第4章-triz发明物理矛盾与技术矛盾解决原理

11第4章物理矛盾与技术矛盾解决原理2理论基础冲突分析40条发明创新原理建议方案物质–场分析ARIZ算法分析76个标准解需求功能分析效应知识库技术系统进化模式问题分析分析工具基于知识的工具结论矛盾矩阵2回顾：TRIZ法体系结构33技术成熟度时间发明改进成熟系统进化S曲线44.1矛盾的概念及分类4.2物理矛盾及其解决原理4.3技术矛盾及其解决原理4.4矛盾矩阵及其应用4.4.1矛盾矩阵的构造4.4.2矛盾矩阵的应用4.4.3技术矛盾解决方法实际应用举例4.5TRIZ法技术矛盾和物理矛盾解的基本思路4.640条发明创新原理的使用窍门45矛盾普遍存在于各种产品或技术系统中。技术系统进化过程就是不断解决系统所存在矛盾的过程。矛盾的类型54.1矛盾的概念及分类6所谓物理矛盾是指为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有某种特性，但该特性出现的同时会产生与此相反的不利或有害的后果。64.2物理矛盾及其解决原理物理矛盾一般来说有两种表现：一是系统中有害性能降低的同时导致该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系统中有害性能的增强。飞机的机翼大小，起飞大，飞行小手机大小，携带小，显示屏和键盘大一块菜地，要全部种白菜，又要全部种萝卜。77常见的物理矛盾解决物理矛盾就是要满足双方相反的要求。8序解决方法应用举例1矛盾特性的空间分离用齿形带进行运动传递可降低因齿轮啮合运动产生的噪声。2矛盾特征的时间分离折叠式自行车在行走时体积大，在储存时因折叠体积变小。3不同系统或元件与另一系统相连轧钢时，传送带上的钢板首尾相连，使钢板端部保持一定温度。4将系统改为反系统，或将系统与反系统相结合为防止润滑系统渗漏，常采用密封装置。5系统作为一个整体具有特性+B，其子系统具有特性－B链条与链轮组成的传动系统是柔性的，但每个链节却是刚性的。8物理矛盾的表示方法（11种）9序解决方法应用举例6微观操作为核心的系统微波炉可代替电炉加热食物。7系统中一部分物质的状态交替变化液化气：运输时氧气处于液态，使用时处于气态8由于工作条件变化使系统从一种状态向另一种状态过渡形状记忆合金管接头在低温下很容易安装，而常温下不会松开。9利用状态变化所伴随的现象一种输送冷冻物品装置的支撑部件是由冰制成的，在冷冻物品融化过程中能最大限度地减少摩擦力。10用两相的物质代替单相的物质抛光液可由一种液体与一种粒子混合组成。11通过物理作用及化学反应使物质从一种状态过渡到另一种状态为了增加木材的可塑性，可将木材注入含有盐的氨水。9物理矛盾的表示方法（11种表示法）（续）102.时间分离将矛盾双方分离在不同的时间，以降低解决问题的难度。当系统矛盾双方在某一时间只出现一方时，时间分离是可能的。将飞机机翼设计成可调的活动机翼，以适应在飞行中各个时间段的不同要求。又如为了解决用电高峰期电能紧缺的矛盾，进行时间分离，用电低峰时降低电价，鼓励人们低峰时间用电。物理矛盾的表示方法（11种表示法可由四个原理表述）1.空间分离将矛盾双方分离在不同的空间，以降低解决问题的难度。当系统矛盾双方在某一空间只出现一方时，空间分离是可能的。测量海底时，将声纳探测器与船体空间分离，用以防止干扰，提高测试精度。又如在快车道上方建立人行天桥，车流和人流各行其道，实现空间的分离。114.整体与部分分离将矛盾双方在不同的层次分离，以降低解决问题的难度。当系统矛盾双方在系统层次只出现一方时，整体与部分分离是可能的。固定电话矛盾：人打电话不能离开，又需要离开电线与主机连在一起。机械系统的替代，电磁场子母机11物理矛盾的表示方法（4种表示法）3.条件分离将矛盾双方在不同的条件下分离，以降低解决问题的难度。