TRIZ物场分析的资料

TRIZ物场分析的资料第1页/共125页问题模型工具解决方案模型5x10乘法表50HCL+NaOH化学反应式NaCL+H20TRIZ:技术矛盾矛盾矩阵创新原理TRIZ:物理矛盾分离原理知识库分离原则知识库中的方案TRIZ:功能化模型知识库知识库中的方案TRIZ:物场模型标准解法系统标准解法物场分析及物场模型的作用1第2页/共125页物-场分析适用范围现有系统不存在在进化阶段的不成熟系统增加新功能到系统中与其它TRIZ工具相比,需要更多的支持性知识物场分析及物场模型的作用2工程参数不易确定但矛盾仍然存在第3页/共125页

“警察同志,我没有杀人，您应该相信我。您必须相信我。”“我只相信事实。”警察反驳道：“事实与你说的不一样，小伙子。在那星期有人见你威胁过死者。打死死者的手枪与你的手枪一样。我们没找到子弹是事实，但我们会找到证据。”物场分析及物场模型的作用3第4页/共125页检验枪确定杀人犯假如你是一名侦探这枪是否曾发射过子弹？

“这支枪应该检验一下。”一个警员说着并把一只左轮手枪放在专家面前的桌子上，“我想了解这支枪是否在一周前发射过子弹。”专家仔细地看了枪，然后摇头说：“我不知道如何解决这个问题，枪筒已经被擦拭，里面没有积碳。”你有检测办法吗？

物场分析及物场模型的作用4第5页/共125页主要内容物场分析及物场模型种类物场分析的一般解法及应用标准解法系统及应用第6页/共125页物场分析从物质—场的角度，描述和分析最小技术系统的构成及构成要素之间的相互联系，查找实现期望功能的一般解法或标准解法。从而获得产品创新设计的解决方案。是TRIZ理论体系中的一种重要的问题描述和分析工具。一、物场分析及物场模型的种类1第7页/共125页物—场模型

通过分析正向或反向作用场是否是不需要的或不充分的作用，来识别作用场的有效性。FS1S2一、物场分析及物场模型的种类2S－物质：任何东西F－场：物质间的相互作用S１－作用对象(功能受体)S２－工具（功能载体）第8页/共125页物场分析的规律1、借助各种符号描述系统组件之间相互关系。一、物场分析及物场模型的种类32、所有的系统都能分解成为三个基本元素（两个物质一个场）。3、只有三个基本元素进行有机组合，才能实现一种功能。第9页/共125页思考题：火柴的包装

一个火柴工厂引进了高性能的火柴生产设备，希望达到双倍的生产率。但他们发现一个操作环节拖慢了整个进程----火柴的包装。火柴包装的要求：方向一致、固定数量、火柴质量达标、快速完成。如何实现以上火柴包装的要求呢？一、物场分析及物场模型的种类4第10页/共125页参考方案在每根火柴的头部（点燃混合物）加入一些小数量的磁性粉末，使得每根火柴具有轻微的磁性能。这已足以使火柴朝着一个磁场的方向排列，以至于很快而且正确地被打包。（特定表面的磁性吸引固定数量的火柴）一、物场分析及物场模型的种类5第11页/共125页基本要素物场模型物场分析磁场火柴磁粉物质S1火柴物质S1火柴物质S2磁粉场F一、物场分析及物场模型的种类6第12页/共125页火柴磁场火柴磁粉一、物场分析及物场模型的种类7非系统技术系统系统转换第13页/共125页用锤子钉钉子FS1S2机械场锤子钉子一、物场分析及物场模型的种类8第14页/共125页用手拿笔写字手FS1S2机械场笔一、物场分析及物场模型的种类9第15页/共125页根据问题、情况描述执行的功能(物理作用)对象：S1工具：S2(如果有的话)场：F(如果有的话)S1、S2、F之间的相互作用创新方法咨询与研究中心16建立物质-场模型的步骤一、物场分析及物场模型的种类10第16页/共125页物质1对象物质物质2工具物资场它能给出能量、力，保证S2对S1的作用（或它们的相互作用）物质和场FS1S2一、物场分析及物场模型的种类11整个系统、子系统、单个物体；材料、零件、工具、人或环境等任何可以加工或改变的东西。第17页/共125页18场F包括：机械场热场电场化学场生物场磁场光学场声学场

