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1、机械设计基础II 技术、物理冲突解决原理-TRIZ发明原理和分离原理,朱 爱 斌 博士西安交通大学机械工程学院2017/7/24,冲突解决,设计中的冲突分析,发明问题的核心是解决冲突，未克服冲突的设计不是创新设计。产品进化过程就是不断解决产品所存在冲突的过程，一个冲突解决后，产品进化过程处于停顿状态；之后的另一个冲突解决后，产品移到一个新的状态。设计人员在设计过程中不断的发现并解决冲突，是推动其向理想化方向进化的动力。介绍冲突及其类型、技术冲突、物理冲突的基本概念及确定冲突的方法。,设计中的冲突分析冲突及其类型,冲突：无论是新设汁还是已有产品的改进设计，设计人员在设计过程中首先要保证或提高产品
2、的某些内部性能，但这种提高往往导致产品其他内部性能的降低，即设计下往往存在冲突。冲突普遍存在于各种产品的设计之中。按传统设计中的折衷法，冲突并没有彻底解决，而是在冲突双方取得折衷方案，或称降低冲突的程度。TRI认为，产品创新的标志是解决或移走设 计中的冲突，而产生新的有竞争力出解。,设计中的冲突分析冲突分类,冲突分类,自然冲突分为自然定律冲突及宇宙定律冲突。自然定律冲突是指由于自然定律所限制的不可能的解。如就目前人类对自然的认识，温度不可能低于华氏零度以下，速度不可能超过光速，如果设计中要求温度低于华氏温度零度或速度超过光速，则没什中出现了自然定律冲突，不可能有解，随着人类对自然认识程度的不断
3、深化，今后也许会有突破。宇宙定律冲突是指由地球本身的条件限制所引起的冲突。如由于地球引力的存在，一座桥梁所能承受的物体质量不能是无限的。社会冲突分为个性、组织及文化三类冲突。只熟悉绘图，而不具备创新知识的设计人员从事产品创新就出现了个性冲突；一个企业中部门与部门之间的不协调造成组织冲突；对改革与创新的偏见就是文化冲突。,设计中的冲突分析技术冲突,技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏。技术冲突常表现为一个系统中两个子系统之间的冲突。技术冲突出现的几种情况： 1) 在一个子系统中引入一种有用功能，导致另一个子系统产生一种
4、有害功能，或加强了已存在的一种有害功能。 2) 消除一种有害功能导致另一个子系统有用功能变坏； 3) 有用功能的加强或有害功能的减少使另一个子系统或系统变得太复杂。,设计中的冲突分析物理冲突,物理冲突是指为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时出现了与该特性相反的特性。物理冲突的核心是指对一个物体或系统中的一个子系统有相反的、矛盾的需求。 1）一个子系统中有用功能加强，同时导致该子系统中有害功能的加强。 2)一个子系统中有害功能降低，同时导致该子系统中有用功能的降低。实例：飞机的机翼应有大的面积以便起飞与降落，但又要较小以便高速飞行。飞机发动机罩既应该加大直径，以便吸入更多的空
5、气，但又应该减小直径，以增加该罩与地面的距离。咖啡应尽可能热以保持其味道，但又不能太热以防止烫伤饮用者。钢笔的笔尖应很细以便画出细线，但细笔尖易划破纸。,设计中的冲突分析技术冲突和物理冲突的区别,技术冲突总是涉及到两个基本参数A与B，当A得到改善时，B变得更差。物理冲突仅涉及系统中的一个子系统或部件，而对该子系统或部件提出了相反的要求。往往技术冲突的存在隐含物理冲突的存在，有时物理冲突的解比技术冲突更容易。 从技术冲突出发确定物理冲突的核心是确定另一参数或物体，该参数或物体控制着技术冲突的两个参数A与B。,技术冲突和物理冲突分析实例,用化学的方法为金属表面镀层的过程如下：金届制品放置于充满金属
