创新方法TRIZ理论课件第10章 物场模型和标准解

第10章物-场模型与标准解系统物－场模型分析法简介●

Altshuller于1979年发表了名为《创造是一门精密的科学》的专著，书中论述了物-场模型的概念和物-场分析法的基本原理。这是Altshuller晚期的主要工作之一!阿奇舒勒通过对功能的研究发现了下述3条定律（1）所有的功能都可分解为3个基本元素：两个物质和一个场（2）一个存在的功能必定由3个基本元素构成（3）缺一不可的三个基本元素以合适的方式有机结合，才能有效实现一种功能技术系统存在的目的是实现功能。功能可以分解为2种物质（Substance--S）和1种场（Field--F）。（作用对象S1、工具S2、场F）技术系统的功能模型可以用一个完整的物质--场

(Substance--Field)三角形来表示。什么是物-场模型目录10.1物-场模型的一些基本概念10.4物-场模型的标准解10.2基本的物-场模型分类10.3物-场模型的一般解法10.5物-场模型标准解分析案例10.1物-场模型的一些基本概念物－场分析法的三元素

用S1表示原料或工件，充当被作用、被操作、被改变的角色；用S2表示工具，它作用、操作或改变被动元件S1。

物质（S1、S2）：是一种与任何结构、功能、形状、材质等复杂性无关的实物，可以是材料、工具、零件、人、环境等。TRIZ中的场：将存在于物质之间的各种各样的作用都用场来表示。

力场：（持续力、冲击、脉冲）

声场：（超声波、次生波）

热场：（加热，降温）电场、磁场、电磁场光学场：（紫外线、可见光、红外线）辐射场：（放射性辐射、电离辐射）化学场：（氧化、腐蚀）

……物质的类型人员类：产品的使用者（用户）材料类：热性质材料、电、磁性质材料、光学性质材料环境类：地面，空气，矿山典型物理状态：气态、液态、固态、等离子体（电浆）中间态和化合状态：气溶胶、液溶胶、固溶胶、泡沫、粉末、凝胶、多孔物

……符号过度的定向作用正常、有效的相互作用

效用不足的相互作用

有害的相互作用意义有效的作用不足的作用有害的作用物—场分析法符号+++++++++++++10.2基本的物-场模型分类FS2S1４有害的完整模型物-场分析法的４种功能模型FS2S1１有效完整模型FS2２不完整模型FS2S1

３作用不足的完整模型第一种模型是我们追求的目标；对后3种模型，TRIZ理论提出了物-场模型的6个一般解法。1、有效完整的物-场模型：实现功能的3个元素齐全，且有效实现功能。最小的具有工作能力的可控技术模型案例：把生米用水煮熟。首先把锅中洗好的米加上适量的水，再把锅放到火上烧。所以煮饭就是一个3元素完整且有效的物-场模型。在煮饭阶段，米接触水，锅在模型中不出现，热量（F）通过水（S2）作用于米(S1)。122、不完整的物-场模型：实现功能的3个元素不全，缺场或物质（工具）对不完整模型，应针对所缺少的元素给予引入物质或引入场，使形成有效完整的物场模型，从而得以实现功能。S2S1FS1S2S1FS2FS2S1案例：如何将火柴理顺后装入火柴盒？引入磁粉S2和磁场F，F作用于S2，S2同时作用于火柴S1，表述如下：S1火柴火柴磁粉磁场FS1S23、作用不足的物-场模型（有用但不充分的相互作用）：3个元素齐全，但功能未有效实现或部分实现。案例：冰雪路面对车轮的摩擦力。冰雪路面（S2）对车轮(S1)有摩擦力（F），但力度不够，车轮会打滑。冰雪路面对车轮的摩擦力（摩擦力属于机械场）不足以支撑车正常行驶。4、有害的物-场模型3个元素齐全，但产生了有害的效应，需要消除这些有害效应。案例：车辆噪声扰民

车辆产生的噪音（F）即振动场的能量作用在空气（S2）上形成驻波，产生噪声，噪声作用于居民（S1）身上，对其正常生活形成了干扰。10.3物-场模型的一般解法物场模型类型及一般解法TRIZ重点关注不完整的物-场模型、有害的物-场模型、作用不足的物-场模型。提出了六种一般解法。•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.补足缺失元素有问题的物-场模型序号物-场模型分类对应的一般解法1不完整的物-场模型解法1：针对所缺少的元素给予补足（物质或场），使其成为完整模型2有害的物-场模型解法2：增加另一物质S3来阻止有害效应的产生，S3可以是现成物质，或是S1、S2的变异、或是通过分解环境而获得的物质；解法3：增加另一个场F2来平衡产生有害效应的场。3作用不足的物-场模型解法4：用另一个场F2代替原来的场F1；解法5：增加另外一个场F2来强化原有的有用效应；解法6：增加物质S3并加上另一个场F2来强化有用效应。非正常物-场模型一般解法应用一般解法解题流程方案问题物场模型六个一般解有问题的物-场模型转化模型类型应用物-场模型的一般解法应用—钢丸发送机弯管部分磨损问题