………物质S包括：材料工具零件人环境房屋空气太阳如果在物场模型中出现了虚线、波浪线或双箭头的连线，代表这系统需要进行创新改善。作用效果包括：有效的尚未确定效果不足过度的有害的一、物场分析及物场模型的种类12第18页/共125页场的类型机械重力、摩擦、惯性、离心、科里奥利、拉伸、压缩、弹性、反应、振动液压/气压静水力，动水力，空气静力，空气动力，表面张力热场传导、对流、辐射、静态温度梯度、总温度梯度、膨胀、绝缘压强静压，总压，静压力梯度，总压力梯度、浮力、升力、马格纳斯、真空、超声冲击波电静电、电动、电泳、交变、感应、电磁、电容、压电、整流、转化化学氧化、还原、扩散、燃烧、溶解、组合、转化、电解、吸热、放热生物酶、光合作用、分解、同化、渗透、繁殖、腐烂、发酵磁场静电、交变、铁磁、电磁光学场反射、折射、衍射、干涉、偏振、红外、可见光、紫外线声场声音、超声波、次声波气味场……一、物场分析及物场模型的种类13第19页/共125页

物-场模型的种类

（1）有用并且充分的相互作用（2）有用但不充分的相互作用(不充分模型)（3）有用但过度的相互作用(有害模型)（4）有害的相互作用(有害模型)（5）不完整的物场模型(缺失模型)一、物场分析及物场模型的种类14第20页/共125页（1）有用并且充分的相互作用

有效、完整的物场模型是一种理想的状态，也是设计者追求的状态，功能的三个元素都存在，且相互之间的作用充分。例：手拿杯子杯子拿稳不掉FS1S2机械场杯子手一、物场分析及物场模型的种类15第21页/共125页（2）有用但不充分的相互作用

效应不足的物场模型功能的三个元素齐全，但设计者追求的相互作用未能实现或只是部分实现。例：手拿杯子杯子没拿稳下滑FS1S2机械场杯子手一、物场分析及物场模型的种类16第22页/共125页（3）有用但过度的相互作用效应过度的物场模型功能的三个元素齐全，设计者追求的相互作用能实现但效应过度。FS1S2例：手拿杯子杯子变形机械场杯子手一、物场分析及物场模型的种类17第23页/共125页（4）有害的相互作用虽然三个元素齐全，但产生的相互作用是一种与预期相反的作用，设计者不得不想办法消除这些有害的相互作用。例：手拿杯子手被割破一、物场分析及物场模型的种类18FS1S2机械场杯子手第24页/共125页（5）不完整的物场模型三个元素不齐全，可能缺少物质，也可能缺少场。FS2S1S2FS1一、物场分析及物场模型的种类19第25页/共125页标准解的由来二、一般解法及应用1相同问题的模型，解决方案的模型相同FS1S2FS1S2S3如果问题的模型是：那么解决方案的模型是：S3：是系统内物质、系统外物质的变形。第26页/共125页和面在桌子上和面，面团会粘在桌子上。二、一般解法及应用2FS1S2机械场面团桌子机械场面团桌子FS1S2S3干面粉S3:面粉是面团的变形物。第27页/共125页轮胎打滑轮胎在泥泞的路面上行驶，有时会打滑。FS1S2机械场轮胎泥泞路面机械场轮胎泥泞路面F1S1S2S3沙子S3:沙子是泥土的变形物。二、一般解法及应用3第28页/共125页高温焦炭的输送炙热的焦炭在运输过程中，如何减少高温对传送带的伤害。常温碎焦炭S3：是高温焦炭的变异物。FS1S2热场传送带高温焦炭FS1S2S3二、一般解法及应用4第29页/共125页物场分析的一般解法TRIZ重点关注缺失模型、有害模型、不充分的模型。TRIZ提出了六种一般解法。二、一般解法及应用5第30页/共125页缺失模型一般解法一：补全缺失的元素，完成物场三角形模型。例：气泡分离S1S2FS1S2机械场气泡液体气泡液体二、一般解法及应用6第31页/共125页例:机油中是否有水?S1S2热场水油FS1S2水油第32页/共125页有害模型I一般解法二：加入第三种物质，阻止有害作用。它应该是原有两种物质之一的变种。玻璃例：办公室的玻璃FS1S2FS1S2光场光场隐私玻璃隐私S3磨砂二、一般解法及应用7第33页/共125页有害模型II一般解法三：引入第二个场，抵消有害作用。例：细长轴的切削加工支架反作用力FS1S2FS1S2切削力切削力细长轴刀具细长轴F2刀具二、一般解法及应用8第34页/共125页不充分模型I一般解法四：引入第二个场和第三个物质增强有效的效应例：使带有衬垫紧固件中的楔子轻而易举地拔出。F1S1S2F1S1S3机械场机械场楔子衬垫楔子易熔合金属衬垫F2S2衬垫热场二、一般解法及应用10第35页/共125页不充分模型II一般解法五：引入第二个场增强有效的效应。例：物体的粘贴FS1S2FS1S2粘贴力粘贴力物体1物体2物体1F2物体2夹紧力二、一般解法及应用9第36页/共125页不充分模型III一般解法六：引入第二个场或第二个场和第三个物质，代替原有场或原有场和物质。例：墙纸的去除F1S1S2F2S1S2机械场蒸汽场墙纸墙面墙纸墙面二、一般解法及应用11第37页/共125页一般解法1.引入新的物质2.引入新的场3.引入新的物质和场4.替代原有的场5.替代原有的物质和场6.补足缺失元素二、一般解法及应用12第38页/共125页物场分析的一般解法的应用1、确定相关元素：根据问题所存在的区域或表现，确定造成问题的相关元素，以缩小问题分析的范围。2、绘制物场模型。根据问题情形，表述相关元素间的作用，确定作用的程度，模型提出的问题，与实际问题应该是一致的。3、选择物场分析的一般解法，按照物场模型所表现出的问题，查找此类物场模型的一般解法，如果有多个，则逐个对照，寻找最佳解法。4、开发设计概念。将一般解法与实际问题相对照，并考虑各种限制条件下的实现方式，在设计中加以应用，从而形成产品的解决方案。二、一般解法及应用13应用

