技术矛盾及解决方法.ppt

1,技术矛盾及应用,石社轩,河南工业职业技术学院柔性制造工程技术研究中心,2,技术矛盾及应用,1 技术矛盾概述 1.矛盾的分类 2.技术矛盾的定义 3.39个技术参数2 40个发明原理 1.发明原理的由来 2.发明原理介绍3 矛盾矩阵表4 应用发明原理解决技术矛盾的方法5 实例分析,3,3,、,技术系统/技术过程,矛盾,理想化,资源,系统科学,思维科学,基础知识+专业知识+交叉学科知识,创新思维培养,技术系统进化法则,功能分析,物场模型,矛盾分析,专利分析,发明问题解题流程（ARIZ）,科学原理知识库,辩证法系统论认识论+本体论,发明问题标准解法,技术矛盾发明原理,基本概念,理论基础,问题分析工具,问题求解工具,解题流程,理论来源,资源分析,物理矛盾分离方法,TRIZ 理论体系,哲学思想,TRIZ 理论体系,谋,略,技巧,方法,40个发明原理39个通用工程参数和矛盾矩阵物理矛盾的分离原理物场模型分析,TRIZ 理论体系,2.2 TRIZ的理论体系,谋,略,技巧,方法,TRIZ的创造性思维：系统思维多屏幕法、智能小人法、金鱼法、尺度-时间-成本算子,技术系统进化法则最终理想解（IFR）,发明问题的（76个）标准解法发明问题标准算法物理效应和现象知识库,TRIZ的9大经典理论,TRIZ理论简介,2.3 TRIZ解决问题的方法和流程,效 应 知 识 库,矛盾矩阵,76个发明问题标准解法,发明问题解决程序(ARIZ),理想化,技术系统进化法则,需求功能/资源分析及矛盾定义,物场模型,39个通用工程参数,分离原理,选择和描述问题,40个发明原理,发明问题,最终解决方案,7,技术矛盾及应用,1.什么是技术矛盾？2.39个技术参数是什么？3.40个发明原理是什么？4.什么是矛盾矩阵表？5.应用矛盾矩阵表解决技术矛盾的方法。,8,1 技术矛盾概述,1.1矛盾的分类.工程矛盾、社会矛盾及自然矛盾。.TRIZ理论将矛盾分为三类，物理矛盾、技术矛盾和管理矛盾。,物理矛盾：系统中的问题是由1个参数导致的。技术矛盾：系统中的问题是由2个参数导致的，互 相制约。管理矛盾：子系统之间残生的相互影响，例如，提高计算机性能，增加企业收入，提高投资效率等等,技术矛盾及应用,10,1 技术矛盾概述,11,1 技术矛盾概述,1.2什么是技术系统？技术系统：由多个子系统和元件组成，并通过子系统和元件之间的相互作用实现一定功能的组合。参数：表明技术系统中某一性质的量。,12,1 技术矛盾概述,系统：汽车子系统：发动机、底盘、电器等元件：挡泥板、扶手等参数：速度、重量、油耗等,13,1 技术矛盾概述,1.2什么是技术矛盾？为了改善技术系统的某个参数，导致该技术系统的另一个参数发生恶化。这种由两个参数构成的矛盾叫技术矛盾。其特点是:有两个不同参数，构成冲突或者矛盾关系。,14,1 技术矛盾概述,技术矛盾举例1.慢工出细活想让任务做得细致，干活速度就得慢；改善的参数：产品的质量（加工精度）恶化的参数：时间损失 反之，干活速度快，任务完成的就不细致。改善的参数：时间损失恶化的参数：产品的质量（加工精度）通常采用折衷的办法，速度不快不慢，精度不高不低，回避，掩盖并保留基本矛盾，没有真正解决矛盾。,15,第一批打印装置是电动打字机。最初阶段打印装置只提供给使用者一组字符，例如，基立尔字母。但是很快就出现了，必须要打印的文章中除了需要使用基立尔字母外还需要拉丁字母。,打印装置的发展,使用者怎么办呢，他们先是在一台打印机上打印，然后换到另一台打印机上一直到打印完文章缺少的段落。为了解决这个问题，提出了在一台打印机上更换字符的可能性，所有这些情况从本质上增加了打印时间。,16,最初我们试图用各种不彻底的和折衷的办法来消除这个矛盾。为了快速的变换字符使用了大量的辅助设备，但是矛盾继续存在。