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1、技术矛盾的解决方案,高国华 副教授 北京工业大学,TRIZ的解题流程,TRIZ解决技术矛盾的流程,矛盾矩阵表,矛盾矩阵 强度 vs. 重量,40个发明原理,-用有限的40条原理来解决无限的发明问题,2, 500,000,发明专利库,20万250万,40个发明原理,原理1：分割,A、一个物体分割成几个独立的部分 B、使物体成易于组装和拆卸几部分 C、提高物体的分割程度,椿头分割为砂粒以分散受力,奶粉分装盒,临时交通灯的电杆,原理1：分割,这张椅子将椅座与靠背都分割的很细，使得透气性与弧度的弯曲度可以达到更大。,原理2：抽取,A、物体中抽出产生负面影响的部分或属性 B、只从物体中抽取必要的部分或
2、属性,为防止病人过多地接触X光， 一个特殊设计的铅屏使X光 只射在必需的部位。,原理3：局部质量,A、将均匀的物体结构或外部环境变成不均匀的 B、让物体的各部分执行不同的功能 C、使物体的各部分具有不同的功能,尘土过滤器,婴儿勺,超声波钻孔机 为降低温度，核心部分用导热材料， 外围部分用耐磨材料,原理3：局部质量,三个金人哪个最有价值？,原理4：增加不对称性,A、将对称物体变为不对称 B、将不对称物进一步增加其不对称性,电极非对称布置,原理4：增加不对称性,洗衣机离心泵用来在洗涤过程中将水注入并在使用后将水排出。,原理5：组合,A、空间上同类的或相邻的或辅助的操作物体组合在一起 B、将时间上相
3、同的或相近的或辅助的操作物体组合在一起,原理6：多用性,使一个物体具有能替代其它物体的多项功能,门铃和烟气报警器组合,原理7：嵌套,A、把一个物体嵌入第二个物体，然后将这两个物体再嵌入第三个物体，依此类推 B、一物体穿过另一物体的空腔,俄罗斯套娃,原理8：重量补偿,A、将物体与另一具有升力的物体组合，来补偿物体的重量 B、利用外部环境（空气动力或流体动力或其它力）来补偿物体的重量,原理9：预先反作用,A、事先施加反作用，来消除事后可能出现的不利因素 B、在部件上建立预应力，以抵消事后出现的不希望的工作应力,在灌注混凝土之前，对钢筋施加拉应力,原理10：预先作用,A、预先完成部分或全部的动作或机
4、能 B、在方便的位置预先安置物体，使其在最适当的时机发挥作用而不浪费时间,原理11：事先防范,对可靠性较低的物体预设紧急防范措施,备用降落伞,原理12：等势,在势能场中限制位置改变（即在重力场中改善运作状态），以减少物体提升或下降,三峡大坝五级船闸,原理13：逆向思维,A、用相反的动作替代要求指定的动作 B、让物体可动部分不动，不动部分可动 C、将物体上下或内外颠倒（或过程）,原理14：曲面化,A、将直线、平面变成曲线或曲面，将立方体变成球体结构 B、使用柱状、球体、螺旋状等物体 C、利用离心力改直线运动为回转运动,放置高跟鞋的架子,洗衣机 （通过高速旋转，产生离心力来去除衣物上的水分）,原理
5、15：动态特性,A、使物体或其环境自动调节，以使其在每个动作阶段的性能都达到最佳状态 B、把物体分成几个部分，各部分之间可相对改变位置 C、 将不动的物体改变为可动的，或具有柔性,原理16：不足或过度的作用,当所期望的效果难以百分之百实现时，则可以用同样的方法完成“稍少于”或“稍多于” 期望的效果，以使问题简化,汽车补底漆（过度作用）,用化学试剂攻击云块 （不足作用）,原理17：多维化,A、将物体由一维变为二维或由二维变为三维空间的运动 B、利用多层结构替代单层结构 C、将物体倾斜或侧向放置 D、利用物体给定面的背面,可以倾斜的垃圾自动卸载车,在树下放置反射镜提高对太阳光的利用（增加光合作用）
