产品基本原理

1、产品基本原理课程大纲课程大纲一、物质-场的概念二、基于物质-场的物理效应建模三、典型的物质-场变换:标准解 在物质-场中如何增加新物质 如何在物质场中引入场 Altshuller认为，所有的功能都可以分解为两种物质两种物质和一一种场种场，即一种功能由两种物质及一种场三个要素组成，分别是目标、工具和场。产品是功能的一种实现，因此，可用物质-场（Substance-Field：Su-Field）分析产品的功能，把已有技术系统的问题模型化，这种方法是TRIZ最重要的分析工具之一。引引 言言物质（S）是指各种复杂级别的物体的通用称谓，有可能是单一的元件（如螺栓、销、杯子），也可能指复杂的系统（汽车、航

2、空器、或者大型计算机主机）。物质的状态 典型的物理状态（如真空态、等离子态、气态、液态、固态）。 大量的中间态和混合态（比如烟雾、泡沫、粉末、凝胶、气溶胶、沸石）。 这些状态的物质有各自特性，如热学、电学、磁学、光学以及其他特性（热绝缘、半导体、铁磁性、发光体等等）。1 1、什么是物质？、什么是物质？物质物质-场的概念场的概念一、完成某个过程的作用或形式称作场。场（场（F F）在TRIZ中包括： 物理场：电磁场、重力场、强相互作用，弱相互作用，还有光学场、化学场、声学场等。TRIZ的场提供能量流、信息流、力、相互作用或产生某种效果的反作用。场的存在必须依赖于某种物质的存在，物质物质是场的来源。

3、2 2、什么是场？、什么是场？物质物质-场的概念场的概念一、物质物质-场的概念场的概念一、 3、最小技术系统：物质场模型 TRIZ中最小的具有机能、可控的技术系统的图形表现就称为物质-场模型（Su-Field Model）。 两种物质、一种能量及其相互作用可以完成单一功能，所以构成一个最小技术系统，在TRIZ中称为“物质场” 。物质物质-场的概念场的概念一、S1表示物质，S2表示工具，表示能量。 两种物质S1及S2，一种场，所构成的系统称为物质场。其模型如图所示。物质物质-场的概念场的概念一、物质场分析过程的符号系统如表所示：物质物质-场的概念场的概念一、4、物质与场之间的相互作用物质物质-场

4、的概念场的概念一、 物质之间的相互作用通过场进行，与可以相同或不同。相同时可以去掉。物质物质-场的概念场的概念一、例：物质物质-场的概念场的概念一、F F input input 输入场输入场 F F control control 控制场控制场F F output output 输出场输出场 Substance(s) Substance(s) 物质物质( (组组) )P P 参数参数, , 如形状、维数、空间等如形状、维数、空间等二、基于物质基于物质-场的物理效应建模场的物理效应建模1 1、热膨胀的物质、热膨胀的物质- -场模型场模型物质的输入为热量，输出为力及物质的形状。物质的输入为热量，

5、输出为力及物质的形状。二、基于物质基于物质-场的物理效应建模场的物理效应建模2 2、压电效应物质、压电效应物质- -场模型场模型压电晶体在受到压力的作用下产生电压。压电晶体在受到压力的作用下产生电压。二、基于物质基于物质-场的物理效应建模场的物理效应建模3 3、效应链、效应链将单一效应组合，可以形成效应链。将单一效应组合，可以形成效应链。二、基于物质基于物质-场的物理效应建模场的物理效应建模4 4、物理效应物质、物理效应物质- -场模型的应用场模型的应用例: 微调节注射泵是在生物体内注入或提取微量液体的装置。由针头、柱塞、容器构成。柱塞的移动借助于手工或电驱动装置完成。现代微调节注射泵的精度可

6、达到0.01L。二、基于物质基于物质-场的物理效应建模场的物理效应建模步骤步骤1 1： 确定物质确定物质S1. S1. 被移动的液体，被移动的液体， S1S1liquid步骤步骤2: 2: 确认确认S1S1如何被改变如何被改变. S1. S1liquid被移出容器被移出容器. .步骤步骤3: 3: 确认导致该变化的确认导致该变化的F1. F1. 机械场机械场( (力力) F1) F1mechanical 可以导致该变化可以导致该变化. . 步骤步骤4: 4: 这种场存在吗这种场存在吗? ? 假定不存在假定不存在, , 转步骤转步骤5.5.二、基于物质基于物质-场的物理效应建模场的物理效应建模步

