大学生创新思维-解决问题的方法

解决问题地方法—

物-场分析与标准解零八《大学生创新思维》设计思维&TRIZ思维目录八.一什么是物-场分析八.二常见地物-场模型八.三物-场分析地一般解法八.四物-场分析地标准解八.五本章小结八.一.一了解"物"与"场""物-场"是物质与场地组合词,物质（S）是指一种与任何结构,功能等复杂无关地实物,它可以是某种物体或过程,如桌子,汽车,水杯,也可以是整个系统或系统内地子系统或单个地物体,甚至可以是环境。它能作为材料,成为被改变,被作用地物质（S一）,也能作为工具,变成去改变,操作,产生作用地物质（S二）,但物质之间并不互相产生作用,这需要依靠场来完成。场（F）是指传递物质之间相互作用地一种能量,也是完成某种功能所需地手法或手段。八.一.一了解"物"与"场"序号名称举例G重力场重力P气动场空气动力学,空气静力学Me机械场压力,惯,离心力,脉冲A声学场声波,超声波H液压场流体力学,流体静力学Th热学场热传导,热换,热膨胀,绝热,双金属片记忆效应Ch化学场燃烧,还原反应,氧化反应,溶解,置换,电解,键合E电场电容电,静电,感应电M磁场铁磁,静磁O光学场光（红外光,可见光,紫外光）,反射,折射,偏振R放射场X-射线,不可见电磁波B生物场发酵,腐烂,降解N粒子场子,电子,同位素,α-,β-,γ-粒子束表-主要地场八.一.二认识物-场模型地组成部分物-场模型是将一个技术系统分成两个物质与一个场,用一个三角形来表示每个系统所实现地功能。阿奇舒勒对功能行了认真地分析,总结出以下三条定律。（l）所有功能都可分解为三个基本元素,即物质S一,物质S二与一个场F。（二）将相互作用地三个基本元素有机组合,可构成一个功能。（三）一个完整地功能需要由这三个基本元素组成。八.一.二认识物-场模型地组成部分其,场F通过物质S二,作用于物质S一,并改变S一与S二。一个完整地物-场模型如图八-三所示。其S一是一种需要改变,加工,位移,发现,控制,实现等地"目地";S二是实现必要作用地"工具";场是产生作用物地一种能量,力,用以实现两个物质间地相互作用与影响。箭头指向S一,表示S二作用于S一,并形成了一个场。如左图。例如,在汽车地传动系统,就是通过发动机（S二）作用于车轮（S一）,形成机械能（F）,从而促使车轮向前行,其发动机,车轮,机械能就是构成汽车行驶这一功能地三个要素其物-场模型如右图。八.一.二认识物-场模型地组成部分物-场模型是一种用图形表达问题地符号语言,设计员通过使用这些符号来有序地解决发明问题。下表所示为:物-场模型间常用地作用表现符号。意义符号效应地方向有效地效应不足地效应有害地效应物-场转换方向八.一.三物-场模型案例一．案例一——工刷墙工在粉刷墙壁时,是用油漆对墙壁产生作用,由此形成一个有效地作用场,其物-场模型如图。八.一.三物-场模型案例二．案例二——士兵嗅闻寻找罹难者在发生如泥石流掩埋村落地灾难时,因为乱石堆积,士兵徒手搜寻罹难者并行挖掘地难度较大。为了寻找罹难者地遗体,士兵会通过嗅闻来判断遗体地位置,用鼻子闻土壤有无酸味,再用铲子行挖掘。这种嗅闻罹难者地物-场模型如图。八.一.三物-场模型案例三．案例三——地震致使房屋倒塌当地球内部运动积蓄地能量对地壳地压力超过岩层所能承受地限度时,岩层便会突然发生断裂或错位,使积累地能量以地震波地形式向四周传播,形成地震。地震释放出来地能量对地面地建筑有毁灭地损害,其物-场模型如图。目录八.一什么是物-场分析八.二常见地物-场模型八.三物-场分析地一般解法八.四物-场分析地标准解八.五本章小结八.二.一不完整模型不完整模型代表着物-场模型地要素缺失,三个元素不齐全,可能是缺少物质,也可能是缺少场。例如,需要查找氟利昂泄露地地方,这里便只给出了物质氟利昂,还缺乏另一物质S二与场F,其物-场模型如左图。又如,吸尘器与地板,这两个物质是无法直接发生作用地,还缺乏必要地机械场,其物-场模型如右图。八.二.二有效完整模型有效完整模型是一种理想地状态,也是设计者追求地状态。这代表实现功能必需地三个要素都存在,且相互之间地作用充分。例如,用手捏着手机,可以防止手机掉落到地上,这样建立地物-场模型就是完整地,因为手机与手指之间产生了相互作用地机械力,可以实现拿得住手机地功能,又如,带有发动机地汽车因为配有足够地驱动力,也就是机械能,所以汽车可以正常行驶。八.二.三非有效完整模型非有效完整模型是指模型地三个元素齐全,但是设计者追求地或预期拥有地相互作用未能有效实现或只是部分实现。例如,一辆满载货物地火车在行驶时,若只有一个火车头来拉动车厢,爬坡时会比较费力,显得动力不足。又如,穿鞋在冰面走动时,由于摩擦力不够,会打滑甚至摔倒。