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文档简介
二.创造问题解决理论-TRIZ1.TRIZ概论1.1TRIZ的定义TRIZ(TheTheoryofInnovationProblemSolving)是俄语“创造问题解决理论〞的首字母英语置换词。Savransky博士给出的定义:TRIZ是一种基于知识的、面向人的、系统化的解决创造问题的方法。ATRIZ是解决创造问题启发式方法的知识,这些知识是从全世界范围内的专利中抽象出来的。TRIZ大量采用自然科学及工程中的效应知识。TRIZ利用出现问题领域的知识。B
TRIZ中的启发式方法是面向设计者的,而不是面向机器的。TRIZ理论本身是基于将系统分解为子系统、区分有益及有害功能的实践,这些分解取决于问题和环境,本身就具有随机性。计算机软件仅起支持作用,不是完全代替设计者。CTRIZ分析问题采用了通用以及详细的模型,其解决问题的过程是一个系统化的过程,能方便地应用已有知识的过程。D为了取得创新解需要解决设计中的冲突,但是解决冲突的某些过程是不知道的。通过环境或系统本身的资源,以及系统进化的趋势可以获得虚拟的理想解。1.2TRIZ的产生1.3TRIZ的主要内容5)效应;指应用本领域特别是其他领域的有关定律解决设计中的问题,如采用数学、化学、生物和电子等领域中的原理解决机械设计中的创新问题。6)创造问题解决算法(ARIZ);采用一套逻辑过程逐步将初始问题程式化,使得初始问题中最根本的冲突被清楚地暴露出来,便于问题的求解。随着TRIZ的不断开展,又增添了新的研究内容,例如预期失效分析(AFD),直接进化理论(DE)等;另外还出现了基于TRIZ的计算机辅助创新设计软件,例如美国InventionMachine公司的GoldFire,IdeationInternational公司的IWB等。国产软件:北京亿维讯公司的Pro/Innovator1.5解决创造创造问题的一般方法TRIZ解决创造问题的一般方法首先将要解决的特殊问题加以定义、明确;然后根据TRIZ理论提供的方法将需要解决的特殊问题转化为类似的标准问题,而针对类似的标准问题已总结、归纳出类似的标准解决方法;最后依据类似的标准解决方法就可以解决用户需要的特殊问题。TRIZ工具图1
TRIZ解决发明问题的模式特定问题标准问题标准解特定解抽象化具体化2创造问题的情境分析与描述创造创造过程从揭示和分析创造情境开始。所谓创造情境是指任何一种工程情境,它突出某种不能令人满意的特点。1.1创造创造的资源分析与描述设计中的可用资源对创新设计起着重要的作用,问题的解越接近理想解〔IFR〕,系统资源就越重要。只要还没到达理想解,就应该具有系统资源。直接应用资源指当前存在状态下可被应用的资源;如物质、场〔能量〕、空间和时间资源都是可被多数系统直接应用的资源。2.2创造创造的理想化描述2.2.1理想化及理想化设计把所研究的对象理想化是一种最根本的自然科学方法。理想化是对客观世界中所存在物质的一种抽象化,这种抽象的客观世界既不存在,又不能通过试验验证。理想化的物体是真实物体存在的一种极限状态,对于某些研究有很重要的作用。TRIZ中理想化的应用包括理想系统、理想过程、理想物质、理想资源、理想机器等。理想化=有用功能之和/有害功能之和
增加理想化有四种方法。理想设计可以使设计者的思维跳出问题的传统解决方法,在更广泛的空间里寻找最优方案。
2.2.2利用理想化设计思想实现创造创造
提高理想化程度的六种方法:〔1〕去除辅助功能〔2〕去除元件考虑用自然资源实现某种功能,进而可以去除某些系统元件。例如用物质资源、用场资源。〔3〕识别自效劳利用自效劳减少辅助元件,提高系统效率。〔4〕替换零件、部件或者整个系统〔5〕改变操作原理例如浮法玻璃的生产〔6〕利用资源实现理想化的步骤3冲突及冲突解决原理3.1.2冲突的分类〔1〕通常的分类冲突工程冲突社会冲突自然冲突个性冲突组织冲突文化冲突宇宙定律冲突自然定律冲突技术冲突物理冲突数学冲突3.2物理冲突及其解决原理物理冲突的概念及类型所谓物理冲突是指为了实现某些功能,一个子系统或元件应具有一种特性,但同时出现了与该特性相反的特性。例如:飞机机翼的面积;物理冲突出现的几种情况:1。一个子系统中有害功能降低的同时,导致该子系统中有用功能的降低;2。一个子系统中有用功能加强的同时,导致该子系统中有害功能的加强。Savransky提出的物理冲突描述方法:1.子系统A必须存在,A不能存在;2.关键子系统A具有性能B,同时应具有性能-B,B与-B是相反的性能;3.A必须处于状态C及状态-C,C与-C是不同的状态;4.A不能随时间变化,A要随时间变化;常见的物理冲突:几何类材料与能量类功能类长与短对称与不对称平行与交叉厚与薄圆与非圆锋利与钝窄与宽水平与垂直多与少密度大与小导热率高与低温度高与低时间长与短粘度高与低功率大与小摩擦系数大与小喷射与卡住推与拉冷与热快与慢运动与静止强与弱软与硬本钱高与低3.2.2物理冲突的解决原理Altshuller在20世纪70年代提出了11种解决方法:1。冲突特性的空间别离2。冲突特性的时间别离3。不同系统或元件与一超系统相连4。将系统改为反系统,或将系统与反系统相结合5。系统作为一个整体具有特性B,其子系统具有特性-B6。微观操作为核心的系统7。系统中一局部物质的状态交替变化8。由于工作条件变化使得系统从一种状态向另外一种状态过渡9。利用状态变化所伴随的现象10。用两相的物质代替单相的物质11通过物理作用及化学反响使物质从一种状态过渡到另一种状态3.2.3别离原理及实例分析
现代TRIZ理论在总结物理冲突解决的各种研究方法的根底上,提出了采用如下的别离原理解决物理冲突的方法,如图:别离原理空间别离时间别离基于条件的别离整体与局部的别离空间别离原理所谓空间别离原理是指将冲突双方在不同的空间上别离,以降低解决问题的难度。当关键子系统冲突双方在某一空间只出现一方时,空间别离是可能的。
