1、TRIZ创新方法3技术矛盾 (1)3.1 矛盾的分类根据矛盾的不同表现形式和形成原因 , 阿奇舒勒把矛盾分为 管理矛盾 、 技术矛盾 和 物理矛盾 。管理矛盾指根据现场出现的情况 , 发现了不足 , 但不知如何去做 。 原因是没有发现问题所在 , 或没发现问题中的矛盾所在 。“ 对立统一规律”矛盾是普遍存在的问题包含着矛盾问题并不等同于矛盾3.1 矛盾的分类技术矛盾指用某种方法去实现所需要的功能 ( 有利效应 ) 时 , 产生了另一方面的不足 ( 不利效应 ) 。例:要增加汽车发动机的动力 , 但会增加发动机的能耗量;要提高人员的工作效率 , 但工作质量可能会下降 。3.1 矛盾的分类物理矛盾
2、只涉及系统中的一个性能指标 ,指为了某种功能的实现 , 对一性能指标提出了相反的要求 。例:笔记本电脑应该小 , 便于携带 , 但太小的显示器又会影响使用 。3.2 技术矛盾的表现1)在一个子系统中引入一种有用功能后,导致另一个子系统产生一种有害功能;2)一种有害功能会导致另一子系统有用功能的削弱;3)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。例:手机的功能与尺寸3.3 三十九个通用工程参数序号通用工程参数名称序号通用工程参数名称 序号通用工程参数名称1 运动物体的重量 14 强度 27 可靠性2 静止物体的重量 15 运动物体的作用时间 28 测量精度3 运动物体的长度 16
3、 静止物体的作用时间 29 制造精度4 静止物体的长度 17 温度 30 作用于物体的有害因素5 运动物体的面积 18 光照度 31 物体产生的有害因素6 静止物体的面积 19 运动物体的能量消耗 32 可制造性7 运动物体的体积 20 静止物体的能量消耗 33 可操作性8 静止物体的体积 21 功率 34 可维修性9 速度 22 能量损失 35 适应性及多用性10 力 23 物质损失 36 设备复杂性11 应力或压力 24 信息损失 37 检测复杂性12 形状 25 时间损失 38 自动化程度13 机构的稳定性 26 物质或事物的数量 39 生产率3.3 三十九个通用工程参数一般是物理、几何
4、和技术性能的参数两个常用术语:运动物体 指自身或借助于外力可在一定空间内运动的物体。静止物体 指自身或借助外力都不能使其在一定空间内运动的物体。3.3 三十九个通用工程参数1)根据参数特点分类通用物理及几何参数( 15个)1-12, 17, 18, 21通用技术负向参数( 11个)15, 16, 19, 20, 22-26, 30, 31通用技术正向参数( 13个)13, 14, 27-29, 32-393.3 三十九个通用工程参数2)根据系统改进时工程参数的变化分类改善的参数 :系统改进时,对应变好的工程参数恶化的参数 :根据矛盾论,系统改进时,往往带来其他某工程参数变差,其对应变差的工程参
5、数。TRIZ创新方法西安交大 邓明明3技术矛盾 (2)3.4 矛盾矩阵方法矛盾矩阵表( 39*39):将工程参数的矛盾和40条发明原则有机地联系起来,是解决技术矛盾的主要工具。恶化改善运动物体的重量静止物体的重量运动物体的长度静止物体的长度 生产率运动物体的重量 + -15,8,29, 34 - 35,3, 24,37静止物体的重量- + - 10,1,29,35 1,28, 15,35运动物体的长度 8,15,29,34 - + - 14,4, 28,29静止物体的长度 -35,28,40,29 - + 30,14,7,26 + 生产率 35,26,24,37 28,27,15,3 18,4
