第六章物理矛盾及解决方法

幻灯片1TRIZ理论第六章物理矛盾及解决方法我们首先来看阿奇舒勒的矛盾矩阵。阿奇舒勒矛盾矩阵由39个通用工程参数和40个创新原理构成，矛盾矩阵第一列表示改进的参数，第一行表示恶化的参数，共有39*39个小格子，每一个小格子代表一个工程矛盾（具体说明），非对角线上小格子所表达的矛盾为技术矛盾。该矛盾由对应小格子里所提供的创新原理解决（具体说明）。需要说明：1、不同的矛盾提供原理数不一样（1、2、3、4），尽可能应用所提供的创新原理解决问题，否则你定义的矛盾有问题；2、如果非对角线上小格子里面没有数字，表明该矛盾在实际工程中不存在；3、对角线上小格子里面没有数字，并不表示不存在矛盾，而是另一类矛盾。我们知道，技术矛盾是两个参数之间形成的矛盾，即当一个参数改进时，引起另一个参数的恶化；当我们用同样的方式描述对角线上小格子所表达的矛盾时，应该是“当一个参数改进时，又引起该参数的恶化”，也就是说，对角线上小格子对应的正反两个参数是一个参数，说明这些参数自身产生了矛盾，这样的矛盾称物理矛盾。例如，笔记本携带时应该小点，使用时应该大点，对笔记本的尺寸相反的要求就构成了物理矛盾。本章研究物理矛盾及其解决方法。幻灯片2本章内容•§1物理矛盾的定义•§2解决物理矛盾的分离原理•§3分离原理与创新原理的综合运用幻灯片3•物理矛盾的定义：•当一个技术系统中对同一个参数具有相互排斥(相反的或是不同的)需求时，所产生的矛盾称为物理矛盾。§1物理矛盾的定义对于技术系统的元素，物理矛盾有以下三种情况：第一种情况，这个元素是通用工程参数，不同的设计条件对它提出了完全相反的要求，例如：对于建筑领域，墙体的设计应该有足够的厚度以使其坚固，同时墙体又要尽量薄以使建筑进程加快并且总重比较轻。建筑结构的材料密度应接近零以使其轻便，同时材料密度也应该足够高以使其具有一定的承重能力。另外还有：温度既要高又要低；尺寸既要长又要短；材质既要软又要硬等等。第二种情况，这个元素是通用工程参数，不同的工况条件对它有着不同(并非完全相反)的要求，例如：灯泡的功率既要是25瓦，又要是100瓦；一个工件的形状，既要是直的，又要是弯的等等。第三种情况，这个元素是非工程参数，不同的工况条件对它有着不同的要求，例如：冰箱的门既要经常打开，又要经常保持关闭；道路上既要有十字路口，又要没有十字路口。幻灯片4•物理矛盾在技术系统中主要表现在以下几个方面：•系统或关键子系统必须存在，又不能存在；•系统或关键子系统必须具有功能“F”，同时又必须具有与“F”相反的功能“-F”；•系统或关键子系统必须处于状态“S”及与其相反的状态“-S”；•系统或关键子系统不能随时间变化，又要随时间变化§1物理矛盾的定义幻灯片5物理矛盾的类型§1物理矛盾的定义根据参数的性质不同，物理矛盾可从几何、材料及能量、功能3个具体角度进行描述幻灯片6§1物理矛盾的定义物理矛盾举例：幻灯片7§1物理矛盾的定义物理矛盾举例：幻灯片8•冰箱的门既要经常打开，又要经常保持关闭；§1物理矛盾的定义物理矛盾举例：幻灯片9分离原理整体与部分的分离空间分离时间分离基于条件分离§2解决物理矛盾的分离原理相对于技术矛盾，物理矛盾是一种更尖锐的矛盾，也是更本质的矛盾。从哲学的角度看，物理矛盾的矛盾双方是对立统一的关系，矛盾的双方存在于同一客体中，因此就必然不可避免地产生冲突。要解决物理矛盾就要打破这种关系，通过将矛盾双方分离，破坏其统一关系，使其不再存在于同一客体中矛盾双方也就不再存在对立关系了，此时物理矛盾就得到了解决。解决物理矛盾的分离原理有四个：空间分离原理、时间分离原理、基于条件的分离原理、整体与部分的分离原理其中空间和时间分离可以解决70%的物理矛盾。幻灯片10•空间分离原理：空间分离原理是将矛盾双方在不同的空间分离，以降低解决问题的难度。§2解决物理矛盾的分离原理利用空间分离原理解决物理矛盾的步骤为：1、定义物理矛盾。找到存在矛盾的参数，以及对该参数的要求；2、定义空间。