应用该原理时首先应答复如下问题:是否冲突一方在整个空间中“正向〞或“负向〞变化?在空间中的某一处,冲突的一方是否可以不按一个方向变化?如果冲突的一方可不按一个方向变化,利用空间别离原理解决冲突是可能的。举例:自行车采用链轮与链条传动;潜水艇的声纳探测器。
时间别离原理所谓时间别离原理是指将冲突双方在不同的时间段上别离,以降低解决问题的难度。当关键子系统冲突双方在某一时间段上只出现一方时,时间别离是可能的。
应用该原理时,首先应答复如下问题:是否冲突一方在整个时间段中“正向〞或“负向〞变化?在时间段中冲突的一方是否可不按一个方向变化?如果冲突的一方可不按一个方向变化,利用时间别离原理是可能的。举例:折叠自行车;飞机的机翼在起落、飞行时形状的变化。基于条件的别离所谓基于条件的别离原理是指将冲突双方在不同条件下别离,以降低解决问题的难度。当关键子系统的冲突双方在某一条件下只出现一方时,基于条件的别离是可能的。应用该原理时,首先应答复如下问题:是否冲突一方在所有条件下都要求“正向〞或“负向〞变化?在某些条件下,冲突的一方是否可不按一个方向变化?如果冲突的一方可不按一个方向变化,利用基于条件的别离原理是可能的。举例:水射流既硬又软,取决于流速、压力;
总体与局部的别离所谓总体与局部的别离原理是指将冲突双方在不同的层次上别离,以降低解决问题的难度。当冲突双方在关键子系统的层次上只出现一方,而该方在子系统、系统或超系统层次上不出现时,总体与局部的别离时可能的。实例分析a自行车链条微观层面上是刚性的,宏观层面是柔性的。b煎锅的设计;c.自动装配线与零件的供给问题。
序号名称序号名称1运动物体的重量21功率2静止物体的重量22能量损失3运动物体的长度23物质损失4静止物体的长度24信息损失5运动物体的面积25时间损失6静止物体的面积26物质或事物的数量7运动物体的体积27可靠性8静止物体的体积28测试精度9速度29制造精度10力30物体外部有害因素作用的敏感性11应力或压力31物体产生的有害因素12形状32可制造性13结构的稳定性33可操作性14强度34可维修性15运动物体作用时间35适应性及多用性16静止物体作用时间36装置的复杂性17温度37监控与测试的困难程度18光照度38自动化程度19运动物体的能量39生产率20静止物体的能量下面给出39个工程参数的名称及意义:1.运动物体的重量在重力场中运动物体所受到的重力。如运动物体作用于其支撑或悬挂装置上的力。2.静止物体的重量在重力场中静止物体所受到的重力。如静止物体作用于其支撑或悬挂装置上的力。3.运动物体的长度运动物体的任意线性尺寸,不一定是最长的,都认为是其长度。4.静止物体的长度静止物体的任意线性尺寸,不一定是最长的,都认为是其长度。5.运动物体的面积运动物体内部或外部所具有的外表或局部外表的面积。6.静止物体的面积静止物体内部或外部所具有的外表或局部外表的面积。7.运动物体的体积运动物体所占有的空间体积。8.静止物体的体积静止物体所占有的空间体积。9.速度物体的运动速度、过程或活动与时间之比。10.力力是两个系统之间的相互作用。对于牛顿力学,力等于质量与加速度之积,在triz中,力是试图改变物体状态的任何作用。11.应力或压力单位面积上的力。12.形状物体外部轮廓,或系统的外貌。13.结构的稳定性系统的完整性及系统组成局部之间的关系。磨损、化学分解及拆卸都降低稳定性。14.强度强度是指物体抵抗外力作用使之变化的能力。15.运动物体作用时间物体完成规定动作的时间、效劳期。两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。16.静止物体作用时间物体完成规定动作的时间、效劳期。两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。17.温度物体或系统所处的热状态,包括其他热参数,如影响改变温度变化速度的热容量。25.时间损失时间是指一项活动所延续的时间间隔。改进时间的损失指减少一项活动所花费的时间。26.物质或事物的数量材料、部件及子系统等的数量,它们可以被局部或全部、临时或永久的被改变。27.可靠性系统在规定的方法及状态下完成规定功能的能力。28.测试精度系统特征的实测值与实际值之间的误差。减少误差将提高测试精度。29.制造精度系统或物体的实际性能与所需性能之间的误差。30.物体外部有害因素作用的敏感性物体对受外部或环境中的有害因素作用的敏感程度。31.物体产生的有害因素有害因素将降低物体或系统的效率,或完成功能的质量。这些有害因素是由物体或系统操作的一局部而产生的。32.可制造性物体或系统制造过程中简单、方便的程度。33.可操作性要完成的操作应需要较少的操作者、较少的步骤以及使用尽可能简单的工具。一个操作的产出要尽可能多。34.可维修性对于系统可能出现失误所进行的维修要时间短、方便和简单。35.适应性及多用性物体或系统响应外部变化的能力,或应用于不同条件下的能力。36.装置的复杂性系统中元件数目及多样性,如果用户也是系统中的元素将增加系统的复杂性。掌握系统的难易程度是其复杂性的一种度量。37.监控与测试的困难程度如果一个系统复杂、本钱高、需要较长的时间建造及使用,或部件与部件之间关系复杂,都使得系统的监控与测试困难。测试精度高,增加了测试的本钱也是测试困难的一种标志。38.自动化程度是指系统或物体在无人操作的情况下完成任务的能力。自动化程度的最低级别是完全人工操作。最高级别是机器能自动感知所需的操作、自动编程和对操作自动监控。中等级别的需要人工编程、人工观察正在进行的操作、改变正在进行的操作及重新编程。3.局部质量原理a.从物体或外部介质(外部作用)的一致结构过渡到不一致结构。