创新方法TRIZ理论课件第7章 发明原理

第7章发明原理本章主要内容7.1发明原理7.4本章小结7.2发明原理内容详解7.3发明原理的应用7.5练习7.1发明原理

阿奇舒勒通过对250万份专利进行研究、分析和总结，发现只有20%左右的专利才称得上是真正的创新，许多宣称为专利的技术，其实早已经在其他行业中出现并应用过。在不同的技术领域，类似的问题和相同的解决方案被人们反复使用。7.1发明原理食品加工行业中的爆米花设备、农产品加工行业中的辣椒去籽设备、珠宝加工行业中的钻石破碎设备等等，它们虽然所处的行业不同，解决的问题也不一样，但都运用了相同的原理，即应用缓慢加压，待压力增大到一定程度，再突然卸压，从而达到预期效果。40个发明原理

阿奇舒勒认为发明问题的原理一定是客观存在的，如果掌握了这些原理，就可将其应用到各个行业中。阿奇舒勒提炼出了TRIZ理论中最重要，具有普遍用途的40个发明原理。这40个发明原理开启了一道发明问题解决的天窗，将发明从魔术推向科学。40个发明原理

针对典型矛盾的典型解决方案，在大多数情况下，能够有效解决问题。阿奇舒勒将这些典型的解决方案进行归纳总结并进行编号，总共40个，称为40个发明原理。40个发明原理的序号和内容内容是一一对应的，顺序是固定不变的。序号原理名称序号原理名称序号原理名称序号原理名称No.1分割No.11预先应急措施No.21紧急行动No.31多孔材料No.2抽取No.12等势性No.22变害为利No.32改变颜色No.3局部质量No.13逆向思维No.23反馈No.33同质性No.4非对称No.14曲面化No.24中介物No.34抛弃与修复No.5合并No.15动态化No.25自服务No.35参数变化No.6多用性No.16不足或超额行动No.26复制No.36相变No.7套装No.17维数变化No.27廉价替代品No.37热膨胀No.8重量补偿No.18振动No.28机械系统的替代No.38加速强氧化No.9增加反作用No.19周期性动作No.29气动与液压结构No.39惰性环境No.10预操作No.20有效运动的连续性No.30柔性壳体或薄膜No.40复合材料

