第四讲 物场分析实战.ppt

1、大学生专利设计与实践 0400007 跨学科领域 1学分 18学时,QQ群号：214826165 课件共享 工程视频网盘地址: ,第四讲 物场分析,发明课题基本理论 1 发明课题水平及课题矛盾（2学时） 2 课题模式（2学时） 3 物场分析（6学时） 4 解决课题的措施（6学时）,第五讲 物场分析方法,物场构成与定义 物场组建规则 物场分析方法 1 场的选择与引进 2 技术系统的改造 3 物场系统的改造 4 物场系统的进化 5 案例,1 场的选择与引进,例子1：分选树皮与木块的课题，已给出两个物质，为构成物场需要引进场。 探索方案范围大大缩小：如果除去强和弱的相互作用的场，只剩下电磁场和引力场

2、。 考虑到树皮与木块在比重上的差别不大，应当立刻将引力场也屏去，就剩下唯一的场电磁场。 由于磁场不作用于树皮和木块，可以立刻就提出如下的决定性试验：劈材在电场中表现怎么样？ 结论：在电场中树皮的微粒带负电，而木块的微粒带正电，依此可以制造出分选机，它能保证将劈材中的树皮和木块准确无误的分离开。,1 场的选择与引进,再思考一下：如果劈材不带电，怎么办？构成物场的规则仍有效。 问题在于分出一种劈材来，即要拿走一种物质。 我们这样来构成物场：想着物质添加一对“物质和场”。比如，在劈碎树干和树枝之前，向树皮撒上铁磁性微粒，在劈碎后用磁性分选机。不需要试验就能知道磁场完全能挑出“上了磁的树皮”。 经验之

3、谈：构造“复合物场”（S2、S3）代替原有S2，大大地扩大了构成物场的规则的应用范围。,2 技术系统的改造,例子2:使用过滤器从燃气中消除非磁性尘粒，过滤器由多层金属网组成。这些滤网能很好地挡住尘粒，但正因为如此，也很难清洗：必须经常将过滤器断开，长时间地向相反方向鼓风，以使网上尘粒脱去。怎样解决才好? 答案：利用铁磁性颗粒作为过滤器，它在磁极中间形成多孔的结构。关断和接通磁场就能有效地控制过滤器。当捕捉尘粒时，过滤器的孔可以小，当清洗时，过滤器的孔可以大。 分析：在此课题的条件中已经表达出物场体系；有S1(尘粒)，有S2(一迭金属网)，有场F(形成空气流的力的机械场)。 物场需要改造，解法如

4、下：,2 技术系统的改造,建立物场过程： 将S2分裂成铁磁性颗粒S磁； 场F的作用不是指向S制品，而是指向S磁(工具)； 场本身不是机械场(F机械)，而是磁场(F磁) 这可以写成如下表达式： F机械 F磁 S1 S2 S制品 S磁,2 技术系统的改造,经验： 随着S2(工具、S磁)分散程度的增加，物场的有效性也增加了； F磁对工具的作用，比对制品的作用有效； 电场(电磁场、磁场)比非电磁场(机械场，热场等)有效； 改变工具(它取决于我们)比改变制品(它常常是天然物)更合适。,3 物场系统的改造,掌握：物场破坏与添加的四个方法,物场改造方法一：,方法1：如果物场中的两个物质之间出现有害作用，且两

5、物质不必直接接触，则将免费的或便宜的S3引入到两个物质之间,例子：冬天用炉子取暖时，为使整个教室变暖，在火上放一锅水作为蓄热器，,问题：蒸汽使整个教室雾气腾腾怎样使水不冒气且能长时间保暖？,物场改造方法二,方法2 如果禁止或不适于利用别的物质时，可使用S1或S2的变形体作为S3引入两物质之间,例子2：发电厂用皮带运输煤粉,问题：湿煤进入系统引起一连串问题湿煤粘在输送器的螺旋部分，粘在管道壁上，粘在粉碎机的入口和颈部 思考： 把煤弄干，改变管道形状，甚至振动管道，但煤粉是非常危险的物质，在试验时会自燃、甚至爆炸 新型管材聚四氟乙烯，虽然解决问题，但材料贵，易破坏 分析： 湿煤粘在管道壁上有一个无

