物理矛盾-分离原理-物场模型(第三讲)

1、六、物理矛盾和分离原理六、物理矛盾和分离原理6.1 物理矛盾物理矛盾n当一个技术系统的工程参数具有相反的需求时就出现了物理矛盾。n如：既需要刀刃足够锋利，又不易折断； 既需要座位多容量大，又希望体积小； 既希望灯具亮度高，又希望瓦数小。办法：高强度钢刀具、客车座椅倾斜、飞机座椅交错、节能灯6.2 分离原理分离原理n11种分离方法n4大分离原理： 1）空间分离 2）时间分离 3）基于条件的分离 4）系统级别的分离1.空间分离n空间分离是将矛盾双方在不同的空间上分离开来，以获得问题的解决。例例1 1 炮弹炮弹物理矛盾：炮管直径必须足够大以使炮弹容易射出，又要足够小，以免泄漏火药爆炸推进力。办法：空

2、间分离 炮管内径分为两部分，后部爆炸室作成锥形，让球形炮弹与锥形爆炸室总可以形成封闭的空间。例例2 轮船下水运输车轮船下水运输车 物理矛盾：运输车必须在水上，以免水对车轮的阻滞，但运输车必须要在水下，以完成将轮船运入水中。办法：空间分离车轮保护盖做成5面封闭体，利用空气绝缘现象，形成气室，让轮子保持在空气环境中。例例3 恼人的钢板恼人的钢板物理矛盾：一种钢板制造时必须加热到1200度冲压成型，但加热到800度时，钢板表面就严重氧化，无法满足质量要求。办法：空间分离 真空冲压、或表面涂抗氧化膜2.时间分离n时间分离是将矛盾双方在不同的时间段分离开来，以获得问题的解决。例例1 1 香皂香皂物理矛盾

3、：香皂温度要低，以便节约成型时间，但同时香皂要温度高，状态够软，以便填满整个模具空间。办法：时间分离预先制造小粒香皂，与液态香皂混合后一起注入模具。例例2 折叠自行车折叠自行车物理矛盾：自行车在骑乘时体积要大，以便载人，在停放时要小以节省空间。办法：时间分离折叠自行车例例3 焊接过程的研究焊接过程的研究物理矛盾：一个实验要研究焊接过程中电弧的变化和焊丝的熔化过程。录像时发现只能看见电弧，看不见金属滴熔化过程，于是加强光束，但只能看到焊丝和熔化的金属滴，电弧却看不见了。办法：时间分离 分两次录像，用两台投影机同时放映，使影像重合。2.基于条件的分离n基于条件的分离是将矛盾双方在不同条件下分离开来

4、，以获得问题的解决。例例1 1 水管水管物理矛盾：水管刚性好，以免因水的重量而变形，但水管要软，以避免在冬天被冻坏。办法：基于条件的分离用弹塑性好的复合材料。例例2 跳水训练池跳水训练池物理矛盾：水要软，以减轻水对运动员的冲击伤害，但水又必须硬，以支撑运动员的身体，水的软硬取决于跳水者入水的速度。办法：基于条件的分离充满气泡的泳池例例2 查理大帝的加冕查理大帝的加冕物理矛盾：教皇要给查理大帝加冕。既要亲手将皇冠戴到查理大帝的头上，又不能让人们认为教皇授予皇帝权利，还能将权利收回。办法：基于条件的分离教皇利奥三世大踏步地走到查理面前，将一顶西罗马皇帝的皇冠戴到他头上，并高声宣布 ：“上帝为查理加

5、冕，这位伟大的带来和平的罗马皇帝，万寿无疆，永远胜利！” 4.系统级别的分离n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。例例1 PCB1 PCB上板机上板机物理矛盾：SMT（表面贴装焊接技术）生产线，要求PCB（印刷电路板）连续供应，但PCB是专业生产商批量供货的。连续生产与批量供货出现矛盾。办法：系统级别的分离 PCB上板机。子系统（接受批量PCB，然后连续输送到SMT生产线。）例例2 如何用普通温度计测量甲壳虫的体温如何用普通温度计测量甲壳虫的体温物理矛盾：甲壳虫太小，不能用普通温度计测量体温。专用测量仪器需要很长时间去研制。办法：系统级别的分离瓶子装满甲壳虫超系统6.3 分离

6、原理与40个发明原理的关系1.空间分离原理的相关发明原理（10个）发明原理1：分割 发明原理13：逆向思维发明原理2：抽取 发明原理17：一维变多维发明原理3：局部质量 发明原理24：中介物发明原理4：非对称 发明原理26：复制发明原理7：嵌套 发明原理30：柔性外壳或 薄膜6.3 分离原理与40个发明原理的关系2.时间分离原理的相关发明原理（12个）发明原理9：预先反作用 发明原理19：周期性动作发明原理10：预先作用 发明原理20：有效作用的连续性发明原理11：预先应急措施 发明原理21：紧急行动发明原理15：动态化 发明原理29：气动与液压结构发明原理16：不足或超额行动 发明原理34：

