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1、大学生专利设计与实践 0400007 跨学科领域 1学分 18学时,QQ群号：214826165 课件共享工程视频网盘地址:http:/ 物场分析,发明课题基本理论1 发明课题水平及课题矛盾（2学时）2 课题模式（2学时）3 物场分析（6学时）4 解决课题的措施（6学时）,第五讲 物场分析方法,物场构成与定义物场组建规则物场分析方法1 场的选择与引进2 技术系统的改造3 物场系统的改造4 物场系统的进化5 案例,1 场的选择与引进,例子1：分选树皮与木块的课题，已给出两个物质，为构成物场需要引进场。探索方案范围大大缩小：如果除去强和弱的相互作用的场，只剩下电磁场和引力场。考虑到树皮与木块在比重
2、上的差别不大，应当立刻将引力场也屏去，就剩下唯一的场电磁场。由于磁场不作用于树皮和木块，可以立刻就提出如下的决定性试验：劈材在电场中表现怎么样？结论：在电场中树皮的微粒带负电，而木块的微粒带正电，依此可以制造出分选机，它能保证将劈材中的树皮和木块准确无误的分离开。,1 场的选择与引进,再思考一下：如果劈材不带电，怎么办？构成物场的规则仍有效。问题在于分出一种劈材来，即要拿走一种物质。我们这样来构成物场：想着物质添加一对“物质和场”。比如，在劈碎树干和树枝之前，向树皮撒上铁磁性微粒，在劈碎后用磁性分选机。不需要试验就能知道磁场完全能挑出“上了磁的树皮”。经验之谈：构造“复合物场”（S2、S3）代
3、替原有S2，大大地扩大了构成物场的规则的应用范围。,2 技术系统的改造,例子2:使用过滤器从燃气中消除非磁性尘粒，过滤器由多层金属网组成。这些滤网能很好地挡住尘粒，但正因为如此，也很难清洗：必须经常将过滤器断开，长时间地向相反方向鼓风，以使网上尘粒脱去。怎样解决才好?答案：利用铁磁性颗粒作为过滤器，它在磁极中间形成多孔的结构。关断和接通磁场就能有效地控制过滤器。当捕捉尘粒时，过滤器的孔可以小，当清洗时，过滤器的孔可以大。分析：在此课题的条件中已经表达出物场体系；有S1(尘粒)，有S2(一迭金属网)，有场F(形成空气流的力的机械场)。 物场需要改造，解法如下：,2 技术系统的改造,建立物场过程：
4、将S2分裂成铁磁性颗粒S磁；场F的作用不是指向S制品，而是指向S磁(工具)；场本身不是机械场(F机械)，而是磁场(F磁) 这可以写成如下表达式： F机械 F磁 S1 S2 S制品 S磁,2 技术系统的改造,经验：随着S2(工具、S磁)分散程度的增加，物场的有效性也增加了；F磁对工具的作用，比对制品的作用有效；电场(电磁场、磁场)比非电磁场(机械场，热场等)有效；改变工具(它取决于我们)比改变制品(它常常是天然物)更合适。,3 物场系统的改造,掌握：物场破坏与添加的四个方法,物场改造方法一：,方法1：如果物场中的两个物质之间出现有害作用，且两物质不必直接接触，则将免费的或便宜的S3引入到两个物质
5、之间,例子：冬天用炉子取暖时，为使整个教室变暖，在火上放一锅水作为蓄热器，,问题：蒸汽使整个教室雾气腾腾怎样使水不冒气且能长时间保暖？,物场改造方法二,方法2 如果禁止或不适于利用别的物质时，可使用S1或S2的变形体作为S3引入两物质之间,例子2：发电厂用皮带运输煤粉,问题：湿煤进入系统引起一连串问题湿煤粘在输送器的螺旋部分，粘在管道壁上，粘在粉碎机的入口和颈部思考：把煤弄干，改变管道形状，甚至振动管道，但煤粉是非常危险的物质，在试验时会自燃、甚至爆炸新型管材聚四氟乙烯，虽然解决问题，但材料贵，易破坏分析：湿煤粘在管道壁上有一个无用的物场（两种物质，一个力学场）加入S3（必须是S1或S2的变种