6、用的物场（两种物质，一个力学场）加入S3（必须是S1或S2的变种） 答案： 在管道壁和湿煤之间有一层薄薄地干煤，即可避免,例子3 管道系统输送液体产生由于突然关阀而产生液压冲击,问题：如何在瞬间消除液压冲击力，来不及引入气体 物场分析：输送液体（S1）、管道（S2）液压冲击（F），需要加入S3（S1或S2） 答案：利用物理效应空化 从液体里分离出溶解气体，用超声波激发气穴，则S3由液体本身产生，关闭超声波气穴瞬间消失 从专业角度，也有一定副作用,例子4：训练新的跳水动作,问题：如何保护运动员在动作失败时不受伤 物场分析：运动员S1，水S2，重力场F（不好），需要引进S3或（S1、S2）削弱重力

7、撞击 答案：第三种物质是充气的水S2,物场改造方法三,方法3 如果必须保持S1、S2直接接触，则引入第二个场，以中和不良作用或转变成第二种有益作用 例子：用钢粉制作轴套，给钢粉通电时颗粒熔接在一起。在通电过程中产生强磁场使颗粒抱紧型芯，怎样抽出型芯？答案：在型芯中的导线上加载反向脉冲电流 物场分析：用F2与F1抵消，断开S1与S2的作用力,物场改造方法四,方法4 如果必须消除场F对物质S的不良作用，则引入第三种物质把不良场作用吸引过去 例子： 保护盛水容器在水结冰时不破裂，在水里放一些弹性嵌入物，如橡胶和软管。 物场分析：用S3的空间吸收膨胀力F,物场改造小结,课题情况： 物场完备，但不好用，

8、需要消除两个物体间有害的相互作用，办法是拆开这个物场三角形： F S1S2 经验：破坏物场最有效的步骤： 引进第三种物质S3（S1或S2） 通过S3，引进第二种场F2阻断、抵消或吸引F1，破坏有害作用。,4 物场系统的进化,物场是最小的技术单元，犹如机体中的细胞 技术系统的发展基于物场链式发展与进化 技术系统发展对物场进化的需求 增强有用的功能 排除人的参与（自动化，智能化） 赋予技术系统新的功能 消除有害的、次要的功能 物场进化法则将物场复制增倍！,物场复制增倍方法1,方法1： 将物场的一部分变成可控物场，同时形成链式物场（三种形式）： 第一种链式物场：将物场中的物质扩展为物场 第二种链式物

9、场：扩展物场中的联系 第三种链式物场：改变技术系统中的重心,第一种链式物场例子,课题：装饰灯随压力变化改变发光颜色 设置不同光的滤光器，并将其装在真空波纹管上，压力变化造成波纹管体积变化，从而移动相应颜色滤光器进行滤光 物场分析：自然光S1，滤光器S2，选择性光学场F；将单一滤光器S2发展为子物场：多种滤光器S3，真空波纹管S4，压力场F 方法实质：从上位体系走向下位体系,第二种链式物场例子：,课题：离合器，轴之间传递力矩的方式 两个转轴分别固定在圆柱形离合器的两边，在离合器内充入磁化液体（在磁场作用下会变硬,S3） 断电时两个转轴（S1，S2）自由转动（F），通电（F）时液体S4变硬并连接两

10、轴刚性地传递S3,S1,第三种物场例子：,玩具不倒翁的改进： 通过对内部重物的造使玩具动态化，增加了趣味性功能： 站躺以不同频率前后左右地摇摆,锤子的改进: 物理矛盾：为提高敲击力锤子应该重，为省力锤子应该轻。 答案：改为空心锤，内部设有可自由移动的水银 解决： 抬起手时重量进入手柄轻 落下时重量进入锤头重,物场复制增倍方法2,方法2：如果需要提高一个物场的可控性，原物场必须保留，则可通过引入便于控制的第二个场，建立双重物场 例1：清洗试管（S1）时，向其中注入清洗溶液（S2）并振动试管（F1），为增强其功能，在其周围增加一个负压区（F2），使内部洗液开始沸腾 例2：为提高轮胎（S1）与道路（

