TRIZ-物理矛盾.ppt

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1、矛盾分析概述,2,回顾：TRIZ法体系结构,4.1 矛盾的概念及分类4.2 物理矛盾及其解决原理4.3 技术矛盾及其解决原理4.4 矛盾矩阵及其应用4.4.1 矛盾矩阵的构造4.4.2 矛盾矩阵的应用4.4.3 技术矛盾解决方法实际应用举例4.5 TRIZ法技术矛盾和物理矛盾解的基本思路4.6 40条发明创新原理的使用窍门,矛盾普遍存在于各种产品或技术系统中。技术系统进化过程就是不断解决系统所存在矛盾的过程。矛盾的类型,4.1 矛盾的概念及分类,4.2 物理矛盾及其解决原理,当一个技术系统中对同一个元素具有相反的需求时，就出现了物理矛盾。,一、物理矛盾的概念,结实,轻便,厚度（桌面）,厚,薄,

2、物理矛盾,符号表示A+，A-,物理矛盾的实例1,散热效果好,大,面积（散热片）,节省空间,小,同一参数，两个不同要求,两个参数之间的矛盾,技术矛盾与物理矛盾的比较,矛盾,技术矛盾,分离方法,物理矛盾,矛盾矩阵,创新原理,矛盾转化,Step 1：技术系统的因果轴分析Step 2：从因果轴定义技术矛盾A+B-B+A-Step 3：提取物理矛盾：在这对技术矛盾中找到一个参数，及其相反的两个要求C+C-Step 4：定义理想状态：提取技术系统在每个参数状态的优点，提出技术系统的理想状态,定义物理矛盾,分离原理,解决物理矛盾的核心思想：实现矛盾双方的分离,二、物理矛盾的解决方法,物理矛盾分离方法 空间分

3、离 时间分离 条件分离 系统级别分离,主题大纲,1、空间分离,将对同一个参数的两个不同的要求在不同的空间上得到满足。,红,蓝,颜色,红,蓝,操作空间1,操作空间2,飞行时间长,大,飞机油箱,战斗灵活性强,小,空间分离的实例一,水杯,哪里热？哪里凉？什么时候热？什么时候凉？,空间分离,对同一个参数的不同要求，在不同的空间实现。,操作空间1,操作空间2,热,凉,（杯子内）,（杯子外）,空间分离,杯子的空间分离,_,Step 1：定义物理矛盾,Step 2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么空间得以实现？,Step 3：以上两个空间区域是否交叉？,是,否,应用空间分离,尝试其

4、他分离方法,_,_,空间1：,_,_,空间2：,参数：,_,要求1：,_,要求2：,解决物理矛盾空间分离,如何实现空间分离,分割原理抽取原理局部质量原理嵌套原理增加不对称性原理一维变多维原理,物理矛盾分离方法 空间分离 时间分离 条件分离 系统级别分离,主题大纲,飞机的机翼的设计,机翼长度,时间分离的实例一,时间分离的实例二,缝衣针的设计,针 眼,小,大,操作时间1,操作时间2,（穿线的时候）,（缝衣的时候）,这个方案有什么不足，有更好的解决方法吗？,时间分离,对同一个参数的不同要求，在不同的时间段实现。,操作时间1,操作时间2,大,小,（下雨的时候）,（携带的时候）,时间分离,雨伞的时间分离

5、,解决物理矛盾时间分离,Step 1：定义物理矛盾,Step 2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间得以实现？,Step 3：以上两个时间段是否交叉？,是,否,应用时间分离,尝试其他分离方法。,_,_,_,时间1：,_,_,时间2：,参数：,_,要求1：,_,要求2：,如何实现时间分离,动态特性原理抛弃或再生原理预先作用原理预先反作用原理事先防范原理,物理矛盾分离方法 空间分离 时间分离 条件分离 系统级别分离,主题大纲,将矛盾双方在不同条件下分离,3、条件分离,时间/空间,条件分离,条件分离的使用情况,解决物理矛盾条件分离,Step 1：定义物理矛盾 Step 2

6、：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间/空间得以实现？Step 3：以上两个时间/空间是否交叉？是，尝试其他分离方法如果对参数的不同要求，可以按照某种条件实现分离和切换，尝试条件分离方法,水的条件分离,水速,跳水训练,训练池里的水要软，以减轻水对运动员的冲击伤害，但又要求水必须硬，以支撑运动员的身体。,采用物理参数改变水的密度，向游泳池的水中打入气泡，降低水的密度，使水变得柔软一些，防受伤,条件分离,对同一个参数的不同要求，在不同的条件下实现。水是软的还是硬的？,如何实现条件分离,复合材料原理多孔材料原理改变颜色原理局部质量原理周期性作用原理一维变多维原理,物理矛盾分

