物理矛盾及其解决方法-TRIZ
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物理矛盾分别原理解决问题实例剖析一、现代 TRIZ 提出的四条分别原理:1.空间分别2.时间分别3.鉴于条件的分别4.整体与部分的分别二、分别原理及其实例(一)空间分别原理1.空间分别原理所谓空间分别原理是将矛盾两方在不一样的空间分别,以降低解决问题的难度。
当重点子系统矛盾两方在某一空间只出现一方时,空间分别是可能的。
应用该原理时,第一应回答如下问题:(1)能否矛盾一方在整个空间中“ 正向” 或“负向” 变化?(2)在空间中的某一处矛盾的一方能否可不按以一个方向变化?(3)假如矛盾的一方可不按一个方向变化,利用空间分别原理是可能的。
2.分别原理与四十条发明原理的对应关系1.切割2.分别3.局部质量4.不对称7.套装13.反向17.维数改变24.中介物26.复制30.柔性壳体或薄膜3.空间分别原理解决问题实例(1) .自行车采纳链轮与链条传动是一个采纳空间分别原理的例子。
在链轮与链条发明前,自行车存在两个物理矛盾,其一为了高速行走需要一个直径大的车轮,为了乘坐舒坦,需要一个小的车轮,车轮既要大又要小形成了物理矛盾;其二骑车人既要快蹬脚蹬,以提升速度,又要慢瞪以感觉舒坦。
链条在空间大将链轮的运动传达给飞轮,飞轮驱动自行车后轮旋转;其次链轮直径大于飞轮,链轮以较慢的速度旋转将致使飞轮较快的旋转速度。
所以,骑车人能够较慢的速度驱动脚蹬,自行车后轮将以较快的速度旋转,自行车车轮直径也能够较小。
(2) .潜水艇利用电缆拖着千米以外的声纳探测器,以在黑暗的大海中感知外面世界的信息。
被拖的声纳探测器与产生噪声大海中感知外面世界的信息。
(3)波音企业改良737设计过程中,出现的技术矛盾为:即希望发动机吸入更多的空气,但又不希望发动机罩与地面的距离减少。
将其转变成物理矛盾:发动机罩的直径应当加大,以吸人更多的空气,但机罩直径又不可以太大防备路而和机罩的间距减少。
利用空间分别原理来解决该物理矛盾,能够将对称设计改为不对称设计。
(一)冲突解决理论1、技术冲突解决原理TRIZ提出描述技术冲突的39个通用工程参数:运动物体质量、静止物体质量、运动物体长度、静止物体长度等。
为了解决技术冲突,TRIZ理论提出了40 项发明原理,如分割、分离、局部质量、不对称等。
通过研究,Altshuller提出了冲突矩阵,该矩阵将描述技术冲突的39个工程参数与40条发明原理建立了对应关系,解决了设计过程中选择发明原理的难题。
2、物理冲突解决原理Terninko于1998年提出的物理冲突描述方法为:(1)为实现关键功能,子系统要具有一有用功能,但为了避免出现一有害功能,子系统又不能具有上述有用功能。
(2)关键子系统的特性必须是一大值以能取得有用功能,但又必须是一小值以避免出现有害功能。
(3)关键子系统必须出现以取得一有用功能,但又不能出现以避免出现有害功能。
TRIZ提出采用分离原理解决物理冲突的方法,包括空间分离和时间分离、基于条件的分离、整体与部分的分离。
英国Bath大学的Mann提出,解决物理冲突的分离原理与解决技术冲突的发明原理之间存在关系,一条分离原理可以与多条发明原理存在对应关系。
(二)物—场模型分析方法物—场分析是用符号表达技术系统变换的建模技术。
物—场模型分析方法产生于1947—1977年,每一次的改进都增加了新的可用的知识,现在已经有了76 种标准解。
这些标准解是最初解决问题方案的精华,因此,物—场分析为我们提供了一种方便快捷的方法,利用这种方法,可以在汲取基本知识的基础上产生不同想法。
TRIZ理论认为,技术系统构成要素S1、作用体S2、场F三者缺一就会造成系统不完整。
而当系统中某一物质的特定机能没有实现时,系统就会产生问题。
为了控制这一物质产生的问题,有必要引入另外的物质。
由此产生这些物质之间的相互作用并伴随能量(场)的产生、变换、吸收等,物—场模型也从一种形式变换为另一种形式。
因此各种技术系统及其变换都可用物质和场的相互作用形式表述。
TRIZ的九大经典理论体系TRIZ理论包含着许多系统、科学而又富有可操作性的创造性思维方法和发明问题的分析方法。
经过半个多世纪的发展,TRIZ理论已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的九大经典理论体系。
TRIZ解决问题过程中,将问题的通解具体化是一个难点,这需要有深厚的领域背景知识。
TRIZ理论认为,一个成功的设计可由如下公式描述:S=Pc×Pkn×(1+M)×(1+T)其中:S——成功的设计;Pc——个人解决问题的能力;Pkn——领域知识的水平与经验;M——TRIZ方法论与哲学思想的运用;T——TRIZ工具的运用。
在公式中,Pc和Pkn 都与领域知识有关。
因此,尽管TRIZ理论的创始人阿奇舒勒否认了经验知识在TRIZ 理论中的重要性,但从上述公式可以看出经验知识依然对TRIZ理论的应用构成了重要的支持。
所以,在TRIZ 理论中融入经验思维模式,应是TRIZ理论在应用中的一个发展方向。
(一)TRIZ的技术系统八大进化法则。
阿奇舒勒的技术系统进化论可与达尔文生物进化论和斯宾塞的社会达尔文主义齐肩,称为三大进化论。
