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1、发明原理与应用,佛山科学技术学院 王玉龙,2,1,TRIZ概述,常用发明原理,01,PART ONE,TRIZ概述,1.TRIZ创新方法的起源与发展,TRIZ源于“发明问题解决理论”的俄文单词的首字母缩写，按照国际标准“ISO/R9-1968E”的规定，把俄文转换成拉丁字母以后，就成为“TRIZ”。因此，TRIZ 只是一个特殊缩略语，既不是俄文，也不是英文，其实际含义就是“发明问题解决理论”。“发明问题解决理论”有两个基本的含义，表面的意思是强调解决实际问题，特别是发明问题；隐含的意思是由解决发明问题而最终实现（技术和管理）创新，因为解决问题就是要实现发明的实用化，这符合创新的基本定义。,60
2、多年前（1946年），前苏联军方技术人员、发明家根里奇阿奇舒勒和他的同事们，在研究了来自于世界各国的上百万个专利（其中包含二十多万个高水平发明专利）的基础上，提出了的一套体系相对完整的“发明问题解决理论”，为TRIZ的问世和发展奠定了基础。,TRIZ的来源与内容,4.1.1 经典TRIZ的理论体系结构,经典TRIZ的理论体系结构,（1）TRIZ的理论基础是自然科学、系统科学和思维科学。（2）TRIZ的哲学范畴是辩证法和认识论。（3）TRIZ来源于对海量专利的分析和总结。（4）TRIZ的理论核心是技术系统进化法则。（5）TRIZ的基本概念进化、理想度、系统、功能、矛盾和资源。（6）TRIZ的创新
3、问题分析工具包括：根本原因分析、功能分析、物-场分析、资源分析和创新思维方法。（7）TRIZ的创新问题求解工具包括：发明原理、分离方法、科学效应库、标准解系统和创新思维方法。（8）TRIZ的创新问题通用求解算法是发明问题求解算法（ARIZ）。,2.经典TRIZ的理论体系结构,3.TRIZ的核心思想,（1）在解决发明问题的实践中，人们遇到的各种矛盾以及相应的解决方案总是重复出现；（2）用来彻底而不是折中解决技术矛盾的创新原理与方法，其数量并不多，一般科技人员都可以学习、掌握；（3）解决本领域技术问题的最有效的原理与方法，往往来自其他领域的科学知识。,4.TRIZ的核心概念,（1）技术系统：技术系
4、统是指人类为了实现某种功能而设计、制造出来的一种人造系统。作为一种特殊的系统，技术系统符合系统的定义，具有系统的五个基本要素（输入、处理、输出、反馈和控制），也具有系统应该拥有的所有特性。,4.TRIZ的核心概念,（2）功能：广义的功能定义为研究对象能够满足人们某种需要的一种属性。例如：冰箱具有满足人们“冷藏食品”属性；起重机具有帮助人们“移动物体”的属性。在TRIZ中，功能是产品或技术系统特定工作能力抽象化的描述，它与产品的用途、能力、性能等概念不尽相同。功能一般用“动词+名词”的形式来表达，动词表示产品所完成的一个操作，名词代表被操作的对象，是可测量的。,钢笔 的用途是什么？铅笔呢？毛笔呢
5、？,钢笔，它的用途是写字，而功能是存送墨水；铅笔，它的用途是写字，而功能是摩擦铅芯；毛笔，它的用途是写字，而功能是浸含墨汁。,4.TRIZ的核心概念,（3）矛盾与冲突物理矛盾：所谓物理矛盾（又称“冲突”，冲突可以理解为是必须解决的矛盾）就是针对系统的某个参数，提出两种不同的要求。当对一个系统的某个参数具有相反的要求时就出现了物理矛盾。例如：飞机的机翼应该尽量大，以便在起飞时获得更大的升力；飞机的机翼应该尽量小，以便减少在高速飞行时的阻力。技术矛盾：是指为了改善系统的一个参数，而导致了另一个参数的恶化。技术矛盾描述的是两个参数的矛盾。例如：改善了汽车的速度，导致了安全性发生恶化。这个例子中，涉及
