物-场分析模型.ppt
TRIZ理论（5）：物场模型分析,1,物-场分析模型(Substance-Field Analysis),提出问题：现在有一枚钉子，要顶在墙壁上，怎么办？,构建解决问题模型：钉子(S1)、锤子(S2)、力(F),TRIZ理论（5）：物场模型分析,2,物场标准模型,TRIZ认为：所有技术系统的功能都能分解成为三个基本元素（两个物质一个场）,力(F)钉子(S1)、锤子(S2)、,TRIZ理论（5）：物场模型分析,3,本讲内容,物-场分析模型概述物-场分析模型的结构类型物-场分析模型的一般解法（1+2+3）物-场分析模型的应用实例,TRIZ理论（5）：物场模型分析,4,物-场分析模型概述,TRIZ理论中的物-场分析是借助建模技术，描述产品（技术系统）内零部件之间的相互关系，从而全面分析产品，获得产品创新设计的解决方案，实现所需功能的分析方法。目前这一方法已经有了76个标准解。在物-场分析法中，理想的功能是场F通过物质S2作用于物质S1并改变物质S1。,比如：在汽车传动系统中，机械能（场）通过发动机（物质S2）作用于车轮（S1）而使车轮（S1）向前行驶。机械能、发动机和车轮就构成了汽车行驶这一功能的三个要素。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,5,技术系统功能的物-场模型,TRIZ物-场技术系统的功能模型可以用一个完整的物-场三角形来表示。如图,S1和S2是组成技术系统的两个物质。S1：工件；S2：工具。场(F)是物-场模型中产生作用力的一种能量。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,6,物质与场的种类,物质的种类：材料工具零件人环境,场的种类：机械能热能化学能电能磁能,TRIZ理论（5）：物场模型分析,7,例一,铣刀切割零件,机械力,铣刀,零件,TRIZ理论（5）：物场模型分析,8,例二,吸尘器清洁地毯,地毯,吸尘器,TRIZ理论（5）：物场模型分析,9,物-场分析模型的结构类型,有效完整模型：系统的3个元素都存在而且有效；不完整模型：组成系统的元素不全，缺少场或物；效应不足的完整模型：3个元素齐全，但效应不足；有害效应的完整模型：元素齐全，但产生了有害效应。,TRIZ中，重点关注和解决的是不完整模型、效应不足的完整模型和有害效应的完整模型三种情况。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,10,物-场分析模型的符号含义,TRIZ理论（5）：物场模型分析,11,问题模型一及其解法,不完整模型：组成系统的元素不全，缺少场或物，模型缺少一至两个元件，需要的效果沒有产生。,不完整模型的一般解法：补齐所缺失的元素,TRIZ理论（5）：物场模型分析,12,解决办法,增加需要的元件，完善物-场三角形,F,S1,S2,TRIZ理论（5）：物场模型分析,13,完善物-场模型实例：干燥衣服,衣服(S1)含有水(S2)，如何加快干燥？,烘干法：增加热力(F)加快水分蒸发。甩干法：增加离心力(F)可以分离水。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,14,完善物-场模型实例2,如何迅速而准确地查找出压缩机氟利昂渗漏处？给出的条件是物S1（氟利昂），不能构成完整的物-场模型，引入第二个物S2（荧光粉）和一个场F(紫外辐射)，完善了具有不完整功能的系统。,S1,S2,F,S1,S2,S1,F,氟利昂,荧光粉,氟利昂,紫外辐射,紫外辐射,氟利昂,荧光粉,TRIZ理论（5）：物场模型分析,15,问题模型二及其解法,模型的三个元素齐全，但是产生了有害的效果。,这种问题有两种解法:加入一个新物质(S3)增加另一个场(F2),TRIZ理论（5）：物场模型分析,16,解决方案一,加入一个新物质(S3)，用来阻止有害作用。,S3可以是修改后的S1或S2，或者是通过共同改变S1、S2得来。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,17,有害效果的完整模型实例,为增加室内的私密性安装了窗帘，但严重影响了室内的光照度。,改换窗帘窗玻璃改为磨砂玻璃。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,18,有害效果的完整模型实例,冬季加热水桶来取暖，但产生了不希望的水蒸气。怎么办？