7、离方法 空间分离 时间分离 条件分离 系统级别分离,主题大纲,系统级别分离,三个术语超系统系统子系统,4、系统级别分离,将矛盾双方在不同层次上分离,车链,系统级别分离,将对同一个参数的不同要求，在不同的系统级别上实现。,子系统,系统,超系统,固定电话矛盾：人打电话不能离开，又需要离开电线与主机连在一起。机械系统的替代，电磁场子母机,解决物理矛盾系统级别分离,Step 1：定义物理矛盾 Step 2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间/空间得以实现？Step 3：以上两个时间/空间是否交叉？是，尝试其他分离方法如果对参数的不同要求，可以按照不同的系统级别（如系统+子系

8、统，或系统+超系统）实现分离，尝试系统级别分离方法,如何实现系统级别分离,分割原理组合原理同质性原理等势原理,这是古时候的一个神话故事。有一次土地爷外出，临行前嘱咐他的儿子替他在土地庙“当值”，并且一定要把前来祈祷者的话记下来。他走后，前前后后来了四个祈祷者一位船夫祈祷赶快刮风，以便乘风远航；一位果农祈祷别刮风，避免把快成熟的果子给刮下来；一个种地的农民祈祷赶紧下雨，以免耽误播种的季节；一位商人祈祷千万别下雨，以便趁着好天气带着大量的货物赶路。这一下子可难住了土地爷的儿子，他不知该怎么办才能满足这些人们的彼此不同的要求，只好把所有祈祷者的话都原封不动地记了下来。,46,案例1 土地爷的哲学,很

9、快，土地爷回来了，看了儿子的记录，哈哈一笑说，别愁眉苦脸了，照我的办法做就是了，肯定能满足他们各自的要求。土地爷提笔在上面批了四句话：刮风莫到果树园，刮风河边好行船；白天天晴好走路，夜晚下雨润良田。如此一来，四个不同的祈祷都如愿以偿、皆大欢喜。其实，土地爷的前两句话说的是风的“空间分离”，后两句话说的是雨的“时间分离”。,47,案例1 土地爷的哲学续,空间分离,时间分离,案例2 十字路口中的物理矛盾,在车流量大的十字路口，经常出现车辆拥堵和事故的发生，怎样设计十字路口才能兼顾两方面的需求呢？（即快又要慢）,1、空间分离,2、时间分离,3、条件分离,车辆只能直行，转弯走环路,4、系统级别分离,案

10、例三 打桩问题,在打桩的过程中，希望桩头锋利，以便打桩容易被打入土中；同时在结束打桩后，又不希望桩头继续保持锋利，因为在桩到达位置后，锋利的桩头不利于桩承受较重的负荷。,1、运用空间分离,在桩的上部加上一个锥形的圆环，并将该圆环与桩固定在一起，从空间上将矛盾进行分离，既保证了钢桩容易打入，同时又可以承受较大的载荷。,2、运用时间分离,在钢桩的导入阶段，采用锋利的桩头将桩导入，到达制定的位置后，将桩头分成两半或者采用内置的爆炸物破环桩头，使得桩可以承受较大的载荷。,3、运用基于条件的分离,在钢桩上加入一些螺纹，将冲击式打桩改为将桩螺旋拧入的方式。当将桩旋转时，桩就向下运动；不旋转桩时，桩就静止。

11、从而解决了方便地导入桩与使桩承受较大的载荷之间的矛盾。,4、系统级别分离,将原来的一个较粗的钢桩用一组较细的钢桩来代替，从而解决方便地导入桩与使桩承受较重的载荷之间的矛盾。,创新原理在分离方法中的应用,4.3 技术矛盾及其解决原理,技术矛盾表现为：在一个子系统中引入一种有用功能后，会导致另一子系统产生一种有害功能，或加强了已存在的一种有害功能；一种有害功能会导致另一子系统有用功能的削弱；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。,60,4.3 技术矛盾及其解决原理,TRIZ法通过对百万件专利的详细研究，提出用39个通用工程参数来描述技术矛盾。在实际应用时，首先要把组成矛盾双方的