最终方案待解决的问题物场模型转化六个一般解一般解法第39页/共125页例：洗衣机洗衣效果差问题问题描述：洗衣机洗衣服时，衣服即容易打结，也洗不干净。建立物场模型S1：衣服S2：洗衣粉或水F：化学或机械创新方法咨询与研究中心40二、一般解法及应用13FS1S2洗衣粉或水衣服化学场或机械场第40页/共125页创新方法咨询与研究中心41备选解决方案1：引进新的物质和场二、一般解法及应用14FS1S2FS1S2F2S3第41页/共125页利用水电离或超声波振荡相结合的方式创新方法咨询与研究中心42备选解决方案2：引进新的场二、一般解法及应用5FS1S2FS1S2F2第42页/共125页例:纯铜板的清洗问题描述：在纯铜电解生产过程中，少量的电解液会残留在铜板表面的微孔中，在铜板存储过程中，这些残留的电解液会挥发出来而形成氧化斑点，从而影响铜板表面质量并降低其价值。为避免这种损失，在存储之前先清洗铜板，以去除铜板表面微孔中的残留电解液。但是，由于微孔非常小，微孔中的电解液很难能够得到彻底清洗。该如何改进纯钢的清洗呢?二、一般解法及应用16第43页/共125页物场分析1、确定相关元素：

2、绘制物场模型：为效应不足模型。3、选择一般解法：有三种，选其中二种对比。水F1S1S2机械冲击力电解液二、一般解法及应用17第44页/共125页F1S1S2F1S1S2机械冲击力机械冲击力水电解液水电解液4、开发设计概念：解法一：增加另外一个场F2来强化有用效应。F2F2：超声波冲击力：使用超声波清洗。F2：化学冲击力：使用表面活性剂溶解来加强残留电解液移动。F2：热冲击力：使用热水清洗。F2：磁冲击力：将水磁化以加强清洗。二、一般解法及应用17第45页/共125页4、开发设计概念：解法二：引入第二个场和第三个物质增强有效的效应。。F1S1S2F1S1S3机械冲洗力电解液水蒸汽F2S2水压力机械冲洗力电解液