6、,原理18：机械振动,A、使物体处于振动状态 B、对有振动的物体，提高其振动频率直至超声频率 C、利用物体的共振频率 D、用压电振动替代机械振动,石英晶体机芯通过震荡驱动的高精度表,超声波探伤仪,原理19：周期性动作,A、用周期性动作（或脉动）替代持续动作 B、如果动作已经是周期性的，则改变其周期频率 C、利用脉动的间歇来完成另一个动作,警车的警铃 （间歇性鸣叫来招人注目）,挖煤机钻头充上水并加 上脉冲压力，以便更好 、更容易地挖煤。,冲击钻,原理20：有效作用的持续性,A、保持连续运转，使机器各部件同时满负荷工作 B、消除工作中所有的间歇和中断 C、用旋转运动代替往复运动,焊接机的焊头做成轮
7、状，用旋转运动代替往复运动，以使达到持续作业,点阵打印机或喷墨打印机 （打印机头在回程中也执行打印）,原理21：减少有害作用的时间,快速完成危险或有害的作业（将危险或有害的流程在高速下进行）,快速切断管子以至使管子来不及产生变形,照相用闪光灯,原理22：变害为利,A、利用有害的因素获得有益的效果 B、将物体的有害因素与另一有害因素结合， 用以消除物体所存在的有害作用 C、加大有害因素的程度，使之不再有害,潜水中用氮氧混合气体 （防止单独使用纯氧会使人昏迷或中毒）,原理23：反馈,A、引入反馈 B、如果反馈已存在，则改变其大小或作用,楼道声控开关,根据环境的亮度自行控制路灯系统,原理24：借助中
8、介物,A、利用中介物体来转移和传递作用 B、将物体和另一个容易去除的物体临时组合在一起,装配 (保护产品),托盘,原理25：自服务,A、让物体服务于自我，具有自补充、自修复功能 B、利用废弃的物质资源或能源获得有效作用,冬天汽车使用发动机余热取暖,自发电手电筒,原理26：复制,A、用简易和廉价的复制品替代复杂的、不便于操作的、不容易获得的或易损、易碎、昂贵的物体 B、用可以按比例放大或缩小的影像（图像或光学复制品）来替代实物 C、如果可见光复制品已被采用，可转向用红外或紫外线光的复制品,用卫星相片测绘替代实地考察,通过电视转播实况替代去现场观看,原理27：廉价替代品,用廉价的物体替代昂贵的物体
9、，在某些性能上稍作些让步,一次性注射器,一次性可降解饭盒,原理28：机械系统替代,A、用刺激感官系统（光学、声学、味觉、嗅觉）替代机械系统 B、采用电场、磁场和电磁场与物体进行相互作用 C、场的替代：用可变场代替恒定场；用随时间变化的场代替定时场；用有组织结构的场代替随机场 D、将场和铁磁粒子组合使用,用嗅觉来检测齿轮上齿的破损状态,手机来电感应器,铁磁催化剂，用感应的磁场加热含磁粒子的物质，当温度超过居里点时，物质变成顺磁，不再吸收热量，来达到恒温的目的,原理29：气体和液压结构,使用气体或液体的膨胀或静压缓冲功能代替物体的固体零部件,气垫运动鞋,液压钳,原理30：柔性外壳或薄膜,A用柔性壳
10、体或薄膜结构替代传统结构 B使用柔性壳体或薄膜将物体与外部环境隔离,蔬菜大棚,保鲜膜,原理31：多孔材料,A、使物体多孔或添加多孔元素（嵌入其中或涂层） B、如果已经是多孔的物体，则利用这些孔，引入有用的物质或功能,焦炭,用药棉沾药水擦伤口,原理32：改变颜色,A、改变物体或周围环境的颜色 B、改变难以观察的物体或过程的透明度，以提高可视性 C、引入有色添加剂来提高观察物体或其作用过程的可视性 D、如果已经使用了颜色添加剂，则可借助于发光迹线来追踪物质,原理33：同质性,将一物体及与其相互作用的其它物体采用同一材料或具有相同性质的材料制成,用金刚石制造切割钻石的工具 切割产生的粉末可以回收,使
11、用可食用的杯子来装冰激凌,原理34：抛弃与再生,A、通过溶解、蒸发等手段，抛弃或改变物体中已经完成其功能和无用的部分 B、在运作过程中消耗或减少的部分迅速获得修复或补充,火箭升空后，推进器的燃料耗尽时与火箭脱离,原理35：物理或化学参数的改变,A、改变物体的物理状态，即使物体在气态、液态、固态之间变化 B、改变物体的浓度或黏度,洗手液,固体肥皂,原理35：物理或化学参数的改变,C、改变物体的柔性 D、改变温度,烹饪食品,衣物柔顺剂,原理36：相变,利用物体相变时产生的物理效应或自然现象（如物质体积改变、吸热或放热产生有用的力）,使外保护层的一部分蒸发掉，以保护太空飞行船不致过热。,水在冰冻后会