12、性能用该39个通用工程参数来表示，这样就将实际工程技术中的矛盾转化为一般的标准的技术矛盾。TRIZ法研究人员在对全世界专利进行分析研究的基础上，提出了40条解决技术矛盾的发明创新原理。这两表是解决技术矛盾的关键。,61,39个通用工程参数与40个发明原理,1.运动物体的重量2.静止物体的重量3.运动物体的长度4.静止物体的长度5.运动物体的面积6.静止物体的面积7.运动物体的体积 8.静止物体的体积9.速度10.力 11.应力或压力 12.形状 13.结构稳定性,27.可靠性 28.测试精度 29.制造精度 30.物体外部有害因素作用的敏感性 31.物体产生的有害因素 32.可制造性 33.可

13、操作性 34.可维修性 35.适应性及多用性 36.装置的复杂性 37.监控与测试的困难程度 38.自动化程度 39.生产率,14.强度 15.运动物体作用时间 16.静止物体作用时间 17.温度 18.光照度 19.运动物体的能耗20.静止物体的能耗21.功率 22.能量损失 23.物质损失 24.信息损失 25.时间损失 26.物质或事物的数量,62,39个通用工程参数,40个发明原理,4.4 矛盾矩阵及其应用,TRIZ法解决问题流程大致分为四步：1.对待解决的实际问题作详尽的分析并提取存在的矛盾，2.将该矛盾转化为TRIZ法中的某种通用问题模型，3.利用TRIZ法工具得到TRIZ法提供的

14、通用形式的解，4.把TRIZ解具体化为针对该实际问题的具体解。,65,4.4 矛盾矩阵及应用,矛盾矩阵是用39个通用工程特征参数组成的3939正方矩阵。该矩阵的行是按39个通用工程特性参数依次排列，代表工程参数需要改善的一方；该矩阵的列也是按39个通用工程特性参数依次排列，代表工程参数可能引起恶化的一方。矩阵元素用Mi-j表示，其下标i表示该元素的行数，下标j表示该元素的列数。,66,4.4.1 矛盾矩阵的构造,由于矛盾不可能由自身造成，行与列号相同（i=j）的矩阵元素Mi-j为空集，用“”表示；若ij时，矩阵元素为空集，指这两个特征参数间不构成矛盾，或是存在矛盾但尚未找到适合的解，用“”号表

15、示；若ij时，矩阵元素Mi-j为非空集，其数值为解决所在的行与列通用工程特征参数所产生的技术矛盾的相关发明创新原理的编号，可在技术矛盾矩阵表中找到。,68,技术矛盾矩阵表（局部）,第一步，分析问题，找出可能存在的技术矛盾，最好能用动宾结构的词来表示矛盾。第二步，针对具体问题确认一到几对技术矛盾，并将矛盾的双方转换成技术领域的有关术语，进而根据有关术语在TRIZ提供的39个通用工程特性参数中选定相应的工程参数。第三步，按照相矛盾的通用工程参数编号i和j，在矛盾矩阵中找到相应的矩阵元素Mi-j，该矩阵元素值表示40条发明创新原理的序号，按照该序号找出相应的原理供下一步使用。第四步，根据已找到的发明

16、创新原理，结合专业知识，寻找解决问题的方案。一般情况下，解决某技术矛盾的发明原理不止一条，应该对每一条相应的原理作解决技术矛盾方案的尝试。第五步，如果第四步的努力没有取得较好的效果，就要考虑初始构思的技术矛盾是否真正表达了问题的本质，是否真正反映了针对问题创新改进的方向。应重新设定技术矛盾，并重复上述工作。,69,4.4.2 技术矛盾矩阵的应用,每一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很困难，必须耗费大量的时间在地球表面将陨石挑拣出来，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

17、量陨石，但会大大增加寻找的时间。改善的通用工程参数是37（监控和测试的困难程度）：为了得到陨石，必须对地面上所有的石块进行分析；恶化的通用工程参数是将耗费大量时间即25（时间损失）。因此本例子的技术矛盾是“监控和测试的困难程度vs时间损失”。,70,提取技术矛盾对：陨石撞地球,在射击运动员的训练中需要有供练习的靶标，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。改善的通用工程参数是：希望增大靶标体积（序号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（序号

18、31物体产生的有害因素）的矛盾。因此本例子的技术矛盾是：“运动物体的体积VS物体产生的有害因素”。,71,提取技术矛盾对：射击场打扫,技术矛盾解决方法的步骤：步骤一 分析问题，发现矛盾。步骤二 根据TRIZ，表述矛盾。采取某项措施时,矛盾对中的一个参数变优,另一个参数变劣。步骤三 对照工具，得出解法。在矩阵表中寻找该矛盾对的解决办法。步骤四 针对问题，构思设计。回到具体技术系统，解决具体问题。,72,4.4.3 技术矛盾解决方法实际应用举例,73,应用举例：升降定位式燃气灶,如图所示,家用燃气灶具和锅是一个小型技术系统,在功能域层面：燃气燃烧产生热量,热量传导到锅和抵御外界干扰三项功能。在物理

