表面疏水）薄膜，减少蒸发e.g.将松软货物装在容器中运输时，容器移动，货物就有可能移动，因此导致容器失衡。而且，由于静电积累也可能发生爆炸。建议使用柔性外壳和薄膜原理、反向原理来解决这一问题：用弹性封套来密封松软物质，在下面产生真空。于是，封套在空气压力作用下紧紧的压在货物上。这样，可以阻止货物的大范围移动,原理介绍及工程实例,No.31多孔材料,无孔不入/见缝插针,e.g.充气砖、泡沫材料e.g.在失重状态下，向液态金属中注入气体。这时，气泡既不“上浮”，也不“下沉”，而是均匀地分布在液态金属中。当液态金属冷却凝固后，就成为像软木塞那样轻的泡沫金属。用泡沫金属做飞机的机翼，结实又轻便。e.g.利用多孔钯储藏液态氢；用海绵储存液态氦；e.g.活性炭可以用来吸收有害物质，用来净化环境,No.32颜色改变,原理介绍及工程实例,五光十色,e.g.公路养护工的服装具有鲜艳的荧光色彩，用以警示过往车辆；e.g.变色标签可通过改变颜色来指示产品的有效期或状态；e.g.绷带由透明物质做成，以便观察伤口的变化情况；e.g.使带颜色的某种流体从入口流入以便观察管路内的水处于层流还是紊流,No.32颜色改变案例：如何改善普通家用熨斗的设计？建议使用改变颜色（透明）原理、改变维数原理来改善设计。用难熔的、透明的玻璃制成基座。被熨的织品直接通过热辐射加热，而不是通过金属基座加热。新设计的漏斗重量轻、加热快，能渗透到织品的整个表面。这样的熨斗既轻便，又节约时间。,原理介绍及工程实例,原理介绍及工程实例,No.33均质性,物以类聚/同气相求,e.g.为了减少化学反应，盛放某物体的容器应与该物体用相同的材料制造。e.g.为了防止变形，邻接的材料应有相似的膨胀系数e.g.为了防止点腐蚀，邻接的金属应有相似的特性e.g.用旧轮胎修补破损的轮胎；e.g.用金刚石制造钻石的切割工具，切割产生的粉末可以回收,原理介绍及工程实例,No.34抛弃或再生,兔死狗烹，鸟尽弓藏,e.g.在药品中使用消融性胶囊e.g.可降解餐具e.g.子弹壳e.g.火箭助推器在完成其作用后立即分离e.g.割草机的自刃磨刀具e.g.水循环系统,原理介绍及工程实例,No.35物理或化学参数改变,随机应变/见风使舵？,e.g.使氧气处于液态，便于运输e.g.制作夹心巧克力时，将夹心糖果冷冻，然后浸入热巧克力e.g.液态香皂的黏度高于固态香皂，且使用更方便e.g.硫化过的生橡胶变成热橡胶，其结构和性能都发生变化e.g.使金属的温度升高到居里点以上，金属由铁磁体变为顺磁体,原理介绍及工程实例,No.36相变,麻雀变凤凰？/女大十八变？,e.g.合理利用水在结冰时体积膨胀的原理，如进行无声爆破e.g.热泵利用吸热散热原理工作,原理介绍及工程实例,No.37热膨胀,热胀冷缩,e.g.过盈配合装配：冷却内部件收缩，加热外部件膨胀，恢复常温e.g.双金属片传感器，使用两种不同膨胀系数的金属材料并连结在一起，当温度变化时双金属片会发生弯曲,原理介绍及工程实例,No.38强氧化剂,火上浇油/推波助澜,e.g.水的灭菌方法e.g.潜水艇发动机用臭氧作氧化剂，充分燃烧,原理介绍及工程实例,No.39惰性环境,孟母三迁？,e.g.用氩气等惰性气体填充灯泡，防止发热的金属灯丝氧化e.g.难燃材料添加到泡沫状材料构成的墙体中e.g.车辆悬挂系统中的阻尼器,原理介绍及工程实例,No.40复合材料,十全大补/相辅相成,e.g.钢筋混凝土结构e.g.玻璃纤维加强结构e.g.混合纤维地毯，具有良好的阻燃性能e.g.机电一体化,发明原理的分类,提高系统效率：10，14，15，17，18，19，20，28，29，35，36，37，40.消除有害作用：2，9，11，21，22，32，33，34，38，39.易于操作和控制：12，13，16，23，24，25，26，27.提高系统协调性：1，3，4，5，6，7，8.，30，31.,3、40条发明原