发明和创新的流程和方法.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Your site here,LOGO,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,发明和创新的流程和方法(TRIZ),课程材料,invent_innovate,Freshman123456,1 引言,2 TRIZ概述,3 技术系统进化理论,4 创新思维,5 技术矛盾、40条发明原理、矛盾矩阵,6 物理矛盾与分离原理,主要内容,查尔斯,.,固特异和他的橡胶硫化技术,试错法的典型代表，一生仅做成了这一件事。,1,引言,爱迪生,托马斯,.,爱迪生和他的白炽灯,爱迪生实验发明灯泡,用了,1600,多种金属材料和,6000,多种非金属材料，经历了,6000,多次失败。,这一方面反映了爱迪生的勤奋和努力、另一方面也说明传统创造思维方式试错法的效率低下。,1,引言,托马斯,.,爱迪生和他的白炽灯,爱迪生的助手尼古拉,.,特勒撒说：,“,我非常同情他的工作状况，如果有一点点理论和计算能帮助他的话，就将节省他,90%,的精力。,”,爱迪生是靠苦干拼出来的，他是在边试验边分析后确定下次试验该怎幺做的。,这种方法速度太慢，已经无法适应快速发展的需求了,。,天才靠的是,1%,的灵感和,99%,的汗！,-Thomas Edison,1,引言,胂凡钠明,六零六,(,抗梅毒药,),由,1908,年保罗,.,艾立希实验室发现，当时对几百个新合成的有机砷化合物进行了筛选，最后确定第,606,个化合物具有抗梅毒活性，这是第一个通过对先导化合物进行化学修饰，已达到最优化的生物活性的有组织有目的的尝试，保罗,.,艾立希更是开创了化学治疗的先河。,1910,年,606,上市，商品名,Salvarsan,，这是第一个治疗梅毒的有机物，相对于当时应用的无机汞化合物是一大进步。,1912,年，溶解性更好，更易操作，但疗效稍差的新胂凡钠明（同为砷化合物，,914,）上市。,保罗,.,艾立希和六零六,(,抗梅毒药,),1,引言,传统试错法,传统,试错法,发明创新付出的巨大代价,如：,电灯,(6000,次失败,),蓄电池,(50000,次失败,),硫化橡胶,(,一生的心血,),搪瓷,(,一生的心血,),海飞丝,(,加拿大，约,1500,次失败,),1,引言,传统试错法的缺点,过分依赖个体的心智水平和主观经验，随意性大，缺乏客观性，可复制性差。,混乱、无序，效率低。,1,引言,传统试错法,问题,1,引言,科学发现和技术发明是少数天才的专利吗？,是他们天才大脑的,“,直觉,”,、,“,顿悟,”,和,“,灵感,”,的产物吗？,NO!,创造能力是可以学来的,.,发明是有运算法则的（,Algorithm,）,人类历史上,最有价值的,知识是方法,的知识。,笛卡尔,科学发明需要创造方法,庞加来,方法是重要的,1,引言,TRIZ,，并不能给你问题的答案，但它可以给你指出答案的方向！,方法是重要的,1,引言,你可以等待,100,年获得灵感，也可以利用这些原理用,15,分钟解决问题。,方法是重要的,方法是重要的,掌握,TRIZ,与不掌握,TRIZ,的科技人员，他们的创新能力相差几十倍至几百倍。,分析专利,2 TIRZ,概述,2,500,000,500,000,发明专利库,迄今为止，,TRIZ,已分析了,9,000,000,专利,有代表性的,实用专利,20%,30,条物理效应和现象应用表,40,条技术创新原理表,48,个创新问题解决引导表,48*48,矛盾矩阵表,物场分析与,76,个标准解,创新工具,专利背后的规律,1926.10.15 1998.09.24,阿奇舒勒（,Altshuller,）,2 TIRZ,概述,通过对大量专利的分析，阿奇舒勒得出了以下三条发现：,1.,类似的问题与解在不同的工业及科学领域交替出现。,创新的规律性,2.,技术系统进化的模式在不同的工程及科学领域交替出现。,他山之石，可以攻玉,3.,创新所依据的科学原理往往属于其他领域。,拓宽思路、打破思维定势,相同的问题和解决方案被反复使用,2 TIRZ,概述,专利背后的规律,科学效应在其所属领域之外被用来进行创新,2 TIRZ,概述,专利背后的规律,应用瞬间压力差原理产生的典型发明,1945,迅速去除青椒的籽和蒂,1950,迅速剥除松子、葵花籽和花生的壳,1972,使人造宝石沿内部原有的微纹分割,1979,船用发动机却水过滤器的快速清洁,.,应用该原理产生的发明多达,200,多种！