5、解决方案：使用热水（100℃以上）且与高压力结合。过热的水蒸汽可达到微孔内，穿进并充满微孔，形成对残留电解液体的强烈爆炸冲击并强制将其彻底排出微孔。二、一般解法及应用19第46页/共125页课堂练习人工碎石问题描述：直接用榔头击岩石效应不足。F1S1S2人力榔头岩石二、一般解法及应用20第47页/共125页物场分析解法一：引入新场F2:化学场使岩石脆化。F2：冷冻场使岩石冻裂。F1人力F1S1S2S1S2人力榔头岩石榔头岩石F2二、一般解法及应用21第48页/共125页解法二：引入新的场和物质岩石机械力F1S1S2S1S3人力榔头岩石榔头F1S2凿子F2人力二、一般解法及应用22第49页/共125页解法三：改变场F2人力F1S1S2S1S2机械力榔头岩石榔头岩石二、一般解法及应用23第50页/共125页解法四：改变物质和场F2人力F1S1S2S1S3机械力风钻岩石榔头岩石二、一般解法及应用24第51页/共125页标准解法系统76个解模型，也叫76个标准解。按照问题的类型分为五级，形成标准解法系统。三、标准解法系统及应用1第52页/共125页级别标准解系统名称子系统数量第一级基本物场模型的标准解1.1构建完整的物场模型（8）1.2消除或中和有害作用，构建完善的物场模型(5)

13第二级增强物场模型的标准解2.1向复合物场模型转换（2）2.2增强物场模型（6）2.3利用频率协调增强物场模型（3）2.4引入磁性附加物增强物场模型（12）23第三级向双、多级系统或微观级系统进化的标准解3.1向双系统或多系统转换（5）3.2向微观级系统转换（1）6三、标准解法系统及应用2第53页/共125页第四级测量与检测的标准解4.1利用间接的方法（3）4.2构建基本完整的和复合的测量物场模型（4）4.3增强测量物场模型（3）4.4向铁磁场测量模型转换（5）4.5测量系统的进化方向（2）17第五级简化与改善策略标准解5.1

引入物质的方法（4）5.2引入场（3）5.3利用相变（5）5.4利用物理效应或自然现象（2）5.5产生物质粒子的更高或更低形式（3）17合计76三、标准解法系统及应用3第54页/共125页第一级：基本物场模型的标准解第一级的解法聚集于建立和拆解物场模型，包括创建需要的效应或消除不希望出现的效应的系列法则，每条法则的选择和应用将取决于具体的约束条件。三、标准解法系统及应用4第55页/共125页F光场FS1S2S1S2光场司机路标司机S3例：普通路标夜晚看不清物场模型分析：效应不足路标发光涂料标准解1.1.3：在物质外部引入添加物，帮助实现功能。三、标准解法系统及应用5第56页/共125页例：延长炉衬的寿命