6、,28,38 30,7,14,26 +3.4 矛盾矩阵方法应用矛盾矩阵法的一般步骤:1)确定技术参数2)查找矛盾矩阵表3)发明原则的分析选择4)发明原则的应用3.5 矛盾矩阵应用实例一:薄板玻璃的加工问题描述:某企业需要生产大量的各种形状的玻璃板。工人将玻璃板先切成长方形,然后根据客户要求加工成一定的形状。 但是, 因为玻璃板的厚度小(客户要求),受力时容易断裂,所以加工中易出现 玻璃破碎 现象。如何解决呢?3.5 矛盾矩阵应用实例一:薄板玻璃的加工1)确定技术参数改善的参数:“ 32 可制造性”恶化的参数:“ 33 可操作性”2)查找矛盾矩阵表恶化改善物体产生的有害作用 可制造性 可操作性
7、可维修性物体产生的有害作用 + - - -可制造性 - + 2,5,13,16 35,1,11,9可操作性 - 2,5,12 + 12,26,1,32可维修性 - 1,35,11,10 1,12,26,15 +3.5 矛盾矩阵应用实例一:薄板玻璃的加工3)发明原则的分析比较2-抽取5-组合13-反向作用16-未达到或过度作用4)发明原则的应用将多层薄板玻璃叠放在一起,而且在玻璃上洒一层水或涂一层油,确保黏附力,改善了玻璃的可制造性,也便于加工。3.5 矛盾矩阵应用实例二:沿海高层建筑如何防台风问题描述:沿海高层建筑需要有较高的设计高度, 但是, 因为沿海容易遭受台风,如何提高高层建筑的防台风性
8、能(可靠性)呢?3.5 矛盾矩阵应用实例二-沿海高层建筑如何防台风1)确定技术参数改善的参数:“ 4 静止物体的长度”恶化的参数:“ 27 可靠性”2)查找矛盾矩阵表恶化改善可靠性静止物体的长度 15, 28, 293.5 矛盾矩阵应用实例二:沿海高层建筑如何防台风3)发明原则的分析比较15-动态化28-机械系统代替29-气压和液压结构4)发明原则的应用要高层建筑有活动的物体,当高层晃动起来后,靠活动物体的惯性增加阻尼,以减少晃动的幅度,因此要配置质量大的活动物体(比如台北 101大厦88-92层间挂了 660吨的大钢球)TRIZ创新方法西安交大 邓明明4物理矛盾4.1 物理矛盾指对技术系统中
9、的同一参数 , 提出相互排斥的需求这样一种物理状态 。例如墙体的设计要厚 ? 要薄 ?飞机机翼要大 ? 要小 ?书包要大 ? 要小 ?对立统一规律4.2 物理矛盾的分类几何类 材料及能量类 功能类长与短 多与少 喷射与卡住对称与不对称 密度大与小 推与拉平行与交叉 导热率高与低 冷与热厚与薄 温度高与低 快与慢圆与非圆 时间长与短 运动与静止锐利与钝 黏度高与低 强与弱窄与宽 功率大与小 软与硬水平与垂直 摩擦系数大与小 成本高与低4.3 解决物理矛盾 -分离原理1) 空间分离将矛盾双方在不同的空间上分离开来 , 以获得问题的解决或降低问题解决的难度 。步骤:定义物理矛盾(参数及要求)定义空间
10、(理想状态) 判断是否交叉使用空间分离原理不使用空间分离N Y4.3 解决物理矛盾 -分离原理1) 空间分离例:消防夹克消防夹克虽然可以防火隔热 , 但如果火区温度过高 , 超过消防夹克的承受极限 , 消防员的身体会被高温灼烧 。 为了保护消防员 , 需要采用温度探测器 , 但探测器由于重量大 、 体积大而妨碍了消防员的活动 。 因此 , 出现了物理矛盾 , 需要温度探测器 , 又不需要温度探测器 。 如何解决呢 ?4.3 解决物理矛盾 -分离原理1) 空间分离例:消防夹克先定义物理矛盾 。 确定参数和要求:为了保护消防员 ,需要温度探测器;为方便消防员活动 , 不需要温度探测器 。定义空间