当系统矛盾双方在某一条件性下只出现一方时，条件分离是可能的。高台跳水要求：水硬（防止运动员撞击池底）水软（防止运动员受伤）条件分离：采用物理参数改变水的密度，向游泳池的水中打入气泡，降低水的密度，使水变得柔软一些，防受伤121.矛盾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。2.矛盾元素是通用工程参数，不同的工况条件对它有着不同的要求。例如，某个装置要实现温度达到100℃，又要实现温度达到200℃；灯泡的功率既要是25W，又要是100W。3.矛盾元素是非工程参数，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；歌咏比赛的奖项既要设立得多，又要设立得少等。12物理矛盾的类型13这是古时候的一个神话故事。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，避免把快成熟的果子给刮下来；一个种地的农民祈祷赶紧下雨，以免耽误播种的季节；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们的彼此不同的要求，只好把所有祈祷者的话都原封不动地记了下来。13案例1土地爷的哲学14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，•刮风河边好行船；•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”。14案例1土地爷的哲学—续空间分离时间分离15空间分离案例折弯枪16时间分离17分析问题：燃具工作时燃气的输入大小希望可控，从而减少能源的浪费。当加热锅时，应加大燃气输入量，当锅是空的或锅不在位置时，应仅输入少量燃气，起保温或保持炉火燃烧的功能。物理矛盾提取：根据条件的不同，希望燃气输入可大可小，构成物理矛盾。17案例3燃灶燃气输入控制18使用分离原理中的条件分离原理来解决。根据锅里食物的质量进行分离。当锅被取走或锅内食物较轻时，移动杆受弹簧推力向上移动，移动杆上的控制孔与输气管道上的孔几乎封合，燃气输入会变小。2.当锅内装有食物放在此燃具上时，移动杆受锅的重力下移量增加，控制孔与主管上的孔口相连部分变大，输气量也随之变大。锅压力输气管移动杆控制孔弹簧18案例3燃灶燃气输入控制—续19技术矛盾表现为：在一个子系统中引入一种有用功能后，会导致另一子系统产生一种有害功能，或加强了已存在的一种有害功能；一种有害功能会导致另一子系统有用功能的削弱；有用功能的加强或有害功能的削弱使另一子系统或系统变得复杂。194.3技术矛盾及其解决原理20TRIZ法通过对百万件专利的详细研究，提出用39个通用工程参数来描述技术矛盾。在实际应用时，首先要把组成矛盾双方的性能用该39个通用工程参数来表示，这样就将实际工程技术中的矛盾转化为一般的标准的技术矛盾。TRIZ法研究人员在对全世界专利进行分析研究的基础上，提出了40条解决技术矛盾的发明创新原理。这两表是解决技术矛盾的关键。2039个通用工程参数与40个发明原理211.运动物体的重量2.静止物体的重量3.运动物体的长度4.静止物体的长度5.运动物体的面积6.静止物体的面积7.运动物体的体积8.静止物体的体积9.速度10.力11.应力或压力12.形状13.结构稳定性27.可靠性28.测试精度29.制造精度30.物体外部有害因素作用的敏感性31.物体产生的有害因素32.可制造性33.可操作性34.可维修性35.适应性及多用性36.装置的复杂性37.监控与测试的困难程度38.自动化程度39.生产率14.强度15.运动物体作用时间16.静止物体作用时间17.温度18.光照度19.运动物体的能耗20.静止物体的能耗21.