标准解1.2.2：引入系统中现有的变异物。热场FS1S2炉衬钢水S2S1FS3熔渣三、标准解法系统及应用6第57页/共125页例：消除管路的液压冲击

标准解1.2.2：引入系统中现有的变异物。S2S1FS3充气液体力场FS1S2管路液体泵送在管道系统中输送液体时,由于液体的骤然停滞,管道内的压力急剧升高，形成液压冲击（高压波)。仔细分析可知，气化的液体能够完全吸收冲击的能量。可是，消除液压的冲击必须在瞬间，而这段时间根本来不及通过加注气体完成气液饱和过程，事先引入气体又不可能。怎么办？三、标准解法系统及应用7第58页/共125页第二级由直接进行效应不足的物场模型的改善，以及提升系统性能但实际不增加系统复杂性的方法所组成。三、标准解法系统及应用8第二级增强物场模型的标准解第59页/共125页例:胶水涂层问题描述：涂胶水的质量和效率不够。F粘贴力FS1S2S1S3’粘贴力海绵瓶头涂层胶水瓶头涂层标准解2.2.3：改变物质S2或S1，使成为具有毛细管或多孔结构。三、标准解法系统及应用9第60页/共125页例：钢珠的运输（抛丸机）标准解2.4.5：构建内部的或外部的合成铁—场模型机械场FS1S2钢珠管壁三、标准解法系统及应用10S2S1第61页/共125页最终解决方案磁化的钢珠+F1机械场FS1S2S1S2’钢珠管壁钢珠管壁S3磁场三、标准解法系统及应用11第62页/共125页第三级:向双、多级系统或微观级系统进化的标准解第三级包括向超系统和微观级转化的法则。这些法则继续沿着系统改善的方向。第二级和第三级中的各种解法均基于以下技术系统进化路径：增加集成度再进行简化的法则；增加动态性和可控性进化法则；向微观级和增加场应用的进化法则；子系统协调性进化法则等。三、标准解法系统及应用12第63页/共125页例：房屋中光源照度不足的问题FFS1S2S1S2光场灯房间灯房间光场S3S4S5标准解3.1.1：创建双系统和多系统。三、标准解法系统及应用13第64页/共125页标准解3.1.4：双、多系统的简化。三、标准解法系统及应用14第65页/共125页例：自行车链条具有柔性，但组成链条的零件则是刚性的。标准解3.1.5：系统进化1c：使系统的部分与整体具有相反的特性。F1S0S01S2与S0完全相反的-A特性A特性F2S02S2FnS03S0n三、标准解法系统及应用15第66页/共125页标准解3.2.1：系统进化2：向微观级系统进化。例：微型电磁阀F1S1S2F2S1S’2电磁力电磁线圈微型阀片微型阀片记忆合金温度场三、标准解法系统及应用16第67页/共125页第四级：测量与检测的标准解第四级专注于解决涉及到测量和探测的专项问题。虽然测量系统的进化方向主要服从于共同的一般进化路径，但这里的专项问题有其独特的特性。尽管如此，第四级的标准解法与第一级、第二级、第三级中的标准解法有很多还是相似的。三、标准解法系统及应用17第68页/共125页例：采用热耦合或双金属片制造开关

可能实现加热系统的自动调节。标准解4.1.1：以系统的变化代替探测或测量。F1S1S2电磁力电磁线圈微型阀片F2S1S’2热电偶记忆合金温度场三、标准解法系统及应用18第69页/共125页例：高炉内铁水温度的测量标准解4.1.2：应用复制品间接测量。F1S1热场铁水F2S2S’1间接热场光学高温计高温铁水亮度图像光场F’1三、标准解法系统及应用19第70页/共125页例：检测液体开始沸腾的瞬间FS1S2气泡液体温度场F’标准解4.2.1：建立完整有效的物场测量模型。温度F1S1S2电场F1’输出电阻三、标准解法系统及应用20第71页/共125页例：测量两个零件的贴合面积标准解4.2.1：建立合成的物场测量模型。三、标准解法系统及应用21第72页/共125页例：检测内燃机的磨损标准解4.2.3：检测或测量由于环境引入附加物后产生的变化。为检测内燃机制磨损，需要测量磨损掉的金属数量，磨损的金属颗粒混在发动机的润滑油中，油被看作是环境，在油中加入荧光粉，金属颗粒会吸收荧光粉，通过测量荧光吸收量，就可算出被磨损的金属量。含金属颗粒的润滑油FS1S2检测仪光场F1S1S2F1’新光场S3荧光粉荧光粉的变化量三、标准解法系统及应用22第73页/共125页例：如何统计十字路口等待的车辆数汽车标准解4.4.1：构建预—铁—场测量模型。FS1S2磁力计磁场磁力计汽车F’S1S2Sf传感器F’’传感输出值磁场三、标准解法系统及应用23第74页/共125页第五级：简化与改善策略标准解第五级包含标准解法的应用和有效获得解决方案的重要法则。一般情况下，应用第一～四级中的标准解法会导致系统复杂性的增加，因为给系统引入了另外的物质和效应是极有可能的。第五级中的标准解法将引导大家如何给系统引入新的物质又不会增加作何新的东西。换句话说，这些解法专注于对系统的简化。三、标准解法系统及应用24第75页/共125页例：使用干冰人工降雨，不会留下残余物。标准解5.1.3：利用能“自消失”的添加物。例：为了运输方便，可以将水变成粉末状，现场使用时再变成液态。例：为在矿井中提供风力装置，使用液化气体代替压缩气体。标准解5.3.1：应用物质的气、液、固三个相态的变换来获得提高系统功能的有效性。三、标准解法系统及应用25第76页/共125页例：提高降温防护服的防护效果为保护炼钢工免受高温的伤害，穿着用低导热材料制成的防护服，这在短时间内效果还是很好的，但经过一段时间后，衣服内外的温度达到平衡，其隔热效果就会明显下降。（会融化的14烷和16烷混合物）相变材料人体防护服热场S2F1S1F1S1S4F2S3降温防护服冷场标准解5.3.5：应用物质在系统中的相态的变换来获得提高系统功能的有效性。三、标准解法系统及应用26第77页/共125页最终解决方案相变原理：利用物体相变时产生的某种效应(吸热)；(防护服的外表面插入充有可融化材料14烷和16烷的混合物，融点在10~16摄氏度之间。使用前，降温衫需冷却到摄氏零度以下，以便混合物变成固相。)美国专利：6,185,742；S3=可融化材料降温防护服降温防护服可融化材料会融化材料隔热袋子隔热袋子袋内侧袋内侧会融化材料已渐渐融化三、标准解法系统及应用27第78页/共125页三、标准解法系统及应用28第79页/共125页实例钢材防锈问题双气缸推料压紧装置改进轧钢工艺改进回转式空气预热器的改进三、标准解法系统及应用29第80页/共125页例1：钢材防锈问题

