新一代信息技术产业研究分析报告

物质-场模型及标准解TRIZ培训师田介花中国科学技术咨询服务中心存在没有矛盾（冲突）的问题吗？•问题1：火柴厂在改造过程中购得一种生产效率较高的设备，这种设备能将火柴的产量提高一倍。可是，问题出在了后面的工序上——往火柴盒里装填火柴。后面老机器应付不了新设备的产量，也没有空场地，因此它们被全部撤走了。此外，它们是“瞎子”，会往火柴盒里装次品（不带火柴头的火柴），火柴头的方向也不一致，在火柴的数量上也出错。需要一种的装填方式，以便将火柴正确的装入数百万个火柴盒。怎么办？存在没有矛盾（冲突）的问题吗？•问题2：在生产超细金属线的工厂中，机器制造金属线的效率非常高，并把它绕在一个大卷轴上，但是控制线的直径的方法很原始，通常是将机器停下来，剪一段线来称，由于知道线的密度，线的直径就可以算出来。如何在生产过程中测量线的直径呢？•一天，主管去听音乐会，在剧院里，他突然惊呆了。“哎呀，我找到了。”内容大纲物质-场模型3物质-场模型建立的流程1476个标准解及应用2物质-场模型的转换规则物质-场模型•功能是价值工程研究的核心问题。顾客买的不是产品本身，而是产品的功能。•在设计科学的研究过程中，人们也逐渐认识到产品设计往往首先由工作原理确定，而工作原理构思的关键，是满足产品的功能要求。•产品是功能的载体，功能是产品的核心和本质。物质-场模型•物质-场分析方法建立在现有产品功能分析基础上，通过建立现有产品功能模型的过程，可以发现有害作用、不足作用及过剩作用等小问题，产品或系统中小问题存在的区域是设计冲突可能存在的区域，根据物质-场表示的功能模型的类型就可判定冲突的存在。该方法适用于发现已有产品中冲突以便改进设计。物质-场模型•物质-场模型分析是TRIZ理论中的一个重要的问题构造、描述和分析的工具。•在使用物质-场模型分析和解决问题过程中，根据模型所描述的功能问题的类型来确定问题的性质，据此，为设计人员提供解决问题的方向。同时，结合应用物质-场对系统功能分析的结果，进而参考76个标准解，为设计者产生创新思维创造条件。•Altshuller通过对功能的研究，发现并总结以下3条定律：1.所有的功能都可以分解为3个基本元素；2.一个存在的功能必定由3个基本元素组成；3.将相互作用的3个元素进行有机组合将形成一个功能。物质-场模型‹‹技术系统存在的目的是实现技术系统存在的目的是实现功能功能。。‹‹AltshullerAltshuller认为，所有的功能都可以分解为认为，所有的功能都可以分解为22种种物质物质和和11种种场场，即三要素（目标、工具和场）。，即三要素（目标、工具和场）。‹‹技术系统的功能模型可以用一个完整的物质技术系统的功能模型可以用一个完整的物质--场场(Substance(Substance--Field:SuField:Su--Field)Field)三角形来表示。三角形来表示。FFSS22SS11SS22SS11FFMECHMECHFFSS22SS11什么是物质和场？‹‹物质是指某种物质是指某种物体或过程物体或过程，可以是整个系统，也可以是系，可以是整个系统，也可以是系统内的子系统或单个的物体，甚至可以是环境，取决于实统内的子系统或单个的物体，甚至可以是环境，取决于实际情况。物质之间依靠场来连接。际情况。物质之间依靠场来连接。‹‹场是指完成某种功能所需的场是指完成某种功能所需的手法或手段手法或手段，通常是一些，通常是一些能量能量形式，如形式，如::磁场、重力场、电能、热能、化学能、机械能、磁场、重力场、电能、热能、化学能、机械能、声能、光能等等（附表）。声能、光能等等（附表）。‹‹物场模型的建立过程，就是将特殊技术问题物场模型的建立过程，就是将特殊技术问题标准化标准化的过程。的过程。如果某个技术系统中，存在缺陷（缺少了物质，或缺少了如果某个技术系统中，存在缺陷（缺少了物质，或缺少了场），则说明技术系统不完整，存在冲突。因此，物场），则说明技术系统不完整，存在冲突。