創(chuàng)新方法TRIZ理論課件第10章 物場模型和標準解

第10章物-場模型與標準解系統(tǒng)物－場模型分析法簡介●

Altshuller于1979年發(fā)表了名為《創(chuàng)造是一門精密的科學》的專著，書中論述了物-場模型的概念和物-場分析法的基本原理。這是Altshuller晚期的主要工作之一!阿奇舒勒通過對功能的研究發(fā)現(xiàn)了下述3條定律（1）所有的功能都可分解為3個基本元素：兩個物質(zhì)和一個場（2）一個存在的功能必定由3個基本元素構(gòu)成（3）缺一不可的三個基本元素以合適的方式有機結(jié)合，才能有效實現(xiàn)一種功能技術(shù)系統(tǒng)存在的目的是實現(xiàn)功能。功能可以分解為2種物質(zhì)（Substance--S）和1種場（Field--F）。（作用對象S1、工具S2、場F）技術(shù)系統(tǒng)的功能模型可以用一個完整的物質(zhì)--場

(Substance--Field)三角形來表示。什么是物-場模型目錄10.1物-場模型的一些基本概念10.4物-場模型的標準解10.2基本的物-場模型分類10.3物-場模型的一般解法10.5物-場模型標準解分析案例10.1物-場模型的一些基本概念物－場分析法的三元素

用S1表示原料或工件，充當被作用、被操作、被改變的角色；用S2表示工具，它作用、操作或改變被動元件S1。

物質(zhì)（S1、S2）：是一種與任何結(jié)構(gòu)、功能、形狀、材質(zhì)等復雜性無關(guān)的實物，可以是材料、工具、零件、人、環(huán)境等。TRIZ中的場：將存在于物質(zhì)之間的各種各樣的作用都用場來表示。

力場：（持續(xù)力、沖擊、脈沖）

聲場：（超聲波、次生波）

熱場：（加熱，降溫）電場、磁場、電磁場光學場：（紫外線、可見光、紅外線）輻射場：（放射性輻射、電離輻射）化學場：（氧化、腐蝕）

……物質(zhì)的類型人員類：產(chǎn)品的使用者（用戶）材料類：熱性質(zhì)材料、電、磁性質(zhì)材料、光學性質(zhì)材料環(huán)境類：地面，空氣，礦山典型物理狀態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、等離子體（電漿）中間態(tài)和化合狀態(tài)：氣溶膠、液溶膠、固溶膠、泡沫、粉末、凝膠、多孔物

……符號過度的定向作用正常、有效的相互作用

效用不足的相互作用

有害的相互作用意義有效的作用不足的作用有害的作用物—場分析法符號+++++++++++++10.2基本的物-場模型分類FS2S1４有害的完整模型物-場分析法的４種功能模型FS2S1１有效完整模型FS2２不完整模型FS2S1

３作用不足的完整模型第一種模型是我們追求的目標；對后3種模型，TRIZ理論提出了物-場模型的6個一般解法。1、有效完整的物-場模型：實現(xiàn)功能的3個元素齊全，且有效實現(xiàn)功能。最小的具有工作能力的可控技術(shù)模型案例：把生米用水煮熟。首先把鍋中洗好的米加上適量的水，再把鍋放到火上燒。所以煮飯就是一個3元素完整且有效的物-場模型。在煮飯階段，米接觸水，鍋在模型中不出現(xiàn)，熱量（F）通過水（S2）作用于米(S1)。122、不完整的物-場模型：實現(xiàn)功能的3個元素不全，缺場或物質(zhì)（工具）對不完整模型，應針對所缺少的元素給予引入物質(zhì)或引入場，使形成有效完整的物場模型，從而得以實現(xiàn)功能。S2S1FS1S2S1FS2FS2S1案例：如何將火柴理順后裝入火柴盒？引入磁粉S2和磁場F，F(xiàn)作用于S2，S2同時作用于火柴S1，表述如下：S1火柴火柴磁粉磁場FS1S23、作用不足的物-場模型（有用但不充分的相互作用）：3個元素齊全，但功能未有效實現(xiàn)或部分實現(xiàn)。案例：冰雪路面對車輪的摩擦力。冰雪路面（S2）對車輪(S1)有摩擦力（F），但力度不夠，車輪會打滑。冰雪路面對車輪的摩擦力（摩擦力屬于機械場）不足以支撐車正常行駛。4、有害的物-場模型3個元素齊全，但產(chǎn)生了有害的效應，需要消除這些有害效應。案例：車輛噪聲擾民