物场模型分析：有害作用。三、标准解法系统及应用30第81页/共125页解法一：引进新场：标准解1.2.4：引入新的场，来抵消有害作用。三、标准解法系统及应用31第82页/共125页解法二：引进新物质标准解1.2.1：引入新的物质，消除有害效应。三、标准解法系统及应用32第83页/共125页解法三：引进新物质和新场：S3选N2，F2选微波。三、标准解法系统及应用33第84页/共125页最终解决方案1、磁控管，2、微波，3、氮气，4、吹氮孔，5、箱体，6、上方H型钢腹板，7、下方H型钢腹板，8、开口，9、上方H型钢翼缘，10、下方H型钢翼缘防锈原理：利用微波不能穿透金属的特点，使放射到H型钢腹板上的微波，在上下层腹板交替反射传输，实现H型钢通条受到微波处理所产生的电磁场使带正电荷的Fe离子和空气与水中带负电荷的O离子由原来的无序排列变为有序排列、向相反方向移动，避化物生成，从而达到阻止钢材锈蚀的目的。三、标准解法系统及应用34第85页/共125页例2：双气缸推料压紧装置改进

如图是一双气缸推料横向压紧平台，双气缸横向直接推动物料沿基座上的导轨移动，通过自身的压缩空气分配器来控制两只气缸同步平衡地工作，推动物料至挡块位置并压紧。在实际操作过程中，发生物料不能被推动直至压紧挡块的情况，甚至推动过程中会卡住。现应用物质一场分析法分析并求解该问题图双气缸推料压紧平台示意图

三、标准解法系统及应用35第86页/共125页

步骤1：定义系统的总功能为“移动并压紧物料”。

步骤2：总功能可分解为“推动物料”，“导向物料”，“压紧物料”三个分功能，其中主要功能是“推动物料”。

步骤3：上述分功能已是支持功能，功能可由气缸、活塞杆、导轨、挡块等基本元件完成。根据物质一场分析法，得出具体的产品功能模型图，如图2所示。其中超系统为与系统之间存在输入或输出关系(如能量、物质及信息交换)的系统。图2.产品功能模型图三、标准解法系统及应用36第87页/共125页

步骤4：从图2看出，系统的主要功能是由气压驱动气缸推动物料，辅助功能是导轨的导向功能，有害功能是物料移动时产生噪音、导轨对物料的摩擦阻碍作用、双气缸工作速度不同步导致物料卡住。其中产生噪音及摩擦不易彻底解决，只能部分解决，而气缸的“推动物料”功能所带来的有害功能应通过改进设计彻底解决。

“推动物料”功能的S2=活塞杆，S1=物料，F=机械能，用符号系统表示该功能模型。该模型表明，在完成有用功能“推动物料”的同时，又产生了有害功能“卡住物料”。如图3所示：s1s2f三、标准解法系统及应用37第88页/共125页步骤5：在TRIZ的76个标准解中选择适用于该特定问题的标准解，由于此问题中同时存在有用及有害功能，可应用第一类标准解的1．2：“消除或抵消有害效应”来解决问题，结合本例的实际工程问题，因为活塞杆S2可以不直接接触物料S1，从而可以间接推动物料S1，因此标准解1.2.1可用。

