triz物理矛盾及其解决办法.ppt

1 主讲人 曾富洪 发明问题解决理论 2 本次课的核心内容 1物理矛盾概述2物理矛盾的解决办法3物理矛盾与技术矛盾的关系4分离原理与40个创新原理的对应关系5物理矛盾实例分析 3 1 1矛盾的分类1 工程矛盾 社会矛盾及自然矛盾2 TRIZ理论将工程矛盾分为三类 物理矛盾 技术矛盾和管理矛盾 4 1 2物理矛盾的定义 对系统的同一个参数有不同的要求 桌子的厚与薄 5 1 矛盾的定义阿奇舒勒对物理矛盾的定义是 当一个技术系统的工程参数具有相反的需求 就出现了物理矛盾 比如说 要求系统的某个参数既要出现又不存在 或既要高又要低 或既要大又要小等等 6 物理矛盾表现在 1 系统或关键子系统必须存在 又不能存在 2 系统或关键子系统具有某性能 F 同时应具有性能 F F 与 F 是相反的性能 3 系统或关键子系统必须处于状态 S 及状态 S S 与 S 是不同的状态 4 系统或关键子系统不能随时间变化 又要随时间变化 7 例如 为了便于加速并降低加速时的油耗 汽车的底盘应有较小的重量 但为了保证高速行驶时汽车的安全 底盘又应有较大的重量 这种要求底盘同时具有大重量和小重量的情况 对于汽车底盘的设计来说就是物理矛盾 解决该矛盾是汽车底盘设计的关键 8 2 物理矛盾元素的几种情况这个元素是通用工程参数 不同的设计条件对它提出了完全相反的要求 例如 对于建筑领域 墙体的设计应该有足够的厚度以使其坚固 同时墙体又要尽量薄以使建筑进程加快并且总重比较轻 温度既要高又要低 尺寸既要长又要短 材质既要软又要硬等等 这个元素是通用工程参数 不同的工况条件对它有着不同 并非完全相反 的要求 例如 灯泡的功率既要是25瓦 又要是100瓦 一个工件的形状 既要是直的 又要是弯的等等 这个元素是非工程参数 不同的工况条件对它有着不同的要求 例如 冰箱的门既要经常打开 又要经常保持关闭 道路上既要有十字路口 又要没有十字路口 9 10 物理矛盾 长度长与短 时间长与短 用量多与少 粘度高与低 密度大与小 磁场强与弱 速度快与慢 功率大与小 温度高与低 硬度软与硬 导热率高与低 摩擦系数大与小 11 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 11 土地爷的哲学 12 很快 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 12 土地爷的办法 13 2物理矛盾的解决办法 物理矛盾的4大分离原理空间分离时间分离条件分离整体与部分分离 14 分离方法应用实例空间分离 测量海底时 将声纳探测器与船体空间分离 用以防止干扰 提高测试精度时间分离 可折叠雨伞的设计 在下雨时撑开 存放时减少占用空间条件分离 将水射流条件分离 给予不同的射流速度和压力 即可获得 软 的或 硬 的不同用途的射流 用于洗澡按摩或用作加工手段或武器系统级别分离 采用柔性生产线 以满足大众化和个性化市场需求的不同要求 15 空间分离所谓空间分离原理是指将矛盾双方在不同的空间上分离 以降低解决问题的难度 进而找到解决问题的方法 16 生活中物理矛盾空间分离的实例 冰箱分为保鲜层和急冷层 17 某欧洲鞋业公司生产一种知名品牌的运动靴 为了节约生产成本 该公司把生产地点转移到了东南亚某个国家 刚开始时生产工艺和质量控制得非常严格 一切似乎都很顺利 但是没有过多久 问题出现了 管理者很快发现少数当地工人有偷靴子的行为 管理者曾多次公开警告 包括使用降薪 开除等管理手段 但始终难以奏效 我们现在来分析一下这个欧洲鞋业公司遇到的问题 生产过程需要降低成本 因此需要让东南亚国家的当地人生产靴子 但是因为有当地工人偷靴子 所以又不能让当地工人生产靴子 在这里 