每一个发明原理包括原理的编号、名称、原理所包含的若干个指导原则。下面将40个发明原理结合案例逐一解释。3.局部质量原理A.将物体、环境或外部作用的均匀结构变为不均匀的。B.让物体的不同部分各具不同功能。C.让物体的各部分处于完成各自功能的最佳状态。原理的编号原理的名称原理所包含的指导原则A.将一个物体分成多个相互独立的部分。(1)内燃机内部分成多个汽缸(2)暖气上的多个暖气片B.将物体分成容易组装和拆卸的部分。(1)组合家具方便运输和搬运(2)建筑上的预制件和活动房屋C.增加物体的分割程度。(1)武器中的子母弹(2)用百叶窗代替整体窗帘原理1.分割原理A.从物体中抽取出有害的部分或属性。(1)从口腔中拔掉一颗坏牙，以保持口腔的健康(2)分体式空调，将产生噪声的压缩机移到室外B.从物体中抽取出有用的部分或属性。(1)将稻草人放在稻田中，驱赶害鸟(2)使用狂吠的狗的声音，作为防盗报警器原理2.抽取原理A.将物体、环境或外部作用的均匀结构变为不均匀结构。(1)将好钢用在刀刃上，改善刀的强度(2)将金属表面进行渗碳处理，提高其耐磨性能B.让物体的不同部分具有不同的功能或特性。(1)带橡皮檫的铅笔（既可写字，又可擦字）(2)羊角锤运用锤子的两个部分（既可钉钉子，又可起钉子）C.让物体的不同部分处于完成各自功能的最佳状态。(1)快餐饭盒分区存放热、冷食物和汤(2)电脑键盘按使用频率来分布各键原理3.局部质量原理A.将物体由对称变为不对称。(1)搅拌车采用不对称的搅拌装置，增强搅拌效果(2)USB插头等设计成不对称的形状，避免插反B.增加不对称物体的不对称程度。(1)将圆形的垫片改成椭圆形或异形，以提高密封效果(2)坦克不同部位的装甲厚度不同原理4.非对称原理A.在空间上，将相似的（相同的、相关的、接近的、时间上连续）的对象加以组合（合并）。(1)利用网络将多台计算机联结起来(2)将多种机床按工艺排列形成一条生产线B.在时间上，将相似的(相关的、同类的、接近的、相同的、时间上连续的）操作或功能加以组合（合并）。(1)冷热水水龙头(2)摄像机在拍摄影像时，同步录音C.将具有不同（或相反）功能的对象合并或组合在一起实现新的功能。(1)羊角锤，既可钉钉子，又可起钉子(2)带橡皮的铅笔，既可以写字，又可以擦除原理5.组合原理A.使一个物体能够执行多种不同的功能，消除了该功能在其他物体内存在的必要性。(1)瑞士军刀可以提供多种功能(2)智能手机提供通话、短信、拍照、播放歌曲、导航等多种功能原理6.多用性原理A.把一个物体嵌入另一个物体，然后将这两个物体再嵌入第三个物体，依此类推。(1)吊车的吊臂(2)俄罗斯套娃B.让某一物体穿过或处于另一物体的空腔。(1)收音机拉杆天线(2)照相机伸缩式变焦镜头原理7.嵌套原理A.将某一物体与另一能提供上升力的物体组合，以补偿其重量。(1)飞艇利用浮力来补偿人和货物的重量(2)用氢气球悬挂广告条幅B.通过与环境的相互作用（利用空气动力、流体动力等）实现物体的重量补偿(1)飞机机翼在空气中运动时，可以减小机翼上方空气的密度，增加机翼下方空气的密(2)直升机的螺旋桨与空气发生相对运动时，可以提升上升力原理8.重量补偿原理A.事先施加反作用力，以抵消工作状态下过大的和不期望的应力。(1)给枕木渗入油脂来阻止腐朽(2)在溶液中加入缓冲剂来防止高PH值带来的危害B.如果物体处于或将处于受拉伸状态，那么事先施加反作用。(1)在浇注混凝土之前对钢筋进行预压处理(2)用覆盖胶带，保护不被喷涂物体的一部分原理9.预先反作用原理A.预先对物体（全部或部分）施加必要的改变。(1)预先被打孔的邮票(2)预先做好的方便面B.预先安置物体，使其在最方便的位置开始发挥作用而不浪费运送时间。(1)加油站预付费自助加油卡(2)预先在建筑通道里安置灭火器原理10.预先作用原理原理11.事先防范原理A.采用预先准备好的应急措施，补偿物体相对较低的可靠性。(1)建筑物中的应急灯(2)降落伞的备用伞包A.以某种方式改变作业条件（工作状态），而不必升高或降低物体。(1)高层建筑运送乘客的电梯(2)水力发电站水坝上的船闸原理12.等势原理A.用与原来相反的作用实现相同的目的。(1)用白板加黑笔代替传统的黑板加白粉笔(2)直流电动机也可作直流发电机B.让物体或环境可动部分不动，不动部分可动。(1)健身跑步机让机械运动，人在原地(2)机加工中使工件旋转，刀具固定C.将物体上下或内外颠倒。(1)通过翻转容器，将谷物倒出(2)把杯子倒置，从下往上喷水清洗原理13.反向作用原理A.用曲线或球面代替直线或平面，用球体代替多面体。(1)跑道设计成圆形，而不是直线形(2)结构设计中用圆倒角，避免应力集中B.