最后，在采用“分离”法和“多用性”法这两种解决矛盾的方法。分离实现印刷符号的识别。识别符号被分离成能够彼此间相互移动的组成部分(针)。在这种情况下所需要的符号的结构是由针的移动形成的，这就出现了针式打印机。,打印装置的发展,定义矛盾：字母容量 打印时间。,针式打印机,17,要求提高打印图形的质量，减小打印针的直径，使之更细。打印针过细不能留下针痕，反而易折断和穿破打印纸。方法：针还保留原来的直径，但是变成了每一行字打印二次。,打印装置的发展,针式打印机可以打印几乎任何的符号。针的数量，由9针发展到23针。可以打印图表图形。在打印速度上有了质的提高。,针式打印机,18,上述矛盾用下列解决矛盾的方法解决：“机械系统替代法”和“压力法”。这就出现了喷墨式打印机。,打印装置的发展,矛盾：打印质量 打印速度,喷墨式打印机主要的缺点之一就是墨水成本太高。因为喷墨式打印机要求墨水质量高，不堵塞喷嘴，不易凝固，纸上能快速风干，不至于使图形模糊等等,喷墨打印机,19,以打印装置的发展作为技术矛盾及其解决研究的例子也就是说，产生了下列矛盾：在提高打印质量的同时不能增加墨水的成本。这个矛盾是用“机械系统替代法”解决的，并且出现了激光打印机。这样，打印装置通过解决一个又一个的矛盾来发展完善的。任何一个人工系统都是在克服一个又一个的矛盾来发展的。,打印装置的发展,激光打印机,20,1 技术矛盾概述,以发动机点火系统为例传统的汽油发动机的点火系统是断电器式的点火系统，后来为了节约燃油，要求燃烧更稀的混合气，需要更大的点火能量，但这会烧坏断电器，导致点火不良。矛盾是：大电流（物质的数量）和可靠性之间的矛盾,21,以发动机点火系统为例采用发明原理中的机械系统替代方法，用电子点火器替代机械触点，产生了电子点火系统，解决了点火能量的问题，降低了油耗。但发动机的不同的工作情况要求点火时刻不同，为了实现多种状态的理想点火，需要点火系统有很好的适应性，但这会导致调解点火角的机械系统变得很复杂。矛盾是：适应性和复杂性之间的矛盾,1 技术矛盾概述,22,1 技术矛盾概述,以发动机点火系统作为例再次采用发明原理中的机械系统替代方法，用计算机控制点火系统，实现了职能点火，降低了油耗，提高了发动机的功率。,23,1 技术矛盾概述,1.3 39个技术参数1.阿奇舒勒分析大量的技术文献总结出来的。2.可以用来描述技术系统中出现的绝大部分技术矛盾。3.分类：1）通用几何和物理参数：如重量、速度、长度、面积。2）通用技术消极参数：能量损失、物体产生的有害因素3）通用技术积极参数：自动化程度、可靠性。,24,39个通用工程参数,25,工程参数的意义,1运动物体的重量 重力场中运动物体，作用在防止其自由滑落的悬挂或水平支架上的力，常表示为物体的质量。2静止物体的重量 重力场中静止物体，作用在防止其自由滑落的悬挂、水平支架上或防止该物体表面上的力，常表示为物体的质量。3运动物体的长度 运动物体的任意线性尺寸，不一定是最长的长度。不仅可以是一个系统的两个几何点或零件之间的距离，而且可以是一条曲线的长度或封闭环的周长。,26,工程参数的意义,4.静止物体的长度 静止物体的任意线性尺寸，不一定是最长的长度。不仅可以是一个系统的两个几何点或零件之间的距离，而且可以是一条曲线的长度或封闭环的周长。5运动物体的面积 运动物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。6静止物体的面积 静止物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。,27,工程参数的意义,7运动物体的体积 运动物体所占有的空间体积。8静止物体的体积 静止物体所占有的空间体积。