工程上使用管道运送金属颗粒，将金属颗粒从管道的一端用高速空气送入管道，金属颗粒在管道中被空气从另一端送出。但是，在管道的转弯处，金属可以频繁撞击管道壁，管道容易损坏，使用物场模型来求解。高速空气金属颗粒管道第一步：确定问题：输送金属颗粒第三步：分析物场模型，查找一般解法第二步：确定物－场模型（有害效应的完整模型）

使用的元件：S2金属颗粒，S1管道，场F（机械场）一般解法一般解法FS2S1S3FS2S1FS2S1F2高速空气管道S2金属颗粒S1磁铁F2解决方案：在弯管外放置磁铁，将飞行中的金属颗粒吸附在弯管内壁，形成保护层。10.4物-场模型的标准解标准解系统依据Altshuller发现的规律：如果问题的物-场模型是一样的，那么解决方案的物-场模型也是一样的，和这个问题来自于哪个领域无关。他一共发现总结了76个解模型，所以也叫76个标准解。按照问题的类型分为五级，建立起了标准解法系统。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第1级：物-场的构建和拆解其解法聚焦于建立和拆解物-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。

第2级：改进系统由直接进行效应不足的物-场模型的改善，以及利用各种效应来提升系统性能的方法所组成。第3级：系统转换

包括向双、多级系统和微观级系统转化的法则。这些法则继续沿着系统改善的方向前进。 第4级：检测与测量涉及测量和检测方法的物场模型的建立与增强问题。第5级：简化与改进策略

一般情况下，应用第1-4级中的标准解法会导致系统复杂性的增加，第5级中的标准解法将引导大家如何给系统引人新的物质又不会增加任何新的东西。换句话说，这些解法专注于对系统的简化。它是应用前4级标准解法时的一些指导原则，是更灵活更有效的应用标准解法，所以也称为标准解法的应用标准。当前问题问题类型需要改进系统测量和检测问题建立物场模型模型不完整产生有害效应效应作用不足第四级标准解§1.1标准解

§1.2标准解第二＆第三级标准解建立物场模型第五级标准解模型类型标准解法系统的应用流程10.5物-场模型标准解分析案例工程案例：淬火油槽问题探讨淬火是将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。问题描述与分析淬火存在的问题（1）淬火油槽内上下油液温度相差较大，给产品热处理质量带来隐患。（2）工件在静油中淬火，表面极易形成蒸汽膜，影响淬火质量。（3）工人劳动强度大，生产效率低（特别是大件）。FS1S2冷却淬火油工件识别模型中的三个要素，构建物-场模型构建系统模型对此物场模型进行分析，由于在问题描述中静止的淬火油存在的问题，造成静止的淬火油对工件的冷却作用不足，即作用力有用但不充分。根据物场模型中类型分析，作用不足主要采用class2&3；从标准解中第二级增强物场模型的标准解中选取：2.1.2双并联物质—场模型。F1S1S2冷却淬火油工件机械场F2寻找标准解外加机械场主要通过搅拌完成，搅拌能够造成淬火油在淬火工件之间的强烈运动，以加快热交换过程，使高温阶段蒸汽膜形成初期即被破坏，从而提高了工件在淬火过程中的冷却速度，同时在低温对流期也加速热量的传递，避免油温局部温度过高，使槽中各部分油温趋于均匀，从而达到加强冷却的效果。提出三种搅拌方案：叶轮搅拌、压缩空气搅拌和油液自身循环搅拌（即喷射式搅拌）。具体方案方案对比方案一为叶轮搅拌：其可获得较好的紊流效果,叶轮无需管道，容易安装、取出和维修。缺点是：①制造工作量大，且需安装导流板，费用高。②叶轮占据油槽的有效空间。③油液横向流动势必会加大细长件的变形量。方案二为压缩空气搅拌：优点是改造工程简单，方便，费用低，只要将压缩空气接入油槽即可起到搅拌作用。缺点是：①压缩空气在油中会产生气泡，使工件表面产生软点。②压缩空气中含有水分，水分进入淬火油槽，影响淬火油的冷却性能，甚至导致淬火油报废。方案三为油液自身循环搅拌（即喷射式搅拌）：具体做法是用油泵从淬火油槽中抽油、增压，通过管道将油打回淬火油槽，从而使油液循环搅拌翻腾。高压油造成的油液翻腾搅拌效果类似于压缩空气，但却克服了压缩空气搅拌的两大缺点。最终选定方案三喷射式搅拌喷射式搅拌装置是由离心式热油泵，将热油从油槽中抽出，经过板式换热器冷却，再以较高的压力通过开有若干出油孔的喷油管路垂直送回油槽，强制油液产生对流、循环的原理制成（见附图）。该方案在实