既要 又 不要 让当地工人生产靴子的矛盾出现了 这是一个典型的物理矛盾 17 欧洲鞋业公司遇到的问题 18 解决这个矛盾的资源 实际上就是在这双靴子的本身 在咨询了技术创新专家以后 这个欧洲鞋业公司选择了如下的生产方案 生产地点还是选择在东南亚 但是 在某个国家生产左靴子 在另外一个国家生产右靴子 在第三个国家生产靴带子 对于生产地点来说 应用的空间分离原理 对于靴子来说 应用的是整体与部分的分离原理 此后 工人偷靴子的现象基本上就杜绝了 同理 在生产诸如枪械等军工产品的时候 也常常采用把枪栓 撞针等零部件异地生产的方法 以避免在某一地枪支零部件丢失以后被窃贼装成整枪的危险 18 欧洲鞋业公司的解决办法 19 时间分离原理所谓时间分离原理是指将矛盾双方在不同的时间段上分离 以降低解决问题的难度 20 时间分离原理 21 十字路口的物理矛盾描述 道路必须交叉 以使车辆驶向目的地 A 道路一定不得交叉 以避免车辆相撞 非A 要通过十字路口 车辆必须占据十字路口的某个位置 A 而要不和其它车辆相撞 一定不得占据十字路口的位置 非A 22 23 条件分离所谓基于条件的分离原理是指将矛盾双方在不同的条件下分离 以降低解决问题的难度 24 分析问题 燃具工作时燃气的输入大小希望可控 从而减少能源的浪费 当加热锅时 应加大燃气输入量 当锅是空的或锅不在位置时 应仅输入少量燃气 起保温或保持炉火燃烧的功能 物理矛盾提取 根据条件的不同 希望燃气输入可大可小 构成物理矛盾 24 燃灶燃气输入控制 25 使用分离原理中的条件分离原理来解决 1 当锅被取走或锅内食物较轻时 移动杆受弹簧推力向上移动 移动杆上的控制孔与输气管道上的孔几乎封合 燃气输入会变小 2 当锅内装有食物放在此燃具上时 移动杆受锅的重力下移量增加 控制孔与主管上的孔口相连部分变大 输气量也随之变大 25 燃灶燃气输入控制方法 26 整体与部分的分离所谓分离原理是指将冲突双方在不同的层次上分离 以降低解决问题的难度 27 应用分离原理解决物理矛盾的步骤矛盾双方在不同的空间上分离开来 以获得问题的解决或降低问题的解决难度 应用空间分离原理解决物理矛盾的步骤第一步 定义物理矛盾 首先确定矛盾的参数 在此基础上对矛盾的参数相反的要求进行描述 第二步 对在什么空间上需要满足什么要求进行确定 第三步 对以上两个空间段是否交叉进行判断 这一步很重要 如果两个空间段不交叉 可以应用空间分离 否则不可以应用空间分离 28 例1 红蓝铅笔的发明问题 29 第一步 定义物理矛盾参数 颜色要求1 红要求2 蓝第二步 什么空间需要满足什么要求 空间1 铅笔的一端空间2 铅笔的另一端第三步 以上两个空间段是否交叉 否 应用空间分离是 尝试其他分离方法 30 例题2 鱼雷引擎物理矛盾 鱼雷引擎必须足够大以充分驱动鱼雷 又必须小 以适配鱼雷的体积 解决方案 引攀分离放置在岸边 通过缆线给鱼雷传递能量 31 思考题1 某公司制造的一款新机器 一个关键零件须用一种特殊钢板材料制造 制造工艺是将钢板加热到1200 C的成型温度后放在冲床上冲压成型 但发现这种钢板在加热到800 C时 钢板的表面就发生了严重的氧化 无法满足质量要求 怎么办 32 应用分离原理解决物理矛盾矛盾双方在不同的时间上分离开来 以获得问题的解决或降低问题的解决难度 应用时间分离原理解决物理矛盾的步骤第一步 定义物理矛盾 首先确定矛盾的参数 在此基础上对矛盾的参数相反的要求进行描述 第二步 对在什么时间上需要满度什么要求进行确定 第三步 对以上两个时间段是否交叉进行判断 这一步很重要 如果两个时间段不交叉 可以应用时间分离 否则不可以应用分离 33 例1 雨伞的发明 34 第一步 定义物理矛盾参数 面积要求1 大要求2 小第二步 什么时间需要满足什么要求 