采用滚筒、球、螺旋结构。(1)滚筒洗衣机，减少衣物磨损(2)螺旋形楼梯，节省空间C.利用离心力，用旋转运动代替直线运动。(1)洗衣机中的离心脱水机(2)酒店旋转门原理14.曲面化原理A.将物体分割为多个部分，使其各部分可以改变相对位置。(1)自行车链条(2)蝴蝶电脑键盘B.使不动的物体可移动。(1)柔性的孔窥视仪用于检查发动机(2)在医疗检查中，使用胃镜C.调整物体或物体所处的环境，使其在工作的各阶段达到最佳状态。(1)多功能可调方向盘(2)可调整的折叠椅原理15.动态特性原理A.如果所期望的效果难以百分之百实现，采用稍微超过或稍微小于期望值的做法，使问题得到简化。(1)先采用过量喷涂，再去除多余的油漆(2)打土坯时先在模具中放入过量的泥浆，再压实刮掉多余的泥浆原理16.不足或过度作用原理A.将物体变为二维运动，以克服一维运动或定位的困难;或过渡到三维空间运动以消除物体在二维平面运动或定位的问题。(1)螺旋楼梯(2)工字钢B.将单层排列的物体变为多层排列(1)立体车库(2)三碟影碟机C.将物体倾斜或侧向放置。(1)自动卸载车(2)汽车装卸油桶时，利用木板形成斜坡，使装卸容易D.利用给定表面的反面。(1)双面的地毯(2)两面穿的衣服原理17.空间维数变化原理A.使物体发生机械振动。(1)用筛子筛米(2)电动剃须刀B.如果物体已处于振动状态，提高振动频率。(1)高速运转的电钻(2)利用超声波的洗碗机C.利用共振频率(1)超声波碎石机利用共振频率击碎胆结石(2)微波炉利用谐振腔产生微波加热食物D.用压电振动代替机械振动。(1)高精度时钟使用石英晶体振动(2)CPU时钟信号采用石英晶体振动E.超声波振动和电磁场耦合。(1)利用感应电炉制作合金(2)将超声波与加热组合用来进行烘干原理18.机械振动原理A.用周期性动作或脉冲动作代替非周期性动作。(1)警笛和警灯利用周期性的鸣叫和闪烁，更容易引起人们的注意(2)松开生锈的螺母时，用间歇性冲力比持续拧力有效B.如果已经是周期性动作，改变其动作频率。(1)用频率调制来传送信息，而不用Morse编码(2)洗衣机脱水时通过提高转速，增大离心力，来甩干衣物C.在脉冲周期的间隙来完成其他有用动作。(1)医用呼吸机，每五次胸廓运动，进行一次心肺呼吸(2)电视信号利用传送图像信号的间隙来传送声音信号原理19.周期性作用原理A.让物体满载持续工作，以提供更佳性能(1)工厂采用倒班制，让机器满负荷连续运行(2)汽车临时停车时，飞轮储存能量，使发动机运转平稳B.消除空闲和间歇性动作。(1)建筑关键部位施工时，必须连续浇注混凝土(2)针式打印机的打印头在回程过程中，也进行打印原理20.有效作用的连续性原理A.将危险或有害的过程或步骤在高速下进行(1)快速切割塑料管，避免塑料受热变形(2)照机闪光灯快速闪光，避免强光伤害眼睛原理21.快速通过原理A.利用有害因素（或有害效应），得到有益的结果。(1)工厂的废水处理和利用(2)利用废炉渣制作炉渣砖B.将两个有害的因素相结合进而中和或消除它们的有害作用。(1)潜水中用氮氧混合气体，以避免单用时造成氮昏迷或氧中毒(2)垃圾焚烧发电，既消除了垃圾，还能产生电能C.增大有害因素的幅度直至有害作用消失。(1)森林灭火时采用逆火来灭火(2)利用可控的氧化作用来保护钢铁原理22.变害为利原理A.在系统中引入反馈，以改善性能(1)自动导航系统(2)利用力矩扳手显示螺丝拧紧的程度B.如果已引入反馈，改变其大小或作用(1)飞机接近机场时，改变自动驾驶系统的灵敏度(2)电饭煲根据食物的成熟度来自动加热或断电原理23.反馈原理A.使用中介物实现所需的作用(1)利用扳手拧紧螺栓(2)利用拨子来弹琴B.把一物体与另一容易去除的物体暂时结合在一起。(1)化学反应用的催化剂(2)饭店上菜用的托盘原理24.中介物原理A.物体通过执行辅助或维护功能，为自身服务。(1)自清洁玻璃(2)自动除霜电冰箱B.利用废弃的能量与物质(1)稻秆直接填埋做下一季肥料(2)用生活垃圾作肥料原理25.自服务原理A.用简单、廉价的复制品代替复杂、昂贵、易损或不易获得的物体。(1)服装店里利用塑料模特代替真人模特(2)虚拟现实系统，如虚拟训练驾驶员B.用光学复制品（图像）代替实物或实物系统，可按一定比例放大或缩小复制品。(1)用卫星图片代替实地测量(2)由图片测量实物尺寸C.如果已使用了可见光复制品，用红外光或紫外光复制品代替。(1)用红外报警系统探测入侵者(2)利用紫外光诱杀害虫原理26.复制原理A.用廉价的物体代替昂贵的物体，虽然降低了某些特性，但可以实现相同功能(1)使用一次性餐具，清洁卫生(2)使用仿真软件，代替昂贵的实物设备原理27.