功率22.能量损失23.物质损失24.信息损失25.时间损失26.物质或事物的数量2139个通用工程参数2240个发明原理序号原理名称序号原理名称序号原理名称序号原理名称No.1分割No.11预先应急措施No.21紧急行动No.31多孔材料No.2抽取No.12等势性No.22变害为利No.32改变颜色No.3局部质量No.13逆向思维No.23反馈No.33同质性No.4非对称No.14曲面化No.24中介物No.34抛弃与修复No.5合并No.15动态化No.25自服务No.35参数变化No.6多用性No.16不足或超额行动No.26复制No.36相变No.7套装No.17维数变化No.27廉价替代品No.37热膨胀No.8重量补偿No.18振动No.28机械系统的替代No.38加速强氧化No.9增加反作用No.19周期性动作No.29气动与液压结构No.39惰性环境No.10预操作No.20有效运动的连续性No.30柔性壳体或薄膜No.40复合材料23TRIZ法解决问题流程大致分为四步：1.对待解决的实际问题作详尽的分析并提取存在的矛盾，2.将该矛盾转化为TRIZ法中的某种通用问题模型，3.利用TRIZ法工具得到TRIZ法提供的通用形式的解，4.把TRIZ解具体化为针对该实际问题的具体解。234.4矛盾矩阵及应用24矛盾矩阵是用39个通用工程特征参数组成的39×39正方矩阵。该矩阵的行是按39个通用工程特性参数依次排列，代表工程参数需要改善的一方；该矩阵的列也是按39个通用工程特性参数依次排列，代表工程参数可能引起恶化的一方。矩阵元素用Mi-j表示，其下标i表示该元素的行数，下标j表示该元素的列数。244.4.1矛盾矩阵的构造25由于矛盾不可能由自身造成，行与列号相同（i=j）的矩阵元素Mi-j为空集，用“＋”表示；若i≠j时，矩阵元素为空集，指这两个特征参数间不构成矛盾，或是存在矛盾但尚未找到适合的解，用“－”号表示；若i≠j时，矩阵元素Mi-j为非空集，其数值为解决所在的行与列通用工程特征参数所产生的技术矛盾的相关发明创新原理的编号，可在技术矛盾矩阵表中找到。264.4.1技术矛盾矩阵表（局部）26技术矛盾矩阵表（局部）27第一步，分析问题，找出可能存在的技术矛盾，最好能用动宾结构的词来表示矛盾。第二步，针对具体问题确认一到几对技术矛盾，并将矛盾的双方转换成技术领域的有关术语，进而根据有关术语在TRIZ提供的39个通用工程特性参数中选定相应的工程参数。第三步，按照相矛盾的通用工程参数编号i和j，在矛盾矩阵中找到相应的矩阵元素Mi-j，该矩阵元素值表示40条发明创新原理的序号，按照该序号找出相应的原理供下一步使用。第四步，根据已找到的发明创新原理，结合专业知识，寻找解决问题的方案。一般情况下，解决某技术矛盾的发明原理不止一条，应该对每一条相应的原理作解决技术矛盾方案的尝试。第五步，如果第四步的努力没有取得较好的效果，就要考虑初始构思的技术矛盾是否真正表达了问题的本质，是否真正反映了针对问题创新改进的方向。应重新设定技术矛盾，并重复上述工作。274.4.2技术矛盾矩阵的应用28每一分钟都有几十块陨石撞击到地球上。由于对陨石成分和结构的分析能提供更多关于太阳系的信息，所以科学家需要获得更多的陨石。但区分陨石和普通岩石很困难，必须耗费大量的时间在地球表面将陨石挑拣出来，但往往仅能得到约百万分之一。这就产生了技术矛盾，即必须寻找大量陨石，但会大大增加寻找的时间。改善的通用工程参数是37（监控和测试的困难程度）：为了得到陨石，必须对地面上所有的石块进行分析；恶化的通用工程参数是将耗费大量时间即25（时间损失）。因此本例子的技术矛盾是“监控和测试的困难程度vs时间损失”。28提取技术矛盾对：陨石撞地球29在射击运动员的训练中需要有供练习的靶标，当运动员击中