物-场分析模型.ppt

.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物-场分析模型,(Substance-Field Analysis),提出问题：,现在有一枚钉子，要顶在墙壁上，怎么办？,构建解决问题模型：,钉子,(,S,1,)、锤子(,S,2,)、力(F),1,.,物场标准模型,TRIZ认为：所有技术系统的功能都能分解成为三个基本元素（两个物质一个场）,力,(F),钉子,(,S,1,),、,锤子,(,S,2,),、,F,S1,S2,2,.,本讲内容,物-场分析模型,概述,物-场分析模型,的结构类型,物-场分析模型,的一般解法（1+2+3）,物-场分析模型,的应用实例,3,.,物-场分析模型概述,TRIZ理论中的物-场分析是借助建模技术，描述产品（技术系统）内零部件之间的相互关系，从而全面分析产品，获得产品创新设计的解决方案，实现所需功能的分析方法。目前这一方法已经有了76个标准解。,在物-场分析法中，理想的功能是场F通过物质S2作用于物质S1并改变物质S1。,比如：在汽车传动系统中，机械能（场）通过发动机（物质S2）作用于车轮（S1）而使车轮（S1）向前行驶。机械能、发动机和车轮就构成了汽车行驶这一功能的三个要素。,4,.,技术系统功能的物-场模型,TRIZ物-场技术系统的功能模型可以用一个完整的物-场三角形来表示。如图,S1和S2是组成技术系统的两个物质。,S1：工件；,S2：工具。,场(F)是物-场模型中产生作用力的一种能量。,F,S2,S1,5,.,物质与场,的种类,物质的种类：,材料,工具,零件,人,环境,场的种类：,机械能,热能,化学能,电能,磁能,6,.,例一,铣刀切割零件,机械力,铣,刀,零件,7,.,例二,吸尘器清洁地毯,机,械力,地毯,吸尘器,8,.,物-场分析模型,的结构类型,有效完整模型：系统的,3,个元素都存在而且有效；,不完整模型：组成系统的元素不全，缺少场或物；,效应不足的完整模型：,3,个元素齐全，但效应不足；,有害效应的完整模型：元素齐全，但产生了有害效应。,TRIZ中，重点关注和解决的是,不完整模型,、,效应不足的完整模型,和,有害效应的完整模型,三种情况。,9,.,物-场分析模型,的符号含义,符号,意义,需要的效果,不足的效果,有害的效果,10,.,问题,模型一,及其,解法,不完整模型,：组成系统的元素不全，缺少场或物，,模型缺少一至两个元件，需要的效果沒有产生。,不完整模型的一般解法：,补齐所缺失的元素,S1,S2,11,.,解决办法,增加需要的元件，完善物-场三角形,F,S1,S2,12,.,完善物-场模型实例：干燥衣服,衣服(S1)含有水(S2)，如何加快干燥？,烘干法：,增加,热力,(F),加快水分蒸发。,甩干法：,增加,离心力,(F),可以,分离水。,13,.,完善物-场模型实例2,如何迅速而准确地查找出压缩机氟利昂渗漏处？,给出,的条件是物,S1,（氟利昂），不能构成完整的物-场模型，,引入,第二个物,S2,（荧光粉）,和一个场F(,紫外辐射)，完善了具有不完整功能的系统。,S1,S2,F,S1,S2,S1,F,氟利昂,荧光粉,氟利昂,紫外辐射,紫外辐射,氟利昂,荧光粉,14,.,问题,模型二,及其,解法,模型的三个元素齐全，但是产生了有害的效果。,这种问题有两种解法:,加,入,一个新物质,(S3),增加另一,个场,(F2),F,S1,S2,15,.,解决,方案一,加入一个新物质(S3)，用来阻止有害作用。,S3可以是修改后的S1或S2，或者是通过共同改变S1、S2得来。,F,S1,S2,S3,16,.,有害效果的完整模型实例,为增加室内的私密性安装了窗帘，但严重影响了室内的光照度。,改换窗帘,窗玻璃改,为,磨砂玻璃,。,17,.,有害效果的完整模型实例,冬季加热水桶来取暖，但产生了不希望的水蒸气。怎么办？,加入一些机油,（暖气中的水可否换成油？）,热能,水,空气,水+机油,18,.,有害效果的完整模型实例,例：在寒冬低温可能造成地面开裂，进而损坏地下电缆。为保护电缆，有专利提出可以开设一条与电缆沟并排的窄沟，以隔断地面张力对电缆的影响。,在本例中，我们可以将电缆沟看成是一个局部，窄沟也是一个局部，两者才组成了一个整体。