物理矛盾与分离原理(TRIZ).ppt

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1、物理矛盾与分离原理,主讲人 王其南京信息工程大学信息与控制学院,您遇到过这样的问题吗？,过滤效果好,大,不容易堵塞,孔径,小,您遇到过这样的问题吗？,狮子和驯兽员同台演出，既要狮子表现出必要的野性，又不能伤害驯兽员飞机的起落装置在飞机起飞和降落时是必须的；但是在飞机飞行的过程中是不需要的钢笔的笔尖应该细，以使钢笔能够写出较细的文字；同时钢笔的笔尖又应该粗，以避免锋利的笔尖将纸划破我们的培训是要花时间的，但最好又是不要花时间的。为了信号好手机要有天线，为了体积小不要有天线,主要内容,二、物理矛盾与技术矛盾的关系,三、物理矛盾的分离原理,四、分离原理与创新原理的对应关系,五、解决物理矛盾举例与练习

2、,一、物理矛盾,一、物理矛盾,物理矛盾在TRIZ理论体系中的位置,运输,安全,速度,快,慢,对系统的同一个元素有不同的要求符号表示A+，A-,定义物理矛盾,结实,轻便,厚度（桌面）,厚,薄,例:桌子,定义物理矛盾,宽敞,节省空间,面积（桌面）,大,小,例:散热片,散热效果好,节省空间,面积(散热片),大,小,定义物理矛盾,物理矛盾的三种情况,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；建筑结构的材料密度应该接近于零以使其轻便，同时材料密度也应该足够高以使其具有一定得承

3、重能力。,2）这个元数是通用工程参数，不同的工况条件对它有着不同(并非相反)的要求例如：灯泡的功率既要是25瓦，又要是100瓦；,无级调光灯,三色调光灯,物理矛盾的三种情况,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,物理矛盾的三种情况,常见的物理矛盾情形,主要内容,二、物理矛盾与技术矛盾的关系,三、物理矛盾的分离原理,四、分离原理与创新原理的对应关系,五、解决物理矛盾举例与练习,一、物理矛盾,二、物理矛盾与技术矛盾的关系,同一元素（参数），两个不同的要求,在很多时候，技术矛盾是更显而易见的矛盾，而物理矛盾是隐藏的更深的、更尖锐的矛

4、盾，是本质矛盾或内在矛盾。,二、物理矛盾与技术矛盾的关系,技术矛盾向物理矛盾的转化案例：安瓿瓶的密封 该问题的技术矛盾为：两个参数为生产率（A）与物体产生的有害因素（B），即封口用的高温火焰使生产率（A）提高，同时产生的有害因素（B）增加。将该问题转变成为物理矛盾，选温度作为另一参数（C）。物理矛盾可描述为：温度（C）增加，生产率（A）提高，产生的有害因素（B）增加；反之，生产率（A）降低，有害因素（B）减少；温度既应该高，以提高生产率，又应该低，以减少有害因素的产生。,二、物理矛盾与技术矛盾的关系,C=热量,“A”,“B”,改善,变坏,“C”既要热又要是冷物理矛盾,二、物理矛盾与技术矛盾的关

5、系,生产率,有害因素,温度,Step 1：定义技术矛盾A+B-B+A-Step 2：提取物理矛盾：在这对技术矛盾中找到一个参数，及其相反的两个要求C+C-Step 3：定义理想状态：提取技术系统在每个参数状态的优点，提出技术系统的理想状态,定义物理矛盾的步骤,二、物理矛盾与技术矛盾的关系,1888年出现圆珠笔这一名称，一位名叫约翰劳德的美国记者曾设计出一种利用滚珠作笔尖的笔，但他未能将其制成便于人们使用的商品。圆珠笔之所以能够写字，是因为笔头里的钢珠在滚动时，能将速干油墨带出来转写到纸上。据说，日本的圆珠笔芯里装的干油墨，足够可以书写2万个字。但是，书写的字数一多以后，钢珠与钢圆管之间的空隙会

6、渐渐变大，这样油墨就会从缝隙中漏出来，常常会沾污衣物等等，十分使人感到不愉快。,二、物理矛盾与技术矛盾的关系,Step 1：定义技术矛盾圆珠笔方便书写，但是漏墨容易污染衣物等Step 2：提取物理矛盾：在这对技术矛盾中找到一个参数，及其相反的两个要求钢珠与钢圆管之间的空隙小不容易漏油钢珠与钢圆管之间的空隙大容易书写Step 3：定义理想状态：提取技术系统在每个参数状态的优点，提出技术系统的理想状态 空隙既应该小，不容易漏油；又应该大，便于书写。,主要内容,二、物理矛盾与技术矛盾的关系,三、物理矛盾的分离原理,四、分离原理与创新原理的对应关系,五、解决物理矛盾举例与练习,一、物理矛盾,一个故事：