如果想实现技术系统的理想状态，上面参数的不同要求应该在什么空间得以实现；3、判断第二步中寻找到的两个空间是否存在交叉，如果不存在交叉，则可以使用空间分离原理，如果存在交叉，则需要尝试其他分离原理使用空间分离原理，先确定矛盾的需求在整个空间中是否都在沿着某个方向变化，如果在空间的某一处，矛盾的一方可以不按一个方向变化，则可以使用空间分离原理解决问题，也就是说，当系统或关键子系统的矛盾双方在某一个空间只出现一方时，就可以进行空间分离。幻灯片11声纳例如，轮船测量海底时，将声呐探测器安装在船上某一部位，而轮船上的各种干扰影响测量精度，如将声呐探测器单独置于船后千米之外，用电缆连接，使声呐探测器和轮船内的各种干扰在空间上得以分离，可大大提高测试精度。幻灯片12•时间分离原理：时间分离原理是将矛盾双方在不同的时间段分离，以降低解决问题的难度。§2解决物理矛盾的分离原理利用时间分离原理解决物理矛盾的步骤为：1、定义物理矛盾。找到存在矛盾的参数，以及对该参数的要求；2、定义时间。如果想实现技术系统的理想状态，上面参数的不同要求应该在什么时间得以实现；3、判断第二步中寻找到的两个时间段是否存在交叉，如果不存在交叉，则可以使用时间分离原理，如果存在交叉，则需要尝试其他分离原理使用时间分离原理，先确定矛盾的需求在整个时间段上是否都在沿着某个方向变化，如果在时间段的某一段，矛盾的一方可以不按一个方向变化，则可以使用时间分离原理解决问题，也就是说，当系统或关键子系统的矛盾双方在某一个时间段中只出现一方时，就可以进行空间分离。幻灯片13例如飞机在起飞时，要求升力大，因此机翼面积要加大，而正常航行时则相反，要求阻力小，理想的方案是设计能调节机翼面积的活动机翼，以适应在不同时间段飞行的不同要求。幻灯片14•基于条件的分离原理：基于条件的分离原理是将矛盾双方在不同的条件下分离，以降低解决问题的难度。§2解决物理矛盾的分离原理利用条件分离原理解决物理矛盾的步骤为：1、定义物理矛盾。找到存在矛盾的参数，以及对该参数的要求；2、定义时间/空间。如果想实现技术系统的理想状态，上面参数的不同要求应该在什么时间/空间得以实现；3、判断第二步中寻找到的两个时间/空间是否存在交叉，如果对参数的不同要求可按照某种条件实现分离和切换，则尝试使用条件分离原理，如果存在交叉，则需要尝试其他分离原理使用条件分离原理，先确定在各种条件下矛盾的需求是否都在沿着某个方向变化，如果在某种条件下，矛盾的一方可以不按一个方向变化，则可以使用条件分离原理解决问题，也就是说，当系统或关键子系统的矛盾双方在某一种条件下只出现一方时，就可以进行条件分离。幻灯片15例如，水射流可以当作软质物质，用于洗澡时按摩；也可以当作硬质物质，以高压、高速射流用于加工或作为武器使用，这取决于射流的速度条件或射流中有无其他物质。幻灯片16•整体与部分的分离原理：整体与部分的分离原理是将矛盾双方在不同的层次分离，以降低解决问题的难度。§2解决物理矛盾的分离原理利用系统级别分离原理解决物理矛盾的步骤为：1、定义物理矛盾。找到存在矛盾的参数，以及对该参数的要求；2、定义时间/空间。如果想实现技术系统的理想状态，上面参数的不同要求应该在什么时间/空间得以实现；3、判断第二步中寻找到的两个时间/空间是否存在交叉，如果对参数的不同要求可按照不同的系统级别（系统+子系统、系统+超系统）实现分离，则尝试使用系统级别分离原理，如果存在交叉，则需要尝试其他分离原理当矛盾双方在系统、子系统、超系统的层次只出现一方，而该方在其他层次不出现时，则可以进行系统级别分离。幻灯片17标准空气过滤器含有一层多孔过滤材料。当气流通过过滤材料时，它的气孔可将灰尘颗粒吸附。如果孔的直径过小，尽管可以很好地将灰尘吸附，但会将过滤器早早地堵塞。如果孔的直径过大，虽不能将过滤器早早地堵塞，但不能很好地将灰尘吸附。物理矛盾可简单地表述如下：“过滤器材料的孔径应小些，同时，过滤器材料的孔径也应大些。”