,科学效应,科学效应库,2 TIRZ,概述,专利背后的规律,什么是TRIZ,俄文,Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch,英文,Theory of Inventive Problem Solving,中文,发明问题解决论 萃思（台湾）萃智（大陆,）,2 TIRZ,概述,TRIZ,理论的核心思想包括,:,（,1,）人们在解决发明问题的实践中，遇到的各种矛盾以及相应的解决方案总是重复出现。无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。,（,2,）技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。,（,3,）各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。,（,4,）用来彻底而不是折中解决技术矛盾的创新原理与方法，数量并不算多，一般科技人员和有关方面人员都可以学习和掌握。,（,5,）解决本领域技术问题的最有效的原理与方法，往往来自其他科学领域。,TRIZ,理论的核心思想和内容,2 TIRZ,概述,TRIZ,的体系结构,TRIZ,的体系结构,自然科学,专利分析,发明问题解决算法（,ARIZ,),科学效应知识库,矛盾问题创新原则,发明问题标准解法,矛盾分析,资源分析,物场分析,创新思维培养,技术系统进化法则,系,统,科,学,思,维,科,学,系统 物质,-,场 理想化 矛盾 资源,辩证法,+,系统论,+,认识论,基本概念,预测工具,分析工具,求解工具,解题流程,理论来源,理论基础,功能分析,2 TIRZ,概述,发明的级别,Level 1:,显而易见的解,(32%),常规的解决方法,没有解决矛盾,专业范围内已经熟知的方法,试错次数,:120,为提高防寒效果：双层玻璃,Level 2:,小的改进（,45%,）,对现有系统进行小的改进,部分解决矛盾，通常有妥协,行业范围内已经熟知的方法,试错次数,:20100,为减轻重量，将斧头柄做成空心的,Level 5:,科学发现,(1%),科学发现,新系统开拓性创新,试错次数,:10,000100,000,飞机、计算机,Level 3:,根本性的改进（,18%,）,对现有系统进行根本性改进,解决矛盾,行业范围外已知的方法,试错次数,:1001,000,电动控制系统代替机械控制系统,什么是,TRIZ,2 TIRZ,概述,发明级别与,TRIZ,的适用范围,阿奇舒勒认为，一级发明过于简单，不具有参考价值；五级发明对于一般科研人员来说又过于困难，可遇不可求，也不具有参考价值。他从专利中把属于二级、三级和四级的专利挑出来，进行分析研究，并最终发现、总结了蕴藏在这些专利背后的规律。,TRIZ,通常不解决技术领域以外的问题；,TRIZ,不解决技术领域中的五级发明问题；,TRIZ,不同于专业科技书籍，不讲与创新思维问题无关的技术规律；,TRIZ,不同于头脑风暴，不讲与技术规律无关的思维问题；,什么是,TRIZ,2 TIRZ,概述,实际问题,问题模式,概念解决方案,实际 解决方案,TRIZ,解决问题的模式,2 TIRZ,概述,TRIZ,的解题模式,鸡兔同笼问题,一只笼子里有若干只鸡和若干只兔，数头有,54,只，数脚有,152,只，请问有几只鸡和几只兔？,x=32,y=22,问题模型：,x+y=54,x+2y=76,2 TIRZ,概述,从”技术跟随者”到”行业领跑者”,2006,年,市值突破,1000,亿美元,(,索尼,410,亿美元,),2005,年,品牌价值超过索尼,(,达,149,亿美元,),2004,年,全球市场份额第一,2003,年,全球品牌价值增幅全球之首,(31%),1997,年 三星负债,170,亿美元，濒临倒闭,应用,TRIZ,最成功的企业：三星,2 TIRZ,概述,Samsung,从模仿跟踪到技术领先,2 TIRZ,概述,引入,TRIZ,的公司,2 TIRZ,概述,国内知名企业研究所的典型应用,船舶系统工程部等,70,，,201,等研究所,702,710,，,712,，,713,，,715,等研究所,中航,601,等研究所,203,等研究所,692,等单位,2 TIRZ,概述,出口一台,DVD,一美元利润,出口售价,32,美元,交专利费,18,美元,成本,13,美元,企业利润,1,美元,什么是,TRIZ,2 TIRZ,概述,TRIZ的地位与本质,门捷列夫,元素周期表,达尔文自然进化论,斯宾塞社会进化论,阿齐舒勒技术系统进化法则,本质上都在描述复杂系统的演化规律！