因此，物——场场分析法可分析法可发现并确定冲突，发现并确定冲突，再通过再通过标准解标准解寻找寻找““标准答标准答案案””，可对不完整系统进行补充，结合具体的工程背景，，可对不完整系统进行补充，结合具体的工程背景，即可解决冲突。即可解决冲突。什么是物质和场？••场场(F):(F):系统中的能量，使物质完成某个过程的能力。系统中的能量，使物质完成某个过程的能力。符号符号名称名称举例举例GG重力场重力场重力重力MeMe机械场机械场压力，惯性，离心力压力，惯性，离心力PP气动场气动场空气静力学，空气动力学空气静力学，空气动力学HH液压场液压场流体静力学，流体力学流体静力学，流体力学AA声学场声学场声波，超声波声波，超声波ThTh热学场热学场热传导，热交换，绝热，热膨胀，双金属片记忆效应热传导，热交换，绝热，热膨胀，双金属片记忆效应ChCh化学场化学场燃烧，氧化反应，还原反应，溶解，键合，置换，电解燃烧，氧化反应，还原反应，溶解，键合，置换，电解EE电场电场静电，感应电，电容电静电，感应电，电容电MM磁场磁场静磁，铁磁静磁，铁磁OO光学场光学场光（红外线、可见光、紫外线），反射、折射、偏振光（红外线、可见光、紫外线），反射、折射、偏振RR放射场放射场XX--射线，不可见电磁波射线，不可见电磁波BB生物场生物场发酵，腐烂，降解发酵，腐烂，降解NN粒子场粒子场αα--，，ββ--，，γγ--粒子束，中子，电子；同位素粒子束，中子，电子；同位素机械场：机械场：FFMeMe物质-场模型••物场模型物场模型FFSS11SS22FF11FF22SSSOLIDBODYHeatForceShapesizeFmechanicalSsolidbodyFthermalFF：拿锤子的手：拿锤子的手S2S2：锤子：锤子S1S1：钉子：钉子技术系统技术系统(TS)(TS)技术过程技术过程(TP)(TP)••热膨胀热膨胀••换能器换能器••电磁线圈电磁线圈物质-场模型置于压力锅内，先升至6psi，后急速降至2psiFF11FF22SS技术过程技术过程(TP)(TP)物质-场模型••物场模型物场模型FFSS11SS22SSFF11FF22技术系统技术系统(TS)(TS)技术过程技术过程(TP)(TP)FFtypetype哑铃型哑铃型三角型三角型物质-场模型•物场模型未评估作用未评估作用期望作用期望作用不足作用不足作用有害作用有害作用导致结果导致结果改变模型改变模型场的类型场的类型有用结果有用结果有害结果有害结果FFtypetypeUUHHSS22==SS11==SS33==环境环境(E)=(E)=环境资源环境资源(ER)=(ER)=物物——场模型符号场模型符号FFtypetype物质-场模型•物场模型未评估作用未评估作用期望作用期望作用不足作用不足作用有害作用有害作用导致结果导致结果改变模型改变模型连接（正常）连接（正常）直接有向作用直接有向作用无作用无作用不足作用不足作用有害作用有害作用连接中断连接中断改变模型改变模型相互作用相互作用可变作用可变作用xxFFtypetypeVictorFeyVictorFeySemyonSemyonD.SavranskyD.Savransky物质-场模型•物场模型机械力机械力铣刀铣刀零件零件铣刀铣刀零件零件铣刀切割零件铣刀切割零件机械力机械力物质-场模型•物场模型化学力化学力油漆油漆墙壁墙壁油漆油漆墙壁墙壁油漆墙壁油漆墙壁化学力化学力物质-场模型•物场模型之问题模型一需要的效果没有产生，表示模型缺少一至两个元件需要的效果没有产生，表示模型缺少一至两个元件SS11墙壁墙壁油漆油漆SS22气泡气泡液体液体例：液体例：液体(S(S22))含有空气泡含有空气泡(S(S11))增加离心力增加离心力(F)(F)可以分离空气泡可以分离空气泡解决方法：补齐缺少的元件，使成为标准的解决方法：补齐缺少的元件，使成为标准的SuSu--FieldField模型。模型。