TRIZ的技术系统八大进化法则分别是:1、技术系统的S曲线进化法则;2、提高理想度法则;3、子系统的不均衡进化法则;4、动态性和可控性进化法则;5、增加集成度再进行简化法则;6、子系统协调性进化法则;7、向微观级和场的应用进化法则;8、减少人工进入的进化法则。
技术系统的这八大进化法则可应用于产生市场需求、定性技术预测、产生新技术、专利布局和选择企业战略制定的时机等。
它可用来解决难题,预测技术系统,产生并加强创造性问题的解决工具。
(二)最终理想解(IFR)。
TRIZ理论在解决问题之初,首先抛开各种客观限制条件,通过理想化来定义问题的最终理想解(ideal final result,IFR),以明确理想解所在的方向和位置,保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解,从而避免了传统创新涉及方法中缺乏目标的弊端,提升了创新设计的效率。
TRIZ的九大经典理论体系TRIZ理论包含着许多系统、科学而又富有可操作性的创造性思维方法和发明问题的分析方法。
经过半个多世纪的发展,TRIZ理论已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的九大经典理论体系。
TRIZ解决问题过程中,将问题的通解具体化是一个难点,这需要有深厚的领域背景知识。
TRIZ理论认为,一个成功的设计可由如下公式描述:S=Pc×Pkn×(1+M)×(1+T)其中:S——成功的设计;Pc——个人解决问题的能力;Pkn——领域知识的水平与经验;M——TRIZ方法论与哲学思想的运用;T——TRIZ工具的运用。
在公式中,Pc和Pkn 都与领域知识有关。
因此,尽管TRIZ理论的创始人阿奇舒勒否认了经验知识在TRIZ 理论中的重要性,但从上述公式可以看出经验知识依然对TRIZ理论的应用构成了重要的支持。
所以,在TRIZ 理论中融入经验思维模式,应是TRIZ理论在应用中的一个发展方向。
(一)TRIZ的技术系统八大进化法则。
阿奇舒勒的技术系统进化论可与达尔文生物进化论和斯宾塞的社会达尔文主义齐肩,称为三大进化论。
TRIZ的技术系统八大进化法则分别是:1、技术系统的S曲线进化法则;2、提高理想度法则;3、子系统的不均衡进化法则;4、动态性和可控性进化法则;5、增加集成度再进行简化法则;6、子系统协调性进化法则;7、向微观级和场的应用进化法则;8、减少人工进入的进化法则。
技术系统的这八大进化法则可应用于产生市场需求、定性技术预测、产生新技术、专利布局和选择企业战略制定的时机等。
它可用来解决难题,预测技术系统,产生并加强创造性问题的解决工具。
(二)最终理想解(IFR)。
TRIZ理论在解决问题之初,首先抛开各种客观限制条件,通过理想化来定义问题的最终理想解(ideal final result,IFR),以明确理想解所在的方向和位置,保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解,从而避免了传统创新涉及方法中缺乏目标的弊端,提升了创新设计的效率。
物理矛盾一般来说有2种表现:一是系统中有害性能降低的同时导致该子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子系统中有害性能的增强。
【技术矛盾】所谓的技术矛盾就是由系统中2个因素导致的,这2个参数相互促进、相互制约。
TRIZ将导致技术矛盾的因素总结成通用参数。
TRIZ的发明者阿奇舒勒通过对大量发明专利的研究,总结出工程领域内常用的表述系统性能的39个通用参数,通用参数一般是物理、几何和技术性能的参数。
尽管现在有很多对这些参数的补充研究,并将个数提高到了50多个,但在这里我们仍然只介绍核心的这39个参数。
39个工程参数中常用到运动物体(Moving objects)与静止物体(Stationary objects)2个术语,运动物体是指自身或借助于外力可在一定的空间内运动的物体;静止物体是指自身或借助于外力都不能使其在空间内运动的物体。
以下给出39个通用参数的含义:(1)运动物体的重量是指在重力场中运动物体多受到的重力。
如运动物体作用于其支撑或悬挂装置上的力。
(2)静止物体的重量是指在重力场中静止物体所受到的重力。
如静止物体作用于其支撑或悬挂装置上的力。
(3)运动物体的长度是指运动物体的任意线性尺寸,不一定是最长的,都认为是其长度。
(4)静止物体的长度是指静止物体的任意线性尺寸,不一定是最长的,都认为是其长度。
(5)运动物体的面积是指运动物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。
(6)静止物体的面积是指静止物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。
(7)运动物体的体积是指运动物体所占有的空间体积。
(8)静止物体的体积是指静止物体所占有的空间体积。
(9)速度是指物体的运动速度、过程或活动与时间之比。
(10)力是指两个系统之间的相互作用。
对于牛顿力学,力等于质量与加速度之积。
在TRIZ中,力是试图改变物体状态的任何作用。
(11)应力或压力是指单位面积上的力。
(12)形状是指物体外部轮廓或系统的外貌。