,3,技术系统进化论,技术系统的进化,不是随机的,，而是遵循一定的客观,规律,。,同生物系统的进化类似，技术系统也面临着自然选择，优胜劣汰。,3,技术系统进化论,实例：汽车,分析汽车的性能参数之一,能耗,时间,能耗,婴儿期,成长期,成熟期,衰退期,当前技术系统所处的阶段,发明级别,发明专利数量,参数性能,利润,t,2,t,3,t,2,t,3,t,3,t,2,t,1,Time,Time,Time,Time,III,IV,I,II,2,1,t1,t,1,t,1,t1,t2,t,3,技术系统的进化是指实现系统功能的技术从低级向高级变化的过程。,TRIZ,技术系统进化理论指出：,技术系统一直处于进化之中，解决技术系统矛盾是进化的推动力。,所有技术系统的进化都遵循一定的客观规律。,基于技术进化法则，可以使我们的产品开发具有可预见性，对于提高产品创新的成功率,缩短发明周期，都具有重要意义和价值。,技术系统进化法则,完备性法则,能量传递法则,动态性进化法则,提高理想度法则,子系统不均衡进化法则,向微观级进化法则,向超系统进化法则,协调性进化法则,问题,如何用,4,根火柴组成一个,“,田,”,字？,如何一笔画出一个圆，圆心,4,创新思维方法,功能的定义,功能是物体作用于其他物体、并改变其参数的,行为,功能描述了组件改变其它对象的能力,功能是一个抽象概念，功能在物理上并不存在，也没有物理属性（温度、重量,）。,功能,助听器,声音,扩大,手术刀的功能,所有技术系统进化的终极目标：,IFR,理想度,0,有用功能,有害功能和成本,最理想的技术系统,：作为物理实体它并不存在，但却能够实现所有必要的功能,IFR,:,系统在保持有用功能正常运作的同时，能够,自行,消除有害的，不足的、过度的作用,理想最终结果,IFR,给鸡蛋标注生产日期和保质期，消费者就能够判断鸡蛋是否坏损，因此有“身份证”的鸡蛋受到消费者的青睐，价格也比没有标识的高。,分析资源：物质、能量、动作,方案：利用已有的动作,案例,资源就是一切可被人类开发和利用的物质、能量和信息的总称,资源的类型有：,物质资源,能量资源,信息资源,时间资源,空间资源,功能资源,资源,什么是思维惯性,思维惯性是双刃剑,问题,1,河边停着一只小船，只能容纳一个人，有两个人同时来到岸边，并且这两个人都坐着这条船过了河。请问：他们是怎样过河的？,问题,2,如何改进登月舱外部的灯泡？,问题,3,火箭喷嘴改进,TRIZ,中的创新思维方法,1.,九屏幕法,2.,IFR,法,3.,小人法,4.,金鱼法,5.,STC,算子,技术系统：由物质组件组成，为满足人们（社会）的需求而实现某种功能的系统。,子系统：技术系统的组成部分。,超系统：包含技术系统和与它有关的其它系统的系统。,创新思维方法,九屏幕法,Step1,：画出三横三纵的表格，将要研究的技术系统填入格,1,Step2,：考虑技术系统的子系统和超系统，分别填入格,2,和,3,Step3,：考虑技术系统的过去和未来，分别填入格,4,和,5,Step4,：考虑超系统和子系统的过去和未来，填入剩下的格中,Step5,：针对每个格子，考虑可用的各种类型资源,Step6,：利用资源规律，选择解决技术问题,九屏幕法的步骤,超系统,当前系统,子系统,系统的过去,子系统的过去,超系统的过去,系统的未来,超系统的未来,子系统的未来,创新思维方法,九屏幕法,创新思维方法,九屏幕法,交通系统,汽 车,无内胎低,压轮胎,早期内燃机,四轮车,内、外胎轮胎,柏油路,混合动力汽车,智能化,交通系统,无充气轮轴型,轮胎,创新思维方法,九屏幕法,帮助我们多角度的看待问题，突破原有思,维局限,多个方面和层次寻找可利用的资源，更好,的解决问题,九屏幕法的作用,太空钢笔,九屏幕法的实例,美国国家科学院的科学家们想研制一种在太空失重情况下使用的太空笔。可是研究了好长时间都没有奏效。最后科学家们向全国发出了征集启事，一周后收到了一位小学生寄来的包裹，上面歪歪扭扭地写着一行字“能否试试这个”。打开包裹一看，令一群科学家拍案叫绝,原来是一捆铅笔。,似乎许多人都觉得太空笔真是毫无意义的发明。