6、的两个参数是速度和安全性。,发明问题,只有在不影响系统现有功能的前提下成功地消除矛盾，才能认为是发明性地解决了问题。也就是说，矛盾应该是这样解决的：在完善技术系统的某一部分或是优化某一参数的同时，其他部分的功能或其他参数不会被影响。,02,PART TWO,常用发明原理,01,分割原理,分割原理是指这样一种过程：以虚拟或真实的方式将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，会对分隔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。随着分割程度的提高，技术系统逐步向微观级别发展。,1.指导原
7、则,（1）将一个对象分成多个相互独立的部分。例如：将轮船的内部空间分成多个彼此独立的船舱。在学生宿舍楼中，将同一层分成多个功能相同的小房间。内燃机的多个汽缸将学生分成不同的年级，不同的班级。,（2）将对象分成容易组装（或组合）和拆卸的部分。例如：组合家具。将一根根铁轨连接起来，形成铁路。建筑上常用的预制件和活动房屋。（3）增加对象的分割程度，以实现系统的改造。例如：窗帘的演变：一整块布做的窗帘左右两块布做的窗帘百叶窗。,6.2 原理1：分割,（1）可调节百叶窗。这是一个“提高系统的可分性，以实现系统的改造”的实例。人们用可调节百叶窗代替幕布窗帘，只要改变百叶窗叶片的角度，就可以调节外界射入的光
8、线。（2）军用飞机油箱。当军用飞机的油箱破损时，极易引起燃料大量外泄，继而引发爆炸的事故。为此，人们将油箱分隔成很多小隔间，以防止这类事故的发生。利用分割原理，人们找到了解决问题的办法，即在军用飞机油箱中，装设一种蜂窝状材料。这种看来有点粗糙的材料，实际是一种多孔的海绵体，它们将油箱分成无数个小“隔间”。从而比较理想地解决了这个难题。,2.典型案例,如果系统因重量或体积过大而不易操纵，则将其分割成若干轻便的子系统，使每一部分均易于操纵。在管理学和心理学上，也可以对组织和观念进行分割及组合。,3.运用技巧,分割原理实例（1）把一辆大型载重卡车分成车头和拖车两个独立的部分；（2）大型项目的总体设计
9、与各分项设计；（3）将一个磁盘分成多个逻辑分区；（4）将书籍划分为多个章节，以改善书籍的陈述方式，以及书籍被读者理解和接受的方式。,02,抽取原理,抽取原理,抽取原理就是从整体中分离出有用的（或有害的）部分（或属性）抽取可以以虚拟方式或实体方式来进行。,（1）从对象中抽取出产生负面影响的部分或属性。例如：最初的空调是一体机，工作时，压缩机会产生噪声。随着技术的发展，空调被分为室内机和室外机两部分。将压缩机放在室外机中，减少噪声对人的影响。在巡航时，战斗机的两个副油箱挂在飞机下方，飞行中会优先使用副油箱中的燃油；在进入战斗前，抛弃副油箱，以减轻飞机的重量，增加飞机的机动性能。从口腔（整个系统）中
10、拔掉（抽取）一颗坏的牙齿（有害部分），以改善整个口腔的健康状况。利用避雷针，把雷雨云中的电荷引入大地，从而避免建筑物遭受雷击（从物体中抽出可产生负面影响的部分或属性）。,1.指导原则,（2）从对象中抽出有用的（主要的、重要的、必要的）部分或属性。例如：用狗叫声作为报警器的报警声，而不用养一条真正的狗（将狗叫声从“狗”中抽取出来，作为有用的部分来单独使用）。将稻草人作为“人”的代表放在稻田中（将人的外形从整个“人”中抽取出来）。化学试验中的蒸馏、萃取和置换都是从混合物中抽取出有用物质的过程。,智能语音驱鸟器：作为飞机起降场所的机场，鸟害防治成为一项重要的飞行安全保障工作。人们在鸟的声音中提取了他
11、们被俘的惨叫声，用此来刺激惊吓在机场飞行的鸟儿。,2.典型案例,6.3 原理2：抽取,把系统中的功能或部件分成有用、有害部分，视情况抽取出来。切记：抽取的目的是为系统增加价值。抽取可同样应用于非实物或虚拟情况。,3.运用技巧,03,预先作用原理,预先作用原理是指：在真正需要某种作用之前，预先执行该作用的全部或一部分。,1.指导原则,（1）预先对某对象进行所需的改变，这种改变可以是整体的，也可以是部分的。例如：方便面。建筑业中大量使用的预制件。纸上预先印刷好的表格。预先被打孔的邮票。计算机软件中，根据用户当前状态而弹出的软件菜单列表。在大型机械设备的总装过程中，大量使用的预先装配好的组件。,6.
