物场模型分析法(TRIZ)

周贤永西南交通大学公共管理学院物-场模型分析法内容提要1、物-场模型分析法基本概念2、物-场模型分析法的6个一般解法第一部分物-场模型分析法基本概念特殊问题问题描述与理解问题类型（建模）·矛盾矩阵与发明原理·物场分析与标准解·知识效应库与专利分析·技术进化趋势·资源分析物场分析·问题探索／分析／定义·功能属性分析·最终理想解与理想化水平·物理矛盾与分离原理·S曲线·系统算子分析·思维定势（聪明小矮人，……）·裁剪与简化TRIZ软件·CREAX·Goldfire(TechOptilnizer)·I-TRIZ……通用解类型特殊解解的评价项目计划项目执行／监管与控制ARIZ问题得到解决经典TRIZ·绿色设计与TRIZ·专利与TRIZ非经典TRIZ内容图1TRIZ知识体系图与问题解决模型（Sheu,2007）程序启发法与应用工具(heuristicsandinstruments)克服心理惰性的方法(approachesforbreakingpsychologicalinertia)1、概述在实际问题分析过程中，为表述系统存在的问题，工程参数的选择是一个难度较大的工作。需要全面的专业知识、丰富的经验和对TRIZ39个通用工程参数的正确理解。★问题:在许多未知领域，无法确定系统矛盾的类型，怎么办？★如何将一个具体问题转化并表达为一个TRIZ的标准问题呢?方法之一:使用通用工程参数来进行问题的描述!方法之二:使用物-场功能模型来对问题进行描述!物－场模型分析法简介●Altshuller于1979年发表了名为《创造是一门精密的科学》的专著，书中论述了物-场模型的概念和物-场分析法的基本原理。这是Altshuller晚期的主要工作之一!●物-场分析法是TRIZ理论中重要的问题描述和分析工具，它从技术系统的功能出发，用符号语言来建立与已经存在的系统或新技术系统问题相联系的功能模型，并对系统功能进行分析的方法，是面向功能的直观的分析方法。物－场分析法的功能描述Altshuller对功能进行了认真的分析，总结出３条：（1）所有功能都可分解为三个基本元素（两个物质S1、S2和一个场F）；（2）将相互作用的三个基本元素有机组合，可构成一个功能；（3）一个完整的功能必须由这三个基本元素组成。FS2S1FS2S1FS2S1场F通过物质S2作用于物质S1,并改变S1物－场分析法的三元素（一）用S1表示原料或工件，充当被作用、被操作、被改变的角色；用S2表示工具，它作用、操作或改变被动元件S1。物质（S1、S2）：是一种与任何结构、功能、形状、材质等复杂性无关的实物，可以是材料、工具、零件、人、环境等。物－场分析法的三元素（二）场（F）是抽象的，传递物质S1、S2之间相互作用的媒介。包含两类形式的场：一是物理学中定义的物质场：电磁场、引力场、强作用场和弱作用场；二是由物质场推广来的能量形式的场（如机械能、热能、化学能、核能、光能等），这些场经常是与物质（一定大小的标量或矢量的携带者）相联系在一起的,有的地方也称之为“技术场”。1q2q电场能量场与物质场都携带有场源的能量，可以给系统中的物体施予力的作用，或者直接给系统提供能量，从而改变场中物体的运动状态，促使系统发生反应，实现系统所需要的功能。物－场分析法的三元素（二）比较常见的场有：Mechanical（机械场）:秤、轮胎地面摩擦Acoustic（声场）：医生听诊器、B超Thermal（热场）：温度计变化Chemical（化学场）：分解、化合Electric（电场）：电子仪器的工作Magnetic（磁场）：指南针……物－场分析法的符号系统(1)有用效应：物场分析法是使用符号语言表达技术系统变换的建模技术。符号用来描述系统中两个元素之间的作用类型。(3)有害效应：(4)改变了的模型：基本的有：(2)不足效应：物－场分析法的新型符号系统Zi-novy、Terninko等人提出了物-场模型的一些新的符号系统：未评估的效应有用的效应不足效应有害效应导致的结果改变了的模型物－场分析法的功能描述（举例）★吸尘器清洁地毯机械场地毯吸尘器物－场分析法的功能描述（举例）化学场墙壁油漆★人用油漆刷墙物－场分析法的功能描述（举例）遇难者士兵★台军特勤部队趴地鼻嗅搜寻遇难者遗体嗅觉场物－场分析法的功能描述（举例）宇航员太空马桶★旧式太空马桶气动场一个火柴工厂引进了高性能的火柴生产设备，希望达到双倍的生产率，但是他们发现一个操作拖慢了整个过程——火柴的包装火柴包装的要求：方向一致、固定数量、火柴质量达标、快速完成。