,加入一些机油（暖气中的水可否换成油？）,热能,水,空气,水+机油,TRIZ理论（5）：物场模型分析,19,有害效果的完整模型实例,例：在寒冬低温可能造成地面开裂，进而损坏地下电缆。为保护电缆，有专利提出可以开设一条与电缆沟并排的窄沟，以隔断地面张力对电缆的影响。在本例中，我们可以将电缆沟看成是一个局部，窄沟也是一个局部，两者才组成了一个整体。需要注意的是，不能将窄沟看成是中间隔断体，因为地面的开裂对电缆沟和窄沟的作用是同时存在的，只不过因为窄沟更容易形变，所以地面的开裂对电缆沟的影响就变小了。窄沟在此的作用类似机械零件设计时的卸荷槽。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,20,解决方案二,增加另一个场(F2)，用来平衡产生有害效果的场。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,21,有害效果的完整模型实例,要避免零件在加工时弯曲，增加一个相对的力,平整草坪的割草机,TRIZ理论（5）：物场模型分析,22,问题模型三及其解法,模型的三个元素齐全，但是需要的效果不足。比如场效应太弱、太慢等。,这类问题有三种解法:4、5、6、,TRIZ理论（5）：物场模型分析,23,解决方案一,改用新的场(F2)来代替原有的场(F1)；或用场(F2)和物质(S3)来代替原有的场(F1)物质(S1)。,F2,S3,TRIZ理论（5）：物场模型分析,24,效果不足的完整模型实例,改用新的场(F2)来代替原有的场(F1)：例：壁纸很难用刀子刮掉，改用蒸气。,用场(F2)和物质(S3)来代替原有的场(F1)物质(S1)例：用液压传动代替机械力,TRIZ理论（5）：物场模型分析,25,解决方案二,增加一个新的场(F2)来增強需要的效果,F2,TRIZ理论（5）：物场模型分析,26,效果不足的完整模型实例,要粘合两个零件时，用夹子(F2)帮助固定。,F2,TRIZ理论（5）：物场模型分析,27,解决方案三,增加新的场(F2)和物质(S3)来加強原有的效果,TRIZ理论（5）：物场模型分析,28,效果不足的完整模型实例,过滤网加装一个电场，用电场使小粒子凝聚成大颗粒子，其过滤器效果大幅提升。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,29,物-场分析模型的应用步骤,以上介绍了物-场分析模型的6种解法。在具体应用物-场分析模型时，建议参考以下步骤：1、确定造成问题的相关元素2、绘制物-场分析模型（用模型反映问题）3、选择问题模型的一般解法4、开发设计概念,TRIZ理论（5）：物场模型分析,30,发明问题76个标准解系统构成,TRIZ理论（5）：物场模型分析,31,发明问题76个标准解系统构成,TRIZ理论（5）：物场模型分析,32,应用物场模型分析标准解的流程,、,当前问题,判断问题类型,需要改进系统,建立物场模型,测量和检测问题,建立物场模型,第四级,判断模型类型,产生有害效应,模型不完整,作用不足,第一级,第二、三级,第五级,TRIZ理论（5）：物场模型分析,33,效应不足模型_标准解法（2-8）,1、内部型复杂物场在系统内部引入添加物以强化物-场模型2、外部型复杂物场增加系统外部外部添加物以强化物-场模型3、外部环境作添加物的物场以外部环境系统作为添加物以强化物-场模型4、外部环境物场修正或改变环境以强化物场模型5、微小量原则对微小量进行后期控制以增加可操作性6、极大值原则通过物质引入而使系统指标不超过最大值以增加安全性7、选择性极大值原则在局部实现最大（或最小）值,TRIZ理论（5）：物场模型分析,34,有害效应模型_标准解法（9-13）,1、加入新物质去除有害作用。当S1和S2间可加物质时，在S1和S2之间引入物质2、改变原有物质去除有害作用修改S1或S2以消除或隔断有害效应3、切断有害作用局部作用以切断有害效应4、加入新场去除有害作用增加反向的场以中和有害效应5、关闭磁作用在不需要磁效应时关闭磁作用,TRIZ理论（5）：物场模型分析,35,物-场分析模型的应用实例,实例1：铜板的清洗问题,实例2：太空锤设计实例3：防止钢丸发送机弯管破损,TRIZ理论（5）：物场模型分析,36,实例1：铜板的清洗问题,电镀纯铜时，少许电解液会留在铜表面的微孔中。若不清除，电解液干燥时会留下氧化的痕迹，减少产品的外观和价值。因此通常在储存之前，要先冲洗表面。但是因为微孔很小，即使用大量的水冲洗，还是会有一些电解液留在微孔中。