物理矛盾与分离原理

物理矛盾与分离原理主讲人王其南京信息工程大学信息与控制学院Email：[e-mail]您遇到过这样的问题吗？过滤效果好大不容易堵塞孔径小您遇到过这样的问题吗？狮子和驯兽员同台演出，既要狮子表现出必要的野性，又不能伤害驯兽员飞机的起落装置在飞机起飞和降落时是必须的；但是在飞机飞行的过程中是不需要的钢笔的笔尖应该细，以使钢笔能够写出较细的文字；同时钢笔的笔尖又应该粗，以避免锋利的笔尖将纸划破我们的培训是要花时间的，但最好又是不要花时间的。为了信号好手机要有天线，为了体积小不要有天线………主要内容二、物理矛盾与技术矛盾的关系三、物理矛盾的分离原理四、分离原理与创新原理的对应关系五、解决物理矛盾举例与练习一、物理矛盾一、物理矛盾物理矛盾在TRIZ理论体系中的位置运输安全速度快慢对系统的同一个元素有不同的要求符号表示A+，A-定义物理矛盾结实轻便厚度（桌面）厚薄例:桌子定义物理矛盾宽敞节省空间面积（桌面）大小例:散热片散热效果好节省空间面积(散热片)大小定义物理矛盾物理矛盾的三种情况1）这个元素是通用工程参数，不同的设计条件对它提出了相反的要求例如：对于建筑领域，墙体的设计应该有足够的厚度以使其坚固，同时墙体又要尽量薄以使建筑进程加快并且总重比较轻；建筑结构的材料密度应该接近于零以使其轻便，同时材料密度也应该足够高以使其具有一定得承重能力。2）这个元数是通用工程参数，不同的工况条件对它有着不同(并非相反)的要求例如：灯泡的功率既要是25瓦，又要是100瓦；无级调光灯三色调光灯物理矛盾的三种情况3）这个元素是非工程参数，不同的工况条件对它有着不同的要求例如：冰箱的门既要经常打开，又要经常保持关闭物理矛盾的三种情况常见的物理矛盾情形类别物理矛盾几何类长与短厚与薄平行与交叉对称与非对称宽与窄圆与非圆锋利与钝水平与垂直材料及能量类多与少密度大小导热率高低温度高与低时间长与短功率大与小粘度高与低摩擦系数大与小功能类推与拉冷与热快与慢成本高与低强与弱软与硬喷射与堵塞运动与静止主要内容二、物理矛盾与技术矛盾的关系三、物理矛盾的分离原理四、分离原理与创新原理的对应关系五、解决物理矛盾举例与练习一、物理矛盾二、物理矛盾与技术矛盾的关系物理矛盾技术矛盾两个参数之间的矛盾同一元素（参数），两个不同的要求在很多时候，技术矛盾是更显而易见的矛盾，而物理矛盾是隐藏的更深的、更尖锐的矛盾，是本质矛盾或内在矛盾。二、物理矛盾与技术矛盾的关系物理矛盾技术矛盾一个参数二个参数一个元素一个系统技术矛盾向物理矛盾的转化案例：安瓿瓶的密封该问题的技术矛盾为：两个参数为生产率（A）与物体产生的有害因素（B），即封口用的高温火焰使生产率（A）提高，同时产生的有害因素（B）增加。将该问题转变成为物理矛盾，选温度作为另一参数（C）。物理矛盾可描述为：温度（C）增加，生产率（A）提高，产生的有害因素（B）增加；反之，生产率（A）降低，有害因素（B）减少；温度既应该高，以提高生产率，又应该低，以减少有害因素的产生。二、物理矛盾与技术矛盾的关系C=热量“A”“B”改善变坏“C”既要热又要是冷——物理矛盾二、物理矛盾与技术矛盾的关系生产率有害因素温度Step1：定义技术矛盾A+B-B+A-Step2：提取物理矛盾：在这对技术矛盾中找到一个参数，及其相反的两个要求C+C-Step3：定义理想状态：提取技术系统在每个参数状态的优点，提出技术系统的理想状态定义物理矛盾的步骤二、物理矛盾与技术矛盾的关系1888年出现圆珠笔这一名称，一位名叫约翰·劳德的美国记者曾设计出一种利用滚珠作笔尖的笔，但他未能将其制成便于人们使用的商品。圆珠笔之所以能够写字，是因为笔头里的钢珠在滚动时，能将速干油墨带出来转写到纸上。据说，日本的圆珠笔芯里装的干油墨，足够可以书写2万个字。但是，书写的字数一多以后，钢珠与钢圆管之间的空隙会渐渐变大，这样油墨就会从缝隙中漏出来，常常会沾污衣物等等，十分使人感到不愉快。