7、抛弃与再生发明原理18：机械振动 发明原理37：热膨胀6.3 分离原理与40个发明原理的关系3.基于条件的分离原理的相关发明原理（13个）发明原理1：分割 发明原理22：变害为利发明原理5：合并 发明原理23：反馈发明原理6：普遍性 发明原理25：自服务发明原理7：嵌套 发明原理27：一次性用品发明原理8：配重 发明原理33：同质性发明原理13：逆向思维 发明原理35：物理/化学状态变化发明原理14：曲面化6.3 分离原理与40个发明原理的关系4.系统级别的分离原理的相关发明原理（9个）发明原理12：等势原则 发明原理36：相变发明原理28：机械系统的替代 发明原理38：加速氧化发明原理31：

8、多孔材料 发明原理39：惰性服务发明原理32：改变颜色 发明原理40：复合材料发明原理35：物理/化学状态变化例例1 远视加近视的眼镜远视加近视的眼镜物理矛盾：视力不良的人需要一种眼镜，因为既近视又远视，所以问题比较复杂。办法：空间分离：两套镜片占用不同面积；时间分离：两副眼镜，不同时间轮流使用；机遇条件的分离：胶质可变焦距眼镜；系统级别分离：自动变焦眼镜七、物七、物场模型分析场模型分析7.1 物场分析n每个系统的出现都是为了实现某个确定的功能。n所有功能都可以分解为3个基本元素（S1，S2，F）n把功能用三角形来模型化称为物场分析模型：物质物体；作用或效应场。一般S1表示工件，S2表示工具S

9、可以是：1）材料2）工具3）零件4）人5）环境F可以是：1）Me机械能2）Th热能3）Ch化学能4）E电能5）M磁能吸尘器清洁地毯：S1地毯（工件）； S2吸尘器（工具）；F清洁（机械场）人用油漆刷墙：S1墙（工件）； S2人（工具）；F刷油漆（机械场）7.2 物场模型的类型物场模型的类型有4类：1）有效完整模型功能的3个元素都存在，且都有效，是设计者追求的效应。2）不完整模型组成功能的元素不全，可能缺少场，也可能缺少物质。3）效应不足的完整模型3个元素齐全，但效应未能有效实现，或实现的不足够。4）有害效应的完整模型3个元素齐全，但产生了与设计者追求的相反的有害的效应，需要消除这些有害效应。7

10、.3 物场分析的一般解法6个一般解法:(1)不完整模型一般解法1:补齐所缺失的元素，增加场F或工具S2，完整模型。例：气泡的分离液体S1中存在气泡S2 ，使用离心机（增加机械场F）将气泡从液体中分离出来。7.3 物场分析的一般解法6个一般解法:(2)有害效应的完整模型一般解法2:加入S3来阻止有害作用， S3可以通过S1或S2改变而来，或S1和S2共同改变而来。例：人骑自行车，裤脚被绞入链子，引入物质S3（夹子）。 办公室玻璃磨砂S3 ，半透明，保护隐私。7.3 物场分析的一般解法6个一般解法:(2)有害效应的完整模型一般解法3:增加另外一个场F2来抵消原来有害场F的效应。例：细长工件的切削加

11、工，为防止加工中产生歪斜，增加一个反向作用力。7.3 物场分析的一般解法6个一般解法:(3) 效应不足的完整模型一般解法4:增加一个场F2（或F2和S3一起）代替原来的场F1（或F1和S2）的效应。例：墙纸的去除。利用水蒸气来代替机械力，去除效果和效率提升许多。7.3 物场分析的一般解法6个一般解法:(3) 效应不足的完整模型一般解法5:增加另外一个场F2来强化有用的效应。例：在粘贴2个物体时，当胶水未干时用夹子夹紧贴合面。夹子的夹紧力为外加的场F2 。7.3 物场分析的一般解法6个一般解法:(3) 效应不足的完整模型一般解法6:插进一个物质S3并加上另外一个场F2来强化有用的效应。例：过滤网

12、加装一个电场，将细小的粒子聚集成大颗粒子，其过滤效率得到大幅提升。7.4 物场模型分析的应用6个一般解法的应用步骤：1）确定相关元素2）绘制物场模型3）选择一般解法4）开发设计概念更复杂的需应用76个标准解法。例 纯铜板的清洗 纯铜板电解时电解液残留在表面微孔中，储存过程中会形成氧化斑。所以储存前必须清洗，但由于微孔非常小，很难彻底清洗。如何改进呢？第1步：确定相关元素 S1电解液 S2 水 F1机械冲击力（清洗）第2步：绘制物场模型属于第3类模型（效应不足的完整模型）例 纯铜板的清洗第3步：选择物场模型的一般解法 第3类模型有3个一般解法：4、5、6 选择5和6第4步：开发设计概念 （1）应

13、用一般解法5。增加另外F2一个场来强化有用效应。F2机械冲击力，使用超声波清洗；F2热冲击力，用热水清洗；F2化学冲击力，使用表面活性剂溶解来加强残留电解液的移动；F2磁冲击力，将水磁化以加强冲洗。例 纯铜板的清洗（2）应用一般解法6。插进一个物质S3并加上另一个场F2来提高有用效应。S3蒸汽；F2压力；最终解决方案：使用过热水（100度以上）且与高压力结合。过热水的水蒸气可达到微孔内，穿进并充满微孔，形成对残留电解液的强烈爆炸冲击并强制将其彻底排出微孔。八、科学效应和现象八、科学效应和现象30种功能，和相对应的种功能，和相对应的100个科学效应和现象个科学效应和现象nTRIZ将高难度的问题和所要实现的功能进行