需要注意的是，不能将窄沟看成是中间隔断体，因为地面的开裂对电缆沟和窄沟的作用是同时存在的，只不过因为窄沟更容易形变，所以地面的开裂对电缆沟的影响就变小了。窄沟在此的作用类似机械零件设计时的卸荷槽。,19,.,解决方案二,增加另一个场,(F2),，用来平衡产生有害效果的场。,F2,F,S1,S2,20,.,有害效果的完整模型实例,要避免零件在加工时弯曲，增加一个相对的力,平整草坪的割草机,21,.,问题,模型三,及其,解法,模型的三个元素齐全，但是需要的效果不足。比如场效应太弱、太慢等。,这类问题有三种解法:,4、,5、,6、,F,S1,S2,22,.,解决,方案一,改用新的场,(F2),来,代替,原有的场,(F1)；,或用场,(F2),和物质,(S3),来,代替,原有的场,(F1),物质,(S1)。,F,S2,S1,F2,S3,23,.,效果不足的完整模型实例,改用新的场,(F2),来,代替,原有的场,(F1),：,例：,壁,纸,很,难,用刀子刮掉，改用蒸气,。,用场,(F2),和物质,(S3),来代替原有的场,(F1),物质,(S1),例：用液压传动代替机械力,24,.,解决方案二,增加,一个新的场,(F2),来增強需要的效果,F,S1,S2,F2,25,.,效果不足的完整模型实例,要粘合两个零件时，用夹子(F2)帮助固定。,F,S1,S2,F2,26,.,解决方案三,增加,新的场,(F2),和物质,(S3),来加強原有的效果,F1,S1,S2,F2,S3,S2,F1,S1,27,.,效果不足的完整模型实例,过滤网加装一个电场，用电场使小粒子凝聚成大颗粒子，其过滤器效果大幅提升。,F1,S1,S2,F2,S3,S2,F1,S1,28,.,物-场分析模型,的应用步骤,以上介绍了,物,-,场分析,模型,的,6,种解法。,在具体应用,物,-,场分析,模型时，,建议参考以下步骤：,1,、确定造成问题的相关元素,2,、绘制,物,-,场分析,模型（用模型反映问题）,3,、选择问题模型的一般解法,4,、开发设计概念,29,.,发明问题76个标准解系统构成,第一级 建立或完善物场模型的标准解系统13,1.1 建立物场模型8,1.2 消除物场模型的有害效应 5,第二级 强化物场模型的标准解系统 23,2.1 向复合物场模型进化 2,2.2 加强物场模型 6,2.3 采用频率协调强化物场模型 3,2.4 引入磁性添加物强化物场模型 12,第三级 向双、多、超系统或微观级协调进化的标准解系统 6,3.1 向双系统或多系统进化 5,3.2 向微观级系统进化 1,30,.,发明问题76个标准解系统构成,第四级 测量与检测的标准解系统 17,4.1间接方法3,4.2建立测量的物场模型4,4.3加强测量的物场模型3,4.4向铁场模型转化5,4.5测量系统的进化方向2,第五级标准解应用策略准则 17,5.1引入物质 4,5.2引入场 3,5.3相变 5,5.4利用自然现象和物理效应 2,5.5通过分解或结合获得物质粒子 3,合 计 76,31,.,应用物场模型分析标准解的流程,、,当前问题,判断问题类型,需要改进系统,建立物场模型,测量和检测问题,建立物场模型,第四级,判断模型类型,产生有害效应,模型不完整,作用不足,第一级,第二、三级,第五级,32,.,效应不足模型,_标准解法（2-8）,1、内部型复杂物场,在系统内部引入添加物以强化物-场模型,2、外部型复杂物场,增加系统外部外部添加物以强化物-场模型,3、外部环境作添加物的物场,以外部环境系统作为添加物以强化物-场模型,4、外部环境物场,修正或改变环境以强化物场模型,5、微小量原则,对微小量进行后期控制以增加可操作性,6、极大值原则,通过物质引入而使系统指标不超过最大值以增加安全性,7、选择性极大值,原则在局部实现最大（或最小）值,33,.,有害效应模型,_标准解法（9-13）,1、加入新物质去除有害作用。,当S1和S2间可加物质时，在S1和S2之间引入物质,2、改变原有物质去除有害作用,修改S1或S2以消除或隔断有害效应,3、切断有害作用,局部作用以切断有害效应,4、加入新场去除有害作用,增加反向的场以中和有害效应,5、关闭磁作用,在不需要磁效应时关闭磁作用,34,.,物-场分析模型,的应用实例,实例1：,铜板的清洗问题,实例2：,太空锤设计,实例3：,防止钢丸发送机弯管破损,35,.,实例1：铜板的清洗问题,电镀纯铜时，少许电解液会留在铜表面的微孔中。