車輛產(chǎn)生的噪音（F）即振動場的能量作用在空氣（S2）上形成駐波，產(chǎn)生噪聲，噪聲作用于居民（S1）身上，對其正常生活形成了干擾。10.3物-場模型的一般解法物場模型類型及一般解法TRIZ重點關(guān)注不完整的物-場模型、有害的物-場模型、作用不足的物-場模型。提出了六種一般解法。?1.引入新的物質(zhì)?2.引入新的場?3.引入新的物質(zhì)和場?4.替代原有的場?5.替代原有的物質(zhì)和場?6.補足缺失元素有問題的物-場模型序號物-場模型分類對應的一般解法1不完整的物-場模型解法1：針對所缺少的元素給予補足（物質(zhì)或場），使其成為完整模型2有害的物-場模型解法2：增加另一物質(zhì)S3來阻止有害效應的產(chǎn)生，S3可以是現(xiàn)成物質(zhì)，或是S1、S2的變異、或是通過分解環(huán)境而獲得的物質(zhì)；解法3：增加另一個場F2來平衡產(chǎn)生有害效應的場。3作用不足的物-場模型解法4：用另一個場F2代替原來的場F1；解法5：增加另外一個場F2來強化原有的有用效應；解法6：增加物質(zhì)S3并加上另一個場F2來強化有用效應。非正常物-場模型一般解法應用一般解法解題流程方案問題物場模型六個一般解有問題的物-場模型轉(zhuǎn)化模型類型應用物-場模型的一般解法應用—鋼丸發(fā)送機彎管部分磨損問題

工程上使用管道運送金屬顆粒，將金屬顆粒從管道的一端用高速空氣送入管道，金屬顆粒在管道中被空氣從另一端送出。但是，在管道的轉(zhuǎn)彎處，金屬可以頻繁撞擊管道壁，管道容易損壞，使用物場模型來求解。高速空氣金屬顆粒管道第一步：確定問題：輸送金屬顆粒第三步：分析物場模型，查找一般解法第二步：確定物－場模型（有害效應的完整模型）

使用的元件：S2金屬顆粒，S1管道，場F（機械場）一般解法一般解法FS2S1S3FS2S1FS2S1F2高速空氣管道S2金屬顆粒S1磁鐵F2解決方案：在彎管外放置磁鐵，將飛行中的金屬顆粒吸附在彎管內(nèi)壁，形成保護層。10.4物-場模型的標準解標準解系統(tǒng)依據(jù)Altshuller發(fā)現(xiàn)的規(guī)律：如果問題的物-場模型是一樣的，那么解決方案的物-場模型也是一樣的，和這個問題來自于哪個領(lǐng)域無關(guān)。他一共發(fā)現(xiàn)總結(jié)了76個解模型，所以也叫76個標準解。按照問題的類型分為五級，建立起了標準解法系統(tǒng)。級別標準解系統(tǒng)名稱子系統(tǒng)數(shù)量第一級基本物場模型的標準解1.1構(gòu)建完整的物場模型（8）1.2消除或中和有害作用，構(gòu)建完善的物場模型(5)

13第二級增強物場模型的標準解2.1向復合物場模型轉(zhuǎn)換（2）2.2

增強物場模型（6）2.3

利用頻率協(xié)調(diào)增強物場模型（3）2.4

引入磁性附加物增強物場模型（12）23第三級向雙、多級系統(tǒng)或微觀級系統(tǒng)進化的標準解3.1向雙系統(tǒng)或多系統(tǒng)轉(zhuǎn)換（5）3.2向微觀級系統(tǒng)轉(zhuǎn)換（1）6第四級測量與檢測的標準解4.1利用間接的方法（3）4.2構(gòu)建基本完整的和復合的測量物場模型（4）4.3增強測量物場模型（3）4.4向鐵磁場測量模型轉(zhuǎn)換（5）4.5

測量系統(tǒng)的進化方向（2）17第五級簡化與改善策略標準解5.1引入物質(zhì)的方法（4）5.2引入場（3）5.3利用相變（5）5.4利用物理效應或自然現(xiàn)象（2）5.5產(chǎn)生物質(zhì)粒子的更高或更低形式（3）17合計76第1級：物-場的構(gòu)建和拆解其解法聚焦于建立和拆解物-場模型，包括創(chuàng)建需要的效應或消除不希望出現(xiàn)的效應的系列法則，每條法則的選擇和應用將取決于具體的約束條件。