b.物体的不同局部应当具有不同的功能c.物体的每一局部均应具备最适于它工作的条件。例:金属材料外表的热处理;圆珠笔,将笔芯上作一对耳朵,再加一根弹簧。4.不对称原理a.物体的对称形式转为不对称形式。b.如果物体不是对称的,那么加强它的不对称程度,例:防撞汽车轮胎具有一个高强度的侧缘,以抵抗人行道路缘石的碰撞;振动电机的偏向块结构。5.合并原理a.把相同的物体或完成类似操作的物体联合起来,b.把时间上相同或类似的操作联合起来.例如:网络中的个人计算机;并行计算机中的多个微处理器;混水阀;阀岛。6.多用性原理一个物体执行多种不同功能,因而不需要其他物体。例:瑞士军刀〔最多的功能可到五十多种);打印机集打印复印于一体;可测量婴儿体温的奶嘴。7.嵌套原理a.一个物体位于另一物体之内,而后者又位于第三个物体之内,等等。b.一个物体通过另一个物体的空腔。例:俄罗斯洋娃娃;为了储存,可以把一把椅子放在另一把椅子上面;可伸缩的石油钻塔。
8.质量补偿原理a.将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消其重量。b.将物体与介质(最好是气动力和液动力)相互作用以抵消其重量。例:在圆木中注入发泡剂,使其更好的漂浮;用气球携带广告调幅;飞机机翼的形状使其上部空气压力减小,下部压力增大,以产生浮力。9.预加反作用原理a.预先施加反作用。例:缓冲器能吸收能量,减少冲击带来的负面影响;b.如果一物体处于或将处于受拉伸状态,预先增加压力。例如:预应力钢筋混凝土。10.预操作原理a.预先完成要求的作用(整个的或局部的);b.预先将物体安放妥当,使它们能在现场和最方便地点立即完成所需要的作用。例:预先涂上胶的邮票等;灌装生产线中使用所有瓶口朝向一个方向,以提高生产效率;
11.预补偿原理以事先准备好的应急手段补偿物体相对较低的可靠性。例:飞机上的降落伞;按苏联创造证书456594的方法,树枝在锯掉之前套上一个紧箍环,树木感该处有“病〞,于是向那里输送营养物质和治疗物质。这样,在树枝被锯之前这些物质便积聚起来,锯后锯口会迅速愈合。12.等势性原理改变工作条件,使物体不需要被升级或降低.例:如与冲床工作台高度相同的工件输送带,将冲好的零件输送到另一工位;运河的水闸。13.反向原理a、将一个问题说明中所规定的操作改为相反的操作.b、使物体或外部介质的活动局部成为不动的,而使不动的成为可动的.c.将物体的位置倒置.例:拆卸处于紧配合的两个零件,采用冷却内部零件的方法;健身器中的跑步机。14.曲面化原理a.从直线局部过渡到曲线局部,从平面过渡到球面,从正六面体或平行六面体过渡到球形结构,b.利用棍子、球体、螺旋。c.从直线运动过渡到旋转运动,利用离心力。例:螺旋千斤顶产生很大的升力;洗衣机采用旋转产生离心力甩干衣物;螺旋齿轮提供均匀的承载能力。15.动态化原理.a、使一个物体或环境在操作的每一阶段自动调整,以到达优化的性能;b.将物体分成彼此相对移动的几个局部。c.使不动的物体成为动的.例:飞机中的自动导航系统;装卸货物的铲车,通过铰链连接两个半圆形铲斗,可自由开闭;百米赛赛道旁的跟踪摄像机。16.未到达或超过的作用原理如果难于取得百分之百所要求的成效,那么应当取得略小或略大的成效。此时可能把问题大大简化。如:缸筒外壁需要刷涂料时,可将其浸泡在盛涂料的容器中完成,但取出后圆筒外壁涂料过多,然后再甩去掉多余的局部。17.维数变化原理a.如果物体作线性运动〔或分布〕有困难,那么使物体在二维度(即平面)上移动。相应地,在一个平面上的运动(或分布)可以过渡到三维空间。b.利用多层结构替代单层结构。c.将物体倾斜或侧置.d.利用指定面的反面.例:“越冬圆木在圆形停泊场水中存放,其特征是,为了增大停泊场的单位容积,和减小受冻木材的体积,将圆木扎成捆,其横截面的宽和高超过圆木的长度,然后立着放〞;立体停车场。18.机械振动原理a、使物体处于振动状态。b、如果振动存在,那么提高振动频率(到达超声波频率)c.利用共振频率。d.用压电振动器替代机械振动器。e.利用超声波振动同电磁场配合.例:的振动;振动压路机.23.反响原理a.引入反响以改善过程或动作。b.如果反响已经存在,改变反响控制信号的大小或灵敏度。例:飞机接近机场时,改变自动驾驶系统的灵敏度。24.中介物原理a.利用可以迁移或有传送作用的中间物体。b.把另一个(易分开的)物体暂时附加给某一物体。例:机械传动中的惰轮;机加工中钻孔用的钻孔导套;机械手代替人手。25.自效劳原理a、通过附加功能使物体产生自己效劳于自己的功能.b.利用废物的材料、能量与物质.例:利用发电过程产生的热量取暖;低压下长时间工作的水管会产生小洞,这些小洞通常会被水里的一些腐蚀材料堵住,实现自修理。28.机械系统的替代原理a.用光学、声学等设计原理代替力学设计原理。b.用电场、磁场及电磁场同物体相互作用。c、由恒定场转向不定场,由时间固定的场转向时间变化的场,由无结构的场转向有一定结构的场。d.将铁磁粒子用于场的作用中.例:为了将金属覆盖层和热塑性材料黏结在一起,无需使用机械设备,可以通过施加磁场,提高结合强度.为了生产高质量的金属材料,在金属融化过程当中,必须持续不断地搅动金属。使用电磁混频器可实现更有效地搅动。29.气动和液压结构原理用气体结构和液体结构代替物体的固体的局部,如充气和充液的结构,气枕等结构.例:挖掘机手臂采用液压气动装置实现伸缩自如。运输易碎制品(如排水管)的集装箱里面有一个充气囊,使制品在运输中相互靠紧不致撞坏。
30.柔性壳体或薄膜原理a.利用软壳和薄膜代替传统的结构。b.用软壳和薄膜使物体同外部介质隔离。例:农用塑料大棚种植蔬菜;货舱内货物移动的解决方法;奥运场馆--水立方。