7、骤步骤5: 5: 确认能产生确认能产生F1F1mechanical的的F2S2.F2S2. (1) (1) 热膨胀效应热膨胀效应: : Fthermal Ssolid or liquid (2) (2) 压电效应压电效应: : Felectrical Spiezoceramics (3) (3) 磁弹性效应磁弹性效应: : Fmagnetic Sferromagnetic步骤步骤6: 6: 产生概念产生概念 Fthermal Ssolid or liquid : : 加热固体或液体加热固体或液体, ,产生膨胀产生膨胀, ,使使 液体液体移动移动; ; Felectrical Spiezocer

8、amics: : 电场中的压电晶体膨胀电场中的压电晶体膨胀, ,使液体移动使液体移动; ; Fmagnetic Sferromagnetic: : 磁场中的磁弹性材料膨胀磁场中的磁弹性材料膨胀, ,使液体移使液体移动动. .二、基于物质基于物质-场的物理效应建模场的物理效应建模技术系统可以用物质-场模型描述。典型的模型如图所示。S1S1FS1S2S1S2F1S1S2F1F2S1S2F1F2S3S1F1F2S1S2F2F1(1)(2)(3)不完整的物质场 (4)完整的物质场 (5)并联的物质场 (6)串联的物质场 （1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）(7)(8)用于检测的物质场典型的

9、物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、 假如待改进的系统建立了物质-场模型，将该物质-场模型传递到新状态的方法称为标准解。初始物质-场模型为ISM， 需要的物质-场模型为DSM。其过程如图：根据问题描述建立初始物质场模型（ISM） 结合（ISM）与典型物质场模型 识别对应的标准解 编写需要的物质场模型（DSM） 识别DSM的实际结构，进行概念设计 识别1、执行的功能2、物体 S13、工具S24、场 F5、S1 S2与F之间的相互作用典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.1 完善具有不完整功能的系统（标准解）典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、例：

10、金属扎制的过程中其变形区需要润滑液润滑。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.1 完善具有不完整功能的系统（标准解） 通常液体润滑液通过刷子及喷雾装置施加到变形区域. 问题：润滑液不均匀，润滑液粘满棍子，浪费很多。分析： 实现功能：将所需要量的润滑液施加到变形区域。现状：采用压力实现润滑液的流动。原因：没有合适的工具。 F1pressure F1pressure 为压力为压力 S1lubricant S1lubricant 为物质为物质典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.1 完善具有不完整功能的系统（标准解）按标准解要引入F2S2，施加机械作用于S1（

11、lubricant）上。如图所示：要引入S2， 由S2施加S1，但S2不能干扰扎制过程。即，S2在变形区施加S1的同时，要消失。F2最好采用系统可用资源。扎制过程中的机械场及热场是可用资源。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.1 完善具有不完整功能的系统（标准解）解：充满润滑液的纸被进给到辊子与金属带之间，纸在高温下燃烧，在扎制区均匀留下润滑液。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.1 完善具有不完整功能的系统（标准解）3.2 3.2 消除物质消除物质- -场中的有害作用场中的有害作用a.当完整场模型中两种物质之间有用及有害作用同时存在，为了保持有用作

12、用，消除有害作用，通常的方法是引入一引入一种新物质，将原来两物质隔离种新物质，将原来两物质隔离。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、例：需要数千张厚度为0.01毫米的圆形铝盘在车床上车削加工。 问题：加工中铝盘出现弯曲、变形、及边缘撕裂等问题。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.2 3.2 消除物质消除物质- -场中的有害作用场中的有害作用分析：S2与S1之间的有用与有害作用同时存在。可以引入S3使S1强度足以完成切削加工。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.2 3.2 消除物质消除物质- -场中的有害作用场中的有害作用解：将一打铝

13、盘置于水中，使其结冰。冰坨使铝盘可 以加工。如图所示：典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.2 3.2 消除物质消除物质- -场中的有害作用场中的有害作用b.与上一个方法类似，但不允许引入新物质,引入的第三种物质是S1或S2的变形S3。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.2 3.2 消除物质消除物质- -场中的有害作用场中的有害作用为了增加S3的可控性, 需要增加一个辅助功能. 主要物质-场模型辅助物质-场模型典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.2 3.2 消除物质消除物质- -场中的有害作用场中的有害作用例:管路运送钢珠。典型的