第2級：改進系統(tǒng)由直接進行效應不足的物-場模型的改善，以及利用各種效應來提升系統(tǒng)性能的方法所組成。第3級：系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

包括向雙、多級系統(tǒng)和微觀級系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的法則。這些法則繼續(xù)沿著系統(tǒng)改善的方向前進。 第4級：檢測與測量涉及測量和檢測方法的物場模型的建立與增強問題。第5級：簡化與改進策略

一般情況下，應用第1-4級中的標準解法會導致系統(tǒng)復雜性的增加，第5級中的標準解法將引導大家如何給系統(tǒng)引人新的物質(zhì)又不會增加任何新的東西。換句話說，這些解法專注于對系統(tǒng)的簡化。它是應用前4級標準解法時的一些指導原則，是更靈活更有效的應用標準解法，所以也稱為標準解法的應用標準。當前問題問題類型需要改進系統(tǒng)測量和檢測問題建立物場模型模型不完整產(chǎn)生有害效應效應作用不足第四級標準解§1.1標準解

§1.2標準解第二＆第三級標準解建立物場模型第五級標準解模型類型標準解法系統(tǒng)的應用流程10.5物-場模型標準解分析案例工程案例：淬火油槽問題探討淬火是將金屬工件加熱到某一適當溫度并保持一段時間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。問題描述與分析淬火存在的問題（1）淬火油槽內(nèi)上下油液溫度相差較大，給產(chǎn)品熱處理質(zhì)量帶來隱患。（2）工件在靜油中淬火，表面極易形成蒸汽膜，影響淬火質(zhì)量。（3）工人勞動強度大，生產(chǎn)效率低（特別是大件）。FS1S2冷卻淬火油工件識別模型中的三個要素，構(gòu)建物-場模型構(gòu)建系統(tǒng)模型對此物場模型進行分析，由于在問題描述中靜止的淬火油存在的問題，造成靜止的淬火油對工件的冷卻作用不足，即作用力有用但不充分。根據(jù)物場模型中類型分析，作用不足主要采用class2&3；從標準解中第二級增強物場模型的標準解中選取：2.1.2雙并聯(lián)物質(zhì)—場模型。F1S1S2冷卻淬火油工件機械場F2尋找標準解外加機械場主要通過攪拌完成，攪拌能夠造成淬火油在淬火工件之間的強烈運動，以加快熱交換過程，使高溫階段蒸汽膜形成初期即被破壞，從而提高了工件在淬火過程中的冷卻速度，同時在低溫對流期也加速熱量的傳遞，避免油溫局部溫度過高，使槽中各部分油溫趨于均勻，從而達到加強冷卻的效果。提出三種攪拌方案：葉輪攪拌、壓縮空氣攪拌和油液自身循環(huán)攪拌（即噴射式攪拌）。具體方案方案對比方案一為葉輪攪拌：其可獲得較好的紊流效果,葉輪無需管道，容易安裝、取出和維修。缺點是：①制造工作量大，且需安裝導流板，費用高。②葉輪占據(jù)油槽的有效空間。③油液橫向流動勢必會加大細長件的變形量。方案二為壓縮空氣攪拌：優(yōu)點是改造工程簡單，方便，費用低，只要將壓縮空氣接入油槽即可起到攪拌作用。缺點是：①壓縮空氣在油中會產(chǎn)生氣泡，使工件表面產(chǎn)生軟點。②壓縮空氣中含有水分，水分進入淬火油槽，影響淬火油的冷卻性能，甚至導致淬火油報廢。方案三為油液自身循環(huán)攪拌（即噴射式攪拌）：具體做法是用油泵從淬火油槽中抽油、增壓，通過管道將油打回淬火油槽，從而使油液循環(huán)攪拌翻騰。高壓油造成的油液翻騰攪拌效果類似于壓縮空氣，但卻克服了壓縮空氣攪拌的兩大缺點。最終選定方案三噴射式攪拌噴射式攪拌裝置是由離心式熱油泵，將熱油從油槽中抽出，經(jīng)過板式換熱器冷卻，再以較高的壓力通過開有若干出油孔的噴油管路垂直送回油槽，強制油液產(chǎn)生對流、循環(huán)的原理制成（見附圖）。該方案在實