第四节TRIZ物场模型

1、第三章是发明问题解决理论(TRIZ)，第四节是材料场模型，它是TRIZ方法的重要分析工具，用于分析与现有技术相关的建模问题。所有技术系统的功能都是实现某种功能，所有系统都可以分解为三个基本要素：两个物质(S1、S2)和一个场(F)。如图所示，物质S1是系统作用的接收者，场F通过物质S2作用于物质S1并改变S1。3，物质S1和S2:它们的定义取决于每个具体的应用，它们可以是整个系统、子系统或单个对象，它们可以是任何东西，如材料、工具、零件、人或环境。场：为系统提供能量，促使系统做出反应，从而达到一定的效果。这种效应可以作用于S2或现场信息的输出。物质场模型简称为物质场模型，相应的分析称为物质场分

2、析。物质场三定律模型：所有系统都可以分解成三个基本元素(S1，S2，F)；一个完整的系统必须由这三个基本要素组成；相互作用的三个基本要素的有机结合将形成一种功能。4，1有效的完整系统模式。系统模型的三个组成部分都存在并且都是有效的，可以达到设计者所追求的效果。2不完整系统模式。组成系统模型的三个组件(两种物质和一个领域)中的一些不存在，因此有必要添加系统组件以实现有效和完整的系统功能。3.无效的完整系统模式。模型中的三个要素都存在，但设计者追求的效果却无法完全实现，比如力度不够、温度不够。为了达到预期的效果，需要对原有系统进行改进。4有害的完整系统模式。模型的三个要素都存在，但它们产生的有害影

3、响与设计师的追求相冲突。在创新设计的过程中，有必要消除这种对系统的有害影响。为了促进全球交流，使分析过程更加直观。人们在科学研究的实践中形成了统一的物场模型描述方法。具体符号如下：描述物场模型的符号；6.如前一页所示，F场作用于S2，使S2影响S1，从而改变S1，达到预期效果。磁铁通过磁场吸引铁。用物场模型描述，F是磁场，S1是铁板，S2是磁铁。即f磁场作用在S2磁铁上，使S2磁铁影响S1铁片并改变其位置。正如右图所示，F场作用于S2，这使得S2对S1产生了有害影响。例：车辆噪声干扰人，可以用物场模型来描述：f是振动场，S1是居民，S2是空气。也就是说，f振动场的能量作用于S2空气。振动场的能

4、量作用在空气上形成驻波，从而产生噪音。噪音影响S1居民，干扰他们的正常生活。如右图所示，F场作用于S2，使S2影响S1，从而改变了S1。然而，场f的作用是不够的，所以S2对S1的作用是不够的。人们感到寒冷是因为冬天供暖不足。对物场的描述是：F是供暖系统产生的热场，S1是人，S2是室内空气。也就是说，热场作用于S2的空气，而空气被激活并作用于S1人。但由于F热场能量和作用不足，对S2空气的激发作用不够，导致S2对S1的作用不足，供暖效益不明显，对S1的影响未能达到预期效果。材料场模型的构建通常遵循下图所示的工作流程，即1识别要素，定义模型中的三个要素，2构建模型，3从76个标准方案中选择合适的方

5、案作为解决方案，4进一步开发方案以实现系统的有效性和完善性，5实现具体的解决方案，6探索其他可行的解决方案。10，第一种情况：非物质场系统(仅包括一个组件)或不完整的物质场系统(包括两个组件)应建立完整的物质场。当抛锚的汽车停在路上时，应该用机械力把它拖走。在图中的物质场模型中，S1是一辆抛锚的汽车，S3是一辆牵引车，而F是一个机械场。因为S3没有直接联系S1，它不能完全把场的作用转移到S1，而这个对象场模型不能使整个系统运行。11、针对这两个元件不能直接接触的问题，可以通过增加钢索将两辆车栓接在一起，形成机械场的传动，增强其可控性，从而达到运行系统的目的。其中S2代表增加的钢缆。S2是直接影

6、响S1的一个因素。它对S1影响的来源是F和S3的影响。S2和S3同时受到F机械场的影响。在第二种情况下，具有所需特征的易于控制的补充物被引入系统中，以形成复杂的领域。补充可以引入：(1)物质形成一个内部复合场；(2)在材料外部形成外部复合场。例如：在下雪天开车时，由于路面积雪，摩擦系数降低，车轮打滑。这时，汽车轮胎已经成型，路况不容易改变。然后在车轮上增加一条铁链，铁链和地面的作用可以增加前进阻力，从而可以大大减少车轮打滑的情况。13，下图中，S1代表汽车行驶的路面，S2代表汽车轮胎，F1是发动机施加在S2车轮上的力场。由于积雪导致摩擦系数降低，S2对S1影响不大，用虚线表示。S3是车轮上的额

7、外链条。下图显示，由于S3的加入，该系统是有效和完整的。在第三种情况下，如果不允许将其他物质引入系统，则可以通过将现有物质引入外部环境并在外部环境中形成物质场来解决问题。现代社会的白领女性一年到头都在用电脑工作，并且遭受电磁辐射。尤其是在怀孕期间，长期的电磁辐射无疑会影响未来婴儿的健康。为了减少损伤，可以引入外界物质，如人们经常使用的防辐射服。通过引入这些物质，在系统外形成一个物场，它可以减少甚至屏蔽原来的场。在上一页的图中，F能量场(由电流形成的能量场)作用在S2计算机上激发它，S2激活发射电磁波作用在S1人身上。因为电磁波对人体健康有不良影响，一个有害的系统就形成了。通过在外部环境中引入现