9速度 物体的速度或者效率，或者过程或活动与时间之比。10力 力是两个系统之间的相互作用。对于牛顿力学，力等于质量与加速度之积，在triz中，力是试图改变物体状态的任何作用。,28,工程参数的意义,11应力或压强 单位面积上的作用力，也包括张力。例如，房屋作用于地面上的力，液体作用于容器壁上的力，气体作用于汽缸活塞上的力，压强也可理解为无压强（真空）。12形状 物体的轮廓或外观。形状的变化可能表示物体的方向性变化或者物体在平面和空间两方面的形变。13结构的稳定性 物体的组成和性质不随时间而变化的性质。系统的完整性及系统组成部分之间的关系。磨损、化学分解及拆卸都降低稳定性。,29,工程参数的意义,14.强度 强度是指物体在外力作用下抵制使之变化的能力。15运动物体作用时间 运动物体具备其性能或者完成规定动作的时间、服务时间以及耐久力。两次故障之间的平均时间也是作用时间的一种度量。16静止物体作用时间 运动物体具备其性能或者完成规定动作的时间、服务时间以及耐久力。两次故障之间的平均时间也是作用时间的一种度量。,30,工程参数的意义,17温度 物体或系统所处的热状态，代表宏观系统热动力平衡的状态特征。还包括其他热学参数，如如影响改变温度变化速度的热容量。18照度 照射到某一表面上的光通量与该表面面积的比值，也可以理解为物体的光照特性，如亮度，反光性和色彩等光线质量。19 运动物体的能量消耗 运动物体执行给定功能所需的能量。在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。包括消耗超系统提供的能量。,31,工程参数的意义,20静止物体的能量消耗 静止物体执行给定功能所需的能量。在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。包括消耗超系统提供的能量。21功率 单位时间内完成的工作量或消耗的能量。22 能量损失 做无用功消耗的能量。为了减少能量损失，需要不同的技术来改善能量的利用。,32,工程参数的意义,23物质损失 部分或全部、永久或临时的材料、部件或子系统等物质的损失。24 信息损失 部分或全部、永久或临时的数据损失。25 时间损失 时间是指一项活动所延续的时间间隔。改进时间的损失指减少一项活动所花费的时间。,33,工程参数的意义,26物质的量 材料、部件及子系统等的数量，它们可以被部分或全部、临时或永久的被改变。27可靠性 系统在规定的方法及状态下完成规定功能的能力。常常可以理解为无故障操作概率或无故障运行时间。28测试精度 系统特征的实测值与实际值之间的误差。减少误差将提高测试精度。,34,工程参数的意义,29制造精度 系统或物体的实际性能与所需性能之间的误差，与图纸技术规范和标准所预定参数的一致性。30作用于物体的有害因素 外部环境或系统的其他部分对物体的有害作用，使物体的功能退化。31物体产生的有害因素 有害因素将降低物体或系统的效率，或完成功能的质量。这些有害因素来自于物体或作为其操作过程一部分的系统。,35,工程参数的意义,32可制造性 物体或系统制造过程中简单、方便的程度。33操作流程的方便性 要完成的操作应需要较少的操作者、较少的步骤以及使用尽可能简单的工具。一个操作的产出要尽可能多。34.可维修性 对于系统可能出现失误所进行的维修要时间短、方便和简单。,36,工程参数的意义,35适应性及多用性 物体或系统响应外部变化的能力，或应用于不同条件下的能力。36系统的复杂性 系统中元件数目及多样性，如果用户也是系统中的元素将增加系统的复杂性。掌握系统的难易程度是其复杂性的一种度量。37控制和测量的复杂度 如果一个系统复杂、成本高、需要较长的时间建造及使用，或部件与部件之间关系复杂，都使得系统的监控与测试困难。