12、4 原理10：预先作用,（2）将有用的物体预置，以便使其在必要时能立即在最方便的位置发挥作用。例如：制造业中的流水线。商场中放置在合适位置的灭火器。战争片中，进行阵地战的时候，战士们会预先将手榴弹的后盖打开（指导原则1），放在触手可及的地方（指导原则2）。,2.典型案例,（1）手术前，将手术器具按需要时的使用顺序排列整齐；（2）带折断线的美工刀；（3）半成品食物；（4）易拉罐。,3.运用技巧,在某一事件或过程之前采取行动，目的在于增强安全性、简化事情的完成过程、维持正确作用、减轻疼痛、增强智力、产生某种优点及使用过程简单化等。,04,反向作用原理,反向作用原理是指：通过在空间上将对象翻转过来（
13、上下翻转、左右翻转、前后翻转、内外翻转），在时间上将顺序颠倒过来（颠倒先后顺序），在逻辑关系上将原因与结果反过来，从而利用不同（或相反）的方法来实现相同的目的。,1.指导原则,（1）用与原来相反的作用实现相同的目的。例如：用平车运送货物时，既可以推，也可以拉，来实现相同的结果。老师在教育过程中，既可以使用惩罚，也可以利用鼓励手段，来达到相同的教育目的。利用黑笔和白板的组合代替传统的黑板和白粉笔的组合。（2）让物体或环境中可动的部分不动，不动部分可动。例如：在机加工过程中，既可将工具旋转变为工件旋转、除了通过上路驾驶来测试汽车的空气动力特性之外，也可使其进入一个风洞来模拟。这种方法可以用于任何需
14、要气动或水动测试的系统。,（3）将对象（物体、系统或过程）“颠倒”（上下颠倒、内外颠倒、前后颠倒、顺序颠倒等）过来,2.典型案例,（1）跑步机（2）乘客随滚动电梯上下楼；（3）Google迷你泳池（4）翻转玻璃窗,尝试让系统以某种方式“反转”或颠倒，看系统是否能由此获得新功能、新特征、新作用及新对象,3.运用技巧,05,动态特性,动态特性原理是指使构成整体的各个组成部分处于动态，即各个部分是可调整的、活动的或可互换的，以便使其在工作过程中的每个动作或阶段都处于最佳状态。,1.指导原则,（1）调整对象或对象所处的环境，使其在工作的各阶段都达到最佳状态。例如：汽车上可调的方向盘、座椅、后靠背或后视
15、镜。折叠椅和笔记本电脑都是通过分割物体的几何结构，引入铰链链接，使其各部分可以改变相对位置。（2）将对象分割为多个部分，使其各部分可以改变相对位置。例如：链条。可分离键盘。,1.指导原则,（3）使不动的对象可动或可自动适应。例如：管道疏通机的柔性软管。在计算机软件中，根据用户当前的状态的不同，鼠标右键菜单的内容也不同。充气床或水床可以根据人的不同卧姿自动调整其形状。,2.典型案例,（1）飞机机翼上的可动襟翼能够按照需要调整其姿态（2）小轿车里的可调节座椅；（3）采用蛇皮管灯杆的台灯；,尝试让系统中的某些几何结构成为柔性的、可自适应的；往复运动的部分成为旋转的；让相同的部分执行多种功能；使特征成
16、为柔性的；使系统可兼容于不同的应用或环境。,3.运用技巧,06,机械振动原理,（1）通过振动（振荡）或摇动（震动）对象而使对象产生机械振动，增加振动的频率或利用共振频率。（2）利用振动（颤动、摇动、摆动）或振荡（振动、振荡、摆动），在某个区间内产生一种规则的、周期性的变化。,1.指导原则,（1）使对象发生机械振动。例如：在浇注混凝土的时候，利用震动泵消除混凝土中的孔隙。在筛选（筛分）的时候，利用振动可以提高效率。振动可以使生锈的、腐蚀的或拧得过紧的零件松动。（2）如果对象已经处于振动状态，则提高振动的频率（直至超声振动）。例如：利用超声波在液体中产生的空穴现象来清洗物体。（3）利用共振频率。例如：利用超声波共振现象消除胆结石霍肾结石。利用一个小小的振动装置可以摧毁一栋摩天大楼。,1.指导原则,（4）用压电振动代替机械振动。例如：石英表利用石英振动机芯代替了机械表的机械振动机芯。（5）将超声波振动与电磁场合并使用。例如：在高频炉中对液态金属进行电磁搅拌，使其混合均匀。,2.典型案例,（1）超声波洗碗机（2）超声波碎石机（3）振动式电动剃须刀,切勿假定一个稳定系统是最佳的。尝试采用不稳的、变化的但同时是可控的系统,3.运用技巧,T,H,A,N,K,S,