解决方案：采用静电过滤器幻灯片18静电过滤器工作原理静电过滤器的滤芯是一组平板电极。在相邻的电极间有小的空气间隙，每个电极与其他的电极相绝缘。相互间隔的电极与高压直流电源的正负极相连接。要过滤的气流沿着电极表面通过间隙。电极间的静电场使灰尘颗粒分子极化，并形成它们自己的电极。极化后的灰尘颗粒的分子使其正极与负电极的表面相吸，使其负极与正电极的表面相吸。从而，灰尘吸附在电极的表面而将其从空气中除去。静电过滤器电极间的空气通道将起到大直径孔的作用,灰尘堵塞通道会很慢，同时，静电场将起到小直径孔的作用，静电场将拦住小的灰尘颗粒使其落在电极的表面上。幻灯片19解决不同市场需求例如市场的需求有两种情况：一种是大众化的、量大、面广的产品，要求生产线大批量的连续生产来满足市场需求，这是主体；而个性化的消费正逐步成为消费的潮流，这部分需求也要满足。采用零库存、准时生产原理的柔性生产线能满足两种需求。如何实现矛盾双方的分离，是解决物理矛盾的关键。为了让同学容易理解物理矛盾的产生和解决过程，这里给同学举几个例子。幻灯片20§2解决物理矛盾的分离原理土地爷的哲学【例1】土地爷的哲学古时候的一个神话故事说，有一次土地爷外出，临行前嘱咐他的儿子替他在土地庙“当值”，并且一定要把前来祈祷者的话记下来。他走后，前前后后来了四个祈祷者——一位船夫祈祷赶快刮风，以便乘风远航；一位果农祈祷别刮风，以避免把快成熟的果子给刮下来；一位种地的农民祈祷赶紧下雨，以免耽误了播种的季节；一位商人祈祷千万别下雨，以便趁着好天气带着大量的货物赶路。这一下子可难住了土地爷的儿子，他不知该怎么办才能满足这些人的彼此不同的要求，只好把所有祈祷者的话都原封不动地记了下来。很快，土地爷回来了，看了儿子的记录，哈哈一笑说，别愁眉苦脸了，照我的办法做就是了，肯定能满足他们各自的要求。土地爷提笔在上面批了四句话：“刮风莫到果树园，刮到河边好行船；白天天晴好走路，夜晚下雨润良田。”如此一来，四个不同的祈祷者都如愿以偿、皆大欢喜。其实，土地爷的前两句话说的是风的“空间分离”，后两句话说的是雨的“时间分离”。幻灯片21§2解决物理矛盾的分离原理伞的发明【例2】伞的发明伞，再熟悉不过的晴雨用具，家家必备，人人都用。伞的发明，也与解决物理矛盾有关。鲁班是生活在2000多年前春秋末年时期的一位土木建筑工匠，他心灵手巧，发明了世界上第一把锯子，发明了亭子，发明了榫卯结构等。鲁班的妻子云氏也是一个才思敏捷的人。她看到鲁班长年在外做工，日晒雨淋，很是辛苦，受到了鲁班发明亭子的启发，便想给鲁班做一个“活动的亭子”，让鲁班能够随身带着，一旦太阳暴晒或阴雨来临，可以有个遮阳避雨的物件。可是，亭子虽然能遮阳避雨，但是体积太大了，不便于携带。如何让这个“活动的亭子”用的时候大，不用的时候小?经过长时间的摸索和尝试，云氏终于成功了：她把竹子劈成一根根细条，中间用一根竹棍当柄，将那些细条聚合起来，捆扎在竹棍的一端，再在细条上蒙上牛皮，使之“收拢如棍，张开如盖”。一个缩小了的可以随身携带的“活动的亭子”——伞，就这样被发明了出来。后来，人们在云氏伞的基础上又不断加以改进，把牛皮换成丝绸；到宋代又用油纸代替丝绸，制成了油纸伞。“收拢如棍，张开如盖”，用空间分离的原理很好地解决了伞盖在“用的时候大，不用的时候小”的物理矛盾。再到了现代，人们又把伞改进成了体积更小的折叠伞。幻灯片22§2解决物理矛盾的分离原理一个欧洲鞋业公司遇到的难题【例4】一个欧洲鞋业公司遇到的难题某欧洲鞋业公司生产一种知名品牌的运动靴。由于其运动靴的质量非常好，因此订货的主要客户都是欧美比较大的运动超市。为了节约生产成本，这个欧洲鞋业公司把生产地点转移到了东南亚某个国家。在靴子的生产过程中，生产工艺和质量控制得非常严格，一切似乎都很顺利。但是没有过多久,问题出现了：管理者很快发现少数当地工人有偷靴子的行为。管理者曾经多次公开警告，包括使用降薪、开除等管理手段，但是始终难以奏效，因为这个牌子的运动靴太有名气了，对当地的某些“鞋迷”来说吸引力很大