但实际上并不是这样的。确实，在早期的宇航员都使用铅笔，但这并不是因为接受了小学生的建议，而是因为钢笔、圆珠笔在失重条件下都无法使用，铅笔是唯一的选择。但是铅笔笔芯有时候会断，在失重的环境中漂浮，会漂进鼻子、眼睛中，或漂进电器中引起短路，成了危险品。而且，铅笔的笔芯和木头在纯氧的环境中会快速燃烧。,空间站,（失重）,普通钢笔,无压墨水笔芯,鹅毛管或铅芯,宇宙飞船,（失重）,空间城市,（失重）,稳压出水笔芯,创新思维方法,九屏幕法,为了研究需要测量动物园里毒蛇的长度，这种毒蛇攻击性很强，人不能靠近。动物组织也在关注这个事情，因此不能为了研究而伤害它。,练习：测量毒蛇长度,九屏幕法的实例,孟加拉国有,1300,万棵棕榈树，一棵棕榈树每年可产,240,升树汁用来生产棕榈糖。,棕榈树树干一般高,20,多米，如何割取棕榈汁？,分析各个场景的资源,绳梯,猴子,悬崖,从小砍出梯子状的树干,TRIZ,中的理想化,在问题解决之初，先抛开各种限制条件,针对问题情境，设立各种理想模型，即最优的模型结构来分析问题,并以取得最终理想结果作为终极追求目标,TRIZ,中的理想化模型,理想化模型所涉及的要素包括：,理想系统,理想过程,理想资源,理想方法,理想机器,理想物质,理想化模型的层次,最理想,理想,次理想,TRIZ,中的理想化,理想度的极限,第一步：设计的最终目的是什么？,第二步：理想解是什么？,第三步：达到理想解的障碍是什么？,第四步：出现这种障碍的结果是什么？,第五步：不出现这种障碍的条件是什么？创造这些,条件存在的可用资源是什么？,最终理想解确定的步骤,IFR,实例,1,：农场养兔子的难题,农场主有一大片农场，放养大量的兔子。兔子需要吃到新鲜的青草，农场主不希望兔子走得太远而照看不到。现在的难题是，农场主不愿意也不可能花费大量的资源割草运回来喂兔子。这难题如何解决？,IFR,实例,2,：农场养兔子的难题,1),问题的最终目的是什么,?,兔子能够吃到新鲜的青草。,2),理想解是什么,?,兔子永远自己吃到青草。,3),达到理想解的障碍是什么,?,放兔子的笼子不能移动。,4),出现这种障碍的结果是什么,?,由于笼子不能移动，可被兔子吃的草地面积不变，短时间内青草就被吃光了。,5),不出现这种障碍的条件是什么,?,当兔子基本吃光笼子内的鲜草时，笼子移动到另一块有青草的地方。,创造这些条件存在的可用资源是什么,?,笼子本身按上轮子，兔子自己可推动其运动到有青草的地方。即兔子本身就是可用资源。,IFR,的思维方式：一磅金子,一个实验室里，实验员研究热酸对多种金属的腐蚀作用，他们将大约,20,个各种金属的试验块拜访在容器底部，然后泼上酸液，关上容器的门开始加热。实验持续,2,周后，打开容器，取出试验块在显微镜下观察表面的腐蚀程度。,“真糟糕，”实验室主任说，“酸把容器壁给腐蚀了。”,“我们应该在容器壁上加一层耐酸的材料，比如金子。”一位实验员説。“或者白金。”另一位实验员说。,“不行的，”主任说，“那需要大约一磅的金子，成本太高了！”突然发明家诞生了！,“为什么一定要用金子呢？”发明家说，“让我们看一下这个问题的模式，来找到理想的答案。”,IFR,的思维方式：割草机,IFR,实例,2,：给鸡蛋打日期戳,例如：西瓜在搬运中有什么缺陷？,4,创新思维方法,IFR,实例,实例,月球上的灯泡外罩,测量酸对不同合金抗蚀性的理想容器,4,创新思维方法,IFR,实例,练习：,飞碟射击训练需要将空中的飞碟击碎，但碎片落在靶场周围难以清理，怎么办？,小人法,小人法,实例,1,：茶杯设计,实例,1,：茶杯设计,实例：水计量计,水计量计：,当水量到达计量值时，由于重力作用，左端下沉，排出计量水量。,问题：水计量计中的水没有办法完全排除，导致计量不准确,水计量计,系统的组成部分：水，计量水槽,用小人表示各组成部分：红色小人,水，黑色小人,水槽重心,实例：水计量计,小人法的小结,更形象生动的描述技术系统中出现的问题。,通过用小人表示系统，打破原有对技术系统的思维定式，更容易地解决问题，获得理想解决方案。,能动小人的引入，突破了思维定式，思考的过程由一个人的思考变为两或多人的思考，解题思路得到进一步的拓广。,金鱼法,金鱼法,金鱼法：实例,用空气赚钱,将问题分为现实和幻想两部分,现实：空气、钱、赚钱的想法 幻想：买卖空气,2.,为什么买卖空气不现实？,空气到处都有，取之不尽，没必要买。,3.,在什么条件下人们需要买卖空气？