若不清除，电解液干燥时会留下氧化的痕迹，减少产品的外观和价值。因此通常在储存之前，要先冲洗表面。但是因为微孔很小，即使用大量的水冲洗，还是会有一些电解液留在微孔中。,改进的方法？,36,.,实例1：铜板的清洗问题,第一步：确定造成问题的相关元素,物质：电解液,(S1),，水,(S2),场：机械力,(F),37,.,第二步：用,物-场分析模型,反映问题,物质：电解液,(S1),，水,(S2),场：机械力,(F),功能问題：效果不足,F,S1,S2,实例1：铜板的清洗问题,38,.,第三步：选择问题模型的一般解法,效应不足的完整模型有3种解法,4.,改用新的场,(F2),来,代替,原有的场,(F1)；,或用场,(F2),和物质,(S3),来,代替,原有的场,(F1),物质,(S1)。,5.,增加,一个新的场,(F2),来增強需要的效果,6.,增加,新的场,(F2),和物质,(S3),来加強原有的效果,本问题适用的解法为5、6两种。,实例1：铜板的清洗问题,39,.,第四步：开发设计概念（,一,）,增加新的场(F2)，来增強清洗的效果,F2,S1,S2,F,S1,S2,F,40,.,寻找新的场来增强清洗效果,机械、热、化学、磁场？,机械力：利用超音波,热力：用热水,化学力：利用溶剂,磁力：磁化水,实例1：铜板的清洗问题,41,.,第四步：开发设计概念（,二,）,增加新的场(F2)和物质(S3)来加强原有的效果,F1,S1,S2,F2,S3,S2,F1,S1,42,.,最终解决方案,F2：压力，S3：蒸气,高压蒸气(超过100C)可以深入微孔，强迫清出电解液,F2,S3,S2,F1,S1,43,.,例2：太空中的锤子？,太空中修理航空器可能会用到锤子。,太空中用的锤子如何设计？,44,.,例2：太空中的锤子,在地面上使用锤子时，由于重力作用，,冲击后的锤子,不可能产生反弹；,但在太空中，由于没有重力，锤子经冲击后，会以非常危险的速度,向使用者的头部,反弹。,45,.,实例2：,太空中的锤子？,第一步：确定造成问题的相关元素,物质：工件,(S1),，锤子,(S2),场：力,(F),46,.,实例2：,太空中的锤子？,第二步：用,物-场分析模型,反映问题,物质：工件,(S1),，锤子,(S2),场：力,(F),功能问题：产生有害作用。,F,S1,S2,47,.,第三步：选择问题模型的一般解法,有害效应的完整模型有2种常用解法：,1、加,入一个新物质,(S3)，用来阻止有害作用。,2、,增加另一个场,(F2),，用来平衡产生有害效果的场。,实例2：,太空中的锤子？,48,.,第四步：开发设计概念（,一,）,加入一个新物质(S3)，用来阻止有害作用。,S3可以是修改后的S1或S2，或者是通过共同改变S1、S2得来。,F,S1,S2,S3,49,.,解题思路及最终解决方案,水银,将高密度的液态物质（水银）置于锤头的空腔内。通过引入S3水银，在锤子下落时，高密度的水银位于锤头空腔的顶部；在冲击的瞬间，水银将产生惯性力F2抵消了锤子的反弹力F1。,矛盾矩阵解决方案？,50,.,实例3：,防止钢丸发送机弯管破损,问题：如何防止钢丸发送机弯管破损？,描述：钢丸(S1)碰撞，使管壁(S2)破裂。,类型：有害效应的完整模型,压缩空气,和钢珠,管壁,S2,钢珠,S1,S1,S2,F1,S3,51,.,第三步：选择问题模型的一般解法,有害效应的完整模型有2种解法：,1、加,入一个新物质,(S3)，用来阻止有害作用。,2、,增加另一个场,(F2),，用来平衡产生有害效果的场。,实例3：,防止钢丸发送机弯管破损,52,.,实例3：,防止钢丸发送机弯管破损,压缩空气,和钢珠,电磁铁F2,钢珠S1,管壁S2,S1,S2,F1,F2,措施：在弯管强烈磨损区添加保护层电磁铁F,2,，吸收钢丸,（相当于,S3）,驻留。,53,.,思考题,1.请分析构建转笔刀的物-场模型，指出其中的,S1、S2和F。提出消除转笔刀导致铅芯断裂的解决方案。,2.用锤子敲击岩石，但岩石的破裂并没有达到预期的效果。构造“打破岩石”的物场模型，并给出合理的解决方案。,3.一个铁制的螺丝钉掉入树洞中，如何取出？画出物场模型，提出解决方案。,54,.,