物场分析与标准解

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1、物场分析与标准解,主讲人,物场在TRI体系中的位置,主要内容,物场模型相同解决方案类似,物场分析法,物场模型的76个标准解及其实例,76个标准解的应用流程,物场分析法（Substance-Field：Su-Field）是阿奇舒勒于1979年在他的专著创造是精密的科学中提出的解决问题的方法。 在技术系统的“参数属性”不明显的情况下，矛盾矩阵表便无法有效地发挥作用。这时，矛盾虽不可见，但问题依然存在，并且可以解决。此时，技术系统问题的“结构属性”比较明显，适于使用物质场分析法。 物场分析法通过建立系统内结构化的问题模型来正确地描述系统内的问题，用符号语言清楚表达技术系统（子系统）的功能，正确地描述

2、系统的构成要素及构成要素之间的相互联系。,一、物场分析法,化学分子模型 NaCl H2O,一. 物场模型的由来,功能是价值工程研究的核心问题。并认为，顾客买的不是产品本身，而是产品的功能。 在设计科学的研究过程中，人们也逐渐认识到产品设计往往首先由工作原理确定，而工作原理构思的关键，是满足产品的功能要求。 产品是功能的载体，功能是产品的核心和本质。,一、物场分析法,物质-场分析方法建立在产品功能分析基础上，通过建立现有产品功能模型的过程，可以发现有害作用、不足作用及过剩作用等小问题，产品或系统中小问题存在的区域是设计冲突可能存在的区域。,一、物场分析法,Altshuller通过对功能的研究，总

3、结了以下3条定律 所有的功能都可以分解为3个基本元素 一个存在的功能必定由3个基本元素组成 将相互作用的3个元素进行有机组合将形成一个功能,图形化描述与语言描述,在传统设计方法中通常是用文字来对问题进行描述，但是由于不同的人的知识背景的不同，因而对文字有不同的理解。实验证明很少有两个人对同一段文字有相同的认识。 物-场分析法就是运用统一的技术语言(图形和符号)记录和表达任何一个发明问题的解决过程，通过物场建模来描述技术系统转化过程的实质。,Altshuller认为，所有的功能都可以分解为两种物质和一种场（或一种物质和两种场），即一种功能由两种物质及一种场的三个要素组成，分别是目标S1、工具S2

4、和场F 技术系统的功能模型可用一个完整的物质-场的三角形表示,一般地， S1表示被作用对象，S2表示工具。,一、物场分析法,例：锤子钉钉子问题 我们如何快速把钉子敲进墙体？ 产品(S1)：钉子 工具(S2)：锤子 我们如何延长锤子的使用寿命？ 产品(S1) ：锤子 工具(S2) ：钉子,一、物场分析法,练习：“完全的”物场模型,钉子,锤子,机械场,F,S1,S2,人 + 锤子 + 钉子 + 木板,？,F,S2,S1,S2,S1,FMECH,一、物场分析法,我们如何快速把钉子敲进墙体？ 产品(S1)：钉子 工具(S2)：锤子 我们如何延长锤子的使用寿命？ 产品(S1) ：锤子 工具(S2) ：钉

5、子,F,S2,S1,S1,S2,FMECH,F,S1,S2,F1,F2,S,F：拿锤子的手 S2：锤子 S1：钉子,技术系统(TS),热膨胀 换能器 电磁线圈,一、物场分析法,物质（Substance）: S1和S2可以是材料；工具；零件；人；环境等任何东西 级别的多层次性 单元素 螺钉、别针、杯子 复杂系统 汽车、太空船、大型计算机 状态多样性： 典型的物理状态 真空、等离子体、气体、液体和固体 中间态和化合态 气溶胶、液溶胶、固溶胶、泡沫、粉末、凝胶体、多孔物质 有特殊性质的材料 热性质、电性质、磁性质、光学性质,一、物场分析法,场(Field)：物质间的相互作用 基本物理场 重力场、电磁

6、场、强作用场、弱作用场 其它的相互作用,一、物场分析法,场：系统中物质间的某种相互作用,一、物场分析法,由于一个人对于某系统的功能表现或者满意或者不满意，其分别表示如下：,（a）期望的状态,该功能的三个元件都存在，且都有效，是设计者追求的效果。,组成功能的三个元件中部分元件不存在，需要增加元件来实现有效完整功能，或用一种新功能代替。,（b）不完整的,S F S1S2 SF,一、物场分析法,（c）不足的状态,由于一个人对于某系统的功能表现或者满意或者不满意，其分别表示如下：,一、物场分析法,功能中的三个元件都存在，但设计者追求的作用未能完全实现。,功能中的三个元件都存在，但产生与设计者要求相矛盾