标准解1.2.1：在目前的设计中有用及有害功能同时存在，如果S1及S2没有必要直接接触，则可引入S3，消除有害功能，功能模型如图4所示。标准解1.2.1功能模型s1s2fs3三、标准解法系统及应用38第89页/共125页

步骤6：提出新的设计概念。

根据标准解1.2.1分别得到的三种概念设计创新方案示意图，都是引入S3，将两个活塞杆机械地连接起来，使其相互牵制运动，实现活塞杆同步、同速的运动，问题可得到解决。

方案1：引入S3=齿条齿轮副，将两个活塞杆机械地连接起来，活塞杆通过推动齿条，间接推动物料沿导轨方向运动。活塞杆与齿条齿轮副相互牵制运动，实现活塞杆同步、同速的运动，问题得到解决，如图5所示。三、标准解法系统及应用39第90页/共125页方案2：引入S3=机械连锁机构，将两个活塞杆刚性地连接起来，活塞杆通过推动连锁机构，间接推动物料沿导轨方向运动。活塞杆与机械连锁机构相互牵制，实现活塞杆同步、同速的运动，问题得到解决。如图6的俯视图所示。

方案3：引入S3=链条同步机构，将两个活塞杆机械地连接起来。活塞杆推动链条同步机构运动，从而间接推动物料沿导轨方向运动。活塞杆与链条同步机构相互牵制运动，实现活塞杆同步、同速的运动，问题得到解决。如图7的俯视图所示。三、标准解法系统及应用40第91页/共125页步骤7：解的评价。

上述三种概念设计方案均有其特点，现从精度、可靠性、结构复杂性(成本)几个评价指标作比较，以确定综合最优方案。

方案1：齿条齿轮副传动精度高，传动性能稳定，工作可靠，结构紧凑。

方案2：机械连锁机构传动精度高，结构紧凑，成本低；但是双气缸工作速度不同步时，刚性连接的活塞杆与机械连锁机构容易牵制出现卡死现象，工作可靠性差。

方案3：链条同步机构传动精度较高，传动性能稳定。因需要三组链条及连锁机构，结构复杂。同时链条使用磨损后易松弛。工作可靠性降低。

综上所述，三种方案引入的都是常见的机械结构，因此各方案的指标权重用高、较高、中、低简单定性地表示，如下表所示。综合各指标值，方案1最优。三、标准解法系统及应用41第92页/共125页例3：韩国浦项制铁厚钢板生产过程中的氧化皮问题三、标准解法系统及应用42第93页/共125页问题描述Ⅰ由于快速冷却(ACC)后钢板上部和底部之间存在较大温差引起钢板变形。期望温差<25℃，而实际温差达50℃。如何减小温差？三、标准解法系统及应用43第94页/共125页因果分析温差下部产生氧化铁皮冷却辊子水接触下部热收缩率不同变形辊子被加热辊子移动热钢板快速冷却控制单元不完善水量不均匀水控制不充分下部氧化铁皮厚度是温差产生变形的主要因素三、标准解法系统及应用44第95页/共125页变形原因分析快速冷却后上下部温差50℃——钢板变形。快速冷却前温差并不明显（<30℃）。氧化皮越厚,快速冷却时变形越大。三、标准解法系统及应用45第96页/共125页氧化皮产生原因分析决定氧化皮产生的主要是钢板在粗轧和精轧之间的运动时间。钢板在粗轧和精轧之间运动时间越长，产生氧化皮厚度的不均匀性越突出。三、标准解法系统及应用46第97页/共125页粗轧和精轧过程功能分析水钢板辊子空气氧化皮冷却加热腐蚀腐蚀加热冷却腐蚀磨除产生支撑加热移动主功能1：辊子移动钢板主功能2：水冷却辊子有害功能：水生成氧化皮有害功能：钢板产生氧化皮。三、标准解法系统及应用47第98页/共125页问题描述Ⅱ期望：阻止氧化皮的生成实际：产生氧化皮如何阻止钢板表面产生氧化皮？约束：1、辊子温度必须低于100℃。2、内部水冷成本太高。三、标准解法系统及应用48第99页/共125页物—场模型热场水辊子钢板水化学场钢板冷却机械场化学场腐蚀移动理想解：1、不生成氧化皮。2、消除氧化皮。三、标准解法系统及应用49第100页/共125页问题描述Ⅲ期望：氧化皮厚度薄且均匀（小于20μm）实际：氧化皮厚且不均匀(7~40μm)如何使氧化皮厚度薄且均匀？三、标准解法系统及应用50第101页/共125页物—场模型热场水辊子氧化皮冷却机械场化学场生成磨除氧化皮辊子机械场理想解：1、氧化皮自动脱落2、在系统中易于实现的小的改进。三、标准解法系统及应用51第102页/共125页76标准解1.1：改进不充分系统性能1.1.2:系统不能改变，但是允许添加一个永久的或临时的内部附加成份。在辊子材料内加入具有研磨作用的物质。1.1.3：系统不能改变，但使用一个永久的或临时的外部附加成份S3来改变S1或S2。在辊子表面加入具有研磨作用的物质。三、标准解法系统及应用52第103页/共125页76标准解2.2：加强物质场模型2.2.3：改变S2成为多孔物质或毛材料，允许气体或液体通过。辊子具有弹性的、韧性的、金属丝结构。2.3：控制频率使其与一或两个要素的自然频率相匹配或不相匹配，以改善性能2.3.1：使F的频率和S1或S2匹配或不匹配。调整辊子旋转频率三、标准解法系统及应用53第104页/共125页改进方案采用研磨辊，使辊子具有研磨钢板表面的功能，利用机械方法去除钢板表面的氧化皮，以降低钢板上下表面的温差，解决钢板变形问题。三、标准解法系统及应用54第105页/共125页例4、回转式空气预热器的改进回转式空气预热器的工作原理是：空气预热器转子部件由数万计的传热元件组成，当空气空预器缓慢旋转，烟气和空气逆向交替流经空气预热器。蓄热元件在烟气侧吸热，在空气侧放热，从而达到降低锅炉排烟温度，提高热风温度的预热作用。三、标准解法系统及应用55第106页/共125页例4.1漏风控制系统的改进