6、盐溶液的池子中，溶液中含有镍、钴等金属元素，在化学反应过程中，溶液中的金属元素凝结到金属制品表面形成镀层，温度越高，镀层形成的速度越快，但温度高有用元素沉淀到池子底部与池壁的速度也越快。温度低又大大降低生产率。该问题的技术冲突为：两个标准参数为生产率(A)与材料浪费(B)，加热溶液使生产率(A)提高，同时材料浪费(B)增加。将该问题转变成为物理冲突，选温度作为另一参数(C)。物理冲突可描述为：溶液温度(C)增加，生产率(A)提高，材料浪费(B)增加；反之，生产率(A)降低，材料(B)浪费减少：溶液温度既应该高，以提高生产率，又应该低，以减少材料消耗。,技术冲突和物理冲突分析实例,波音公司改进7
7、37设计过程中，出现的一个技术冲突为：既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小。将该技术冲突转变为物理冲突：发动机罩的直径应该加大，以吸入更多的空气，但机罩直径又不能加大，以不使路面与机罩之间的距离减小。,联系,一对技术冲突通常和总体系统有关，或同系统中的几个部分有关。一对物理冲突只和系统中的一个部分有关。铸造的金属零件需要用吹砂机清理，即用高速运动的砂子把铸件清理干净，但是同时砂子又会留在铸件的缝隙中，这样又必须吧砂子清除，铸件较大的时候，很不容易把铸件倒过来把砂子倒掉。如何将砂子从铸件上除掉？事先把缝隙先盖上?利用干冰实现砂子的功能，清理铸件，同时干冰完成后自行蒸发了
8、,在橡胶管上需要打很多10mm的孔，可是胶管是软的，精确钻孔是非常麻烦的事情如何解决？,技术冲突通常很温和，物理冲突一般很强烈。但是，发明有自己的原则，冲突的程度越强，就越容易发现并解决。对于跳水运动，高台跳水中水不是软的，如何使水变软？在水中充入气体，充满气泡的水变软了,TRIZ解决冲突的方法,技术冲突问题解决过程,TRIZ 40发明原理,TRIZ 39通用工程参数,技术冲突问题解决过程,TRIZ似乎是产品创新的灵丹妙药，实际在应用该理论之前的前处理与应用之后的后处理仍然是关键的问题。当针对具体问题确认了一个技术冲突后，要用该问题所处技术领域中的特定术语描述该冲突。要将冲突的描述翻译成一般术
9、语，由这些一般术语选择标准工程参数。由标准工程参数在冲突解决矩阵中选择可用解决原理。一旦某一或某几个原理被选定后，必须根据特定的问题应用该原理以产生一个特定的解。对于复杂的问题一条原理是不够的，原理的作用是使原系统向着改进的方向发展。在改进的过程中，对问题的深入思考、创造性和经验都是必须的。,技术冲突问题解决过程,冲突矩阵,技术冲突12步解决原理,定义待设计系统的名称 确定待设计系统的主要功能 列出待设计系统的关键子系统、各种辅助功能 对待设计系统的操作进行描述 确定待设计系统应改善的特性、应该消除的特性 将涉及到的参数要按标准的39个工程参数重新描述 对技术冲突进行描述：如果某一工程参数要得
10、到改善，将导致那些参数恶化 对技术冲突进行另一种描述：假如降低参数恶化的程度，要改善参数将被虚弱，或另一恶化参数被加强 在冲突矩阵中由冲突双方确定相应的矩阵元素 由上述元素确定可用发明原理 将所确定的原理应用于设计者的问题 找到、评价并完善概念设计及后续的设计,冲突问题解决过程,物理冲突类型,物理冲突解决方法Altshuller的11种解决方法,1冲突特性的空间分离 如采矿的过程中为了遏制粉尘，需要微小水滴。但微小水滴产生雾，影响工作。建议在微小水滴周围混有锥形大水滴。2冲突特性的时间分离 根据焊缝宽度的不同，改变电极的宽度。3将不同系统或元件与一超系统相连 传达带上的钢板首尾相连，以使钢板端
11、部保持温度。4将系统改为反系统，或将系统与反系统相结合 为防止伤口流血，在伤口处缠上绷带。5系统作为一个整体具有特性B，其子系统具有特性-B。链条与链轮组成的传动系统是柔性的，但每一个链节是刚性的。,物理冲突解决方法Altshuller的11种解决方法,6微观操作为核心的系统 微波炉可代替电炉等加热食品。7.系统中一部分物质的状态交替变化 运输时氧气处于液态，使用时处于气态。8由于工作条件变化使系统从一种状态向另一种状态过渡 如形状记忆合金管接头，在低温下管接头很容易安装，在常温下不会松开。9利用状态变化所伴随的现象 一种输送冷冻物品的装置的支撑部件是冰棒制成的，在冷冻物品融化过程中，能最大限