时间1 下雨时间2 携带 存放第三步 以上两个时间段是否交叉 否 应用时间分离是 尝试其他分离方法 35 香皂的成型过程 物理矛盾 在香皂的成型过程中 温度要低以便节省成型时间 但同时香皂要温度高 状态够软 以便填满整个摸具空间 解决方案 预先制造小粒香皂 与液态香皂混合后一起注入模具 36 例题3 航空母舰上的飞机停放问题 停放时机翼折叠 飞翔时机翼展开 37 思考题 焊接过程的研究一个研究电焊焊接过程的实验 实验的主要目的是观察焊接过程中电弧的变化以及焊丝的熔化过程 实验者进行了电焊焊接操作 并用录像机对准焊接区 录下了整个焊接过程中所发生的一切情况 随后 实验者播放所录下的过程 结果只能看到整个焊接过程中电弧的图形 而焊丝是如何熔化而形成金属滴的却看不见 原来是电弧产生的亮度大于焊丝和金属滴的亮度 所以 录像中无法观察到焊丝 实验者决定重新进行一次实验 他们增加了一束更亮的光来专门照亮焊丝熔化部位 实验并进行了录像 但这一次 实验录下的录像中只能看到焊丝和熔化的金属滴 焊接过程中所产生的电弧却看不见了 实验者这下难过了 我们该怎么办呢 38 应用条件分离原理解决物理矛盾的步骤矛盾双方在不同的条件上分离开来 以获得问题的解决或降低问题的解决难度 在基于条件的分离前 先确定矛盾的需求在各种条件下 是否都在沿着某个方向变化 如果在某种条件下 矛盾的一方可不按一个方向变化 则可以使用基于条件的分离原理来解决问题 也就是说 当系统或关键子系统矛盾双方在某一条件下只出现一方时 则使用基于条件的分离原则是可能的 39 例 跳水训练池物理矛盾 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 水的软硬取决于跳水者入水的速度 解决方案 充满气泡的泳池 40 例 水管物理矛盾 水管要刚性好 以免因水的重量而变形 但水管要软 以避免在冬天被冻裂 解决方案 弹塑性好的复合材料 41 系统级别的分离所谓系统级别的分离 是将矛盾双方在不同的系统级别分离开来 以获得问题的解决或降低问题的解决难度 当系统或关键子系统矛盾双方在子系统 系统 超系统级别内只出现一方时 可使用系统级别的分离原则解决问题 42 PCB上板机物理矛盾 SMT 表面贴装焊接技术 生产线 要求PCB 印制电路板 连续进行供应 但PCB是专业线路板厂家生产并批量送货的 这样连续生产与批量供货之间就产生矛盾 解决方案 PCB上板机 接受批量的PCB 然后连续输送到SMT生产线 43 如何用普通温度计测量甲壳虫的体温有一次 科学家们聚集在一起讨论小甲壳虫的问题 大家发现对小甲壳虫的生存条件研究得很少 比如 虫子的体温是多少度 还没有人进行过测量 小甲壳虫那么小 一位科学家说 我们不能用常规的温度计进行测量 我们要设计一个专用仪器 另一位科学家附和道 但需要很长时间来完成实验和制造 不 我们不需要特别的仪器 就只用一只普通的温度计来测量小甲壳虫的体温 TRIZ先生说 他如何来完成这个测量呢 可以取大量的小甲壳虫 然后将它们放在一个隔热相对好一点的容器里 比如保温瓶 放满 在保温瓶塞上开小口刚好插入温度计 将温度计插入甲壳虫群中 塞上塞子 测温 44 3物理矛盾与技术矛盾的关系 1 物理矛盾与技术矛盾的比较 45 物理矛盾与技术矛盾的比较 技术矛盾涉及的是一个系统物理矛盾涉及的是一个组件物理矛盾更能体现核心矛盾 46 2 技术矛盾向物理矛盾的转化技术系统中的技术矛盾是由系统中矛盾的物理性质造成的 从研究整个系统的矛盾转向研究系统的一个元件的矛盾 可以缩小解决方案搜索的范围和候选方案的数目 47 4分离原理与40个创新原理的对应关系 1 空间分离原理 可以利用以下10个创新原理 来解决与空间分离有关的物理矛盾 创新原理l 分割创新原理2 