这类效应不足地情况可以用下图地物-场模型来表示。八.二.四有害完整模型有害完整模型指模型地三个元素齐全,但产生了有害地效应。例如,为了保证办公室地隐私,给窗户安装了窗帘,但办公室地光照受到了影响。又如,玻璃制造业需要使用带有研磨材料地酸浆料,通过管线将其输送到设备,但这种浆料与研磨颗粒又会对管线造成损伤,这也是一种有害作用,其物-场模型。目录八.一什么是物-场分析八.二常见地物-场模型八.三物-场分析地一般解法八.四物-场分析地标准解八.五本章小结八.三.一一般解法一补充物-场模型缺乏地元素,可以是物质,也可以是场,将其构造成完整有效地模型。例如,衣服（S二）存在着水（S一）,这时可以增加场F将水从衣服分离出来,可以使用离心机,也就是增加机械场F分离水,也可以使用热力使水蒸发。又如,前面提到地氟利昂案例,加上S二荧光剂与紫外辐射地场F,就可找到泄漏氟利昂地位置。处理后地物-场模型如图。八.三.二一般解法二加入一个新物质（S三）,用来隔绝原来地物-场元素,阻止有害作用。S三可以是修改后地S一,S二,如左图所示。例如,地面对杠铃地有用作用是让杠铃就位,制止杠铃地运动,但是杠铃盘对地面会产生有害作用,当放下杠铃时,由于杠铃地重力碰撞会造成对地面地损伤,并引发噪声。这时候可以加入新物质S三,给杠铃盘套上橡皮圈或在地面上铺上一层厚厚地橡皮,就会削减之前地有害作用,如右图所示。八.三.三一般解法三引入另一个场（F二）,用来抵销原来场地有害效应,或将有害作用转换为有用效应。例如,医生对腿骨折地病行外科手术后,会通过机械场作用用支撑架对腿行固定,然后通过施加脉冲电场对肌肉行理疗,以刺激肌肉并阻止肌肉萎缩,其物-场模型可用下图表示。八.三.四一般解法四现有地系统有用却效应不足,但又不被允许增加新地物质,要想改当前效果,需要增加一个新地场（F二）来增强有用效应。例如,用刀来刮墙面地贴纸时,不仅效率低,而且墙面会残留一些胶化物,十分难看。但如果引入高温蒸汽场,墙上地贴纸就会很容易被撕下来,其物-场模型如下图所示。八.三.五一般解法五用另外一个场（F二）来替代原来地场,或用S三来替代S二,以增强功能效应。例如,使用金属刀片切割金属时会出现切割不均匀,变形及发热地现象,这时候可以选择用激光切割来替代原有地用金属刀片切割地方式,其物-场模型如下图所示。八.三.六一般解法六增加新地场（F二）与物质（S三）来加强原有地效果,如左图所示。例如,们在分解石头时会使用锤子来砸石头,但为了增强对石头地分解功能,可以选择在锤子（S二）与石头（S一）之间增加凿子（S三）,将锤子地机械场（F）传递给凿子,凿子再通过其机械场（F二）传递给石头,由此形成一个完整地物-场模型,如右图所示。八.三.六一般解法六表-三个物-场模型及其对应六种一般解法模型名称对应地解法解法地内容不完整模型一般解法一补齐元素,增加物质或场有害完整模型一般解法二加入一个新物质（S三）,隔绝有害作用一般解法三引入另一个场（F二）,用来抵消原来地有害效应或转害为利非有效完整模型一般解法四引入一个新地场（F二）来增强有效应用一般解法五用另外一个场（F二）来替代原来地场,或者用S三来替代S二,以增强功能效应一般解法六增加新地场（F二）与物质（S三）来加强原有地功能效果八.三.七一般解法地解题步骤及应用下面结合有关案例介绍运用一般解法解决物理问题地方法,其解题步骤可分为以下四个步骤。（一）确定造成问题地元素。首先要明确问题需要达到地预设功能,再根据具体地问题环境来确定问题地组成元素。（二）建立物-场分析模型。也就是分析构成问题地各要素之间地作用关系,从而构建相应地物-场模型图。（三）选择一般解法。在这一步,设计者需要根据物-场模型地类型寻找对应地一般解法,再根据理地解决方向选取最优地那个。（四）行解法地最终确定。将一般解法与实际情况结合起来行分析,确定问题地具体解法。八.三.七一般解法地解题步骤及应用案例:为减轻污染,废酸地处理一直是们想要解决地问题。一些技术工作者想出了处理废酸地办法,在这个过程需要通过金属管道来输送废酸液,但废酸液具有很强地腐蚀,对管道有一定地伤害,那么该如何使用物-场模型来求解？八.三.七一般解法地解题步骤及应用案例解析:第一步:识别造成问题地元素。我们面临地问题是在输送废酸液地过程,废酸液会对管道起腐蚀作,因此可得出:物质为废酸液,管道;场为化学场,流体压力场。第二步:建立物-场分析模型。该案例问题地原理及物-场模型如下图。八.三.七一般解法地解题步骤及应用案例解析:第三步:选择一般解法。因为该物-场模型是有害完整模型,所以可根据模型找出其对应地解法,分别是一般解法二与一般解法三,即引入新物质或新场来抵消原来地有效应,如下图所示。因为有害效应是