二、物理矛盾与技术矛盾的关系Step1：定义技术矛盾圆珠笔方便书写，但是漏墨容易污染衣物等Step2：提取物理矛盾：在这对技术矛盾中找到一个参数，及其相反的两个要求钢珠与钢圆管之间的空隙小不容易漏油钢珠与钢圆管之间的空隙大容易书写Step3：定义理想状态：提取技术系统在每个参数状态的优点，提出技术系统的理想状态空隙既应该小，不容易漏油；又应该大，便于书写。主要内容二、物理矛盾与技术矛盾的关系三、物理矛盾的分离原理四、分离原理与创新原理的对应关系五、解决物理矛盾举例与练习一、物理矛盾一个故事：欧洲制鞋公司领导的烦恼有职工偷鞋，如何解决？解决物理矛盾的核心思想是——实现矛盾双方的分离三、物理矛盾的分离原理空间分离分离方法时间分离系统级别分离条件分离水杯不烫手沏茶温度热凉哪里热？哪里凉？热凉1、空间分离对同一个参数的不同要求，在不同的空间实现。局部最佳化操作空间1操作空间2热凉（杯子内）（杯子外）空间分离杯子的空间分离_____________________Step1：定义物理矛盾Step2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么空间得以实现？Step3：以上两个空间区域是否交叉？是□否□应用空间分离尝试其他分离方法_________________________________________空间1：________________________________________空间2：参数：____________________要求1：____________________要求2：解决物理矛盾——空间分离案例分析爆发速度高炮弹大炮弹筒直径大小实例：炮弹筒的设计案例分析炮弹经过的地方装填炸药的地方实例：炮弹筒的设计如何实现空间分离分割原理抽取原理局部质量原理嵌套原理增加不对称性原理一维变多维原理……练习1背景：公路路面要宽，越宽占地越多。要减少公路占地面积，路面要宽又要窄，一个物理矛盾。采用分离原理的空间分离，选取创新原理“17一维变多维原理.练习1无损药水熔化玻璃温度热凉思考题1：安瓿瓶的密封火焰喷口安瓿瓶怎么办？空间分离：对一个参数的不同要求，在不同空间实现操作空间1操作空间2热凉（瓶口）（瓶身）思考题1：安瓿瓶的密封安瓿瓶雨伞携带方便遮雨体积大小2、时间分离对同一个参数的不同要求，在不同的时间段实现。不同的时间有不同的性质。操作时间1操作时间2大小（下雨的时候）（携带的时候）时间分离雨伞的时间分离解决物理矛盾——时间分离Step1：定义物理矛盾Step2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间得以实现？Step3：以上两个时间段是否交叉？是□否□应用时间分离尝试其他分离方法。______________________________________________________________时间1：________________________________________时间2：参数：____________________要求1：____________________要求2：案例分析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。案例分析案例分析史上最牛的公章如何实现时间分离动态特性原理抛弃或再生原理预先作用原理预先反作用原理事先防范原理……水杯用的时候要大，盛水多，但外出携带不方便，怎么办？练习2思考题2时间/空间3、条件分离条件分离的使用情况3、条件分离软速度低速度高硬定义将对同一个参数的两个不同的要求在不同的条件上得到满足3、条件分离Step1：定义物理矛盾Step2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间/空间得以实现？Step3：以上两个时间/空间是否交叉？