,空气不够时，如飞机上、潜艇中、矿井里、深水里、高山上；空气有有益成分时，如芳香的空气、负离子空气。,4.,确定系统、子系统、超系统的可用资源,超系统：地球表面、太空、地球磁场、太用辐射,系统：空气体积,子系统：空气中各种成分（氮、氩、氧等）和杂质（灰尘、生物颗粒）,5.,可能的解决方案构想：？,问题：如何实现埃及神话故事中会飞的魔毯？,练习：,会飞的魔毯,实例：,训练长距离游泳的游泳池,问题：要使训练有效，需要一个大型的游泳池，运动员可进行长距离游泳训练。但同时，游泳池的占地面积和造价就相应的增加。用小型和造价低廉的游泳池怎样满足同样的要求,?,金鱼法的作用,采用金鱼法，将思维惯性带来的想法重新定位和思考,有助于将幻想式的解决构想转变成切实可行的构想,STC,算子,STC,算子,实例,1,：房子,实例,1,：摘苹果,尺寸,时间,成本,梯子,站着摘苹果,轻微爆破,自由掉落,全自动机器人,摇晃果树,实例：通红的玻璃被放在传送带运输,STC,算子作用,STC,算子不是为了获取问题的答案，而是为了解放思路，为下一步需找解决方案做准备,用,STC,算子思考后，可以发现系统中的技术矛盾或物理矛盾,克服思维定势，改善思维方式的一种很好的工具,技术矛盾和物理矛盾比较,同一个参数，两个不同,要求,两个参数之间的矛盾,物理矛盾,技术矛盾,5,技术矛盾、,40,条发明原理与矛盾矩阵,提取技术矛盾实例,例：为了用一只手能倒出饮料塑料瓶中的饮料。,需要改善的通用工程参数是：,减小塑料瓶的直径,(4,静止物体的长度,),，,恶化的通用工程参数是：降低塑料瓶的稳定性,(13,稳定性,),。,因此本例子的技术矛盾是“静止物体的长度,Vs,稳定性”。,例,阿奇舒勒对大量的专利进行了研究、分析和总结，提炼出了TRIZ中最重要的、,具有普遍用途,的这,40个发明原理。,5,技术矛盾、,40,条发明原理与矛盾矩阵,40,条发明原理,序号,原理名称,序号,原理名称,序号,原理名称,序号,原理名称,No.1,分割,No.11,预先应急措施,No.21,紧急行动,No.31,多孔材料,No.2,抽取,No.12,等势性,No.22,变害为利,No.32,改变颜色,No.3,局部质量,No.13,逆向思维,No.23,反馈,No.33,同质性,No.4,非对称,No.14,曲面化,No.24,中介物,No.34,抛弃与修复,No.5,合并,No.15,动态化,No.25,自服务,No.35,参数变化,No.6,多用性,No.16,不足或超额行动,No.26,复制,No.36,相变,No.7,套装,No.17,维数变化,No.27,廉价替代品,No.37,热膨胀,No.8,重量补偿,No.18,振动,No.28,机械系统的替代,No.38,加速强氧化,No.9,增加反作用,No.19,周期性动作,No.29,气动与液压结构,No.39,惰性环境,No.10,预操作,No.20,有效运动的连续性,No.30,柔性壳体或薄膜,No.40,复合材料,39个工程参数,及阿奇舒勒矛盾矩阵,运动物体的重量,静止物体的重量,运动物体的长度,静止物体的长度,运动物体的面积,静止物体的面积,运动物体的体积,静止物体的体积,速度,力,应力，压强,形状,稳定性,强度,运动物体的作用时间,静止物体的作用时间,温度,照度,运动物体的能量消耗,静止物体的能量消耗,功率,能量损失,物质损失,信息损失,时间损失,物质的量,可靠性,测量精度,制造精度,作用域物体的有害因素,物体产生的有害因素,可制造型,操作流程的方便性,可维修性,适应性，通用性,系统的复杂性,控制和测量的复杂性,自动化程度,生产率,1、通用物理和几何参数,2、通用技术消极参数：the more,the worse,3、通用技术积极参数:the more,the better,5,技术矛盾、,40,条发明原理与矛盾矩阵,39个工程参数及阿奇舒勒矛盾矩阵,阿奇舒勒矛盾矩阵表,5,技术矛盾、,40,条发明原理与矛盾矩阵,阿奇舒勒矛盾矩阵表（局部放大）,系统恶化的特性,(,参数,),系统改善,的特性,(,参数,),运动物体质量,静止物体质量,运动物体尺寸,速度,运动物体质量,静止物体质量,运动物体尺寸,速度,运动物体使用能量,制造精度,5,技术矛盾、,40,条发明原理与矛盾矩阵,发明问题,技术矛盾,退化参数,改进参数,39,个通用工程参数（标准参数）,？