离心力离心力物质-场模型•物场模型之问题模型二模型的三个元件都在，但是需要的效果不足模型的三个元件都在，但是需要的效果不足FF11SS22SS11解决方法：改用新的场解决方法：改用新的场(F(F22))或场和物质或场和物质(F(F22+S+S33))来代替原有的场来代替原有的场(F(F11))或或场和物质场和物质(F(F11+S+S22))。。例：壁纸很难用刀子刮掉，改用蒸气例：壁纸很难用刀子刮掉，改用蒸气FF22SS33SS11物质-场模型•物场模型之问题模型二模型的三个元件都在，但是需要的效果不足模型的三个元件都在，但是需要的效果不足FF11SS11SS22FF22••增加一个新的场增加一个新的场(F(F22))来增加需要的效果来增加需要的效果例：要黏合两个零件时，用夹子帮助固定例：要黏合两个零件时，用夹子帮助固定物质-场模型•Disadvantage:Itisdifficulttoobtainathin,uniformcoating.FF11面漆面漆零件零件物质-场模型•Itisproposedtousecentrifugalforce.Thepartiscoveredwithexcesspaintandrotated.Centrifugalforceremovesexcesspaintleavingathinuniformcoating.FF11零件零件面漆面漆FF离心离心物质-场模型•物场模型之问题模型二实例电镀纯铜时，少许电解液会留在铜表面的微孔中。若不清除，电解电镀纯铜时，少许电解液会留在铜表面的微孔中。若不清除，电解液干燥时会留下氧化的痕迹，影响产品的外观和价值。因此通常在储存液干燥时会留下氧化的痕迹，影响产品的外观和价值。因此通常在储存之前，先要冲洗表面。但是因为微孔很小，即使用大量的水冲洗，还是之前，先要冲洗表面。但是因为微孔很小，即使用大量的水冲洗，还是会有一些电解液留在微孔中，有无改进的方法？会有一些电解液留在微孔中，有无改进的方法？¾¾物质：水物质：水(S(S22))，电解液，电解液(S(S11))¾¾场：机械冲洗力场：机械冲洗力(F(F11))¾¾功能问题：效果不足功能问题：效果不足FF11SS22SS11zz增加一个新的场增加一个新的场(F(F22))来增强需要的效果来增强需要的效果zz增加新的场增加新的场(F(F22))和物质和物质(S(S33))来加强原有的效果来加强原有的效果物质-场模型•物场模型之问题模型二案例zz增加一个新的场增加一个新的场(F(F22))来增强需要的效果来增强需要的效果FF11SS22SS11FF11SS22SS11FF22‹‹机械能：利用超声波机械能：利用超声波‹‹热能：用热水热能：用热水‹‹化学能：利用溶剂化学能：利用溶剂‹‹磁能：磁化水磁能：磁化水物质-场模型•物场模型之问题模型二案例zz增加新的场增加新的场(F(F22))和物质和物质(S(S33))来加强原有的效果来加强原有的效果FF11SS22SS11FF22SS22SS33FF11SS11FF22：压力，：压力，SS33：蒸气：蒸气高压蒸气（超过高压蒸气（超过100100℃℃）可以深入微孔，）可以深入微孔，强迫清出电解液强迫清出电解液物质-场模型•Disadvantage:Thehookdoesnotsnagtheseabottom.FF11铁锚铁锚海底海底FF22铁锚铁锚FF11海底海底物质-场模型•物场模型之问题模型三模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果SS22SS11FF物质-场模型•物场模型之问题模型三SS22SS11FF要增加办公室的要增加办公室的隐隐密性，密性，透明透明窗玻璃改为磨砂玻璃窗玻璃改为磨砂玻璃SS33解决方法：引入一个物质（解决方法：引入一个物质（SS33），可能是修改后的），可能是修改后的SS11、、SS22或两者，用来或两者，用来阻隔有害效果阻隔有害效果。。模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果模型的三个元件都在，但是产生了有害的效果