6、）答案：在管道壁和湿煤之间有一层薄薄地干煤，即可避免,例子3 管道系统输送液体产生由于突然关阀而产生液压冲击,问题：如何在瞬间消除液压冲击力，来不及引入气体 物场分析：输送液体（S1）、管道（S2）液压冲击（F），需要加入S3（S1或S2）答案：利用物理效应空化从液体里分离出溶解气体，用超声波激发气穴，则S3由液体本身产生，关闭超声波气穴瞬间消失从专业角度，也有一定副作用,例子4：训练新的跳水动作,问题：如何保护运动员在动作失败时不受伤物场分析：运动员S1，水S2，重力场F（不好），需要引进S3或（S1、S2）削弱重力撞击答案：第三种物质是充气的水S2,物场改造方法三,方法3 如果必须保持S1
7、、S2直接接触，则引入第二个场，以中和不良作用或转变成第二种有益作用例子：用钢粉制作轴套，给钢粉通电时颗粒熔接在一起。在通电过程中产生强磁场使颗粒抱紧型芯，怎样抽出型芯？答案：在型芯中的导线上加载反向脉冲电流物场分析：用F2与F1抵消，断开S1与S2的作用力,物场改造方法四,方法4 如果必须消除场F对物质S的不良作用，则引入第三种物质把不良场作用吸引过去例子： 保护盛水容器在水结冰时不破裂，在水里放一些弹性嵌入物，如橡胶和软管。物场分析：用S3的空间吸收膨胀力F,物场改造小结,课题情况：物场完备，但不好用，需要消除两个物体间有害的相互作用，办法是拆开这个物场三角形： F S1S2经验：破坏物场
8、最有效的步骤：引进第三种物质S3（S1或S2）通过S3，引进第二种场F2阻断、抵消或吸引F1，破坏有害作用。,4 物场系统的进化,物场是最小的技术单元，犹如机体中的细胞技术系统的发展基于物场链式发展与进化技术系统发展对物场进化的需求增强有用的功能排除人的参与（自动化，智能化）赋予技术系统新的功能消除有害的、次要的功能物场进化法则将物场复制增倍！,物场复制增倍方法1,方法1： 将物场的一部分变成可控物场，同时形成链式物场（三种形式）：第一种链式物场：将物场中的物质扩展为物场第二种链式物场：扩展物场中的联系第三种链式物场：改变技术系统中的重心,第一种链式物场例子,课题：装饰灯随压力变化改变发光颜色
9、设置不同光的滤光器，并将其装在真空波纹管上，压力变化造成波纹管体积变化，从而移动相应颜色滤光器进行滤光物场分析：自然光S1，滤光器S2，选择性光学场F；将单一滤光器S2发展为子物场：多种滤光器S3，真空波纹管S4，压力场F方法实质：从上位体系走向下位体系,第二种链式物场例子：,课题：离合器，轴之间传递力矩的方式两个转轴分别固定在圆柱形离合器的两边，在离合器内充入磁化液体（在磁场作用下会变硬,S3）断电时两个转轴（S1，S2）自由转动（F），通电（F）时液体S4变硬并连接两轴刚性地传递S3,S1,第三种物场例子：,玩具不倒翁的改进：通过对内部重物的造使玩具动态化，增加了趣味性功能：站躺以不同频率
10、前后左右地摇摆,锤子的改进:物理矛盾：为提高敲击力锤子应该重，为省力锤子应该轻。答案：改为空心锤，内部设有可自由移动的水银解决：抬起手时重量进入手柄轻落下时重量进入锤头重,物场复制增倍方法2,方法2：如果需要提高一个物场的可控性，原物场必须保留，则可通过引入便于控制的第二个场，建立双重物场例1：清洗试管（S1）时，向其中注入清洗溶液（S2）并振动试管（F1），为增强其功能，在其周围增加一个负压区（F2），使内部洗液开始沸腾例2：为提高轮胎（S1）与道路（S2）的附着度，同时利用重力（F1）和轮胎表面花纹凹陷处产生的负压吸力（F2）,简单的逻辑：“是”意味着“是”，“不”意味着“不”，“黑”是“