11、。 要求 1的空间 S1:消防员在实施营救前 ,需要明确火灾现场的温度;要求 2的空间 S2:消防员在实施营救过程中 , 不需要温度探测器 。判断交叉性 。 S1和 S2不交叉 , 可使用空间分离原理 。方案:把探测器中的较重部分 ( 电池 /报警器 ) 设计为可拆卸的 , 而较轻的传感器缝在夹克里 。4.3 解决物理矛盾 -分离原理2) 时间分离将矛盾双方在不同的时间段分离开来 , 以获得问题的解决或降低问题解决难度 。步骤:定义物理矛盾(参数及要求)定义时间(理想状态) 判断是否交叉使用时间分离原理不使用时间分离N Y4.3 解决物理矛盾 -分离原理2) 时间分离例:舰载机为了增强航空母舰
12、的战斗力 , 航母上需要搭载尽可能多的舰载机 。 由于长度的限制 , 航母上供飞机起飞的跑道很短 , 为了在短的跑道上起飞 , 飞机的机翼应该大一些 , 以便顺利起飞;而为了搭载更多的舰载机 , 机翼应该小一些 , 因此 ,出现了物理矛盾 , 机翼既要大 , 又要小 。 如何解决呢 ?4.3 解决物理矛盾 -分离原理2) 时间分离例:舰载机先定义物理矛盾 。 确定参数和要求:为了顺利起飞 ,需要大的机翼;为节约搭载航母上的空间 , 需要小的机翼 。定义时间 。 要求 1的时间 T1:飞机起飞时;要求 2的空间 T2:飞机在航母搭载时 。判断交叉性 。 T1和 T2不交叉 , 可使用时间分离原理
13、 。方案:把舰载机的机翼设计成可折叠的 , 当起飞时 , 机翼打开;飞机停放时 , 机翼折叠 。 ( 苏 -33舰载机 )4.3 解决物理矛盾 -分离原理3) 条件分离将矛盾双方在不同的条件下分离开来 , 以获得问题的解决或降低问题解决难度 。步骤:定义物理矛盾(参数及要求)定义时间或空间 (理想状态)判断条件是否交叉使用条件分离原理不使用条件分离N Y4.3 解决物理矛盾 -分离原理3) 条件分离例:可变色眼镜对于近视的人来说 , 当太阳光强的时候 ,希望镜片的颜色深一些;当太阳光弱的时候 , 希望镜片的颜色浅一些 , 甚至无色 , 因此 , 出现了物理矛盾 , 镜片要无色 , 又要有色 。
14、 如何解决呢 ?4.3 解决物理矛盾 -分离原理3) 条件分离例:可变色眼镜先定义物理矛盾 。 确定参数和要求:太阳光强的时候 ,需要镜片的颜色深;太阳光弱的时候 , 需要镜片的颜色浅 。定义时间或空间 。 要求 1的条件 C1:太阳光强;要求2的条件 C2 :太阳光弱 。判断交叉性 。 C1和 C2不交叉 , 可使用条件分离原理 。方案:在镜片中加入少量氯化银和明胶 , 当太阳光强 , 氯化银见光分解为银 , 使镜片颜色变暗;当太阳光弱 , 明胶使分解出的银和氯重新结合 , 形成氯化银 , 使镜片色变浅 。4.3 解决物理矛盾 -分离原理4) 系统层级分离将矛盾双方在不同层次分离 , 以获得
15、问题的解决或降低问题解决难度 。步骤:定义物理矛盾(参数及要求)定义时间或空间 (理想状态)判断条件是否交叉使用系统层次分离原理不使用系统层级分离N Y4.3 解决物理矛盾 -分离原理4) 系统层级分离例 1:打印机外挂墨盒打印机一个很大的经济问题是盒装的墨水有限 , 墨水用完了就要换墨盒 , 而墨盒很贵 。 因此 , 出现了物理矛盾 , 墨水要多装 , 又不能多装 。如何解决呢 ?4.3 解决物理矛盾 -分离原理4) 系统层级分离例 1:打印机外挂墨盒先定义物理矛盾 。 确定参数和要求:墨水应该多装 ,减少换墨盒次数 , 从而降低成本;打印机空间有限 , 墨水不应该多装 。定义时间或空间 。