问题描述

空气预热器的漏风率是一个重要的考核指标。随着机组的大型化，空气预热器转子的变形量变得很大，如1000MW机组的空气预热器转子热变形量可达50～60mm，这时就需要配置漏风控制系统，比较普遍的是采用热端间隙跟踪装置。经过十几年的发展，目前采用微动触发传感器作为信号源，控制扇形板的升降，以达到控制径向间隙的作用，从而降低空气预热器的漏风率。但是，这套系统维护工作较多，并且对运行人员的操作水平有一定的要求。根据以上的情况，可以考虑采用物-场分析法，应用76个标准解来解决此问题。三、标准解法系统及应用56第107页/共125页物场模型：功能不足FS1S2提升电机微动触发信号电场控制单元理想解：1、不漏风2、在系统中易于实现的小的改进，便于扇形板位置调整，减少漏风及维护量。三、标准解法系统及应用57第108页/共125页76标准解2.1：转化成复杂的物场模型：2.1.2:现有系统的有用作用不足，需要进行改进，但又不允许引入新的元件或物质，这时，可以加入第二个场来增强作用。经过分析转子的变形量是一个温度的函数。可以在预热器中安装热电偶等获得烟气温度信号代替触发传感器的信号。也可以将新的电磁场与原来的机械场并联以提高系统的可靠性在辊子材料内加入具有研磨作用的物质。2.2:增强物场模型：2.2.1：用更容易控制的场，来代替原来不容易控制的场。采用电磁场代替了机械场。5:简化与改善策略5.1.1.9:引入环境或物体本身经分解能生成所需的附加物：在整个原有的锅炉系统中，有大量的烟气温度测量装置，可以选取其中有用的信号来代替安装热电偶等测温设备，从而进一步简化了这一改进系统。第109页/共125页改进后的漏风控制系统图3改进后的漏风控制系统三、标准解法系统及应用59第110页/共125页实例4.2：空气预热器导向轴承结构改进

问题描述空气预热器中心轴上部有导向端轴和导向轴承。导向轴承就位于导向轴承座中，内圈通过套管和导向端轴固定。套管顶端为锥形，通过锁紧盖和若干锁紧螺栓压紧，与导向端轴顶端的锥形部分紧密配合，配合面的摩擦力即可保证该传动结构的平稳运行。但是，套管和导向端轴上的锥形面加工精度要求很高，制造难度比较大，一旦达不到标