,常用解决方案,No.39,No.1,No.39,No.1,退化,改进,解决技术矛盾的方法,技术冲突解决原理,又称发明原理,在对全世界专利进行分析研究的基础上,Altshuller,提出了,40,条,矛盾矩阵,约,1500,对常见冲突,在地面上使用锤子时，其重量会抵消冲击后可能的反弹；,太空中没有重力，发生碰撞后，锤子会以非常危险的速度反弹向使用者的头部。,5,技术矛盾、,40,条发明原理与矛盾矩阵,太空锤子,建立原问题的问题模型,改善的参数：锤子产生的冲击力,恶化的参数：很可能伤人的锤子的反弹作用,力,物体产生的有害因素,5,技术矛盾、,40,条发明原理与矛盾矩阵,太空锤子,利用矛盾矩阵求解问题模型,5,技术矛盾、,40,条发明原理与矛盾矩阵,太空锤子,力,物体产生的有害因素,改善的参数：锤子产生的冲击力,恶化的参数：很可能伤人的锤子的反弹作用,13,、反向作用原理,03,、局部特性原理,36,、相变原理,24,、中介原理,原问题：,问题模型：,解决方案模型：,5,技术矛盾、,40,条发明原理与矛盾矩阵,太空锤子,解题思路及最终解决方案,水银,13(A),、不以常规的要求作用，而是实行相反的作用,03(A),、将一物体或外部环境的一致结构变成不一致结构,24(A),、利用中介物传递或执行所需作用,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,。,5,技术矛盾、,40,条发明原理与矛盾矩阵,太空锤子,应用原理及解决方案,13,、反向作用原理,03,、局部质量原理,24,、借助中介物原理,5,技术矛盾、,40,条发明原理与矛盾矩阵,太空锤子,结果,5,技术矛盾、,40,条发明原理与矛盾矩阵,太空锤子,太空中的锤子,6 物理矛盾及其解决方法,通过本章学习可以掌握以下内容：,1,、什么是物理矛盾,?,2,、解决物理矛盾的核心思想是什么,?,3,、分离原理有几种基本类型,?,4,、应用分离原理解决物理矛盾的具体步骤是什么？,5,、技术矛盾和物理矛盾的关系,?,6 物理矛盾及其解决方法,6.1,物理矛盾概述,6.2,物理矛盾的解决办法,6.3,物理矛盾与技术矛盾的关系,6.4,分离原理与,40,个创新原理的对应关系,6.5,物理矛盾实例分析,6.1 物理矛盾概述,6.1.1,矛盾的分类,、工程矛盾、社会矛盾及自然矛盾,、,TRIZ,理论将工程矛盾分为三类，物理矛盾、技术矛盾和管理矛盾。,矛盾,工程,矛盾,社会,矛盾,自然,矛盾,物理,矛盾,管理,矛盾,技术,矛盾,个性,矛盾,社会,矛盾,组织,矛盾,自然,定律,矛盾,宇宙,定律,矛盾,6.1 物理矛盾概述,6.1.2物理矛盾的定义,对系统的同一个参数有不同的要求,桌子的厚与薄,6.1 物理矛盾概述,1,、物理矛盾的定义,阿奇舒勒对物理矛盾的定义是，当一个技术系统的工程参数具有相反的需求，就出现了物理矛盾。比如说，要求系统的某个参数既要出现又不存在，或既要高又要低，或既要大又要小等等。,6.1 物理矛盾概述,物理矛盾表现在：,1),系统或关键子系统必须存在，又不能存在；,2),系统或关键子系统具有某性能,“,F,”,，同时应具有性能,“,-F,”,，,“,F,与,“,-F,是相反的性能；,3),系统或关键子系统必须处于状态,“,S,”,及状态,“,-S,”,，,“,S,”,与,“,-S,”,是不同的状态；,4),系统或关键子系统不能随时间变化，又要随时间变化。,例如：为了便于加速并降低加速时的油耗，汽车的底盘应有较小的重量，但为了保证高速行驶时汽车的安全，底盘又应有较大的重量，这种要求底盘同时具有大重量和小重量的情况，对于汽车底盘的设计来说就是物理矛盾，解决该矛盾是汽车底盘设计的关键,物理矛盾的实例,散热片,过滤器,6.1 物理矛盾概述,2,、物理矛盾元素的几种情况,1,）这个元素是通用工程参数，不同的,设计条件,对它提出了,完全相反,的要求，例如：对于建筑领域，墙体的设计应该有足够的厚度以使其坚固，同时墙体又要尽量薄以使建筑进程加快并且总重比较轻；温度既要高又要低；尺寸既要长又要短；材质既要软又要硬等等。,2,）这个元素是通用工程参数，不同的,工况条件,对它有着不同,(,并非完全相反,),的要求，例如：灯泡的功率既要是,25,瓦，又要是,100,瓦；一个工件的形状，既要是直的，又要是弯的等等。