11、S2）的附着度，同时利用重力（F1）和轮胎表面花纹凹陷处产生的负压吸力（F2）,简单的逻辑： “是”意味着“是”，“不”意味着“不”，“黑”是“黑”，“白”是“白” 创造性问题解决的理论 发展了基于辩证逻辑的另外的思考方法 “是”可以是“不”，“黑”可以是“白”,5 案例,物场组建规则小结,规则1：非完备物场，构建完备的物场模型，进行物场转换 规则2：把易控的具有所需特性的补充物S3引入到物质S2里，形成复合物场 规则3：引入外部环境中现有的物质，在外部环境中形成物场 规则4：通过外部环境的置换、分解或引入补充物获得这种物质S3 规则5：多做一点，再把多余的部分带走 规则6：把最大作用状态作用

12、于与之有关联的另一物质媒介 规则7： 大作用场：在特定区域引入防护物质，以屏蔽过强的作用场 小作用场：在特定区域引入物质用于生成局部的强化场,物场分析方法（步骤）,场的选择与引进 技术系统的改造 物场系统的改造（四种方法） 物场系统的进化（物场的复制与增倍）,问题1：警犬的秘密,一个玩具警犬，可以在摆放的众多塑料棍中找到一个具体的棍并且叫起来？一条真的狗是通过嗅觉达到该目的，但是玩具狗要有不同的办法。 思考： 容易理解：需要一个马达、一节电池和轮子，声控开关，发出叫声 提示：利用看不见的场 答案： 棍内放入磁铁,问题2：猎人与狗,问题： 猎人是聋人，听不见猎狗的叫声，如何解决？ 分析并构建物场

13、： 猎人，猎狗，由于猎人听不见因此失去声场 需要通过引入一个物加入一个场 答案： 用两条猎狗，发现猎物后其中一条回来报信。,问题3 百发百中,问题： 演戏中罗宾汉要向远处森林中的侦探射箭，为了真实，需要全景摄影；如何不射偏？ 物场分析 罗宾汉的箭；侦探S，需要加入一个场，如果不能自行生成，则需要加入带入这个场 答案： 最简单办法：通过一根两端连接弦和侦探的细丝，箭做成中空的形式，穿在细丝上,问题4 什么时候加油,物场分析,问题5 飘扬的旗帜,舞台剧的助手： 旗帜挂在盖斯康上方的旗杆上，这里是战斗中心但我们感觉不出气氛，旗帜像块布，不会在风中飘舞；如果用大风扇吹动旗子，其声音会像飞机一样；怎么办

14、？ 答案 旗杆做成中空的，并钻上小孔使一个小电扇可以通过旗杆向棋子吹风 正确选择物场的方式,问题6 橡皮泥与磁粉,事件： 一所物理学院安装了一台大型仪器，主要部分是一个米高的巨型磁铁，这台仪器要求非常精确，因此非常平整光滑。但是，一天磁铁表面上突然吸上了一两公斤面粉，怎样才能弄下来？ 注意：不能刮、不能用酸，因为都会影响磁铁表面的光洁度。 答案：引入第三种物质橡皮泥,问题7 完美的水果包装机,问题： 包装机将纸箱放在桌子上，水果从一个通道滚到箱子里，一台电动机振动着桌子使水果装好，一个小问题：当水果在箱子中相互碰撞时会撞伤，如何避免？ 思考： 降低通道？问题是包装时又需要抬高通道，这意味着需要

15、增加一个自动化系统来控制，因此系统复杂化；反过来呢？抬高纸箱，问题没有改变 突然，一个发明家诞生了 想想物场分析，苹果与苹果相撞，加入一个软性磁性皮球,问题8 厨师的智慧物场分析,烹饪时如何不粘锅 煎鱼 摊饼 ,问题9 打捞宝藏,事件： 探险队终于发现了海盗的宝藏一只躺在500米深（潜水员到不了那个地方）海底的箱子，只有一个摄像机和浮筒，如何打捞？ 思考 浮筒先装满水，沉到箱子顶部，通过诸如压缩空气让浮筒带着箱子漂浮起来，但问题是如何连接？ 它们之间只有水，唯一的方法是,问题10 泡沫毯子,问题： 收音机：预报霜冻消息， 农场经理：这是场灾难，大面积的试验地需要温暖的气候，无法用薄膜覆盖，又无法加温，怎么办？ 答案：让我们请来消