测试精度高，增加了测试的成本也是测试困难的一种标志。,37,工程参数的意义,38自动化程度 是指系统或物体在无人操作的情况下完成任务的能力。自动化程度的最低级别是完全人工操作。最高级别是机器能自动感知所需的操作、自动编程和对操作自动监控。中等级别的需要人工编程、人工观察正在进行的操作、改变正在进行的操作及重新编程。39生产率 是指单位时间内所完成的功能或操作数，或者完成一个功能或操作所需时间以及单位时间的输出，或单位输出的成本等。,38,工程参数的意义,为了应用方便，上述39个通用工程参数可分为如下三类：1)通用物理及几何参数1-12，1718，21。2)通用技术负向参数：1516、19-20、2226、3031、3637。3)通用技术正向参数：1314、2729、32-35、3839。负向参数(Negative parameters)指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变差。如子系统为完成特定的功能所消耗的能量(No1920)越大，则设计越不合理。正向参数(Positive parameters)指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变好。如子系统可制造性(No32)指标越高，子系统制造成本就越底。,39,40,1 技术矛盾概述,如何提取技术矛盾.问题是什么？.39个技术参数的熟练掌握 3.将问题中的具体参数归结为39个技术参数.技术矛盾的两个参数（改善和恶化了什么）改善的参数恶化的参数,41,提取技术矛盾实例,例：为了用一只手能倒出饮料塑料瓶中的饮料。需要改善的通用工程参数是：减小塑料瓶的直径(4静止物体的长度)，恶化的通用工程参数是：降低塑料瓶的稳定性(13稳定性)。技术矛盾“静止物体的长度Vs稳定性”,42,提取技术矛盾实例,例2：每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是很困难的，必须耗费大量的时间在地球表面上将陨石挑拣出来，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。,43,提取技术矛盾实例,例2：改善的通用工程参数是：为了获得大量陨石，必须对地面上所有的石块进行分析(27可靠性)；恶化的通用工程参数是：这将耗费大量时间(25时间损失)。技术矛盾“控制和测量的复杂性VS时间损失”。,44,提取技术矛盾实例,例3：在射击运动员的训练中需要有飞行中的靶标，当运动员击中靶标后靶标破裂成大量的碎片落到地面上，难以打扫。这个问题的技术矛盾初始可表述为：具有一定体积的飞行靶标对射击运动员的训练是必要的，但靶标碎片又将地面弄脏乱。,45,提取技术矛盾实例,例3：改善的通用工程参数是：希望增大靶标体积(7运动物体的体积)；恶化的通用工程参数是：靶标碎片对地面产生作用(31物体产生的有害因素)的矛盾。技术矛盾“运动物体的体积VS物体产生的有害因素”。,46,提取技术矛盾实例,例4：开车的时候，我们通常希望车跑的快一点，但车速一高，车的安全性、稳定性会变差，构成了一个矛盾。技术 矛盾：速度Vs稳定性例5：为了保证车辆乘员的安全，我们希望汽车制造的结实一些，因此要增加车的重量，车重量大会导致燃油消耗量上升。技术 矛盾：可靠性Vs 运动物体的重量,47,2 40条发明原理,2.1发明原理的由来1.科学家发现技术创新的经验两类：（1）适用于本领域的经验（2）适用于不同领域的通用经验2.TRIZ中的发明原理（1）属于上述第二种（2）许多不同行业的问题，解决方法都是相同的；（3）不同时期的问题，相同的解决问题方法被反复采用（4）可用来解决技术矛盾,48,48,40条发明原理用有限的40条原理来解决无限的发明问题,阿奇舒勒通过对250万份发明专利的研究发现，大约只有20左右的专利才称得上是真正的创新，其它80的专利往往早已在其它的产业中出现并被应用过。