31.利用多孔材料原那么a.把物体作成多孔的或利用附加多孔元件(镶嵌,覆盖,等等).b.如果物体是多孔的,事先用某种物质填充空孔。例:阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的;粉末冶金含油轴承。32.改变颜色原理a.改变物体或外部介质的颜色.b.改变物体或外部介质的透明度.c,为了观察难以看到的物体或过程,利用染色添加剂.d.如果已采用了这种添加剂,那么采用荧光粉.例;美国专利3425412:透明绷带不必取掉便可观察伤情;驾驶室内的按钮采用不同的颜色提醒人们不同的操作和操作的重要程度。33.同质性原理采用相同或相似的物体制造与某物体相互作用的物体。例:为了减少化学反响,盛放某物体的容器可以用与该物体相同的材料来制造;用金刚石切割钻石,切割产生的粉末可以回收。36.状态变化原理在物体状态变化过程中实现某种效应。例如体积改变,放热或吸热。例:减震器利用弹簧伸缩变化实现减震;
温度计利用汞的热胀冷缩实现温度计数;空调制冷原理。37.热膨胀原理a.利用材料的热膨胀或热收缩性质.b.利用一些热膨胀系数不同的材料。例:紧密配合的轴与齿轮的装配;
消防喷头
。38.加速强氧化原理氧气从一个级别转变到另一个级别,如从环境气体到充满氧气,从充满氧气到纯氧气,从纯氧气到离子态氧。例:为持久在水下呼吸,水中呼吸器中存储浓缩空气;用氧-乙炔气焰钜代替空气-乙炔气焰钜切割金属。在化学试验中使用离子化氧气加速化学反响。39.惰性环境原理a、用惰性介质代替普通介质。b.在真空中进行某过程。例:“预防棉花在仓库中燃烧的方法,在向贮存地点运输的过程中用惰性气体处理棉花〞(苏联创造证书270170);霓虹灯玻璃管内充入惰性气体,在灯管两端由金属制成的阴、阳电极上加一定的电压,实现气体放电。40.复合材料原理将材质单一的材料改为复合材料。例:用复合环氧树脂/炭化纤维制成的高尔夫球棍更加轻便、结实。飞机上一些金属部件用工程塑料取代,使飞机更轻。以上这些原理都是通用创造创造原理,未针对具体领域,其表达方法是描述可能解的概念。设计人员应根据这些建议提出已有系统的改进方案,这样才有助于问题的迅速解决。举例:开口扳手的设计3.5侧向空气袋概念设计1〕将能量集中于接缝
在蒙皮上设计某种设施刺绣织物门蒙皮内陷双空气袋设计反向空气袋撕开蒙皮接缝的空气袋和救护用空气袋能量重定向在空气袋与蒙皮接缝之间设计特定的机构,空气袋膨胀时作用在该机构上,使空气袋的膨胀力局部转化为机构对接缝的剪力,将接缝撕开,然后机构自身也为空气袋的膨胀让路。2〕减少接缝强度在空气袋胀开期间降低接缝强度使用塑料衬垫接缝用线的选择高温下失效的线化学作用下失效的线新奇的线改变接缝方向运用TRIZ的空间别离原理经观察在汽车的日常使用中,座椅的侧面局部水平方向受力最大,垂直方向受力那么较小;空气袋胀开时对接缝的作用力那么不受方向限制。为此,可把接缝的开口由通常的沿垂直方向改为沿水平方向,这样接缝出的缝合就可以弱一些,方便空气袋穿出。
3〕改善蒙皮的附着方式将蒙皮附着在座椅内部的泡沫上为防止空气袋在座椅蒙皮内部胀大这一严重失效形式,应考虑将蒙皮与座椅更紧密地结合在一起。粉状胶使用塑料黏带将蒙皮更好地附着在座椅结构上4〕新的接缝设计着眼点之一是接缝处能与空气袋的膨胀相一致的翻开,且翻开的力是可控的;被动机械锁;主动机械锁5〕其他建议调查及确定接缝线可容忍的强度上限,以免接缝线强度预留太多,不利于空气袋穿出。优化和确定接缝线每英寸缝的针数,以免接缝线处缝线的针数太多,不利于空气袋穿出。3.6别离原理与创造原理的关系别离原理创造原理空间别离1、2、3、4、7、13、17、24、26、30时间别离9、10、11、15、16、18、19、20、21、29、34、37整体与局部别离12、28、31、32、35、36、38、39、40条件别离1、7、25、27、5、22、23、33、6、8、14、25、35、133.7检核表法与TRIZ创造原理的关系检核表法(Checklistmethod)又叫设问法,由奥斯本首先提出,后经美国创造工程研究所精选出9个工程作为提示人们进行创造性设想的工具,这9个方面的设问分别是:(1)有无其它用途?(2)能否借用?(3)能否改变?(4)能否扩大?(5)能否缩小?(6)能否代用?(7)能否重新调整?(8)能否颠倒过来?(9)能否组合?该方法在创造学中被称为“创造技法之母〞,它具有强制性、多角度发散性的问题思考的特点,有利于克服人们不愿提问或不善提问的习惯,适合各种情况下的创新问题求解。经过对照,检核表法中的9个提问项实际上也与TRIZ的40条创造原理有着一定的对应关系,如表所示。4.1概述系统的作用是实现某种功能;理想的功能是场Field〔F〕通过物质Substance2〔S2〕作用于物质Substance1〔S1〕,并改变S1。物质可以是材料、工具、零件、人或环境等,可以是一个独立的物体,也可以是一个复杂的系统。场是指完成某种功能所需的方法或手段。作用在物质上的能量或场主要有:Me-机械能Th-热能Ch-化学能E-电能M-磁场G-重力场4物-场模型分析方法物-场分析方法为我们提供了一种方便、快捷的解决模式化问题的方法。开展到现在,已经有76种标准解。描述型式:场物质1物质2物-场模型三元件之间的关系可以用以下5种不同的连线表示:应用application预期效应desiredeffect缺乏渴望效应insufficientdesiredeffect有害效应harmfuleffect模型转换tranformationofmodel物-场模型可以分为四类:不完整系统有效完整系统非有效完整系统有害完整系统4.2构建物-场模型创新问题被转化成这种模型,目的是为了说明两物质和场之间的相互关系。通常构造模型有以下四步:识别元件;构建模型;从76种标准解中选择一个最恰当的解;进一步开展这个解〔新概念〕。在第三步和第四步中,要充分挖掘和利用其他知识性工具。