12、度的减少摩擦力。10用两相的物质代替单相的物质 抛光液由一种液体与一种粒子组成。11通过物理作用及化学反应使物质从一种状态过渡到另一种状态 为了增加木材的可塑性，木材被注入放入含有盐的氨水，由于摩擦这种木材会分解。,现代TRIZ总结提出四种解决方法,空间分离时间分离基于条件的分离整体与部分的分离,物理冲突解决方法空间分离原理,所谓空间分离原理是将冲突双方在不同的空间分离，以降低解决问题的难度。当关键子系统冲突双方在某一空间只出现一方时，空间分离是可能的。应用该原理时，首先应回答如下问题：是否冲突一方在整个空间中“正向”或“负向”变化?在空间中的某一处冲突的一方是否可不按一个方向变化?如果冲突的
13、一方可不按一个方向变化，利用空间分离原理是可能的。,空间分离实例,自行车采用链轮与链条传动是一个采用空间分离原理的例子。在链轮与链条发明前，自行车存在两个物理冲突，其一为了高速行走需要一个直径大的车轮，为了乘坐舒适，需要一个小的车轮，车轮既要大又要小形成了物理冲突；其二骑车人既要快蹬脚蹬，以提高速度，又要慢蹬以感觉舒适。链条、链轮及飞轮的发明解决了这两组物理冲突。首先，链条在空间上将链轮的运动传递给飞轮，飞轮驱动自行车后轮旋转；其次链轮直径大于飞轮，链轮以较慢的速度旋转将导致飞轮较快的旋转速度。因此，骑车人可以较慢的速度驱动脚蹬，自行车后轮将以较快的速度旋转，自行车车轮直径也可以较小。潜水艇利
14、用电缆拖着千米之外的声纳探测器，以在黑暗的海洋中感知外部世界的信息。被拖的声纳探测器与产生噪声的潜水艇在空间处于分离状态。,某机器的一部分用特殊的钢板制成，这些钢板应该用电加热到1200度，然后在冲床上压出需要的形状，但是在加工过程中，钢板加热到800度就由于空气的氧化作用，钢板的表面就损坏了。取中间温度？把钢板放进电磁感应炉内加热，钢板内部的温度就会把它表面高。,物理冲突解决方法时间分离原理,所谓时间分离原理是待冲突双方在不同的时间段分离，以降低解决问题的难度。当关键子系统冲突双方在某一时间段只出现一方时，时间分离是可能的。应用该原理时，首先应回答如下问题：是否冲突一方在整个时间段中“正向”
15、或“负向”变化？在时间段中冲突的一方是否可不按一个方向变化？如果冲突的一方可不按一个方向变化，利用时间分离原理是可能的。折叠式自行车在行走时体积较大，在储存时因己折叠体积较小。行走与储存发生在不同的时间段，因此采用了时间分离原理。飞机机翼在起飞、降落与在某一高度正常飞行时几何形状发生变化，这种变化采用了时间分离原理。,实例,生成大量的一毫米厚的椭圆形的玻璃板。首先将玻璃切成长方形，然后将四角磨成弧形，由于玻璃板很薄，出现很多碎玻璃。应该把玻璃板做厚一点 VS 订单只需要1毫米厚玻璃应该既厚又薄暂时把一些薄玻璃粘起来一起研磨,物理冲突解决方法基于条件的分离原理,将冲突双方在不同的条件下分离，以降
16、低解决问题的难度。当关键子系统冲突双方在某一条件下只出现一方时，基于条件分离是可能的。应用该原理时，首先应回答如下问题：是否冲突一方在所有的条件下都要求“正向”或“负向”变化？在某些条件下，冲突的一方是否可不按一个方向变化？如果冲突的一方可不按一个方向变化，利用基于条件的分离原理是可能的。例如：水射流既是硬物质，也是软物质，取决于水射流的速度,物理冲突解决方法整体与部分的分离原理,将冲突双方在不同的层次分离，以降低解决问题的难度。当冲突双方在关键子系统层次只出现一方，而该方在子系统、系统或超系统层次内不出现时，整体与部分的分离是可能的。,练习,采用四大分离原则，解决近视和远视同时存在的用户的眼睛问题空间分离？时间分离？基于条件的分离？系统级分离？,分离原理与发明原理的关系,英国Bath大学的Mann研究提出分离原理与发明原理,
