《创新设计-TRIZ系统化创新教程》课件 第11章 物理冲突

第11章物理冲突解决理论创新设计研究所主要内容物理冲突分离原理案例分析1.物理冲突当系统的某一个参数需要变化时，针对该参数出现了相反的要求，这时就出现了物理冲突（如长度、面积、体积）。物理冲突是一种更尖锐的冲突。物理冲突举例：例11.1：在飞机速度一定的情况下，机翼面积的増大有利于提高升力，但阻力会增加；相反的，机翼面积的减小有利于减小阻力，但升力会减小。11-1概述11-1概述2.物理冲突与技术冲突的关系一般每个技术冲突背后都有相应的物理冲突。技术冲突与物理冲突之间的关系可以用下图形象表示。参数C正向取值，会导致参数A改善，参数B恶化；反之，相反。参数A与参数B就构成一对技术冲突。而参数C既要正向取值，又要负向取值，则对参数C而言，就是物理冲突。参数CC↑C↓参数A改善参数B恶化参数A恶化参数B改善（a）（b）在把技术冲突的两个参数进行通用化描述时，如果改善参数和恶化参数只能用同一通用工程参数描述，则此时只能应用物理冲突描述问题。3.物理冲突的描述方法物理冲突的一般描述方法为：关键子系统（名称）应该具有或已有（“有用”参数），以能满足（“第一条要求”）该子系统（名称）不应该或不能有（“有害”参数），以能满足（“第二条要求”）。常见的描述物理冲突的如下表所示。11-1概述1.物理冲突解决方法物理冲突的解决方法一直是TRIZ研究的重要内容，80年代Glazunov提出了30种解决方法，90年代Savransky提出了14种解决方法。Altshuller在70年代提出了以下11种解决方法：No.1冲突特性的空间分离No.2冲突特性的时间分离No.3将不同系统或元件与一超系统相连No.4将系统改为反系统，或将系统与反系统相结合No.5系统作为一个整体具有特性B，其子系统具有特性-BNo.5微观操作为核心的系统No.7系统中一部分物质的状态交替变化No.8由于工作条件变化使系统从一种状态向另一种状态过渡No.9利用状态变化所伴随的现象No.10用两相的物质代替单相的物质No.11通过物理作用及化学反应使物质从一种状态过渡到另一种状态11-2分离原理1.物理冲突解决方法（续1）按TRIZ原理，物理冲突要彻底消除。其基本原理：在同一空间、同一时间、同一条件、同一元件不可能具有相反的特性。因此要解决物理冲突，就可以在空间、时间、不同元件（层次）或不同条件下实现冲突要求的分离。现代TRIZ在总结物理冲突解决的各种研究方法的基础上，提出了采用如下的分离原理解决物理冲突的方法：——空间分离；——时间分离；——基于条件的分离；——整体与部分的分离。11-2分离原理1.物理冲突解决方法（续2）通过采用内部资源，结合效应求解，物理冲突已用于解决不同工程领域中的很多技术问题。所谓的内部资源是在特定的条件下，系统内部能发现及可利用的资源，如材料及能量。若关键子系统是物质，则几何或化学效应的应用是有效的；若关键子系统是场，则物理效应的应用是有效的。有时从物质到场，或从场到物质的传递是解决物理冲突问题的有效方案。11-2分离原理11-2分离原理2.