识别元件构造模型完整系统有用?有效?选择标准解开展概念应用其他知识性工具有效?是完善否是否否否是是4.3利用物-场模型分析方法实现创新例一:纯铜生产工艺-电解法,要彻底去除铜外表电解质很困难,如何才能改善清洗过程?1〕识别元件电解质=S1水=S2机械清洗=FMe2〕构造模型FMeS1S2清洗电解液水FMeS1S2清洗电解液水FMeS1S2F?不能满足渴望效应的物场模型附加一种场以加强效应是一种标准解3〕从标准解中选择一个适宜的解4〕进一步开展这种概念,以支持所得解决方案。利用超声波;利用外表活性剂能去除污点的化学特性;利用磁性磁化水,进而改善清洗过程。5〕从标准解中选择另一个不同的解FMeS1S2清洗电解液水FMeS1S3清洗水蒸汽FThS26〕开展一种概念以支持解应用过热水蒸汽〔水在一定的压力下,温度可达1000度以上〕。水蒸汽将被迫进入纯铜外表的细小毛孔中,使得电解质离开纯铜说明。例二:刷毛成形过程分析传统工艺-使用模子。对问题进行物-场分析:熔化的塑料为S1,模子为S2,重力场为F;该系统为一非有效完整系统;解决方法:改变S2。具体方案:根据对刷毛的要求,在熔化的塑料中参加磁粉,将原金属模替换为已磁化的磁体,置于塑料块带刷毛区的上方,磁粉在磁场作用下连同附带的塑料一起向上伸,形成刷毛,这一方法可以适应刷毛尺寸和样式的迅速改变。4.476种标准解在TRIZ中“标准〞表示解决不同领域问题的通用解决“诀窍〞。标准条件及根本相同的解称为标准解。标准解分类:类别标准解个数第一类:不改变或仅少量改变以改进系统第二类:改变系统第三类:系统传递第四类:检测与测量第五类:简化与改进策略132361717第一类标准解改变一个系统使其具有所需要的输出或消除不理想的输出,对系统只有少量的改变或不改变。包括完善一个不完整系统或非有效完整系统所有需要的解。A改进具有非完整功能的系统〔1.1〕No.1(1.1.1)完善具有不完整功能的系统:假设只有S1,增加S2及场F。例如:仅有锤、钉子,构不成完整的系统,因而什么作用不会发生。No.2(1.1.2)假设系统不改变,但可接受永久的或临时的添加物。可以在S1或S2内部添加来实现。例如:在混凝土中参加疏松的炉渣可降低其密度,从而减轻重量。
No.3(1.1.3)假设系统不能改变,但永久的或临时的外部添加剂改变S1或S2是可接受的。例如:系统由雪〔S1〕、滑雪板〔S2〕及重力组成,加蜡〔S3〕到滑雪板底部可增加滑雪速度。No.4(1.1.4)假设系统不能改变,但可用环境资源作为内部或外部添加剂。例如:航道标记浮标在大海中摇摆太厉害,充入海水可使其稳定。No.5(1.1.5)假设系统不能改变,但可以改变系统所处的环境。例如:办公室中的计算机工作使得室温增加,通过空调改变环境温度保证计算机正常工作。No.6(1.1.6)微小量的精确控制是困难的,但可以通过增加一个附加物并在之后除去来控制微小量。例如:注塑时使流动的塑料精确的充满一个空腔是困难的,在适宜的位置留一个冒口,使得空腔内的空气流出,同时也使一局部塑料流出,之后将其去掉。B消除和抵消有害效应〔1.2〕No.9(1.2.1)在一个系统中有用和有害效应同时存在。S1和S2不必直接接触,引入S3消除有害效应。例如:手〔S2〕直接清洗零件〔S1〕对皮肤有伤害,用皮手套〔S3〕隔开就起到了保护皮肤的效果。No.10(1.2.2)与No.9类似,但不允许增加新物质,通过改变S1和S2消除有害效应。该类解包括增加“虚无物质〞,如空位、真空、空气、气泡等,或加一种场,场的作用相当于增加一种物质。例如:轴与孔的紧密装配时,往往要通过加热孔类零件使其膨胀,然后再行组装。
No.11(1.2.3)有害作用是一种场引起的,引入物质S3吸收有害效应。例如:电子部件所发出的热量将使安装该部件的电路板变形,在该部件下放一个散热器吸收热量并将热量传递到空气中。No.12(1.2.4)在一个系统中有用及有害效应同时存在,但S1和S2必须处于接触状态。增加场F2,使之抵消F1的影响,或者得到一附加的有用效应。例如:水泵工作时产生噪声,水是S1,泵是S2,场是机械场F1,一个与所产生的噪声场相差180°的声学场将抵消噪声。No.13(1.2.5)在一个系统中,由于一个元件存在磁性而产生有害效应,将该元件加热到居里点以上磁性将不存在,或者引入一相反的磁场消除原磁场。例如:指南针安装在汽车上来指引方向,但汽车本身的磁场将改变指南针的精确读数,在指南针内部装一个小永久磁体消除汽车本身的磁场影响是该类指南针设计的特点。第二类标准解特点是:通过对描述系统物-场模型的较大改变来改善系统。A变换到复杂物-场模型〔2.1〕No.14(2.1.1)串联物-场模型:将第一个模型的S2及F1施加到S3,S3及F2施加到S1,串联的两个模型是独立可控的。例如:锤子直接破碎岩石效率很差,可通过串联另一个物质-场而得到改善,即在锤子与岩石之间加一錾子,锤子的机械能直接加到錾子上,錾子将机械能传递到岩石。No.15(2.1.2)并联物场模型:一可控性很差的系统需要改进,但已存在的局部不能改变,并联第二个场,并作用到S2上。例如:电解法生产铜板的过程中,少量的电解液要留在铜板外表,仅用水洗并非有效,增加机械能使铜板处于微振动状态那么更有效。B加强物-场〔2.2〕No.16(2.2.1)对于可控性差的场,用一易控场代替,或增加一易控场。例如由重力场变为机械场,由机械场变为电场或电磁场。其核心是由物体的物理接触到场的作用。例如:用液压转向系统代替机械转向系统。No.17(2.2.2)将S2由宏观变为微观。例如:要设计一个支撑系统将重力均匀分别在不平的外表上较困难,而充液胶囊能将重力均匀分布。No.18(2.2.3)改变S2成为允许气体或液体通过的多孔的或具有毛细孔的材料。例如:采用油道润滑齿轮,油液分别不均匀,可采用多孔分配器。