16、 要求 1的系统层级 S1:微观层级上应该多装;要求 2的系统层级 S2 :宏观层级上不应多装 。判断交叉性 。 S1和 S2不交叉 , 可使用系统层级分离原理 。 方案:把墨盒从打印机中分离出来 , 设计一个外挂墨盒 。4.3 解决物理矛盾 -分离原理4) 系统层级分离例 2:挖斗报废问题挖掘机的挖斗 , 其挖口部分有一排齿 , 虽是用耐磨材料做成 , 但还是免不了摩擦磨损到不能使用的程度 。 由于齿和斗是一个整体 , 所以整个挖斗要报废;但挖斗其余部分还能用 , 不应该报废 。 因此 , 出现了物理矛盾 , 挖斗要报废 , 又不应报废 。 如何解决呢 ?4.3 解决物理矛盾 -分离原理4)
17、 系统层级分离例 2:挖斗报废问题先定义物理矛盾 。 确定参数和要求:由于齿和斗是一个整体 , 齿磨损后 , 挖斗要报废;但挖斗其余部分还能用 ,不应该报废 。定义时间或空间 。 要求 1的系统层级 S1:宏观层级上应该报废;要求 2的系统层级 S2 :微观层级上齿磨损后 ,斗还可继续使用 。判断交叉性 。 S1和 S2不交叉 , 可使用系统层级分离原理 。 方案:将挖掘齿单独做成一部分 , 与挖斗装配在一起 , 当齿磨损要保费时 , 把齿拆下 , 用新齿代替 。4.4 四大分离原理与发明原则的综合利用创新原理对应表空间分离 时间分离 条件分离 系统分离发明原则1分割2抽取3局部质量4不对称7
18、套装13反向作用17空间维数变化24中介物26复制30柔性外壳或薄膜9预先反作用10预先作用11预先防范15动态化16未达到或过度作用18机械振动19周期性作用20连续有效作用21减少有害作用29气压和液压结构34抛弃和再生37热膨胀1分割5联合6多功能7套装8重量补偿13反向作用14曲面化22变害为利23反馈25自服务27廉价品替代33同质性35参数变化12等势28机械系统替代31多孔材料32变色35参数变化36相变38强氧化剂39惰性介质40复合材料4.4 四大分离原理与发明原则的综合利用四大分离原理 创新原理对应表 四十条发明原则从特殊到一般 从一般到特殊物理矛盾 分离原理 创新方案TR
19、IZ创新方法西安交大 邓明明5物场模型5.1 物场模型概述物场模型指从物质和场的角度来分析和构造最小技术系统的方法 。物场模型包括三个必要元素:物质 1-工件 ( 被动性 )物质 2-工具 ( 主动性 )场 -物质之间的相互作用或效应 电场磁场热能机械能化学能引力场5.2 物场模型的表示方法物质: S 场: FFS1 S2F1S1 S2F2S3简单三角形的物场模型 复杂三角形的物场模型5.3 物场模型的类型1) 有效完整的物场模型三个元素都存在 , 且有效2) 不完整的物场模型元素不全 , 可能缺少场 , 或缺物质3) 有效不足的完整物场模型元素齐全 , 但效应未能实现或实现不足4) 有害效应
20、的完整物场模型元素齐全 , 但产生了有害的效应5.4 物场模型的一般解法解法 内容 对应的模型1 补齐元素(场或物质) 不完整的物场模型2 增加第三种物质来阻止有害作用有害效应的完整物场模型3 引入另一个场来抵抗原来场的有害作用有害效应的完整物场模型4 用另一个场来替代原来的场 有效不足的完整物场模型5 增加另一个场来强化有用效应有效不足的完整物场模型6 增加第三种物质,引入另一个场来强化有用效应有效不足的完整物场模型5.4 物场模型的一般解法解法 1 浮选法选煤从矿井中采出的煤炭 S1中混有矸石 , 为了得到高质量的煤 , 需要增加机械场 、 浮选机 , 将矸石分离出来 。S1S1 S2F补
