物-场模型分析

112物—场模型分析是TRIZ理论中的一种重要的问题描述和分析工具，用以建立与已存在的系统或新技术系统问题相联系的功能模型，在问题的解决过程中，可以根据物—场模型所描述的问题，来查找相对应的一般解法和标准解法。2

36.1 物—场分析每个系统的出现都是为了实现某个确定的功能。产品是功能的实现。所谓功能，是指系统的输出与系统的输人之间正常的、期望存在的关系。产品设计中，经常使用到传递函数：y = F (x1，x2，x3，…，xn) 式中y —输出;x1，x2，x3，…，xn—输入。输出与输入之间的函数关系F 就是功能。系统的功能可以是一个比较大的总的功能，也可以是分解到子系统的功能，也可以一直分解下去，直达底层的功能为止。底层的功能结构上比较简单，容易进行理解和表达。

4阿奇舒勒通过对功能的研究，发现并总结出以下3条定律:l) 所有的功能都可以分解为3个基本元素(S1，S2，F);2)一个存在的功能必定由这3个基本元素组成;3)将相互作用的3个基本元素进行有机组合将形成一个功能。为方便表示，功能用一个三角形来进行模型化，三角形的下边2个角是3个物体(或称为物质)，上角是作用或效应(或称为场)。物体可以是工件或工具，场是能量形式。通常，任何一个完整的系统功能，都可以用一个完整的物—场三角形进行模型化，称为物—场分析模型。见图7-l。如果是一个复杂的系统，可以用多个物—场三角形来进行模型化。3

5FS1S2

图6-1 物——场分析模型

6参与相互作用的物体S1和S2可以是：1) 材料;2) 工具;3) 零件;4) 人;5) 环境。

F

S1S24

7一般地，S1表示工件，S2表示工具。物体之间的效应(或称为场) F 可以是:1) Me ——机械能;2) Th——热能;3) Ch ——化学能;4) E ——电能;5) M ——磁能。

F

S1S2

8将这些场类别组合起来，就形成一个词:MeThChEM，以方便对能量形式的记忆。Me—Th—Ch—E—M与技术系统的进化趋势是一致的，可以根据系统所采用的能量形式，来判断技术系统所处的进化阶段和未来可能的进化方向。下面举例来熟悉一下物—场分析。5

9例6-1 吸尘器清洁地毯S1 ——地毯(工件)S2 ——吸尘器(工具)F ——清洁(机械场) 例6-2 人用油漆刷墙S1 ——墙(工件)S2 ——人(工具)F ——刷油漆(机械场)

106.2 物—场模型的类型物—场模型有助于使问题聚焦于关键子系统上并确定问题所在的特别“模型组”，事实上，任何物—场模型中的异常表现(见表6-1)，都来自于这些模型组中所存在的问题上。

期望的效应没有产生过热火炉的炉瓦没有进行冷却有害效应产生过热火炉的炉瓦变得过热期望的效应不足或无效对炉瓦的冷却低效，因此，加强冷却是可能的

异常情况举例表6-1 常见的物-场异常情况6

11为建立针对以上3种异常情况的图形化模型描述，要用到系列表达效应的几何符号，常见的效应图形表示符号见表6-2所示。

表6-2

12TRIZ理论中，根据以上各种情况，总结出常见的物—场模型的类型有4类:1) 有效完整模型。功能的3个元素都存在，且都有效，是设计者追求的效应。2) 不完整模型。组成功能的元素不全，可能缺少场，也有可能是缺少物质。3)效应不足的完整模型。3个元素齐全，但设计者所追求的效应未能有效实现，或效应实现的不足够。4)有害效应的完整模型。3个元素齐全，但产生了与设计者所追求的效应相左的、有害的效应，需要消除这些有害效应。7

13TRIZ中，重点关注的是3种非正常模型:不完整模型、效应不足的完整模型、有害效应的完整模型，并提出了物—场模型的一般解法和76个标准解法。本章将介绍物—场模型的一般解法。第8章将专门介绍物—场模型的76个标准解法。