另一方案是采用多孔球轴承。No.19(2.2.4)使系统具有柔性或适应性。通常的方式是由刚性变为一个铰接,到连续柔性系统。例如:汽车变速箱的速比往往是一个定数,而采用液压变速系统其速比那么可在一定范围内连续。No.20(2.2.5)使一个不能控制的场具有永久或临时确定的模式。例如:驻波被用于液体或粒子定位。No.21(2.2.6)将单一物质或不可控物质变为确定空间结构的非单一物质,这种变化可以是永久的或临时的。例如:预应力钢筋改变了混凝土构件的性质。C控制频率使其与一个或两个元件的自然频率匹配或不匹配,以改善性能〔2.3〕No.22(2.3.1)使F与S1或S2的自然频率匹配或不匹配。例如:将肾结石暴露在与其自然频率相同的超声波之中,可在体内破碎结石。No.23(2.3.2)与F1或F2的固有频率匹配。例如:加一振幅相同,幅角相差180°的信号,振动将被消除。No.24(2.3.3)两个不相容或独立的动作可以一个接一个的完成。例如:首先夹紧工件,之后进行机械加工。D铁磁材料与磁场结合〔2.4〕No.25(2.4.1)在一个系统中增加铁磁材料或〔和〕磁场。例如:移动磁场推动轨道车辆。No.26(2.4.2)将No.16与No.25结合。利用铁磁材料与磁场,增加场的可控性。例如:增加铁磁材料及磁场,可使橡胶模具的刚度被控制。No.27(2.4.3)磁流体的应用。磁流体是No.26的一个特例。例如:磁流体密封。No.28(2.4.4)利用含有磁粒子或液体的毛细结构。例如:在磁场间建立由铁磁材料构成的过滤器,其精度可由磁场控制。No.29(2.4.5)利用附加物,如涂层,使非磁物体永久或临时具有磁性。例如:在理疗过程中,在药物粒子中增加一磁性粒子,体内的磁性粒子将被吸引到外部磁力线周围,到达磁力线精确定位的目的。No.30(2.4.6)假设一个物体不具有磁性,将铁磁物质引入到环境之中。例如:将一个涂有磁性材料的橡胶垫子放在汽车内,使工具被吸到该垫子上,使用方便。No.31(2.4.7)利用自然现象,如物体按场排列,或在居里点以上物体将失去磁性。例如:磁共振影像是利用调频振动磁场探测特定细胞核的振动,所产生影像的颜色将说明某细胞集中的程度。如肿块的含水密度不同于正常组织,故其颜色不同可探测出来。No.32(2.4.8)利用动态、可变或自调整的磁场。例如:非规那么空腔壁厚的测试可采用放于空腔外面的感应式传感器,内部放一个铁磁体。为了增加精度,在一气球外表涂上铁磁粒子,气球放在空腔内,并具有空腔的内部形状。No.33(2.4.9)参加铁磁粒子改变材料的结构,施加磁场移动粒子。通过这种途径使非结构化系统变为结构化系统,或反之。例如:为了在塑料垫子外表形成某种图案,在塑料液体内加上铁磁粒子,用结构化的磁场拖动铁磁粒子形成所需要的形状,一直到液体凝固。。No.34(2.4.10)与F场的自然频率相匹配。对于宏观系统,采用机械振动增强铁磁粒子的运动。在分子及原子水平上,材料的复合成分可通过改变磁场频率的方法用电子谐振频谱确定。例如:微波炉加热食品的原理为微波使水分子在其自然频率处振动。No.35(2.4.11)用电流产生磁场并可以代替铁粒子。例如:电磁场在不使用时可以关闭,改变电流可获得所需要的磁场。No.36(2.4.12)电流变流体具有被电磁场控制的黏度。例如:电流变流体轴承。第三类标准解特点是系统传递到双系统、多系统或微观水平。A传递到双系统或多系统〔3.1〕No.37(3.1.1)系统传递〔a〕:产生双系统或多系统。例如:为了处理方便,可将多层布叠在一起同时被切成所需要的形状。No.38(3.1.2)改进双系统或多系统中的连接。例如:对于四轮驱动的汽车,前/后轮的差速器具有动态的连接关系。No.39(3.1.3)系统传递〔b〕:在元件之间增加其不同性质。例如:现代复印机不仅能复印不同尺寸、不同介质的复印件,还能实现自动分类、排序、装订等功能。No.40(3.1.4)双系统及多系统的简化。例如:现代豪华客车集运输、各种控制、娱乐于一体。No.41(3.1.5)系统传递〔c〕:整体与局部之间的相反特性。例如:自行车链条具有刚性的零件,但整体产生柔性的运动。B传递到微观水平〔3.2〕No.42(3.2.1)系统传递〔d〕:传递到微观水平。例如:在玻璃生产线上,传递玻璃板的棍子已被锡液代替,使玻璃外表平整光滑。第四类标准解检测与测量是典型的控制环节。检测是指检查某种状态发生或不发生。测量具有定量化及一定精度的特点。一些创新解是采用物理的、化学的、几何的效应完成自动控制,不采用检测与测量。A间接法〔4.1〕No.43(4.1.1)替代系统中的检测与测量,使之不再需要。例如:采用热耦合或双金属片制造的开关可实现热系统的自调节。No.44(4.1.2)假设No.43不可能,测量一复制品或肖像。例如:比较仪用于放大并精确测量一物体的肖像〔影像〕。该类物体通常难于测量,如软物体或具有不规那么外表的物体。No.45(4.1.3)假设No.43及No.44不可能,利用两个检测量代替连续测量。例如:机械加工中的量规。B将零件或场引入到已存在的系统中〔4.2〕No.46(4.2.1)假设一个不完整物-场系统不能被检测或测量,增加单一或双物-场,且一个场作为输出。假设已存在的场是非有效的,在不影响原系统的条件下,改变或加强该场。加强了的场应具有检测的参数,这些参数与设计者所关心的参数有关。例如:塑料制品中的小孔很难被检测到,将塑料制品内充满气体并密封,之后置于压力较低的水中,如果水中有气泡出现,那么存在小孔。
No.47(4.2.2)测量一引入的附加物。引入的附加物在原系统中变化,测量附加物的这种变化。例如:生物标本可在显微镜下测量,但其细微结构很难区分与测量,增加化学试剂使其能够区分与测量。No.48(4.2.3)假设系统中不能增加其他附加物,在环境中增加附加物使其对系统产生场,检测或测量场对系统的影响。例如:卫星相对于地球是环境中的附加物,它产生全球定位系统的连续信号〔场〕,地球上的人使用一个GPS接收器,通过测量卫星的相对位置,就可以确定人在地球的绝对位置。