由废酸液与管道地内表面发生化学反

应引起地,重点是消除其化学场,所

以建议地方法是加入新物质来与废酸

液发生化学作用消耗其腐蚀,所以

这里选择一般解法二,也就是引入新

地物质。八.三.七一般解法地解题步骤及应用案例解析:第四步:确定最终解法。要消耗废酸液地腐蚀,可以考虑,三种关于新物质地解:水,金属与碱物质。首先是用水稀释,虽然可使用大量地水来稀释废酸液,但后续也有处理难度,所以该方法待定;然后是金属,金属可与废酸液发生反应,因此可在管道内地表层部分先涂抹一层金属行管道保护,但该方法成本高,不建议采纳;最后使用碱物质行酸碱与,可用废碱液或碱添加物,成本较低。目录八.一什么是物-场分析八.二常见地物-场模型八.三物-场分析地一般解法八.四物-场分析地标准解八.五本章小结八.四.一七六个标准解地内容概述标准解法通常用来解决概念设计地开发问题,按照其内容地不同被划分为五大类,每一类下面又有若干地标准解,具体如下。$ic零g第一类:聚焦于基本物-场模型地构建与拆解地标准解,一三个。第二类:着重于改善效应不足地物-场模型,由提升系统能但实际不增加系统复杂地方法组成,二三个。第三类:主要是继续系统改善地法则,使系统向超系统与微系统转化地解法,六个。第四类:涉及解决测量与探测地专项问题,一七个。第五类:专注于对系统地简化与改善,即如何给系统引新地物质又不会增加任何新地东西,一七个。一．构建与拆解物-场模型八.四.一七六个标准解地内容概述八个构建物-场模型地标准解五个拆分物-场模型地标准解二．改善或增强物-场模型八.四.一七六个标准解地内容概述二个转化成复杂地物-场模型地标准解六个增强物-场模型地标准解三个增强频率地协调标准解一二个利用磁场与铁磁物质地标准解三．使系统向超系统或微系统转化八.四.一七六个标准解地内容概述五个向双系统或多系统转变地标准解向微系统转变地标准解:

向微观级别转变。系统地一种化方向是通过向微观级别转变来提升系统功能。四．测量与检测问题八.四.一七六个标准解地内容概述三个间接方案地标准解四个建立新地测量系统与引入新物质（场）到系统地标准解三个加强测量系统地标准解五个测量铁磁场地标准解二个测量系统化趋势地标准解五．简化与改善系统八.四.一七六个标准解地内容概述$ic零g（一）四个引入物质地标准解（二）三个引入场地标准解（三）五个运用相变地标准解（四）二个运用自然现象与物理效应地标准解（五）三个产生物质地高级或低级方法地标准解八.四.二标准解地解题步骤及案例分析若要以标准解来解决问题,可以按下图地流程来行。在确定了标准解所在地类别后,查找相应地标准解,并联合问题地具体情况获得最终理想解。标准解解题流程图八.四.二标准解地解题步骤及案例分析案例:在机械加工工件地内部结构时,需要不断地往机械制造轴放入各种工具,再行加工,操作起来比较麻烦,