,3,）这个元素是非工程参数，不同的工况条件对它有着不同的要求，例如：冰箱的门既要经常打开，又要经常保持关闭；道路上既要有十字路口，又要没有十字路口；,6.1 物理矛盾概述,类别,物理矛盾,几何类,长与短,对称与非对称,平行与交叉,厚与薄,材料及能量类,时间长与短,粘度高与低,功率大与小,摩擦系数大与小,功能类,喷射与堵塞,推与拉,冷与热,快与慢,类别,物理矛盾,几何类,圆与非圆,锋利与钝,宽与窄,水平与垂直,材料及能量类,多与少,密度大与小,导热率高与低,温度高与低,功能类,运动与静止,强与弱,软与硬,成本高与低,物理矛盾,长度长与短,时间长与短,用量多与少,粘度高与低,密度大与小,磁场强与弱,速度快与慢,功率大与小,温度高与低,硬度软与硬,导热率高与低,摩擦系数大与小,6.2物理矛盾的解决办法,6.2.1,物理矛盾的,4,大分离原理,空间分离,时间分离,条件分离,整体与部分分离,分离方法应用实例,空间分离：测量海底时，将声纳探测器与船体空间分离，用以防止干扰，提高测试精度,时间分离：可折叠雨伞的设计，在下雨时撑开，存放时减少占用空间,条件分离：将水射流条件分离，给予不同的射流速度和压力，即可获得,“,软,”,的或,“,硬,”,的不同用途的射流，用于洗澡按摩或用作加工手段或武器,系统级别分离：采用柔性生产线，以满足大众化和个性化市场需求的不同要求,物理矛盾与分离方法,6.2物理矛盾的解决办法,空间分离,所谓空间分离原理是指将矛盾双方在不同的空间上分离，以降低解决问题的难度，进而找到解决问题的方法。,生活中物理矛盾空间分离的实例,6.2物理矛盾的解决办法,时间分离原理,所谓时间分离原理是指将矛盾双方在不同的时间段上分离，以降低解决问题的难度。,6.2物理矛盾的解决办法,时间分离原理,十字路口的物理矛盾描述,道路必须交叉，以使车辆驶向目的地（,A,）,道路一定不得交叉，以避免车辆相撞（非,A,）,要通过十字路口，车辆必须占据十字路口的某个位置（,A,）,而要不和其它车辆相撞，一定不得占据十字路口的位置（非,A,）,解决交通的物理矛盾,6.2物理矛盾的解决办法,条件分离,所谓基于条件的分离原理是指将矛盾双方在不同的条件下分离，以降低解决问题的难度。,6.2物理矛盾的解决办法,整体与部分的分离,所谓分离原理是指将冲突双方在不同的层次上分离，以降低解决问题的难度。,6.2物理矛盾的解决办法,6.2.2,应用分离原理解决物理矛盾的步骤,矛盾双方在不同的空间上分离开来，以获得问题的解决或降低问题的解决难度。,1,、应用空间分离原理解决物理矛盾的步骤,第一步，,定义物理矛盾,，首先确定矛盾的参数，在此基础上对矛盾的参数相反的要求进行描述；,第二步，,对在什么空间上需要满足什么要求进行确定,；第三步，,对以上两个空间段是否交叉进行判断,，这一步很重要，如果两个空间段不交叉，可以应用空间分离，否则不可以应用空间分离。,6.2物理矛盾的解决办法,例,1,：红蓝铅笔的发明问题,6.2物理矛盾的解决办法,第一步：定义物理矛盾,参数：颜色,要求,1,：红,要求,2,：蓝,第二步：什么空间需要满足什么要求？,空间,1,：铅笔的一端,空间,2,：铅笔的另一端,第三步：以上两个空间段是否交叉？,否 应用空间分离,是 尝试其他分离方法。,例题2：鱼雷引擎,物理矛盾:鱼雷引擎必须足够大以充分驱动鱼雷，又必须小，以适配鱼雷的体积。,解决方案:引攀分离放置在岸边，通过缆线给鱼雷传递能量。,6.2物理矛盾的解决办法,例题,3,：,分析步骤及解决方案,例题4：,欧洲鞋业公司遇到的难题,思考题,1,：,某公司制造的一款新机器，一个关键零件须用一种特殊钢板材料制造，制造工艺是将钢板加热到,1200,C,的成型温度后放在冲床上冲压成型。但发现这种钢板在加热到,800,C,时，钢板的表面就发生了严重的氧化，无法满足质量要求。怎么办？,6.2物理矛盾的解决办法,6.2.2,应用分离原理解决物理矛盾,矛盾双方在不同的时间上分离开来，以获得问题的解决或降低问题的解决难度。,2,、应用时间分离原理解决物理矛盾的步骤,第一步，,定义物理矛盾，,首先确定矛盾的参数，在此基础上对矛盾的参数相反的要求进行描述；,第二步，,对在什么时间上需要满度什么要求进行确定,；第三步，,对以上两个时间段是否交叉进行判断,，这一步很重要，如果两个时间段不交叉，可以应用时间分离，否则不可以应用分离。,6.2物理矛盾的解决办法,例,1,、雨伞的发明,6.2物理矛盾的解决办法,第一步：定义物理矛盾,参数：面积,要求,1,：大,要求,2,：小,第二步：什么时间需要满足什么要求？