改进的方法？,TRIZ理论（5）：物场模型分析,37,实例1：铜板的清洗问题,第一步：确定造成问题的相关元素物质：电解液(S1)，水(S2)场：机械力(F),TRIZ理论（5）：物场模型分析,38,第二步：用物-场分析模型反映问题物质：电解液(S1)，水(S2)场：机械力(F)功能问題：效果不足,实例1：铜板的清洗问题,TRIZ理论（5）：物场模型分析,39,第三步：选择问题模型的一般解法效应不足的完整模型有3种解法4.改用新的场(F2)来代替原有的场(F1)；或用场(F2)和物质(S3)来代替原有的场(F1)物质(S1)。5.增加一个新的场(F2)来增強需要的效果6.增加新的场(F2)和物质(S3)来加強原有的效果本问题适用的解法为5、6两种。,实例1：铜板的清洗问题,TRIZ理论（5）：物场模型分析,40,第四步：开发设计概念（一）,增加新的场(F2)，来增強清洗的效果,F2,S1,S2,F,S1,S2,F,TRIZ理论（5）：物场模型分析,41,寻找新的场来增强清洗效果机械、热、化学、磁场？,机械力：利用超音波热力：用热水化学力：利用溶剂磁力：磁化水,实例1：铜板的清洗问题,TRIZ理论（5）：物场模型分析,42,第四步：开发设计概念（二）,增加新的场(F2)和物质(S3)来加强原有的效果,F1,S1,S2,F2,S3,S2,F1,S1,TRIZ理论（5）：物场模型分析,43,最终解决方案,F2：压力，S3：蒸气高压蒸气(超过100C)可以深入微孔，强迫清出电解液,F2,S3,S2,F1,S1,TRIZ理论（5）：物场模型分析,44,例2：太空中的锤子？,太空中修理航空器可能会用到锤子。太空中用的锤子如何设计？,TRIZ理论（5）：物场模型分析,45,例2：太空中的锤子,在地面上使用锤子时，由于重力作用，冲击后的锤子不可能产生反弹；但在太空中，由于没有重力，锤子经冲击后，会以非常危险的速度向使用者的头部反弹。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,46,实例2：太空中的锤子？,第一步：确定造成问题的相关元素物质：工件(S1)，锤子(S2)场：力(F),TRIZ理论（5）：物场模型分析,47,实例2：太空中的锤子？,第二步：用物-场分析模型反映问题,物质：工件(S1)，锤子(S2)场：力(F)功能问题：产生有害作用。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,48,第三步：选择问题模型的一般解法有害效应的完整模型有2种常用解法：1、加入一个新物质(S3)，用来阻止有害作用。2、增加另一个场(F2)，用来平衡产生有害效果的场。,实例2：太空中的锤子？,TRIZ理论（5）：物场模型分析,49,第四步：开发设计概念（一）,加入一个新物质(S3)，用来阻止有害作用。,S3可以是修改后的S1或S2，或者是通过共同改变S1、S2得来。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,50,解题思路及最终解决方案,将高密度的液态物质（水银）置于锤头的空腔内。通过引入S3水银，在锤子下落时，高密度的水银位于锤头空腔的顶部；在冲击的瞬间，水银将产生惯性力F2抵消了锤子的反弹力F1。矛盾矩阵解决方案？,TRIZ理论（5）：物场模型分析,51,实例3：防止钢丸发送机弯管破损,问题：如何防止钢丸发送机弯管破损？描述：钢丸(S1)碰撞，使管壁(S2)破裂。类型：有害效应的完整模型,压缩空气和钢珠,管壁S2,钢珠S1,TRIZ理论（5）：物场模型分析,52,第三步：选择问题模型的一般解法有害效应的完整模型有2种解法：1、加入一个新物质(S3)，用来阻止有害作用。2、增加另一个场(F2)，用来平衡产生有害效果的场。,实例3：防止钢丸发送机弯管破损,TRIZ理论（5）：物场模型分析,53,实例3：防止钢丸发送机弯管破损,压缩空气和钢珠,电磁铁F2,钢珠S1,管壁S2,措施：在弯管强烈磨损区添加保护层电磁铁F2，吸收钢丸（相当于S3）驻留。,TRIZ理论（5）：物场模型分析,54,思考题,1.请分析构建转笔刀的物-场模型，指出其中的S1、S2和F。提出消除转笔刀导致铅芯断裂的解决方案。2.用锤子敲击岩石，但岩石的破裂并没有达到预期的效果。构造“打破岩石”的物场模型，并给出合理的解决方案。3.一个铁制的螺丝钉掉入树洞中，如何取出？画出物场模型，提出解决方案。,