阿奇舒勒坚信发明问题的原理是客观存在的，设计者掌握这些原理，就可以大大提高发明的效率、缩短发明的周期，而且能使发明过程更具有可预见性。为此，阿奇舒勒对大量的专利进行研究、分析、总结、提炼出了TRIZ中最重要的、具有普遍用途的40个发明原理。当前，40个发明原理已经从传统的工程领域扩展到微电子、生物医学、管理、文化、教育等社会的各个领域问题。40个发明原理的广泛应用，导致不计其数新的专利发明的产生。,48,49,2 40条发明原理,2.1发明原理介绍,50,50,40个发明原理,50,矛盾矩阵表,52,3 矛盾矩阵表,阿奇舒勒通过对大量专利的研究、分析、比较、统计，归纳出了当39个工程参数中的任意2个参数产生矛盾时，化解该矛盾所使用的发明原理，这些发明原理就是前面所介绍的40个发明原理。阿奇舒勒还将工程参数的矛盾与发明原理建立了对应天系整理成一个39 x 39的矩阵，以便使用者查找。这个矩阵称为阿奇舒勒矛盾矩阵。阿奇舒勒矛盾矩阵是浓缩了对巨量专利研究所取得的成果，矩阵的构成非常紧密而且自成体系。,53,54,3 矛盾矩阵表,阿奇舒勒矛盾矩阵为40行40列的一个矩阵，其中第一行或第一列为按顺序排列的39个描述冲突的通用工程参数序号。第1列所代表的工程参数是需改善的一方，第1行所描述的工程参数为冲突中可能引起恶化的一方。除了第一行与第一列外，其余39行39列形成一个矩阵，矩阵元素中或空、或有几个数字，这些数字表示40条发明原理中推荐采用原理序号；对角线的格表示物理矛盾。,55,3 矛盾矩阵表,56,查找矛盾矩阵表,57,3 矛盾矩阵表,矛盾矩阵表的作用：便于找到发明原理，提高解决技术矛盾问题的效率矛盾矩阵表的说明：-格中的数字表示常用的发明原理，顺序的先后表示应用频率的高低；-对角线的格表示物理矛盾；-其他无数字的格表示无常用的发明原理。,58,4 应用发明原理解决技术矛盾的方法,59,应用发明原理解决技术矛盾的步骤,.问题描述,.定义技术矛盾,.系统分析,.推荐的发明原理,.最终的解决方案,.利用矛盾矩阵查找,改善的参数恶化的参数,）问题是什么？,）有什么解决方案？,）方案有什么问题？,）技术矛盾两个参数,60,扳手在外力的作用下拧紧或松开一个六角螺母.由于螺钉或螺母的受力集中到两条棱边,容易产生变形,而使螺钉或螺母的拧紧或松开困难.,5 实例分析,例1:开口扳手的改进,61,例1:开口扳手的改进,改善的参数:-物体产生的有害因素(31),减少对螺母棱边的磨损.恶化的参数:-制造精度(29),新的改进可能使制造困难发明原理4:不对称17:维数变化34:抛弃或再生26:复制,62,63,克里姆林宫钟楼上的红星,例3:莫斯科克里姆林宫钟楼上的红星 60米高楼上的五角星,重2吨,风大如何保持不掉.,64,克里姆林宫钟楼上的红星,改善:静止物体的面积(18)恶化:应力,压力(31)2:预先作用7:动态化.26:相变4:机械系统替代,65,克里姆林宫钟楼上的红星,解决方案:使五角星随风旋转,支撑轴不在中心,类似于风向标,66,例3：波音公司改进737设计,例4：波音公司改进737设计,67,例3：波音公司改进737设计,波音公司改进737设计过程中，出现的技术冲突为：即希望发动机吸入更多的空气，但又不希望发动机罩与地面的距离减少。改善的是“运动物体的面积”，恶化的是“运动物体的尺寸”。查矛盾矩阵，,68,例3：波音公司改进737设计,建议的原理：发明原理14-曲面化原理发明原理15-动态化原理发明原理18-振动原理发明原理 4-不对称原理 选择的解决方案：应用发明原理4，将整流罩改为不对称形状,69,例3：波音公司改进737设计,70,例4：防弹衣改进设计,例4：防弹衣改进设计 纤维织成的防弹衣用于保护执法人员和军事人员免于遭受手枪子弹的袭击。