TRIZ物場分析課件

物-場分析Substance-FieldAnalysisRECENTRECENTRECENTRECENT一二三四物質-場模型物質-場模型的種類物質-場分析的一般解法標準解及應用CONTENT一、物質-場模型

在TRIZ理論中，為尋找新的技術方案通常采用各種模型，這些模型反映技術系統(tǒng)發(fā)展的基本特征和規(guī)律。物場分析是TRIZ的一項工具，可分析并改進技術系統(tǒng)的功能。什么是物場模型技術系統(tǒng)存在的目的是實現功能。功能可以分解為2種物質和1種場。(工具、對象、場)技術系統(tǒng)的功能模型可以用一個完整的物質--場

(Substance--Field)三角形來表示。FS2S1物質的種類材料工具零件

人環(huán)境

廣義的物質可以包括任何東西。對于“物”應理解為，它是一種與任何結構、功能、形狀、材質等復雜性無關的物體。一般地，S1表示工件，S2表示工具。場的種類

機械場

（重力場）：秤、汽車在公路行駛輪胎與路面摩擦

聲場：醫(yī)生聽診器、B超

熱場：溫度計變化

化學場

：分解、化合

電場：電子儀器的工作

磁場：指南針作用類型有關聯(lián)的關系有效充分作用有害的作用不充分的作用缺乏信息過度的作用模型間的轉換??相互作用實例1：實現吸塵器功能

（引入缺少的機械場建立完整的物場模型）地毯吸塵器機械場FS1S2S2吸塵器S1地毯實例2：銑刀切割零件機械場零件銑刀實例3：人油漆墻壁化學場人墻壁

二、物-場模型的種類

（1）有用并且充分的相互作用（2）有用但不充分的相互作用(不充分模型)（3）有用但過度的相互作用(有害模型)（4）有害的相互作用(有害模型)（5）不完整的物場模型(缺失模型)（1）有用并且充分的相互作用

有效、完整的物場模型是一種理想的狀態(tài)，也是設計者追求的狀態(tài)，功能的三個元素都存在，且相互之間的作用充分。例：手拿杯子杯子拿穩(wěn)不掉FS1S2機械場杯子手（2）有用但不充分的相互作用

效應不足的物場模型功能的三個元素齊全，但設計者追求的相互作用未能實現或只是部分實現。例：手拿杯子杯子沒拿穩(wěn)下滑FS1S2機械場杯子手（3）有用但過度的相互作用效應過度的物場模型功能的三個元素齊全，設計者追求的相互作用能實現但效應過度。FS1S2例：手拿杯子杯子變形機械場杯子手（4）有害的相互作用雖然三個元素齊全，但產生的相互作用是一種與預期相反的作用，設計者不得不想辦法消除這些有害的相互作用。例：手拿杯子手被割破FS1S2機械場杯子手（5）不完整的物場模型三個元素不齊全，可能缺少物質，也可能缺少場。FS2S1S2FS1三、物場分析的一般解法TRIZ重點關注缺失模型、有害模型、不充分的模型。TRIZ提出了六種一般解法。缺失模型一般解法一：補全缺失元素，完成物場三角形例：氣泡分離S1S2FS1S2機械場氣泡液體氣泡液體例:機油中是否有水?S1S2熱場水油FS1S2水油例:如何將火柴理順后裝入火柴盒？S1磁場火柴FS1S2磁粉火柴引入磁粉S2和磁場F，F作用于S2，S2同時作用于火柴S1，表述如下：有害模型I一般解法二：加入第三種物質，阻止有害作用。它應該是原有兩種物質之一的變種。FS2S1S3有害模型I玻璃例：辦公室的玻璃FS1S2FS1S2光場光場隱私玻璃隱私S3磨砂有害模型IFS1S2FS1S2S3例：外科手術中的橡膠手套病人橡膠手套病人醫(yī)生的手醫(yī)生的手一般解法三：引入第二個場，抵消有害作用。有害模型IIF2FS2S1支架反作用力FS1S2FS1S2切削力切削力細長軸刀具細長軸F2刀具例：細長軸的切削加工有害模型II不充分模型I一般解法四：引入第二個場和第三個物質增強有效的效應例：使帶有襯墊緊固件中的楔子輕而易舉地拔出。F1S1S2F1S1S3機械場機械場楔子襯墊楔子易熔合金屬襯墊F2S2襯墊熱場不充分模型II一般解法五：引入第二個場增強有效的效應。例：物體的粘貼FS1S2FS1S2粘貼力粘貼力物體1物體2物體1F2物體2夾緊力不充分模型III一般解法六：引入第二個場或第二個場和第三個物質，代替原有場或原有場和物質。例：墻紙的去除F1S1S2F2S1S2機械場蒸汽場墻紙墻面墻紙墻面六種一般解法1.引入新的物質2.引入新的場3.引入新的物質和場4.替代原有的場5.替代原有的物質和場6.補足缺失元素物場分析的一般解法流程應用