,时间,1,：下雨,时间,2,：携带、存放,第三步：以上两个时间段是否交叉？,否 应用时间分离,是 尝试其他分离方法。,例,2,：香皂的成型过程：,物理矛盾：在香皂的成型过程中，温度要低以便节省成型时间，但同时香皂要温度高，状态够软，以便填满整个摸具空间。,解决方案,:,预先制造小粒香皂，与液态香皂混合后一起注入模具。,6.2物理矛盾的解决办法,例题,3,：航空母舰上的飞机停放问题,思考题：,焊接过程的研究,一个研究电焊焊接过程的实验，实验的主要目的是观察焊接过程中电弧的变化以及焊丝的熔化过程。,实验者进行了电焊焊接操作，并用录像机对准焊接区，录下了整个焊接过程中所发生的一切情况。,随后，实验者播放所录下的过程，结果只能看到整个焊接过程中电弧的图形，而焊丝是如何熔化而形成金属滴的却看不见。原来是电弧产生的亮度大于焊丝和金属滴的亮度，所以，录像中无法观察到焊丝。,实验者决定重新进行一次实验，他们增加了一束更亮的光来专门照亮焊丝熔化部位。实验并进行了录像。但这一次，实验录下的录像中只能看到焊丝和熔化的金属滴，焊接过程中所产生的电弧却看不见了。,实验者这下难过了,:,“,我们该怎么办呢,?,6.2物理矛盾的解决办法,6.2.2,应用分离原理解决物理矛盾的步骤,3,、应用条件分离原理解决物理矛盾的步骤,矛盾双方在不同的条件上分离开来，以获得问题的解决或降低问题的解决难度。,在基于条件的分离前，先确定矛盾的需求在各种条件下，是否都在沿着某个方向变化，如果在某种条件下，矛盾的一方可不按一个方向变化，则可以使用基于条件的分离原理来解决问题。也就是说，当系统或关键子系统矛盾双方在某一条件下只出现一方时，则使用基于条件的分离原则是可能的。,跳水训练池,物理矛盾:训练池里的水要软，以减轻水对运动员的冲击伤害，但又要求水必须硬，以支撑运动员的身体，水的软硬取决于跳水者入水的速度。,解决方案:充满气泡的泳池。,水管,物理矛盾:水管要刚性好，以免因水的重量而变形，但水管要软，以避免在冬天被冻裂。,解决方案:弹塑性好的复合材料。,思考题,查理大帝的加冕,公元,800,年，罗马教皇要给查理大帝加冕，遇到了严重的矛盾。,一方面，教皇要将皇冠戴到查理大帝的头上，在臣民的眼里，这意味着查理大帝成为教会同意的合法皇帝。,另一方面，教皇又有其苦衷，如果将皇冠戴在查理大帝头上，在臣民的眼里又会产生一种印象,:,查理大帝从教皇处得到权力，教皇也可以将这权力收回。查理大帝是何等人物,?,教皇心里明白。,教皇该怎么办呢,?,4.系统级别的分离,所谓系统级别的分离，是将矛盾双方在不同的系统级别分离开来，以获得问题的解决或降低问题的解决难度。,当系统或关键子系统矛盾双方在子系统、系统、超系统级别内只出现一方时，可使用系统级别的分离原则解决问题。,PCB上板机,物理矛盾:SMT(表面贴装焊接技术)生产线，要求PCB(印制电路板)连续进行供应，但PCB是专业线路板厂家生产并批量送货的。这样连续生产与批量供货之间就产生矛盾。,解决方案:PCB上板机，接受批量的PCB，然后连续输送到SMT生产线,158,如何用普通温度计测量甲壳虫的体温,有一次，科学家们聚集在一起讨论小甲壳虫的问题。大家发现对小甲壳虫的生存条件研究得很少，比如，虫子的体温是多少度,?,还没有人进行过测量。,“,小甲壳虫那么小。,”,一位科学家说，,“,我们不能用常规的温度计进行测量。,”,“,我们要设计一个专用仪器，,”,另一位科学家附和道，,“,但需要很长时间来完成实验和制造。,”,“,不，我们不需要特别的仪器，就只用一只普通的温度计来测量小甲壳虫的体温。,TRIZ,先生说。,他如何来完成这个测量呢,?,6.3物理矛盾与技术矛盾的关系,1,、物理矛盾与技术矛盾的比较,物理矛盾,技术矛盾,一个参数,二个参数,一个组件,一个系统,物理矛盾与技术矛盾的比较,技术矛盾涉及的是一个系统,物理矛盾涉及的是一个组件,物理矛盾更能体现核心矛盾,6.3物理矛盾与技术矛盾的关系,2,、技术矛盾向物理矛盾的转化,技术系统中的技术矛盾是由系统中矛盾的物理性质造成的；,从研究整个系统的矛盾转向研究系统的一个元件的矛盾，可以缩小解决方案搜索的范围和候选方案的数目。,6.4,分离原理与,40,个创新原理的对应关系,1,、空间分离原理。可以利用以下,10,个创新原理，来解决与空间分离有关的物理矛盾。,创新原理,l,：分割,创新原理,2,：抽取,创新原理,3,：局部质量,创新原理,