11、黑”，“白”是“白”创造性问题解决的理论发展了基于辩证逻辑的另外的思考方法“是”可以是“不”，“黑”可以是“白”,5 案例,物场组建规则小结,规则1：非完备物场，构建完备的物场模型，进行物场转换规则2：把易控的具有所需特性的补充物S3引入到物质S2里，形成复合物场规则3：引入外部环境中现有的物质，在外部环境中形成物场规则4：通过外部环境的置换、分解或引入补充物获得这种物质S3规则5：多做一点，再把多余的部分带走规则6：把最大作用状态作用于与之有关联的另一物质媒介规则7：大作用场：在特定区域引入防护物质，以屏蔽过强的作用场小作用场：在特定区域引入物质用于生成局部的强化场,物场分析方法（步骤）,场
12、的选择与引进技术系统的改造物场系统的改造（四种方法）物场系统的进化（物场的复制与增倍）,问题1：警犬的秘密,一个玩具警犬，可以在摆放的众多塑料棍中找到一个具体的棍并且叫起来？一条真的狗是通过嗅觉达到该目的，但是玩具狗要有不同的办法。思考：容易理解：需要一个马达、一节电池和轮子，声控开关，发出叫声提示：利用看不见的场答案：棍内放入磁铁,问题2：猎人与狗,问题：猎人是聋人，听不见猎狗的叫声，如何解决？分析并构建物场：猎人，猎狗，由于猎人听不见因此失去声场需要通过引入一个物加入一个场答案：用两条猎狗，发现猎物后其中一条回来报信。,问题3 百发百中,问题：演戏中罗宾汉要向远处森林中的侦探射箭，为了真实
13、，需要全景摄影；如何不射偏？物场分析罗宾汉的箭；侦探S，需要加入一个场，如果不能自行生成，则需要加入带入这个场答案：最简单办法：通过一根两端连接弦和侦探的细丝，箭做成中空的形式，穿在细丝上,问题4 什么时候加油,物场分析,问题5 飘扬的旗帜,舞台剧的助手：旗帜挂在盖斯康上方的旗杆上，这里是战斗中心但我们感觉不出气氛，旗帜像块布，不会在风中飘舞；如果用大风扇吹动旗子，其声音会像飞机一样；怎么办？答案旗杆做成中空的，并钻上小孔使一个小电扇可以通过旗杆向棋子吹风正确选择物场的方式,问题6 橡皮泥与磁粉,事件：一所物理学院安装了一台大型仪器，主要部分是一个米高的巨型磁铁，这台仪器要求非常精确，因此非常
14、平整光滑。但是，一天磁铁表面上突然吸上了一两公斤面粉，怎样才能弄下来？注意：不能刮、不能用酸，因为都会影响磁铁表面的光洁度。答案：引入第三种物质橡皮泥,问题7 完美的水果包装机,问题：包装机将纸箱放在桌子上，水果从一个通道滚到箱子里，一台电动机振动着桌子使水果装好，一个小问题：当水果在箱子中相互碰撞时会撞伤，如何避免？思考：降低通道？问题是包装时又需要抬高通道，这意味着需要增加一个自动化系统来控制，因此系统复杂化；反过来呢？抬高纸箱，问题没有改变突然，一个发明家诞生了想想物场分析，苹果与苹果相撞，加入一个软性磁性皮球,问题8 厨师的智慧物场分析,烹饪时如何不粘锅煎鱼摊饼,问题9 打捞宝藏,事件
15、：探险队终于发现了海盗的宝藏一只躺在500米深（潜水员到不了那个地方）海底的箱子，只有一个摄像机和浮筒，如何打捞？思考浮筒先装满水，沉到箱子顶部，通过诸如压缩空气让浮筒带着箱子漂浮起来，但问题是如何连接？它们之间只有水，唯一的方法是,问题10 泡沫毯子,问题：收音机：预报霜冻消息，农场经理：这是场灾难，大面积的试验地需要温暖的气候，无法用薄膜覆盖，又无法加温，怎么办？答案：让我们请来消防队！,问题11 袋子空气,问题：怎样用火车运输易碎的玻璃器皿利用压缩空气压住易碎物（气袋）：还可利用的资源：调节气压利用真空吸住易碎物质利用磁粉 磁场磁场给某物加铁粉，用磁铁或电磁铁对其作用组合气袋磁粉 新的气袋气袋内装入磁粉，外部用电磁铁对铁粉起作用,