否，尝试用时间或空间分离方法是，如果对参数的不同要求，可以按照某种条件实现分离和切换，尝试条件分离方法电力可以随身携带，又不像电池会造成环境负担，这是台湾工研院最近研发出的“发电药丸”。研究团队将发电原料“氢”做成固态，只要放进水里，就可以充电。因为燃料电池需要靠氢，台湾工研院研发用化学方式将氢储存起来，制作成固体小药丸，方便携带随时使用。一颗“电力丸”可以发出3瓦的电，相当于充饱手机的量，用完的残留物更无毒无负担。案例分析3、条件分离只在专用画纸上显现颜色如何实现条件分离复合材料原理多孔材料原理改变颜色原理局部质量原理周期性作用原理一维变多维原理……思考题3：4、系统级别分离三个术语超系统系统子系统是“YES”还是“NO”4、系统级别分离将对同一个参数的不同要求，在不同的系统级别上实现。子系统系统超系统子系统系统A:4、系统级别分离整体与部分分离－转化为子系统，矛盾在子系统（微观级系统）更易解决A.系统具有一种特性，其子系统有其相反的特性B.将系统转换到微观级系统系统超系统B:4、系统级别分离整体与部分分离－转化为超系统，矛盾在超系统级别更易解决A.将同类或异类系统与超系统结合B.将系统转换为反系统，或将系统与反系统相结合4、系统级别分离Step1：定义物理矛盾Step2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间/空间得以实现？Step3：以上两个时间/空间是否交叉？否，尝试用时间或空间分离方法是，如果对参数的不同要求，可以按照不同的系统级别（如系统→子系统，或系统→超系统）实现分离，尝试系统级别分离方法实例缝衣针方便穿线针鼻防止扎坏衣服大小实例缝衣针缝衣针穿线针如何实现系统级别分离分割原理组合原理同质性原理等势原理……背景：手机的尺寸要小，便于携带。手机的屏幕要大，好看。又要小，又要大，一个物理矛盾。练习3练习3思考题4：时间分离空间分离条件分离系统分离主要内容二、物理矛盾与技术矛盾的关系三、物理矛盾的分离原理四、分离原理与创新原理的对应关系五、解决物理矛盾举例与练习一、物理矛盾四、分离原理与创新原理的对应关系分离方法创新原理空间分离1分割原理、2抽取原理、3局部质量原理、7嵌套原理、4增加不对称性原理、17多维化原理……时间分离15动态特性原理、34抛弃或再生原理、10预先作用原理、9预先反作用原理、11事先防范原理……条件分离40复合材料原理、31多孔材料原理、32改变颜色原理、3局部质量原理、19周期性作用原理、17一维变多维原理……整体与局部分离1分割原理、5组合原理、33同质性原理、12等势原理……创新原理在分离方法中的应用实例１：摩擦焊接问题创新原理在分离方法中的应用一、描述问题并定义问题的理想解摩擦焊接是连接两块金属的方法之一，需要将其中一块旋转或者两块方向相反旋转，但是这两根管子太长，要想使这么长的金属管旋转起来需要建造非常大的机器。问题的理想解是不旋转金属管也能实现摩擦焊接，只旋转管子的接触部分。创新原理在分离方法中的应用二、定义物理矛盾第一步：定义物理矛盾参数：旋转要求1：转要求2：不转第二步：什么空间需要满足什么要求？空间1：钢管的接触部分空间2：钢管的非接触部分第三步：以上两个空间段是否交叉？否□√应用空间分离是□尝试其他分离方法。创新原理在分离方法中的应用三、选择创新原理空间分离原理可以利用以下10个创新原理，来解决与空间分离有关的物理矛盾。创新原理l：分割创新原理2：抽取创新原理3：局部质量创新原理4：增加不对称性创新原理7：嵌套创新原理13：逆向思维创新原理17：多维化创新原理24：借助中介物创新原理26：复制创新原理30：柔性外壳或薄膜创新原理在分离方法中的应用四、具体方案：用一个短的管子插在两个长管之间，旋转短的管子，同时将管子压在一起直到焊好为止。创新原理在分离方法中的应用实例2：如何在汽车发生碰撞的情况下，最大限度地保护驾驶员和乘客的安全?创新原理在分离方法中的应用一、描述问题并定义问题理想解：安全气囊充气压力不足，对乘客不能起到有效的