7、的有害作用。,（d）有害的状态,物质-场模型,物场模型有四种基本类型： 有效完整系统 不完整系统（需要完成或一个新的系统） 效果不足系统（需要改进以得到期望效果） 有害完整系统（需要清楚有害作用）,用物-场分析方法迅速建立简单结构模型，指导创新思想的产生。,人行走时地面与鞋子作用的系统： S2地面 S1鞋子 F摩擦力（有用的） F摩损（有害的）,一、物场分析法,有用的作用F1：摩擦力使正常 行走成为可能 有害的作用F2：会使鞋子磨损,一、物场分析法,不足的作用F3： 冰面上行走由于 摩擦力不足会打滑,一、物场分析法,建立物场模型的步骤,Step1：首先给功能定义名称，一般采用动词与名词组成的短

8、语的形式。然后确认组成完整功能所需的三个元件，识别被动元件S1、主动元件S2、场或能量F。被分析的系统可能是不完整的，如缺少S1、S2或F。 Step2：利用物质-场的符号系统建立模型。所建立的模型可能存在功能不完整、功能不足或存在有害作用的情形。并用图形化描述。,一、物场分析法练习,问题1：拧不开瓶盖？ 问题2：拧得手疼？,风扇,空气,散热片,空气,PCB,搅动,冷却,冷却,支撑,芯片,冷却,功能模型：描述整个系统的组件及各组件间的相互作用,物场模型：描述系统中出现问题的两组件及其相互作用,一、物场分析法练习,主要内容,物场模型相同解决方案类似,物场分析法,物场模型的76个标准解,76个标准

9、解的应用流程,阿奇舒勒经过分析大量的专利后发现： 如果专利所解决问题的物质场模型相同，那么最终解决方案的物质场模型也相同。,二、物场模型相同解决方案类似,例,水翼,例,例,这些就是如果一种物质S2，对另外一种物质S1产生了有害作用，则经常引入第三种物质S1或S2的变形物质S3来消除有害作用。问题和方案的物场模型如下：,二、物场模型相同解决方案类似,油管防硫腐蚀,例,油 管 它们能派生出哪些物质？ 什么派生物质能防硫腐蚀？ 氧化油膜漆状物防硫腐,例,练习，木头防腐,在管道系统中（比如，低温管路中）输送液体时，有时会出事故：由于液体的骤然停滞，管道内的压力急剧升高，形成液压冲击，它在管道内迅速扩散

10、，安全阀和防护装置都无济于事。怎么解决？,=,?,?,练习，管道防裂,最常用的几个标准解法,产生有害作用时，引入S1，2变形的第三种物质S3 产生有害作用时，引入超系统中的物质S3 产生有害作用时，引入抵消有害作用的场F2 作用不足时构建复合物场模型以增强作用 检测类问题,引入已存在物质S1高温焦炭的变异物冷焦炭S3，来达到消除高温焦炭对传送带的有害效应。,例,？,S3石头,S3铁矿石,例，引入超系统中的物质S3,S3,F,S1,S2,F,S1,S2,铆钉,锤子,机械场,机械场,铆钉,锤子,中介物（垫块）,例,托盘,例如：餐馆服务员在給客人们上菜时， 往往都要用一个托盘来端菜，为的是消除造成烫

11、伤的可能,例,在微电路中，用直径0.2微米的铜导线来替换0.35微米宽的铝导线，腾出的空间可以在芯片上增加三倍的电组元，提高运行速度，节约用电。铜导线对系统有有效作用；但由于铜原子会向硅中扩散，铜导线对硅基有有害作用，从而会恶化了整个系统。在硅和铜导线之间增加隔离夹层，消除了铜导线与硅的有害效应,例：微芯片的铜导线,刀,练习,例，引入抵消有害作用的场F2,物场模型之问题模型三,要避免细长轴工件在加工时弯曲，增加一个相对的力。,增加另一个场（F2），用来平衡产生有害效果的场。,S2,S1,F,F2,3 - 跟刀架,模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果,用电磁吸盘的起重机运输铁质材料时，所需的