14、物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.2 3.2 消除物质消除物质- -场中的有害作用场中的有害作用c.假如两种物质间的有用及有害作用同时存在，两种物质又必须直接接触，有用作用由F1提供，则采用F2中性化有害作用。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.2 3.2 消除物质消除物质- -场中的有害作用场中的有害作用例：通风机械工作在充满蒸汽与液滴的环境中。问题：直径相对较大的液滴（直径为50-800m)，与高速旋转叶片撞击，使其受到侵蚀，影响其工作。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.2 3.2 消除物质消除物质- -场中的有害作用场中的有

15、害作用分析：如果直接在叶片上形成冰的保护层则效果很差。F2的任务是不使叶片与水滴接触。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.2 3.2 消除物质消除物质- -场中的有害作用场中的有害作用解：采用电晕放电原理，使水滴及叶片均带电，但相斥，从而使水滴不与叶片接触。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、3.2 3.2 消除物质消除物质- -场中的有害作用场中的有害作用检测与测量的问题通常涉及到对某种物质的检测与测量。按物质-场的观点分析，有图中的几种情况：3.33.3检测与测量检测与测量典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、a.假如一个系统中的某个

16、问题需要检测与测量，改变系统，使之不再需要。例：电烙铁经常用于昂贵电路板的补焊与维修。为了避免对元器件及电路板本身的伤害，电烙铁头部的温度应控制在允许使用范围内的最低温度。通常，技术将温度调整到高于最低使用温度的范围，这增加了电路板过热的危险。采用自动控制，将增加系统的复杂性与成本。3.33.3检测与测量检测与测量典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、分析：如果一个系统需要精确的温度控制，最好采用某种物质，该物质将温度维持在该温度范围内。为了实现上述目标，利用“居里点”是一种自然的选择，在该点之上，铁磁物质失去磁性。3.33.3检测与测量检测与测量典型的物质典型的物质-场变换场

17、变换:标准解标准解三三、解：电烙铁头部设计成一个模块。铜棒周围覆盖一层铁镍合金。线圈中的交变电流产生高频交变磁场，在铁镍合金中诱发旋涡型电流，产生热量，并加热铜棒（头部）。当铁镍合金中的温度到达居里点时，合金对磁场不敏感，温度不再增加。当温度降低到居里点以内时，材料对磁场敏感，温度增加。因此可以保持电烙铁头部温度保持在1。改变铁镍合金，可以改变温度。3.33.3检测与测量检测与测量典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、b、假如检测一个非完整物质-场中的某个元素是困难的，使其完整，并将一个场作为输出。例：电冰箱冷却管路的检测需要一个简单、方便、低成本、可靠的方法。3.33.3检测

18、与测量检测与测量典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、分析：泄露的液滴为S1，其ISM是不完整模型。应增加S2，它与F optical作用，使S1可见，或转换另一种场，使其变成F optical。3.33.3检测与测量检测与测量典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、解： （1）管路外表面涂上一层漆，如果有泄露，漆表面会鼓包，并可以观察到。 （2）荧光可以将紫外线辐射转换成可见光。在电冰箱的管路系统空间中临时放如荧光源，使泄露处显现。3.33.3检测与测量检测与测量典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、 物质-场分析的概念之一是使不完整的物质场变得

19、完整。这通常会增加系统的复杂性，还可能导致不希望的技术效果。 解决基本思想是：引入物质或场，又不引入物质或场。标准解5.1.1 假如需要引入一种物质，因为要求或条件所限不能引入该物质。可采用间接方法： （1）采用系统所处环境中的物质； （2）采用虚无物质：发泡、多孔、空气、缝隙等。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、例：制造光学清晰液体的过程要检测其杂质。假如样品中的杂质超标，样品所在的母体要重新处理。杂质是无磁性的小颗粒，在制造的不同阶段进入液体。好的检测方法是光学法：激光扫描样品，通过颗粒反射，记录颗粒数。 问题：当颗粒的直径较小时（如小于580nm)，颗粒不能被反射。 需要发明新的检测方法与仪器。需要发明新的检测方法与仪器。典型的物质典型的物质-场变换场变换:标准解标准解三三、物质-场分析：在初始的物质-场中，微小粒子S1不能被场F1检测到。第2种物质