7、欧洲制鞋公司领导的烦恼,有职工偷鞋，如何解决？,解决物理矛盾的核心思想是实现矛盾双方的分离,三、物理矛盾的分离原理,空间分离,分离方法,时间分离,系统级别分离,条件分离,水杯,哪里热？哪里凉？,1、空间分离,对同一个参数的不同要求，在不同的空间实现。局部最佳化,操作空间1,操作空间2,热,凉,（杯子内）,（杯子外）,空间分离,杯子的空间分离,_,Step 1：定义物理矛盾,Step 2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么空间得以实现？,Step 3：以上两个空间区域是否交叉？,是,否,应用空间分离,尝试其他分离方法,_,_,空间1：,_,_,空间2：,参数：,_,要求1

8、：,_,要求2：,解决物理矛盾空间分离,案例分析,实例：炮弹筒的设计,案例分析,炮弹经过的地方,装填炸药的地方,实例：炮弹筒的设计,如何实现空间分离,分割原理抽取原理局部质量原理嵌套原理增加不对称性原理一维变多维原理,练习1,背景：公路路面要宽，越宽占地越多。要减少公路占地面积，路面要宽又要窄，一个物理矛盾。,采用分离原理的空间分离，选取创新原理“17一维变多维原理.,练习1,思考题1：安瓿瓶的密封,怎么办？,空间分离：对一个参数的不同要求，在不同空间实现,操作空间1,操作空间2,热,凉,（瓶口）,（瓶身）,思考题1：安瓿瓶的密封,安瓿瓶,雨伞,2、时间分离,对同一个参数的不同要求，在不同的时

9、间段实现。不同的时间有不同的性质。,操作时间1,操作时间2,大,小,（下雨的时候）,（携带的时候）,时间分离,雨伞的时间分离,解决物理矛盾时间分离,Step 1：定义物理矛盾,Step 2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间得以实现？,Step 3：以上两个时间段是否交叉？,是,否,应用时间分离,尝试其他分离方法。,_,_,_,时间1：,_,_,时间2：,参数：,_,要求1：,_,要求2：,案例分析,例：折叠式自行车在行走时体积较大，在储存时因已折叠体积较小。行走与储存发生在不同的时间段，因此采用了时间分离原理。,案例分析,案例分析,史上最牛的公章,如何实现时间分离

10、,动态特性原理抛弃或再生原理预先作用原理预先反作用原理事先防范原理,水杯用的时候要大，盛水多，但外出携带不方便，怎么办？,练习2,思考题2,时间/空间,3、条件分离,条件分离的使用情况,3、条件分离,软,速度低,速度高,硬,定义将对同一个参数的两个不同的要求在不同的条件上得到满足,3、条件分离,Step 1：定义物理矛盾 Step 2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间/空间得以实现？Step 3：以上两个时间/空间是否交叉？否，尝试用时间或空间分离方法是，如果对参数的不同要求，可以按照某种条件实现分离和切换，尝试条件分离方法,电力可以随身携带，又不像电池会造成环境

11、负担，这是台湾工研院最近研发出的“发电药丸”。研究团队将发电原料“氢”做成固态，只要放进水里，就可以充电。因为燃料电池需要靠氢，台湾工研院研发用化学方式将氢储存起来，制作成固体小药丸，方便携带随时使用。一颗“电力丸”可以发出3瓦的电，相当于充饱手机的量，用完的残留物更无毒无负担。,案例分析,3、条件分离,只在专用画纸上显现颜色,如何实现条件分离,复合材料原理多孔材料原理改变颜色原理局部质量原理周期性作用原理一维变多维原理,思考题3：,4、系统级别分离,三个术语超系统系统子系统,是“YES”还是“NO”,4、系统级别分离,将对同一个参数的不同要求，在不同的系统级别上实现。,子系统,系统,超系统,

12、4、系统级别分离,整体与部分分离转化为子系统，矛盾在子系统（微观级系统）更易解决 A.系统具有一种特性，其子系统有其相反的特性 B.将系统转换到微观级系统,4、系统级别分离,整体与部分分离转化为超系统，矛盾在超系统级别更易解决 A.将同类或异类系统与超系统结合 B.将系统转换为反系统，或将系统与反系统相结合,4、系统级别分离,Step 1：定义物理矛盾 Step 2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间/空间得以实现？Step 3：以上两个时间/空间是否交叉？否，尝试用时间或空间分离方法是，如果对参数的不同要求，可以按照不同的系统级别（如系统子系统，或系统超系统）实现

