第十七节 局部质量原理

1第十七节

局部质量原理

在TRIZ发明创新40条原理中，第3条是局部质量原理。下面介绍局部质量原理的内容与应用。

局部质量原理的基本含义是“在某个特定的区域或局部的范围内改变某个事物的某种性质，以便获得所需要的某种特定功能或属性。”这个原理着眼于在特定位置或特殊时间通过某种特别的作用来获得某种最佳的功能或效果。

局部质量原理之一：将物体、环境或作用的同类结构转换成异类结构，均匀结构转化为不均匀结构。

案例1：光导纤维

现在在通信、医学、汽车等诸多领域广泛应用的光导纤维，简称光纤，如图17-1所示，它是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。它的结构就是在光密媒质的内芯外面包裹一层光疏媒质的套层，如图17-2所示，这两层材质从光学特性来说是不均匀的，当光束以特定入射角从光纤的一端射入时，它会在两种介质的界面发生连续的全反射而不会从界面射出，以很小的损耗传输到光纤的另一端。这就是将物体、外部环境或作用的均匀结构变为不均匀的局部质量原理的应用。2图17-1.光纤图17-2.光纤结构3

案例2：好钢用在刀刃上

刀，是社会生活中常见的、必不可少的器具，不论是古代战场打仗用的大刀，还是现代家庭生活用的菜刀、砍刀，如图17-3，人们都希望它们既锋利又轻便耐用。那么如何处理这个问题？图17-3.砍刀

我们知道，要使一把刀锋利耐用，就要用好钢来锻造，好钢用的越多，刀就会越锋利。但同时又出现了另外一个问题，好钢越多，刀的硬度越高，脆性也就越大，使用过程中就容易折断。因此，我们又希望刀有些韧性。但有韧性的材料又不能形成锋利的刀口，而且好钢用的越多，刀的成本就越大。所以，我们要改变局部的质量和功能，要把“好钢用在刀刃上”，其余部分就用普通的钢。所以，刀像三明治一样由三层构成，一层“好钢”作为功能层放在中间，有韧性的两层普通钢作为结构层夹在外面，在高温下锻造成一体。开刃后，刃口恰恰是中间的高硬度层。就整体来看，不同部位具有不同的功能，锋利、强度都得到了保证。

局部质量原理之二：让物体的不同部位具有不同的功能。4图17-4汽油机结构示意图

案例3：内燃机的活塞

活塞是内燃机汽缸体中往复运动的机件，主要作用是承受汽缸中的燃烧压力，并将此压力通过活塞销和连杆传给曲轴做功，如图17-4所示。早期的活塞就是简单柱塞，这就要求必须保证柱塞与气缸尺寸的精确配合，还必须使用耐磨的材料，尽管如此，经过一段时间运行后，仍会因磨损而发生气体泄漏，使工作效率降低。因此，活塞的设计与制造既要尽可能少地泄露气体，又要尽量减小与汽缸壁的摩擦，这是两个互相矛盾的要求。那么该怎么处理这个问题呢？

局部质量原理之三：让物体的各部分处于完成其功能的最佳状态。5

这个问题的矛盾冲突集中在：

活塞既要密封——尽可能少地泄露气体，耐磨——尽可能多地延长活塞使用寿命；又要少摩擦——尽量减小与汽缸壁的摩擦而损失能量。

不改变柱状活塞的结构，就难以同时满足这些要求。

于是，将单一的柱状活塞改进为活塞组件，包括活塞、活塞环、活塞销，如图17-5所示。

带有活塞环的活塞把原来刚性的精确配合变成了弹性配合，活塞环以适度的弹力贴合气缸内壁，使得磨损的负面影响大大降低。

另外，把对柱塞的通体的光洁度要求缩小到只保证活塞环外缘的光洁度，硬度的要求也集中在活塞环上。

这样，活塞主要的功能要求由活塞环来实现，通过合理的设计（弹性、硬度、光洁度等），使活塞环“处于完成其功能的最佳状态”，使上面提到的“既要减少气体泄露，又要尽量减轻与缸壁摩擦”的矛盾得到很好的解决。

另外活塞环维护更换便捷，维修成本较低。6

这一条是让系统的各个部分都处于最佳状态从而实现系统整体功能的最佳。但要注意的是，各自部分最佳是指相互配合的情况下各部分状态达到最佳，而不是简单地使每个元件都最好。图17-5.活塞的结构7【思政联结】

1.观大势，谋全局——习近平总书记系列重要