最終方案待解決的問題物場模型轉化六個一般解一般解法例1：洗衣機洗衣效果差問題問題描述：洗衣機洗衣服時，衣服即容易打結，也洗不干凈。建立物場模型S1：衣服S2：洗衣粉或水F：化學或機械創(chuàng)新方法咨詢與研究中心31FS1S2洗衣粉或水衣服化學場或機械場創(chuàng)新方法咨詢與研究中心32備選解決方案1：引進新的物質和場FS1S2FS1S2F2S3利用水電離或超聲波振蕩相結合的方式33備選解決方案2：引進新的場FS1S2FS1S2F2例2:純銅板的清洗問題描述：在純銅電解生產過程中，少量的電解液會殘留在銅板表面的微孔中，在銅板存儲過程中，這些殘留的電解液會揮發(fā)出來而形成氧化斑點，從而影響銅板表面質量并降低其價值。為避免這種損失，在存儲之前先清洗銅板，以去除銅板表面微孔中的殘留電解液。但是，由于微孔非常小，微孔中的電解液很難能夠得到徹底清洗。該如何改進純鋼的清洗呢?物場分析1、確定相關元素：

2、繪制物場模型：為效應不足模型。3、選擇一般解法：有三種，選其中二種對比。水F1S1S2機械沖擊力電解液F1S1S2F1S1S2機械沖擊力機械沖擊力水電解液水電解液4、開發(fā)設計概念：解法一：增加另外一個場F2來強化有用效應。F2F2：超聲波沖擊力：使用超聲波清洗。F2：化學沖擊力：使用表面活性劑溶解來加強殘留電解液移動。F2：熱沖擊力：使用熱水清洗。F2：磁沖擊力：將水磁化以加強清洗。4、開發(fā)設計概念：解法二：引入第二個場和第三個物質增強有效的效應。。F1S1S2F1S1S3機械沖洗力電解液水蒸汽F2S2水壓力機械沖洗力電解液5、解決方案：使用熱水（100℃以上）且與高壓力結合。過熱的水蒸汽可達到微孔內，穿進并充滿微孔，形成對殘留電解液體的強烈爆炸沖擊并強制將其徹底排出微孔。課堂練習人工碎石問題描述：直接用榔頭擊巖石效應不足。F1S1S2人力榔頭巖石物場分析解法一：引入新場F2:化學場使巖石脆化。F2：冷凍場使巖石凍裂。F1人力F1S1S2S1S2人力榔頭巖石榔頭巖石F2解法二：引入新的場和物質巖石機械力F1S1S2S1S3人力榔頭巖石榔頭F1S2鑿子F2人力解法三：改變場F2人力F1S1S2S1S2機械力榔頭巖石榔頭巖石解法四：改變物質和場F2人力F1S1S2S1S3機械力風鉆巖石榔頭巖石FS1S2FS1S2S3問題的模型解決方案的模型S3：是系統(tǒng)內物質、系統(tǒng)外物質的變形。四、標準解及應用1.標準解的由來阿奇舒勒發(fā)現的規(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域無關。例1：和面在桌子上和面，面團會粘在桌子上。FS1S2機械場面團桌子機械場面團桌子FS1S2S3干面粉S3:面粉是面團的變形物。四、標準解及應用例2：輪胎打滑輪胎在泥濘的路面上行駛，有時會打滑。FS1S2機械場輪胎泥濘路面機械場輪胎泥濘路面F1S1S2S3沙子S3:沙子是泥土的變形物。四、標準解及應用例3：高溫焦炭的輸送炙熱的焦炭在運輸過程中，如何減少高溫對傳送帶的傷害。常溫碎焦炭S3：是高溫焦炭的變異物。FS1S2熱場傳送帶高溫焦炭FS1S2S3四、標準解及應用2.標準解法系統(tǒng)發(fā)現總結了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，形成標準解法系統(tǒng)。四、標準解及應用標準解系統(tǒng)名稱子系統(tǒng)數量第一級建立或完善物場模型的標準解1.1構建完整的物場模型（8）1.2消除或中和有害作用，構建完善的物場模型(5)