廉价替代品原理A.用光学、声学、味觉或嗅觉系统来代替机械系统。(1)用声音、指纹或视网膜代替传统的机械钥匙(2)洗手间红外感应开关代替机械开关B.使用与物体相互作用的电场、磁场、电磁场。(1)静电除尘代替机械除尘(2)电磁铁吊装重物代替机械吊装重物原理28.机械系统替代原理C.用移动场代替固定场，动态场代替静态场，结构化场代替非结构化场。(1)变频空调代替普通空调(2)交流电动机代替直流电动机D.把场和能够与场发生相互作用的粒子，组合起来使用。(1)通过使用变化磁场加热含有铁磁材料的物质，当温度超过居里点时变成顺磁性，并不再吸收热量，从而实现恒温(2)对光反应变色的玻璃原理28.机械系统替代原理A.将物体的固体部分用气体或流体代替，如充气结构、充液结构、气垫、液体静力结构和流体动力结构等。(1)用气垫运动鞋代替普通运动鞋(2)用气动钉钉枪代替机械钉钉枪原理29.气压和液压结构原理A.使用柔性壳体或薄膜代替标准结构。(1)用布衣柜代替木制衣柜(2)用薄膜开关代替机械开关B.使用柔性壳体或薄膜，将物体与环境隔离。(1)游泳帽将头发和水隔离开来(2)用地膜防止土地的水分蒸发原理30.柔性壳体或薄膜原理A.使物体变为多孔或加入多孔物体。(1)蜂窝煤(2)多孔砖B.如果物体是多孔结构，则可以利用这种多孔结构引入有用的物质或功能。(1)在海绵的孔隙存储液体氢(2)泡沫金属用于制造飞机机翼原理31.多孔材料原理A.改变物体或环境的颜色(1)在冲洗照片的暗房中使用红色灯光(2)化学试纸通过颜色变化测量溶液的酸碱度。B.改变物体或环境的透明度(1)感光玻璃，随光线改变其透明度(2)变色眼镜，根据光强改变透光度原理32.改变颜色原理A.存在相互作用的物体用相同材料或特性相近的材料制成(1)用金刚石切割钻石(2)用伤者身上的其他部位组织医治伤口原理33.同质性原理A.采用溶解、蒸发等手段抛弃已完成功能的零部件，或在系统运行过程中直接改变它。(1)可溶性药物胶囊，在进入病人胃部后，即刻溶解消失(2)火箭助推器在完成其作用后，立即分离和抛弃B.在工作过程中迅速补充系统或物体中消耗的部分。(1)自动铅笔，在使用完一段笔芯后，自动加载另一段笔芯(2)自动步枪，在发射完一发子弹后自动装填另一发子弹原理34.抛弃或再生原理A.改变物体的聚集态（物态）。(1)将二氧化碳制成干冰，便于存储和运输(2)将氧气、氮气从气态转换为液态，以减小体积B.改变浓度或密度(1)用洗手液代替肥皂，可以定量控制，减少浪费(2)改变硫酸的浓度，硫酸的性质也不同原理35.物理\化学状态变化原理C.改变柔度。(1)硫化橡胶改变了橡胶的柔性和耐用性(2)把固定锁改成链条锁，增加其柔度D.改变温度。(1)提高烹饪食品的温度，可改变食品的色香味(2)利用冰箱将食物冷冻起来，可增加其保鲜时间原理35.物理\化学状态变化原理A.利用物质相变时产生的某种效应，如体积改变、吸热或放热。(1)制冷设备利用制冷剂蒸发时吸热，冷凝时放热将热量从室内带到室外(2)利用水在冰冻后膨胀这一特性，进行定向无声爆破原理36.相变原理A.使用热膨胀或热收缩材料(1)装配钢双环时，可使内环冷却收缩，外环升温膨胀，再将两环装配，待恢复常温后，内外环就紧紧装配在一起了。(2)利用热膨胀材料做成自动喷淋系统，用于防火。B.组合使用不同热膨胀系数的几种材料。(1)双金属片传感器，使用两种不同膨胀系数的金属材料并连接在一起，当温度变化时双金属片会发生弯曲，从而实现开关功能。(2)利用不同热膨胀系数的几种金属做成记忆合金，当温度达到设定温度时，合金恢复原来的形状。原理37.热膨胀原理A.用富氧空气代替普通空气。(1)水下呼吸器中存储浓缩空气，以保持长久呼吸(2)用风箱或鼓风机将空气吹入火炉中，以提供更多氧气B.用纯氧代替空气(1)用乙炔-氧代替乙炔-空气切割金属(2)火箭发动机采用氢气和纯氧作燃料原理38.强氧化剂原理C.用离子化氧代替纯氧。(1)空气过滤器通过电离空气来捕获污染物(2)对食物进行放射处理，以改善其储藏质量D.用臭氧代替含臭氧氧气或离子化氧气。(1)臭氧溶于水中去除船体上的有机污染物(2)用臭氧杀死谷物中的微生物原理38.强氧化剂原理A.用惰性环境代替通常环境(1)利用二氧化碳进行灭火(2)在轮胎中充入氮气，延长轮胎的寿命B.使用真空环境。(1)真空包装食品，延长储存期(2)在真空环境中生产芯片，防止灰尘污染原理39.惰性环境原理A.用复合材料代替均质材料。(1)汽车挡风玻璃由玻璃层、塑料薄膜和玻璃层等复合材料构成(2)平底煎锅上的不粘锅涂料由特氧龙复合材料涂层构成原理40.复合材料原理7.3发明原理的应用