146.3 物—场分析的一般解法针对物—场模型的类型，，TRIZ提出了对应的一般解法。物—场分析的一般解法共6个，下面逐一进行阐述。8

156.3.1 不完整模型一般解法1:1)补齐所缺失的元素，增加场F或工具S2，完整模型(见图6-2)。

2)系统地研究各种能量场，机械能—热能—化学能—电能—磁能。

图6-2

16例6-3气泡的分离液体(S1)中存在着气泡(S2)。使用离心机(增加机械场F)将气泡从液体中分解出来。9

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6.3.2 有害效应的完整模型有害效应的完整模型，元素齐全，但S1和S2之间的相互作用的结果是有害的或不希望得到的，因此，场F是有害的。一般解法2：加入第3种物质S3，S3用来阻止有害作用。S3可以是通过Sl或S2改变而来，或者是S1/S2共同改变而来，见图6-3所示。

图6-3

18例6-4办公室的玻璃将窗户玻璃进行磨砂处理，变成半透明的，以保护办公室的隐私。一般解法3：l) 增加另外一个场F2来抵消原来有害场F的效应。见图6-4所示。

2)系统地研究各种能量场，机械能—热能—化学能—电能—磁能。

图6-410

19例6-5细长工件的切削加工为防止零件在加工中产生偏歪，增加一个反向作用力（如使用跟刀架）。

206.3.3 效应不足的完整模型效应不足的模型是构成物—场模型的元素是完整的，但有用的场F效应不足，比如太弱、太慢等。一般解法4：用另一个场F2(或者F2和S3一起)代替原来的场F1(或者F1及S2)。见图6-5 所示。

图6-511

21例6-6墙纸的去除利用水蒸气来代替机械力，以去除墙上的墙纸，效率和效果提升许多。一般解法5：1) 增加另外一个场F2来强化有用的效应。见图6-6所示。

2)系统地研究各种能量场，机械能—热能—化学能—电能—磁能。

图6-6

22例6-7物体的粘贴在粘贴2个物体过程中，当胶水还没有完全凝固之前，先用夹子夹紧让粘贴面紧密结合，这夹子的夹紧力就是外加的场F2。一般解法6：l)插进一个物质S3并加上另一个场F2来提高有用效应。见图6-7所示。

2)系统地研究各种能量场，机械能—热能—化学能—电能—磁能。

图6-712

23例6-8电过滤网过滤网加装一个电场，将细小的粒子聚集成大颗粒子，其过滤效率得到大幅提升。

246.4 物—场模型分析的应用物—场分析时，物—场模型的6个一般解法，如果能够结合在一起应用，可以更有效地解决问题。建议使用以下步骤进行。1) 确定相关的元素。首先根据问题所存在的区域和问题的表现，确定造成问题的相关元素，以缩小问题分析的范围。2) 联系问题情形，确定并完成物—场模型的绘制。根据问题情形，表述相关元素间的作用，确定作用的程度，绘制出问题所在的物—场模型，模型反映出的问题与实际问题应该是一致的。13

253) 选择物—场模型的一般解法。按照物—场模型所表现出的问题，查找此类物—场模型的一般解法，如果有多个，则逐个进行对照，寻找最佳解法。4) 开发设计概念。将一般解法与实际问题相对照，并考虑各种限制条件下的实现方式，在设计中加以应用，从而形成产品的解决方案。本章所介绍的6个一般解法，只是物—场分析的一个初步应用，而更全面的解法请进入76个标准解法。

26例6-9纯铜板的清洗问题描述:在纯铜电解生产过程中，少量的电解液会残留在铜板表面的微孔中，在铜板存储过程中，这些残留的电解液会挥发出来而形成氧化斑点，从而影响铜板表面质量并降低其价值。为避免这种损失，在存储之前先清洗铜板，以去除铜板表面微孔中的残留电解液。但是，由于微孔非常小，微孔中的电解液很难能够得到彻底清洗。该如何改进纯铜的清洗呢？14

27按照以上步骤来求解问题。第1步：确定相关的元素根据原来的水洗工艺，确定相关的元素为：S1—电解液。S2—水。F —机械冲击力(清洗)。第2步：联系问题情形，确定并完成物—场模型的绘制本问题属于第3类模型，是效应不足的完整模型。对应模型如图6-8所示。

图6-8

28第3步：选择物—场模型的一般解法第3类模型：效应不足的完整模型，有3个一般解法：4，5，6。本问题选择的一般解法是5和6。第4步:开发设计概念(l) 应用一般解法5。增加另外一个场F2来强化有用效应。见图6-9所示。通过系统地研究各种能量场来选择可用的场形式。

图6-9