13、分离，尝试系统级别分离方法,实例,缝衣针,小,实例,缝衣针,缝衣针,穿线针,如何实现系统级别分离,分割原理组合原理同质性原理等势原理,背景：手机的尺寸要小，便于携带。手机的屏幕要大，好看。又要小，又要大，一个物理矛盾。,练习3,练习3,思考题4：,时间分离,空间分离,条件分离,系统分离,主要内容,二、物理矛盾与技术矛盾的关系,三、物理矛盾的分离原理,四、分离原理与创新原理的对应关系,五、解决物理矛盾举例与练习,一、物理矛盾,四、分离原理与创新原理的对应关系,创新原理在分离方法中的应用,实例：摩擦焊接问题,创新原理在分离方法中的应用,一、描述问题并定义问题的理想解 摩擦焊接是连接两块金属的方法之

14、一，需要将其中一块旋转或者两块方向相反旋转，但是这两根管子太长，要想使这么长的金属管旋转起来需要建造非常大的机器。问题的理想解是不旋转金属管也能实现摩擦焊接，只旋转管子的接触部分。,创新原理在分离方法中的应用,二、定义物理矛盾 第一步：定义物理矛盾 参数：旋转 要求1：转 要求2：不转 第二步：什么空间需要满足什么要求？空间1：钢管的接触部分 空间2：钢管的非接触部分 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。,创新原理在分离方法中的应用,三、选择创新原理 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

15、 创新原理3：局部质量 创新原理4：增加不对称性 创新原理7：嵌套 创新原理13：逆向思维 创新原理17：多维化 创新原理24：借助中介物 创新原理26：复制 创新原理30：柔性外壳或薄膜,创新原理在分离方法中的应用,四、具体方案：用一个短的管子插在两个长管之间，旋转短的管子，同时将管子压在一起直到焊好为止。,创新原理在分离方法中的应用,实例2：如何在汽车发生碰撞的情况下，最大限度地保护驾驶员和乘客的安全?,创新原理在分离方法中的应用,一、描述问题并定义问题理想解：安全气囊充气压力不足，对乘客不能起到有效的保护作用；安全气囊的充气压力过大，则又会造成压力过大，对乘客造成伤害。理想解：安全气囊在

16、发生碰撞时，能恰好将气囊充到合适的压力，以保护乘客的安全。,创新原理在分离方法中的应用,二、定义物理矛盾：第一步：定义物理矛盾 参数：压力 要求1：大 要求2：小（不能太大）第二步：什么时间需要满足什么要求？时间1：达到一定压力前 时间2：达到一定压力后 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。,创新原理在分离方法中的应用,三、选择创新原理 时间分离原理可以利用以下12个创新原理，来解决与时间分离有关的物理矛盾。创新原理9：预先反作用 创新原理10：预先作用 创新原理11：事先防范 创新原理15：动态特性 创新原理16：不足或过度的作用 创新原理18：机械振动

17、创新原理19：周期性动作 创新原理20：有效作用的连续性 创新原理21：减少有害作用时间 创新原理29：气压与液压结构 创新原理34：抛弃与再生 创新原理37：热膨胀,创新原理在分离方法中的应用,四、具体方案 受该创新原理的启发，首先可以迅速使气囊膨胀到一定的压力值。可以保证在最短的时间内达到保护乘客的气压。在气囊上面开一些微小的孔，当气囊压力超过阈值后，气囊上的微小孔会张开，使气囊的压力不再升高。从而很好地解决了气囊的膨胀速度既要快，又不能快的矛盾。,创新原理在分离方法中的应用,主要内容,二、物理矛盾与技术矛盾的关系,三、物理矛盾的分离原理,四、分离原理与创新原理的对应关系,五、解决物理矛盾

18、举例与练习,一、物理矛盾,五、解决物理矛盾举例与练习,打桩问题 为了建筑的基础牢固，通常软土地带都要采用钢桩或混凝土桩来打桩。在打桩的过程中，希望桩头锋利，以便容易被打入土中；在打桩结束后，又不希望桩头继续保持锋利，因为在桩到达位置后，锋利的桩头不利于桩承受较重的负荷。,五、解决物理矛盾举例与练习,、运用空间分离原理：在桩的上部加上一个锥形的圆环，并将该圆环与桩固定在一起，从空间上将矛盾进行分离，既保证了钢桩容易打入，同时又可以承受较大的载荷。,五、解决物理矛盾举例与练习,2、运用时间分离原理：在钢桩的导入阶段，采用锋利的桩头将桩导入，到达指定的位置后，将桩头分成两半或者采用内置的爆炸物破坏桩