如何实现以上火柴包装的要求呢？思考题1★火柴的包装问题火柴磁粉磁场嫌犯：“警察同志，我没有杀人，您应该相信我。您必须相信我。”“我只相信事实。”警察反驳道：“事实与你说的不一样，小伙子。在那个星期有人见你威胁过死者。打死死者的手枪与你的手枪是一样的。我们没有找到子弹是事实，但是我们会找到证据。”思考题2★假如你是一名侦探：检验抢确定杀人犯“这支枪应该检验一下。”一个警员说着并把一只左轮手枪放在专家面前，“我想了解这支枪是否在一周前发射过子弹。”专家仔细地看了抢，然后摇头说：“我不知道如何解决这个问题，枪筒已经被擦拭，里面没有积碳。”你有检测办法吗？思考题2（续）★假如你是一名侦探：检验抢确定杀人犯第二部分物-场模型分析法的6个一般解法FS2S1４有害效应的完整模型物－场分析法的４种功能模型FS2S1１有效完整模型FS2２不完整模型FS2S1３效应不足的完整模型第一种模型是我们追求的目标；对后3种模型，TRIZ理论提出了物—场模型的6个一般解法。物－场分析法的6个一般解法（一）１、补充元素FS2S1S1或S1S2+不完整模型气泡的分离：液体(S2)中存在着气泡（S1）。使用离心机（增加机械场F）将气泡从液体中分离出来。物－场分析法的6个一般解法（二）2、加入S3阻止有害作用FS2S1S3FS2S1有害效应的完整模型办公室的玻璃：将窗户玻璃进行磨砂处理，变成半透明的，以保护办公室的隐私。加入磨砂玻璃物－场分析法的6个一般解法（三）3、加入F2消除有害效应FS2S1FS2S1F2有害效应的完整模型细长工件的切削加工：为防止零件在加工中产生偏歪，增加一个反向作用力（F2）。用中心架支承细长轴物－场分析法的6个一般解法（四）4、用F2(S3)替代F1(S2)FS2S1效应不足的完整模型F2S3S1墙纸的去除：利用水蒸气（F2）来代替机械力，以去除墙壁上的墙纸，效率和效果提升许多。物－场分析法的6个一般解法（五）5、加入F2强化有用效应FS2S1效应不足的完整模型FS2S1F2物体的粘贴：在粘贴2个物体的过程中，当胶水还没有完全凝固之前，先用夹子夹紧（外加的机械场F2），让粘贴面紧密结合。奥运火炬制作物－场分析法的6个一般解法（六）6、加入S3和F2提高有用效应FS2S1效应不足的完整模型F2S2S1FS3S1电过滤网：过滤网加装一个电场（F2），将细小的粒子聚集成大颗粒子，其过滤效率得到提升．物-场分析法应用案例—钢丸发送机弯管部分磨损问题工程上使用管道运送金属颗粒，将金属颗粒从管道的一端用高速空气送入管道，金属颗粒在管道中被空气从另一端送出。但是，在管道的转弯处，金属可以频繁撞击管道壁，管道容易损坏，使用物场模型来求解。高速空气金属颗粒管道物－场分析法应用案例第一步：确定问题：输送金属颗粒第三步：分析物场模型，查找一般解法第二步：确定物－场模型（有害效应的完整模型）使用的元件：S2金属颗粒，S1管道，场F（机械场）FS2S1S3FS2S1FS2S1F2物－场分析法应用案例高速空气管道S2金属颗粒S1磁铁F2解决方案：在弯管外放置磁铁，将飞行中的金属颗粒吸附在弯管内壁，形成保护层。思考题-地震问题利用物-场模型分析地震问题？思考题-地震问题当地球内部在运动中积累的能量对地壳产生的巨大压力超过岩层所能承受的限度时，岩层便会突然发生断裂或错位，使积累的能量急剧地释放出来，并以地震波的形式向四周传播，就形成了地震FS2S1有害效应的完整模型建立物-场模型：S2：地壳；S1：房屋F：机械场（地震波）地球聚集的能量必须要释放，释放的能量对地面的建筑有毁灭性的损害在刑事弹道鉴定时明确射击时间的方法是，确定射击后枪管在一定时间内改变的物理特性。其特性是，为了确定在出事地点发现的武器的射击时间，用测磁仪测量枪管磁化程度，直到仪器显示的指数等于没收该武器时枪管磁化程度为止。思考题2（参考答案）★假如你是一名侦探：检验抢确定杀人犯S1S2F期末作业请举例说明某条技术进化定律（课堂上讨论过的定律除外）在实际生活或者发明中的应用（3个以上案例），并采用该定律对你所感兴趣的技术系统或者服务的发展趋势进行预测（2500字以上）；或者针对其他TRIZ创新方法工具，距离说明其实际应用（3个以上案例），并应用其对某种技术系统或者服务进行创新（2500字以上）。注：6月17日以前统一提交打印版至本教室。谢谢各位！