13第二級增強物場模型的標準解2.1向復合物場模型轉換（2）2.2增強物場模型（6）2.3利用頻率協(xié)調增強物場模型（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)轉換（5）3.2向微觀級系統(tǒng)轉換（1）6四、標準解及應用第四級測量與檢測的標準解4.1利用間接方法（3）4.2構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象（2）5.5產生物質粒子的更高或更低形式（3）17合計76四、標準解及應用第一級：基本物場模型的標準解第一級的解法聚集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。四、標準解及應用F光場FS1S2S1S2光場司機路標司機S3例1：普通路標夜晚看不清物場模型分析：效應不足路標發(fā)光涂料標準解1.1.3：在物質外部引入添加物，幫助實現功能。四、標準解及應用例2：延長爐襯的壽命

標準解1.2.2：引入系統(tǒng)中現有的變異物。熱場FS1S2爐襯鋼水S2S1FS3熔渣四、標準解及應用例3：消除管路的液壓沖擊

標準解1.2.2：引入系統(tǒng)中現有的變異物。S2S1FS3充氣液體力場FS1S2管路液體泵送在管道系統(tǒng)中輸送液體時,由于液體的驟然停滯,管道內的壓力急劇升高，形成液壓沖擊（高壓波)。仔細分析可知，氣化的液體能夠完全吸收沖擊的能量?？墒?，消除液壓的沖擊必須在瞬間，而這段時間根本來不及通過加注氣體完成氣液飽和過程，事先引入氣體又不可能。怎么辦？四、標準解及應用第二級由直接進行效應不足的物場模型的改善，以及提升系統(tǒng)性能但實際不增加系統(tǒng)復雜性的方法所組成。第二級增強物場模型的標準解四、標準解及應用例1:膠水涂層問題描述：涂膠水的質量和效率不夠。F粘貼力FS1S2S1S3’粘貼力海綿瓶頭涂層膠水瓶頭涂層標準解2.2.3：改變物質S2或S1，使成為具有毛細管或多孔結構。四、標準解及應用例2：鋼珠的運輸（拋丸機）標準解2.4.5：構建內部的或外部的合成鐵—場模型機械場FS1S2鋼珠管壁S2S1四、標準解及應用最終解決方案磁化的鋼珠+F1機械場FS1S2S1S2’鋼珠管壁鋼珠管壁S3磁場四、標準解及應用第三級:向雙、多級系統(tǒng)或微觀級系統(tǒng)進化的標準解第三級包括向超系統(tǒng)和微觀級轉化的法則。這些法則繼續(xù)沿著系統(tǒng)改善的方向。第二級和第三級中的各種解法均基于以下技術系統(tǒng)進化路徑：增加集成度再進行簡化的法則；增加動態(tài)性和可控性進化法則；向微觀級和增加場應用的進化法則；子系統(tǒng)協(xié)調性進化法則等。四、標準解及應用例1：房屋中光源照度不足的問題FFS1S2S1S2光場燈房間燈房間光場S3S4S5標準解3.1.1：創(chuàng)建雙系統(tǒng)和多系統(tǒng)。四、標準解及應用標準解3.1.4：雙、多系統(tǒng)的簡化。四、標準解及應用例2：自行車鏈條具有柔性，但組成鏈條的零件則是剛性的。標準解3.1.5：系統(tǒng)進化1c：使系統(tǒng)的部分與整體具有相反的特性。F1S0S01S2與S0完全相反的-A特性A特性F2S02S2FnS03S0n四、標準解及應用標準解3.2.1：系統(tǒng)進化2：向微觀級系統(tǒng)進化。例3：微型電磁閥F1S1S2F2S1S’2電磁力電磁線圈微型閥片微型閥片記憶合金溫度場四、標準解及應用第四級：測量與檢測的標準解第四級專注于解決涉及到測量和探測的專項問題。雖然測量系統(tǒng)的進化方向主要服從于共同的一般進化路徑，但這里的專項問題有其獨特的特性。盡管如此，第四級的標準解法與第一級、第二級、第三級中的標準解法有很多還是相似的。四、標準解及應用例1：采用熱耦合或雙金屬片制造開關