12、膨胀， 可以用于爆破,原理37：热膨胀,A、利用材料的热膨胀冷收缩来实现有效功能或完成某一操作过程。 B、组合使用具有不同热膨胀系数的物质,热敏开关（由于两片金属的热膨胀系数不同，对温度的敏感程度也不一样，温度改变时会发生弯曲，从而实现温度控制）,原理38：强氧化,A用富氧空气替代普通空气 B用纯氧替代富氧空气 C用电离射线处理空气或氧气，使用离子化氧气 D用臭氧替代离子化空气,臭氧溶于水中去除船体上的有机污染物。,用高压纯氧杀灭伤口细菌,原理39：惰性环境,A、用惰性气体环境替代通常环境 B、向物体添加中性或惰性元素 C、利用真空环境,霓虹灯为防止灯丝氧化 用氩气等惰性气体填充灯泡,真空包装
13、食品，延长储存期,原理40：复合材料,将物质由单一材料转换用复合材料,陶瓷绝缘子,复合材料绝缘子,40个发明原理的转换特性,TRIZ矛盾矩阵表使用,阿奇舒勒将39个通用工程参数和40条发明原理有机地联系起来，建立起对应关系，整理成3939的矛盾矩阵表。 矩阵表中： 列-所代表的工程参数是系统改善的特性。 行-所描述的工程参数是系统恶化的特性；,TRIZ矛盾矩阵表使用,40个发明原理在矩阵表中使用的频率,使用矛盾矩阵表的步骤,实际问题,改善的工程参数,恶化的工程参数,TRIZ问题,矛盾矩阵表,40条发明原理,问题解决方案,问题描述,案例：自动化温室穴苗移栽机,课题背景： 以更低的制造成本，获得更
14、高的工作效率，以适应我国农业生产的需求。 （电气化部件占总机成本的70%，如何减少电气化部件数量，而不降低整机工作效率，成为课题研究目标。）,改善的参数：39 生产率 恶化的参数：36 对象的复杂性,视频,利用矛盾矩阵 12： 等势原理 17： 空间维数变化原理 28：机械系统替代原理 24： 借助中介物原理,12： 等势原理,17： 空间维数变化原理,阵列式穴苗移栽机构创新设计与机器视觉判断方法研究 （国家自然科学基金）,28：机械系统替代原理,24： 借助中介物原理,该机构能够等间距矩阵型扩散和聚拢，实现了调整每个加持爪间隔的目的。但其结构仍然存在问题，因为该机构在运动过程中会出现卡死的现
15、象。为了解决这个问题，决定运用TRIZ理论对这个问题进行分析，提出解决方案。,矩阵扩散机构优化设计,系统组件模型,系统结构模型,系统功能模型,运用5W法对其进行因果分析： 为什么矩阵扩散机构在运动过程中会卡死？ 答：因为矩阵扩散机构中会有一个或几个导管在运动过程中出现卡死现象。 为什么个别导管会出现卡死现象？ 答：因为这些个别导管中导杆与套筒之间的摩擦力大，导致导管难以自由伸缩。 为什么这些导管中导杆与套筒之间的摩擦力大？ 答：因为这些导管中导杆和套筒之间存在夹角，导致导杆一边紧贴着套筒边缘，使其摩擦力增大。 为什么这些导管中导杆和套筒之间存在夹角？ 答：因为这些导管与在安装过程中与其他导管的
16、平行度差，使得这些导管在运动过程中导杆与套筒之间的夹角变大，使得导杆与套筒之间的摩擦力变大，导致导管出现卡死现象。 为什么这些导管与在安装过程中与其他导管的平行度差？ 答：因为导管在加工过程中和安装过程中的精度难以保证。,分析根本问题,矛盾矩阵,事先防范原理,颜色改变原理,分割原理,创新原理,事先防范原理,通过预先准备好的应急措施（例如，备用系统、矫正措施等）来补偿对象较低的可靠性。,将圆柱副变为线高副,为了防止机构出现卡死的现象，就要使得导管的结构对精度的要求相对较低，这样即使安装时平行度出现误差，机构仍然不会卡死。,圆柱副,线高副,演示动画,分割原理,以虚拟的方式或真实的方式讲一个系统分成多个部分，以便分解（分开、分隔、抽取）或合并（结合、集成、联合）一种有益的或有害的系统属性。在多数情况下，会对分割后得到的多个部分进行重组（或集成），以便实现某些新的功能，并（或）消除有害作用。,导管在X轴和Y轴方向上都具有功能，使得导管出现卡死。在运动过程