前面我们对40个发明原理进行了详细的介绍。下面我们将分别以发明原理3（局部质量原理）、发明原理15（动态特性原理）为例，说明其具体的应用方法。7.3发明原理的应用

一、应用发明原理3（局部质量原理），解决发明问题的示例如下。图7-3菜刀把好钢用在刀刃上

局部质量原理A：将物体、环境或外部作用的均匀结构变为不均匀结构。

菜刀把好钢用在刀刃上，如图7-3所示。图7-4羊角锤

（2）局部质量原理B：让物体的不同部分具有不同的功能或特性。羊角锤运用锤子的两个部分（既可钉钉子，又可起钉子），如图7-4所示。图7-5快餐饭盒分区存放不同食物

（3）局部质量原理C：让物体的不同部分处于完成各自功能的最佳状态。快餐饭盒分区存放热、冷食物和汤，如图7-5所示。原理15.动态特性原理A.将物体分割为多个部分，使其各部分可以改变相对位置。B.使不动的物体可移动。C.调整物体或物体所处的环境，使其在工作的各阶段达到最佳状态。二、应用发明原理15（动态特性原理）解决发明问题的示例如下。图7-6自行车链条

(1)动态特性原理A：将物体分割为多个部分，使其各部分可以改变相对位置。自行车链条，如图7-6所示。图7-7医疗检查中使用的胃镜

（2）动态特性原理B：使不动的物体可移动。医疗检查中使用的胃镜，如图7-7所示。图7-8多功能可调方向盘

（3）动态特性原理C：调