12、能量直接与运输的距离和时间有关，为了减少所需的能量，可以通过永久磁铁来抓举货物，在释放货物时，只要通过激活一相反电场，产生所需要的负相位磁场，以抵消永久磁铁产生的磁场，从而使货物被释放。在突然停电的情况下，货物也不会掉下，非常安全。,通电后产生负相位磁场,Fmagnetic,铁料,永久磁铁吸盘,磁场,例，引入抵消有害作用的场F2,如果系统中存在着有害作用的磁性，采用退磁的方法（加热磁性物质到居里温度以上）或引入另一相反的磁场来给予消除其系统中存在的有害作用。,例，引入抵消有害作用的场F2,例，引入抵消有害作用的场F2,1 向串联式复合物场模型转换 2 向并联式复合物场模型转换,构建复合物场模型

13、以增强作用,串联增强例，人工碎石,引入了凿子后，向串联式物场模型转换，可以大大提高了人工碎石的效率,例，人工碎石,不足的作用F3： 冰面上行走由于 摩擦力不足会打滑,练习1,练习1,问题1：拧不开瓶盖？,练习2,方法二：引入新的场F2构建并联物场,人力,化学场使岩石脆化 或冷冻场使岩石冻裂,并联增强例，碎石,引入了高温蒸汽热场F2，用高温蒸汽喷射墙面，墙上的壁纸因失去强度，就能很容易地被去除掉。,铲刀机械力,壁纸,铲刀机械力,墙面,壁纸,墙面,高温蒸汽,F1,F1,S1,S1,S2,S2,F2,并联增强例，铲墙纸,在太空中有着孵化小鸡的正常大气环境和温度，可以使孵卵器保持正常地工作，但唯一不足

14、的是缺乏重力，致使小鸡无法发力。 让孵卵器绕着轴心旋转，利用形成的重力附加场，小鸡就可以顺利地出生在太空上了。,轴心旋转人造重力场,F2,太空环境场,卵,小鸡,S2,S1,F1,并联增强例，太空孵小鸡,问题1：拧不开瓶盖？,练习3,、,练习3,瓶盖,手,机械场,F1,S1,S2,假如一个不完整物质-场系统不能被检测或测量，增加单一或双物场，且一个场作为输出。假如已存在的场是非常有效的，在不影响原系统的条件下，改变或增强该场。加强了的场具有容易检测的参数，这些参数与设计者所关心的参数有关。 塑料制品上的小孔很难被检测到。将塑料制品内充满气体并密封，之后置于压力降低了的水中，如果有气泡出现，则存在

15、小孔。,检测类问题,F1,S2,F2,主要内容,物场模型相同解决方案类似,物场分析法,物场模型的76个标准解,76个标准解的应用流程,物场模型的76个标准解,准则 问题的物场模型相同 解决方案的物场模型也相同,G.S.Altshuller引入“标准”一词，意思是对有非常相似问题模型的不同问题有通用的“诀窍”，“手册”。,物质-场模型分析 物质-场模型分析是TRI中的一个重要的问题构造、描述和分析的工具。 在使用物质-场模型分析和解决问题过程中，根据模型所描述的功能问题的类型来确定问题的性质，据此，为设计人员提供解决问题的方向。同时，结合应用物质-场对系统功能分析的结果，进而参考76个标准解，为

16、设计者产生创新思维创造条件。,物场模型的76个标准解,物场模型的76个标准解,、,物场模型的76个标准解,物场模型的76个标准解,主要内容,物场模型相同解决方案类似,物场分析法,物场模型的76个标准解,76个标准解的应用流程,四、76个标准解的应用流程,物场模 型表示,分析 问题,判断物 场系统 类型,寻求 对应的 标准解,发展最 适解决,试错,我的 问题,我的 方案,四、76个标准解的应用流程,例：金属扎制的过程中其变形区需要润滑液润滑。,例1 完善具有不完整功能的系统（标准解1.1.1）,四、76个标准解的应用流程,通常液体润滑液通过刷子及喷雾装置施加到变形区域. 问题：润滑液不均匀，润滑液粘满棍子，浪费很多。,分析： 实现功能：将所需要量的润滑液施加到变形区域。 现状：采用压力实现润滑液的流动。 原因：没有合适的工具。,例1