分离原理空间分离：元件的某一部分有特性P，另一部分具特性-P，在空间上分离该两部分。时间分离：在某一时间，元件具有特性P，在另一时间，该元件具有特性-P，按时间先次序分离P与-P。基于条件的分离：在某一条件，元件具有特性P，在另一条件，该元件具有特性-P，按时间先次序分离P与-P。整体与部分的分离：系统整体具有特性P，而其部分具有特性-P，分离整体与部分。11-2分离原理2.分离原理（1）空间分离原理所谓空间分离原理是将冲突双方在不同的空间分离，以降低解决问题的难度。应用该原理时，首先应回答如下问题：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，利用空间分离原理是可能的。例：通过链条传动实现了对速度要求和对安全性要求都集中在车轮上这一物理冲突，其原理符合空间分离原理。（1）空间分离原理（续）例：军用船只利用声呐探测外部世界，但又易受本船噪声的影响。利用电缆拖着千米之外的声纳探测器，被拖的声纳探测器与产生噪声的船只在空间处于空间分离状态。11-2分离原理2.分离原理（2）时间分离原理所谓时间分离原理是将冲突双方在不同的时间段分离，以降低解决问题的难度。应用该原理时，首先应回答如下问题：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，利用时间分离原理是可能的。例：折叠式自行车在行走时体积较大，在储存时因已折叠体积较小，行走与储存发生在不同的时间段，因此采用了时间分离原理。11-2分离原理（2）时间分离原理例：航空母舰上的飞机机翼在飞行和停放时形状发生变化，这种变化采用了时间分离原理。11-2分离原理2.分离原理（3）基于条件的分离所谓基于条件的分离原理是将冲突双方在不同的条件下分离，以降低解决问题的难度。应用该原理时，首先应回答如下问题：是否冲突一方在所有的条件下都要求“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，利用基于条件的分离原理是可能的。例：应用双向记忆合金，可以通过温度改变实现零件不同的形状，下图为装有形状记忆合金弹簧的恒温阀，可以实现阀随温度的启闭。11-2分离原理2.分离原理（4）整体与部分的分离所谓整体与部分的分离原理是将冲突双方在不同的层次分离，以降低解决问题的难度。当冲突双方在关键子系统层次只出现一方，而该方在子系统、系统或超系统层次内不出现时，总体与部分的分离是可能的。例：自行车链条微观层面上是刚性的，宏观层面上是柔性的。例：自动装配生产线与零部件供应的批量化之间存在冲突。自动生产线要求零部件连续供应，但零部件从自身的加工车间或供应商运到装配车间时要求批量运输。专用转换装置接受批量零部件，但连续地将零部件输送给自动装配生产线。11-2分离原理3.分离原理与发明原理的关系DarrellMann通过研究提出，解决物理冲突的分离原理与解决技术冲突的发明原理之间存在关系，对于每一条分离原理，可以有多条发明原理与之对应。分离原理发明原理空间分离1、2、3、4、7、13、17、24、26、30时间分离9、10、11、15、16、18、19、34、37整体与部分分离12、28、31、32、35、36、38、39、40条件分离1、5、6、7、8、13、14、22、23、25、27、33、35

只要能确定物理冲突及分离原理的类型，40条发明原理及发明原理的工程实例可帮助设计者尽快确定新的设计概念。11-2分离原理案例1：喷砂后处理问题（1）问题背景喷砂处理是利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基体表面的过程。采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料（铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海南砂）高速喷射到需要处理的工件表面，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度。喷砂后，需要把砂子从工件表面和内部清除。但对于内腔或外部复杂的零件，尤其是有孔的零件，清理砂子有时非常困难。11-3案例分析（2）物理冲突描述砂子需要存在以对工件表面产生预定的作用，砂子又不能存在，以避免砂子留在工件内部，影响后面的工艺质量和最后的使用。即砂子既要有，又要无，但发生在不同时间内，可采用时间分离。问题转变为如何清除结构复杂件内部砂子的问题。进一步分析可知，需要的并不是砂子自身，而是能够与表面发生碰撞作用的固体颗粒，因此该问题又可以归结为：固体颗粒既要有，又要无，除了时间分离外，还可以考虑在一定条件下实现分离。11-3案例分析11-3案例分析（3）应用分离原理求解方法1：固体颗粒在喷砂时有，在不喷砂时无。按照基于条件分离原理，需要找一种物质，在工作条件下为固体颗粒，在工作完成后，条件改变自动消失。可考虑使用易升华且对工件表面不产生有害作用的物质，可考虑使用干冰。方法2：查表11.2与条件分离原理对应的发明原理有：分割（#1）、合并（#5）、多用性（#6）、套装（#7）、重量补偿（#8）、反向（#13）、曲面化（#14）、便有害为有益（#22）、反馈（#23）、自服务（#25）、同质性（#33）、参数变化（#35）用低成本、不耐用的物体代替昂贵、耐用的物体（#27）由发明原理自服务（#25）、可得到固体颗粒应该在工作后自己消失，根据参数变化（#35）原理可知可以通过物体状态改变实现，同样可以利用干冰进行喷砂处理。11-3案例分析案例2：台钳夹持复杂工件问题（1）问题背景机械加工中常用的台钳如图11.12a所示，台钳夹持部位一般做成两个平行的平面。但是对于复杂形状的零件夹持，一般需要设计专用钳口（如图11.13b所示）或者专用夹钳（如图11.12c所示）。但是专用钳口或者专用夹钳需要专门设计与制造，专用性强，成本高。能否利用一种台钳能够固定大部分外形复杂零件呢？（2）物理冲突描述从问题描述看，问题集中在台钳钳口上，台钳钳口必须是刚性的，以便提供足够的夹持力，台钳钳口又必须是柔性的，以便能够与异形的面很好接触。钳口既要刚性，又要柔性，并且是同时在同一区域出现的，空间分离与时间分离以及基于条件的分离不可用，可用整体与部分分离原理进行尝试。11-3案例分析（3）应用分离原理求解方法1：钳口按照整体与部分分离原理描述可有两