21、齐元素 的物场模型5.4 物场模型的一般解法解法 2 磨砂玻璃要增加室内 S1的私密性 , 将窗户玻璃 S2贴上玻璃纸 S3, 或者对玻璃进行磨砂处理 , 使之半透明 。 ( F为光学场 )S1 S1 S2F增加第三种物质来阻止有害作用 的物场模型S2FS35.4 物场模型的一般解法解法 3 降落伞问题从飞机上空投的物品 S1, 将以重力加速度加速下落 , 到达地面 S2。 时速度极大 , 会与地面发生强烈碰撞 , 将对物品产生毁灭性损害 。 利用降落伞可减缓下落速度 ( F为光学场 ,F2为机械场 )S1 S1 S2F引入另一个场来抵抗原来场的有害作用 的物场模型S2FF25.4 物场模型的
22、一般解法解法 4 导体中的电流问题自由电子 S1在导体 S2中在热能场的作用下做杂乱无章的热运动 , 不能形成电流 。 在导体两端加一个电场代替热能场 , 使电子在电场作用下做定向运动 , 形成电流 ( F为热能场 , F2为电场 )S1 S1 S2F2用另一个场来替代原来的场的物场模型S2F5.4 物场模型的一般解法解法 5 扩音器问题在大的报告厅 , 坐在后排的听众 S1很难听清报告人的声音 S2。 给报告人配一个扩音器 , 通过电子元件的电磁场把信号放大 , 进而把声音放大 , 使听众能听清 ( F为声学场 , F2为电磁场 )S1 S1 S2F增加另一个场来强化有用效应的物场模型S2F
23、 F25.4 物场模型的一般解法解法 6 汽车的清洗汽车表面的污垢 S1沉积时间较长 , 用普通洗涤剂和水 S2很难冲洗掉 。 利用含有表面活性剂S3 的高压水蒸气 , 对污垢进行化学反应和强烈冲击 , 将污垢彻底清除 ( F为机械场 , F2为高压场 )S1 S1 S3F增加第三种物质,引入另一个场来强化有用效应 的物场模型S2F F2S25.5一般解法的分析步骤1) 识别元件确定问题的功能 、 元素2) 构造模型分析元素间的作用 , 确定模型类型 , 绘图3) 选择方法根据模型类型对应解法 , 寻找最佳解法4) 发展概念把解法和实际情况结合 , 形成解决方案5.5一般解法的分析步骤例:金属
24、颗粒发送机弯曲部分磨损问题工程上使用管道运送金属颗粒 , 将金属颗粒从管道的一端用高速空气送入管道 , 然后在管道中被空气从第一端送出 。 在管道转弯处 , 金属颗粒频繁撞击管道壁 , 管道容易磨损 , 而在管道部分增加保护层的效果有限 。 如何解决呢 ?5.5一般解法的分析步骤例:金属颗粒发送机弯曲部分磨损问题1) 识别元件确定功能:输送金属颗粒元素: 管道 S1、 金属颗粒 S2, 机械场 F2) 构造模型S1有害效应的完整物场模型S2F5.5一般解法的分析步骤例:金属颗粒发送机弯曲部分磨损问题3) 选择方法解法 2:增加第三种物质来阻止有害作用解法 3:引入另一个场来抵抗原来场的有害作用S1 S1 S2F增加第三种物质来阻止有害作用 的物场模型S2FS35.5一般解法的分析步骤例:金属颗粒发送机弯曲部分磨损问题4) 发展概念引入 S3( 吸附在管壁上的金属颗粒 ) , 使金属颗粒 S2 与管道 S1不发生撞击 , 则可以消除有害作用 。具体方案是:在弯曲处放置磁铁 , 将飞行中的金属颗粒吸附在弯管内壁 , 形成保护层 。