19、头，使得桩可以承受较大的载荷。,3、运用基于条件的分离原理：在钢桩上加入一些螺纹，将冲击式打桩改为将桩螺旋拧人的方式。当将桩旋转时，桩就向下运动；不旋转桩时，桩就静止。从而解决了方便地导入桩与使桩承受较大的载荷之间的矛盾。,五、解决物理矛盾举例与练习,4、运用基于整体与部分的分离原理：运用整体与部分的分离解决打桩的问题。将原来的一个较粗的钢桩用一组较细的钢桩来代替，从而解决方便地导入桩与使桩承受较重的载荷之间的矛盾。,五、解决物理矛盾举例与练习,问题描述 在生产和市政中,吊物孔和检修井均用盖板覆盖，用来防止人员及杂物坠落坑井内。在实施吊物或检修操作时，将盖板打开，用临时“安全拦网”等措施将打开

20、的坑井围起来，以提醒在坑井附近作业的工作人员及过往人员注意人身安全，避免坠落。临时安全拦网受自身条件所限，只能拦阻重量较轻、体积较大的物品，对于人员、较重的物品以及体积较小的物品无法进行有效的拦阻，所以围在打开了的坑井四周的“安全拦网”只起到了警示效果，并未真正起到安全拦阻的作用,属于“软防护”，软防护不能从根本上消除安全隐患,需要进一步解决“坠落坑井”问题。,实例：坑井安全防护系统,现有系统工作原理：移开坑井盖板，在坑井周围安置警示锥、围栏、警示牌等临时安全防护装置防止人或物接近坑井时，在重力作用下，坠入井中。,实例：坑井安全防护系统,问题分析 确定矛盾并描述改善后的系统：坑井安全防护系统系

21、统特征：操作方便，集覆盖坑井和安全拦阻警示两项功能于一身，以杜绝“坑井坠落”这一安全隐患。,实例：坑井安全防护系统,确定矛盾：作业时，需要移开盖板，以便通过坑井进行作业；为了防止坠落事件的发生，坑井盖板要覆盖在坑井上，不能移开。盖板应该覆盖坑井，又不应该覆盖坑井，在功能上存在了矛盾，因此对盖板这一关键子系统在功能上提出了相反的要求，物理矛盾。矛盾描述：盖板应该覆盖坑井，以防止“坠落”事件发生；盖板不应该覆盖坑井，以满足作业要求。,实例：坑井安全防护系统,操作时间1,操作时间2,覆盖,不覆盖,（平常的时候）,（作业的时候）,坑井安全防护系统,盖板的时间分离,坑井安全防护系统,Step 1：定义物

22、理矛盾,Step 2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间得以实现？,Step 3：以上两个时间段是否交叉？,是,否,应用时间分离,尝试其他分离方法。,_,_,_,时间1：,_,_,时间2：,参数：,_,要求1：,_,要求2：,坑井安全防护系统,选择创新原理 时间分离原理可以利用以下12个创新原理，来解决与时间分离有关的物理矛盾。创新原理9：预先反作用 创新原理10：预先作用 创新原理11：事先防范 创新原理15：动态特性 创新原理16：不足或过度的作用 创新原理18：机械振动 创新原理19：周期性动作 创新原理20：有效作用的连续性 创新原理21：减少有害作用时间

23、创新原理29：气压与液压结构 创新原理34：抛弃与再生 创新原理37：热膨胀,再不用担心了！这就是创新,防护栏、防护板来自超系统,专利：一种多功能坑井防护盖板,专利：一种多功能坑井防护盖板,再次创新！,动画演示,这一安全组合盖板已经申请了发明专利 专利名称：一种多功能坑井防护盖板 专利申请号：200810137191.0,一种多功能坑井防护盖板 动画演示,一种多功能坑井防护盖板 动画演示,一种多功能坑井防护盖板 动画演示,一种多功能坑井防护盖板 动画演示,一种多功能坑井防护盖板 动画演示,一种多功能坑井防护盖板 动画演示,一种多功能坑井防护盖板 动画演示,一种多功能坑井防护盖板 动画演示,课程内容总结,二、物理矛盾与技术矛盾的关系,三、物理矛盾的分离原理,四、分离原理与创新原理的对应关系,五、解决物理矛盾举例与练习,一、物理矛盾,矛盾总结,你可以等待100年获得顿悟，也可以利用这些原理在15分钟内解决问题。Altshuller,矛盾,技术矛盾,分离方法,物理矛盾,矛盾矩阵,创新原理,让创新掌握在您的手中！,