19、域层面,由被加热的锅,支锅的支架,燃烧火焰和燃烧器四部分组成。物理域的四大部分保证功能域的最优实现。在现有燃气灶中，燃气的燃烧一般比较充分，不必做大的调整。而应该在以下三个方面提出创新措施：1，由于锅底的形状和大小不同，锅底接触火焰的程度不同，影响加热效率。2，并且家用燃气灶是一个开放的系统，外界环境气流会影响火焰的稳定性。3，外界环境气流会带走一部分燃烧热。,74,第一对矛盾：现有结构锅底与燃烧器的距离随锅底的尺寸和形状不同而变，火焰不能以最优的方式把热量传给锅。查TRIZ，得到通用工程参数32（可制造性）和22（能量损失）之间构成矛盾对。第二对矛盾：燃气灶的火焰长，外界气流影响火焰的稳定，

20、造成系统对环境有害因素的高度敏感和火焰静尺寸变化的矛盾。是通用工程参数30（物体外部有害因素作用的敏感性）和4（静止物体的长度）之间的矛盾。第三对矛盾：燃气灶是开放的技术系统，环境里空气会与系统内热气进行交换带走热量。从而构成35（适应性及多样性）和22（能量损失）的矛盾。,75,由于锅底的形状和大小不同，锅底接触火焰的程度不同，影响加热效率。,并且家用燃气灶是一个开放的系统，外界环境气流会影响火焰的稳定性。,外界环境气流会带走一部分燃烧热。,76,第一对矛盾：通用工程参数32（可制造性）和22（能量损失）查矛盾矩阵，得到解决矛盾的发明创新原理是19（周期性作用原理）和35（参数变化）。两个发

21、明创新原理结合一起思考，可以得到锅底与燃烧器之间应该解决尺寸周期性变化时保持稳定距离的问题。,由于锅底的形状和大小不同，锅底接触火焰的程度不同，影响加热效率。,解决办法：采用发明创新原理19和35的组合，随锅底尺寸和形状的变动，锅底与火焰的距离基本不变。采用支架可移动或者火焰可移动的方法。本例的发明专利采用了燃烧器可随锅底升降的方法。,77,第二对矛盾：通用工程参数30（物体外部有害因素作用的敏感性）和4（静止物体的长度）之间的矛盾。查矛盾矩阵，对应解决矛盾的发明创新原理为1（分割与切割）和18（利用机械振动）。分割与切割的原理在这里理解为把火焰分为细小区域，利用机械振动在此不适合。,并且家用

22、燃气灶是一个开放的系统，外界环境气流会影响火焰的稳定性。,解决办法：应把火焰分割成细小区域，增加稳定性。用陶瓷红外燃料器代替普通燃烧器喷头，设置几十个小孔为燃烧孔，燃烧充分稳定。,78,第三对矛盾：35（适应性及多样性）和22（能量损失）的矛盾查矛盾矩阵，所示的解决矛盾的发明创新原理编号18、15、1,分别是利用机械振动、动态化和分割与切割。利用机械振动在此不适合，分割与切割可以把燃气灶系统和外界环境分离开来，而且应该是动态可变的。,外界环境气流会带走一部分燃烧热。,解决办法：在支架上设置金属保温圈罩，随锅底变化可取用不同大小的保温圈罩。本例考虑操作方便，只采用了一件保温圈罩。,升降式燃气灶具

23、的设计符合公理设计的第一公理，即独立公理。功能要求和设计要素实现了一一对应。A）保证燃烧稳定。应用蜂窝状红外燃烧器。该燃烧器由陶瓷块拼接而成，每块上有若干通孔，火焰分割成细小状态。B）保证锅底到火焰器的距离。应用可升降式的燃烧器，用杠杆重锤组合动作，用定距U环控制。C）减少环境干扰。应用一定型面的保温圈，分割燃烧系统和环境，达到提高锅底吸热量。本创新原理图只完成了普适性设计方法中的第二步即方案设计。尚有整体设计和详细设计没有进行，对下面的设计工作，采用普适性设计方法会收到较好的效果。,79,矛盾小结,定义问题中的矛盾，帮助我们认识技术系统中问题的本质技术矛盾与物理矛盾相比，用后者理解问题更深刻用系统化的工具体系解决本质问题，得到最佳的解决方案,在实践创新方法上，中国人是领先的。,在总结创新方法上，中国人是落后的。,在推广创新方法上，中国人是有优势的。,让创新掌握在您的手中！,Thanks!,