8、有的物质S3，即防辐射服，就形成了右图所示的系统。辐射防护服取代了S1人、F电磁场和S2电脑形成了一个系统，并接受了S2对他们的影响。从而将人们从这个有害的系统中分离出来。16、如果只需要最小动作状态，但不能满足现有条件，则采用大动作状态，并去掉多余部分。例如：制造精细陶瓷时，通常先制造比目标产品稍大的坯件，然后通过精细加工获得目标产品。增加的精加工程序保证了产品的精度。大量的空白卷为以后的处理提供了空间。17，其中f代表机械场，F1代表初步加工，F2代表精细加工。S2是粗加工机器，S4是精加工机器。S1S2是初步加工后的空白。S1是最终产品，S3是毛坯上的剩余材料。在最初的加工过程中，F1作

9、用于S2，而S2(粗加工机床)作用于S1 S3获得初级产品。在精细加工中，S4(精细加工机器)在F2的作用下将S3从S1 S3移除，从而留下目标产品S1。如果你需要得到一种物质的最大作用状态，但条件不允许，你可以把这种作用状态应用到与之相关的另一种物质上。例如，如果汽车的发动机发生故障，汽油的化学能不能转化为向前运动的动能，就可以将汽油放入拖拉机的发动机中，使拖拉机运动，拉动汽车向前运动。在上图中，F代表由汽油化学能转化而来的机械能，S2代表汽车发动机，S1代表汽车运动系统。当汽车发动机发生故障时，汽油的化学能不能正常转化为汽车运行所需的机械能当改变其动作相关性时，也就是说，将汽油放入拖拉机发

10、动机中，目标场模型就变成了上一页的图形所示。汽油的化学能在拖拉机的发动机中转化为机械能，拖拉机的运动带动汽车的车轮行驶，从而产生一个有效的、完整的新系统。20，如果有必要获得选择性的最大作用状态(只有最大作用发生在特定区域，而其他区域保持最小作用状态)，那么作用场的选择可以是最大或最小的：如果作用场是最大的，则有必要集中其作用区域并将保护物质引入其他非作用区域。示例：x光衍射仪将x光集中在一条x光路径上，其他地方由铅玻璃隔离和保护。如果所选择的场是最小场，则在需要最大动作来产生局部增强场的地方引入物质。21，将物质场模型功能分析方法应用于产品创新设计过程如下：步骤1:定义了系统的总功能；在步骤

11、2:函数被分解，并且基本函数和核心函数被确定。函数分解是解决问题的基础。由于系统的复杂性，只有将全部功能分解成易于实现的基本功能，产品设计才能真正成功。整个函数可以分解成子函数和子函数，直到它被分解成基本函数。即从根到枝到叶的分解过程。22，步骤3:建立系统的功能模型；根据功能分解的结果，建立了各基本功能的物质场模型，有机地建立了整个系统的功能模型。步骤4:确定要改进的功能模型；根据物质场分析方法，TRIZ将功能分为四类： (1)有效完全功能(2)不完全功能(3)无效完全功能(4)有害功能。根据功能类别，分析了系统的功能模型，确定了基本功能模型的类型，找到了需要改进的功能模型。23，step

12、5:标准溶液分析Altshuller等人提出了76种标准溶液，其中可分为以下五类：(1)对现有体系无改变或仅有少量改变：13种标准溶液；(2)改变现有系统：23个标准解决方案；(3)系统转移：六种标准解决方案；(4)检验和测量：17种标准溶液；(5)简化和改进策略：17个标准解决方案。根据每个基本函数的“物质场”模型，找到合适的标准解。步骤6:提出了一个新的设计概念。根据实际工程结构，将解决问题的标准解决方案转化为具体的解决方案领域。步骤7:中的解决方案评估。评估解域，如果有多个可行解域，根据进化模型选择综合最优方案。24.自行车已成为一项绿色健康的运动，因此修理自行车并使其更轻已成为一个系统

13、问题。这个问题将通过使用物质场模型分析方法来解决。1.定义系统的一般功能；该系统的总体功能是整个自行车系统。2.分解功能，确定主要功能；根据功能的不同，整个自行车系统可分为驱动系统、传动系统、执行系统和控制系统。其中，执行系统是它的主要功能，而自行车是否轻便主要取决于它。3.建立系统的功能模型；由于执行系统起着主要作用，其功能复杂且空间有限，这里只讨论执行系统的改进。25，(1)识别元素。轮子是S1，转轴是S2，链条传递的机械能是F.(2)构建模型。根据该问题给出的三元结构，构建了如图所示的物质场模型。评估系统的完整性和有效性。系统组件并不缺乏，但是每个组件的运行效率并不是最佳的。(3)考虑解决方案，从标准解决方案中选择合适的解决方案。在附录B所示的76种标准溶液中，发现第五种标准溶液含有引入物质的溶液。因此，润滑该制度原本是一个效力不足的制度。通过添加润滑剂，可以更好地发挥磁场的作用，从而增强磁场的作用，形成一个有效的、完整的系统。也可以使用由第三种标准解决方案引入的解决方案，其被转移到双系统和多系统。例如，在现实中出现了变速自行车，从而通过将运动系统的单个系统改变为具有运动系统和变速器换档功能系统的双系统来改善其运行状况。27，4。进一步发展这一概念，以支持最终的解决方案。在实际使用中，人们可以选择不同