No.49(4.2.4)假设附加物不能被引入到环境中去No.48,分解或改变环境中已存在的物质,使其产生某种效应,测量这种效应。例如:在气泡室内,存在低于沸点温度及压力的液态氢,当能量粒子穿过时,使局部沸腾,形成气泡路径,该路径可以被拍照,用于研究粒子的动特性。C加强测量系统〔4.3〕No.50(4.3.1)利用自然现象。例如利用系统中出现的科学效应,通过观察效应的变化,决定系统的状态。例如:导电流体的温度可由电导率的变化来确定。No.51(4.3.2)假设系统不能直接或通过场测量,测量系统或元件被激发的固有频率来确定系统的变化。例如:有限元分析:把在一定频率范围内变化的力加到物体的不同位置上,计算不同位置所产生的应力,以评价设计是否合理。No.52(4.3.3)假设No.51不可能,测量与特性相联系的物体的固有频率。例如:不直接测量电容。把一未知电容的物体插入一电感的电路中,改变所施加到电路上的电压频率,找到电路的固有频率,计算插入物体的电容。D测量铁磁场〔4.4〕在遥感、微装置、光纤、微处理器应用之前,为测量引入铁磁材料是流行的方法。No.53(4.4.1)增加或利用铁磁物质或系统中的磁场以便测量。例如:交通控制通常是通过红绿灯控制的,如果要知道何时有车辆等待,以及等待的车辆有多少,只要在道路上内置传感器〔含有铁磁部件〕将使得测量很容易。No.54(4.4.2)增加磁性粒子或改变一种物质成为铁磁粒子以便测量,测量所导致的磁场即可。例如:铁磁粒子被加到某种墨水中,用于纸币的印刷防伪。No.55(4.4.3)假设No.54不可能,建立一复合系统,添加铁磁粒子附加物到系统中。No.56(4.4.4)假设系统中不允许增加铁磁物质,将其加到环境中。例如:模型船的运动将产生波浪,为了研究波的形成,将铁磁粒子加到水中。No.57(4.4.5)测量与磁性有关的现象。例如:测量居里点、磁滞等。E测量系统的进化方向〔4.5〕No.58(4.5.1)传递到双或多系统。假设单一测量系统不能给出足够的精度,可应用双系统或多系统。例如:为了测量视力,验光师使用一系列的仪器测量远处聚焦、近处聚焦、视网膜整体的一致性,而不仅仅是其中心。No.59(4.5.2)代替直接测量,可测量时间或空间的一阶或二阶倒数。例如:测量速度或加速度,代替测量位移。第五类标准解第五类标准解是简化或改进上述标准解,以得到简化的方案。A引入物质〔5.1〕No.60(5.1.1)间接方法。1〕〔〕使用无本钱资源,如空气、真空、气泡、空洞、缝隙等。例如:潜水服的制造中,为了保持温度,不是一味增加橡胶的厚度,而是使橡胶产生泡沫,这样不仅减轻了质量,还提高了保暖性。2〕〔〕利用场代替物质。例如:金属探雷器是在电子线路与探头环内线圈振荡形成固有频率交变磁场,当金属接近时,改变了线圈的感抗,从而改变了振荡频率而报警。3〕〔〕用外部附加物代替内部附加物。4〕〔〕利用少量但非常活化的附加物。例如:利用铝热剂爆炸将铝焊接到某物体上5〕〔〕将附加物集中到一特定的位置上。例如:将化学去污剂准确的放到有污点的位置上就可以去掉污点。6〕〔〕暂时引入附加物。例如:为了治疗骨伤,将一金属钉固定在骨头上,等骨头治愈后再拔掉钉子。7〕〔〕假设原系统中不允许附加物,可在其复制品中增加附加物。例如:网络会议系统允许与会者不在同一会场。8〕〔〕引入化合物,当它们起反响时产生所需要的化合物,而直接引入这些化合物是有害的。例如:人体需要钠,但金属钠对人体有害。食盐中的钠那么可被人体吸收。9〕〔〕通过对环境或物体本身的分解获得所需的附加物。例如:在花园中掩埋垃圾代替使用化肥。No.61(5.1.2)将元件分为更小的单元。例如:为了增加飞机的速度,需要长度增加的螺旋桨,但长螺旋桨的尖端线速度超过了声速,将导致振动,用两个小的螺旋桨那么优于一个大的螺旋桨。No.62(5.1.3)附加物被使用完后自动消除。例如:使用干冰进行人工降雨,不会留下任何痕迹。No.63(5.1.4)假设环境不允许大量使用某种材料,使用对环境无影响的东西。例如:为了升起陷入沼泽地中的飞机,采用一种膨胀式升起的装置,而不可能用千斤顶。B使用场〔5.2〕No.64(5.2.1)使用一种场来产生另一种场。例如:在盘旋加速器中,加速度产生切伦可夫辐射,这是一种光,变化的磁场可以控制光的波长。No.65(5.2.2)使用环境中已经存在的场。例如:有些电子装置利用每个元件所产生的热量引起空气流动来进行冷却,而不用附加风扇。No.66(5.2.3)使用属于场资源的物质。例如:汽车内采用热机冷却剂作为一种热能〔场〕资源使乘客取暖,而不是直接应用燃料。C状态传递〔5.3〕No.67(5.3.1)状态传递1:替代状态。例如:利用物质的气、液、固三态。为了运输某种气体,可使其变为液态,使用时再变成气态。No.68(5.3.2)状态传递2:双态。例如:在滑冰时,使冰刀下的冰变为水那么减少摩擦力,之后水再变成冰以恢复冰的外表。No.69(5.3.3)状态传递3:利用状态转换过程中的伴随现象。例如:当金属超导体到达零电子阻力时,它变成一种非常好的热绝缘开关,隔开低温装置。No.70(5.3.4)状态传递4:传递到双态。例如:利用不导电的金属相变材料制造可变电容。该类电容极板之间采用不同的材料制成,当加热某些层时变为导体,冷却时变为绝缘体,电容的变化是靠温度控制的。No.71(5.3.5)部件或物相之间的相互作用。例如:利用化学反响的材料作为热循环发动机的工作元件。加热时材料分解,冷却时材料组合,以此改善发动机的功能。D应用自然现象〔5.4〕No.72(5.4.1)自控制传递。