纤维织成的防弹衣有多层纤维结构层，具有层叠式结构。纤维在结构层内相互以适当的角度定向排列。当结构层连接好后，所有的纤维都以相互垂直的方向定向排列。为了使纤维织成的防弹衣具有足够的防护能力，这种防弹衣必须具有足够的厚度。增加防弹衣的厚度会使其重量增加，灵活性降低。此外，使用这种厚厚的防弹衣的人员也不能充分通风。换句话说，较厚的防弹衣穿着时不太方便。,71,例4：防弹衣改进设计,72,例4：防弹衣改进设计,定义技术矛盾：增加运动物体的长度(防弹衣的厚度)会降低操作流程的方便性(防弹衣的舒适性)。通过查询阿奇舒勒矛盾矩阵，得知可能的解集是15，29，35，4四个发明原理。应用第4号增加不对称性原理，将物体的对称形式变为不对称形式。在防弹衣的栈结构内使纤维呈不对称定向排列。通过将每层以相对于第一层呈2070度范围的不同角度旋转，将纤维织成防弹衣的各定向层内的纤维定向转换为不对称的排列形式。防弹衣栈结构内不对称的纤维定向相对于纤维定向排列的防弹衣来讲，会使很大一部分纤维沿子弹飞行的方向定向。沿子弹飞行方向排列的大部分纤维可以确保栈结构防弹衣在受子弹冲击的方向具有更高的强度。在具有同等保护效果的情况下，防弹衣的厚度和重量减小了。因而，通过减小防弹衣的厚度提高了其舒适性，同时不会降低防弹衣的保护效果。,73,例4：防弹衣改进设计,74,例5解决一次性牙膏开启的问题,外出入住宾馆，在盥洗室洗漱中，如何开启宾馆为我们提供的一次性牙膏。,75,矛盾分析,要解决这样一对矛盾，可以用39个技术参数中的两个来描述该矛盾：需要改进的特性可操作性No.33变差的特性强度No.14把这两个技术参数映射到技术矛盾矩阵表上，即可得到一组数据，找出这些数据在40条创造发明原理中对应的技术矛盾解决方法。,76,分析选择解决原理,No.32 变色原则；No.40 复合材料原则；No.3 局部性质原则；No.28 机械系统的替代原则。经过分析，32、40、28这三个原理基本不适合，只有第3号局部性质原则适合。采用这一原理，我们对牙膏盖进行了改进，在制作中使其形成一个尖椎体，用其顶挤牙膏头，就能够很好地解决开启牙膏的问题了。,77,例6解决多人使用一台自行车出行的问题,许多人都有在自行车大梁和后座驮人的经历，由于重量大，骑行起来十分不方便。最好是每一人有一台自行车 单独骑行，但是这样会增加自行车的数量，尤其对于一个三口之家来讲，而且也会增大占地面积。那么，如何让两个人 或三个人同骑一台 自行车呢？,78,技术矛盾分析,要解决多人同时乘骑自行车的矛盾，可以用39个技术参数中的两个来描述该矛盾：需要改进的特性运动物体的重量No.1变差的特性适应性及多用性No.35把这两个技术参数映射到技术矛盾矩阵表上，即可得到一组数据，找出这些数据在40条创造发明原理中对应的技术矛盾解决方法。,79,分析选择解决原理,No.29 气压或液压原则；No.5 联合原则；No.15 动态原则；No.8 反重量原则。经过分析，29、15、8这三个原理基本不适合，只有第5号联合原则适合。采用这一原理，可将两台或者三台自行车连成一台，两个车座、两套传动，就能够很好地解决两人同骑乘一台自行车的问题了。,80,思考题：破冰船,冬季通过水路运输货物时，常用破冰船穿过冰层封闭的航道。破冰船用尖而硬的船头，或使船头翘起、落下，船身左右摇摆，压破冰层，破冰船只能以较低的速度前进。现希望其速度增加。增加破冰船前进速度通常的方法是增加其发动机功率，但发动机功率增加会带来一系列的负面影响，如传动系统体积增加、船的质量增加等。因此，存在技术冲突。为了提高船速，必须克服技术冲突。,81,