抽取创新原理3 局部质量创新原理4 增加不对称性创新原理7 嵌套创新原理13 逆向思维创新原理17 多维化创新原理24 借助中介物创新原理26 复制创新原理30 柔性外壳或薄膜 48 2 时间分离原理 可以利用以下12个创新原理 来解决与时间分离有关的物理矛盾 创新原理9 预先反作用创新原理10 预先作用创新原理11 事先防范创新原理15 动态特性创新原理16 不足或过度的作用创新原理18 机械振动创新原理19 周期性动作创新原理20 有效作用的连续性创新原理21 减少有害作用时间创新原理29 气压与液压结构创新原理34 抛弃与再生创新原理37 热膨胀 49 3 基于条件的分离原理 可以利用以下13个创新原理 来解决与基于条件分离有关的物理矛盾 创新原理1 分割创新原理5 组合创新原理6 多用性创新原理7 嵌套创新原理3 重量补偿创新原理13 反向思维创新原理14 曲面化创新原理22 变害为利创新原理24 反馈创新原理25 自服务创新原理27 廉价替代品创新原理33 同质性创新原理35 物理或化学参数改变 50 4 整体与部分的分离原理 可以利用以下9个创新原理 来解决与整体与部分的分离有关的物理矛盾 创新原理12 等势创新原理28 机械系统替代创新原理3l 多孔材料创新原理32 改变颜色创新原理35 物理或化学参数改变创新原理36 相变创新原理38 强氧化剂创新原理39 惰性或真空环境创新原理40 复合材料 51 实例 有关摩擦焊接问题 物理矛盾实例分析 52 a 解决问题的办法 对已有设备不做大的改变而实现铸铁管的摩擦焊接 b 系统矛盾 管子要旋转以便焊接 管子又不应该旋转以免使用大型设备 c 问题模型 改变现有系统中的某个构成要素 在保证不旋转待焊接管子的前提下实现摩擦焊接 d 分析 不容易解决为管子的旋转 而容易改变的要素是两根管子的接触部分 e 理想的办法 只旋转管子的接触部分 f 物理矛盾 管子的整体性限制了只旋转管子的接触部分 53 第一步 定义物理矛盾参数 旋转要求1 转要求2 不转第二步 什么空间需要满足什么要求 空间1 钢管的接触部分空间2 钢管的非接触部分第三步 以上两个空间段是否交叉 否 应用空间分离是 尝试其他分离方法 54 解决方法 用一个短的管子插在两个长管之间 旋转短的管子 同时将管子压在一起直到焊好为止 55 实例2 如何在汽车发生碰撞的情况下 最大限度地保护驾驶员和乘客的安全 安全气囊充气压力不足 对乘客不能起到有效的保护作用 安全气囊的充气压力过大 则又会造成压力过大 对乘客造成伤害 56 物理矛盾分析 安全气囊的充气既要快 又不能快 充气速度过快 会使气囊硬度大 伤害乘客 充气速度慢 又会导致气囊不能有效地保护乘客 可用资源主要有 空气 压力 气囊本身 安全带等 57 第一步 定义物理矛盾参数 压力要求1 大要求2 小 不能太大 第二步 什么时间需要满足什么要求 时间1 达到一定压力前时间2 达到一定压力后第三步 以上两个时间段是否交叉 否 应用时间分离是 尝试其他分离方法 58 创新原理16 不足或过度作用 是指所期望的效果难以百分之百实现时 稍微超过或稍微小于期望效果 使问题简化 受该创新原理的启发 首先可以迅速使气囊膨胀到一定的压力值 可以保证在最短的时间内达到保护乘客的气压 在气囊上面开一些微小的孔 当气囊压力超过阈值后 气囊上的微小孔会张开 使气囊的压力不再升高 从而很好地解决了气囊的膨胀速度既要快 又不能快的矛盾 59 60 思考题 如何让眼镜具备两种屈光度有些人的视力兼有近视和老花的问题 因此 再看近处的时候 需要屈光度高 远视 看远处的时候 需要屈光度低 近视 如何让眼镜至少具备两种屈光度来同事满足以上的要求 61 自主创新方法先行 掌握方法受益无穷 方法虽好 需不断使用才行