假设一物体必须具有不同的状态,应使其自身从一状态传递到另一个状态。例如:摄影玻璃在有光线的环境中变黑,在黑暗的环境中变的透明。No.73(5.4.2)当输入场较弱时,加强输出场。通常在接近状态转换点处实现。例如:真空管与晶体管都可以用小电流控制大电流。E产生高等或低等结构水平的物质〔5.5〕No.74(5.5.1)通过分解获得物质粒子。例如:假设系统中需要的氢不存在,而水存在,那么用电离法将水变成氢与氧。No.75(5.5.2)通过结合获得物质。例如:通过水与二氧化碳及光合作用,产生木材、树叶及果实。No.76(5.5.3)应用No.74和No.75时,假设高等结构物质需要分解,当又不能分解,由次高一级的物质状态代替;反之,如果物质是通过低结构物质组合而成,而该物质不能应用,那么采用高一级的物质代替。76个标准解应用流程描述问题检查测量问题采用第4类标准解问题判断系统改进问题有害作用采用第1.2类标准解系统转变问题没有作用采用第1.1类标准解转变幅度采用第1类第2类标准解采用第2类标准解系统跃变小幅转变采用第3类标准解解满意吗采用第5类标准解作用不足否是确定待改进的模型作用判断自然极限自然极限性能参数性能参数时间时间新发明技术改进技术成熟婴儿期成长期成熟期退出期(a)S曲线(b)分段S曲线处于这个阶段的系统,其开展是很慢的,因为没有足够的人力和财力的投入。莱特兄弟第一次飞行速度48km/h,经历了10年之后,飞机的速度才仅仅提高到了80km/h。成长期当整个社会意识到该系统的价值时,这一阶段就开始了。在这个阶段中,很多问题被解决,系统的工作效率和功能都得到了明显的提高和改进,而且还产生了一个新的市场。1914年,第一次世界大战开始,出于战争的需要,极大地刺激了飞机的开展;另外,逐渐增长的经济资源和人力资源,使飞机的设计越来越成为可能。成熟期当最初的系统设想已经到达自然极限时,系统的改进就变得很慢了,即使投入更多的财力和人力,得到的改进仍很少。因为标准的概念、形状、材料已确定,通过系统优化等也只能实现一些小的改进。自然极限飞机速度1903年1914年1922年1930年飞机进化的分段S曲线3050100140世界上最快的飞机X-43A〔2〕进化模式2:增加理想化水平每一种系统完成的功能在产生有用效应的同时都会不可防止地产生有害效应。系统改进的大致方向就是提高系统的理想化程度。理想化〔度〕=所有有用效应/所有有害效应应用常用资源而实现的简单设计就是一个一流的设计。例5-1:第一台计算机与现在的计算机比较;例5-2:不倒翁熨斗;如何才能有效增加系统的理想化程度?七种方法:1〕除双重元件如果系统包含双重元件〔子系统〕,那么考虑将其用一个综合的元件取代,这种系统就会得到简化。例如:煤矿救生员的制服。2〕采用更综合的子系统使用更综合的子系统和元件重新设计或重建系统,这样系统的维护和制造费用就会节省很多。例如:一体化汽车发动机。3〕去除辅助功能辅助功能是支持或辅助主要功能的实现的。很多时候辅助功能可以被去除〔以及和辅助功能相关的元件、部件〕,并不影响主要功能的实现。几种建议:a去除校正功能;校正功能目的是为了克服一些系统固有的缺陷〔有害动作〕,可以考虑校正系统消除的有害功能是什么?引起缺陷的原因是什么?例如:去除颜料溶剂。b去除预备操作〔功能〕考虑一下系统的每个预备操作〔功能〕的必要性,在没有任何预备操作的情况下,系统的原始功能是否还能实现?例:金属外表的合并处理;c去除防护功能考虑有无方法消除有害动作,或者减少或消除有害功能造成的损失?例如:月球上使用的电灯泡;d去除外壳功能系统元件常常安装在一个外壳里,系统很需要这个外壳吗?例如:没有外壳的子弹;6〕合并离散的子系统将完成相同功能的子系统合并,预先使它们的主要功能相协调。例如:收音机与电视机的组装;的多功能。7〕通过整体置换简化系统用一个可以实现同样功能的简单化的系统取代一个复杂的系统。例如:浮法玻璃的生产工艺。〔3〕进化模式3:系统元件的不均衡开展系统的每个组成元件和每个子系统都有自身的S曲线,不同的系统元件/子系统一般都是沿着自身的进化模式来演变的。不同的系统元件到达自身固有的自然极限所需的次数是不同的。首先到达自然极限的元件就“抑制〞了整个系统的开展。它将成为设计中的薄弱环节。同样,一个不兴旺的部件也是设计中最薄弱的环节之一。b参加添加剂来提高过程控制例如:抛光密闭容器的内外表。c引入动力学装置例如:汽车阻流板实现多种功能。d引入逆向过程系统例如:在起重机上使用永久磁铁。e引入组合控制例如:电子显微镜间隙调整。f引入一种控制考虑用一些组件或部件来替代可控性差的系统。例如:采用木质合成物作为水平地基。h改变一个主要过程以控制另一个过程例如:放大无线电信号。1〕建立一个双系统有以下10种方法:a建立一个相似双系统例如:双体船。b建立一个相似“补偿〞双系统例如:雾气消除法。c一个具有移换特征的双系统例如:新型橡皮。d相互竞争系统组成的双系统例如:附有加热系统的开凿机。f建立一个“牵引〞双系统例如:不同动力方式组合的轮船。g建立一个“补偿〞双系统例如:减弱高层建筑物的摇摆程度。b建立一个具有替换特征的多系统例如:多刃钻孔器。c将两个或多个双系统组合成一个多系统例如:制作一个微丝电容器。d建立一个动态多系统例如:彩色的纤维丝。〔6〕进化模式6:系统元件匹配和不匹配的交替出现这种进化模式可以称为行军冲突。这种进化模式中,系统元件可以是匹配的,也可以是不匹配的。有时制造一个不对称的系统会提高系统的功能。例如:具有六个切削刃的刀具,如果各切削刃的角度并不是精确的600,如:60.50、590、610、580、59.50那么这种工具会更有效,因为它会产生6种不同的频率,防止振动。例如:轿车采用板簧开展到专用减震器。
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