可能實現加熱系統(tǒng)的自動調節(jié)。標準解4.1.1：以系統(tǒng)的變化代替探測或測量。F1S1S2電磁力電磁線圈微型閥片F2S1S’2熱電偶記憶合金溫度場四、標準解及應用例2：高爐內鐵水溫度的測量標準解4.1.2：應用復制品間接測量。F2S2S’1間接熱場光學高溫計高溫鐵水亮度圖像光場F’1四、標準解及應用F1S1熱場鐵水例3：檢測液體開始沸騰的瞬間FS1S2氣泡液體溫度場F’標準解4.2.1：建立完整有效的物場測量模型。溫度F1S1S2電場F1’輸出電阻四、標準解及應用例4：測量兩個零件的貼合面積標準解4.2.1：建立合成的物場測量模型。四、標準解及應用例5：檢測內燃機的磨損標準解4.2.3：檢測或測量由于環(huán)境引入附加物后產生的變化。為檢測內燃機制磨損，需要測量磨損掉的金屬數量，磨損的金屬顆?；煸诎l(fā)動機的潤滑油中，油被看作是環(huán)境，在油中加入熒光粉，金屬顆粒會吸收熒光粉，通過測量熒光吸收量，就可算出被磨損的金屬量。含金屬顆粒的潤滑油FS1S2檢測儀光場F1S1S2F1’新光場S3熒光粉熒光粉的變化量四、標準解及應用例6：如何統(tǒng)計十字路口等待的車輛數汽車標準解4.4.1：構建預—鐵—場測量模型。FS1S2磁力計磁場磁力計汽車F’S1S2Sf傳感器F’’傳感輸出值磁場四、標準解及應用第五級：簡化與改善策略標準解一般情況下，應用第一～四級中的標準解法會導致系統(tǒng)復雜性的增加，因為給系統(tǒng)引入了另外的物質和效應是極有可能的。第五級中的標準解法將引導大家如何給系統(tǒng)引入新的物質又不會增加作何新的東西。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。四、標準解及應用除測量類問題之外，其余皆可歸類于以下四種：完成修改增加轉換完成不完整的物場模型來解決問題。修改系統(tǒng)中現存的物質和場來解決問題。增加新物質、新場解決問題。轉換至更高或更低的級別解決問題。例1：使用干冰人工降雨，不會留下殘余物。標準解5.1.3：利用能“自消失”的添加物。例2：為了運輸方便，可以將水變成粉末狀，現場使用時再變成液態(tài)。例3：為在礦井中提供風力裝置，使用液化氣體代替壓縮氣體。標準解5.3.1：應用物質的氣、液、固三個相態(tài)的變換來獲得提高系統(tǒng)功能的有效性。四、標準解及應用例4：提高降溫防護服的防護效果

為保護煉鋼工免受高溫的傷害，穿著用低導熱材料制成的防護服，這在短時間內效果還是很好的，但經過一段時間后，衣服內外的溫度達到平衡，其隔熱效果就會明顯下降。（會融化的14烷和16烷混合物）相變材料人體防護服熱場S2F1S1F1S1S4F