物理矛盾-分离原理-物场模型(第三讲)
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六、物理矛盾和分离原理
6.1 物理矛盾
当一个技术系统的工程参数具有相反的需求时就出 现了物理矛盾。 如：既需要刀刃足够锋利，又不易折断； 既需要座位多容量大，又希望体积小； 既希望灯具亮度高，又希望瓦数小。
办法：高强度钢刀具、客车座椅倾斜、飞机座椅交错、节能灯
6.2 分离原理
11种分离方法 4大分离原理： 1）空间分离 2）时间分离 3）基于条件的分离 4）系统级别的分离
30种功能，和相对应的100个科学效应和现象
TRIZ将高难度的问题和所要实现的功能进行了 归纳总结，常见的30个功能代码列在“功能代 码表” F1 ，F2 ， F3…… F30 30个功能代码对应的科学效应和现象列表 F1 （测量温度）——科学效应序号：E75（热 膨胀）E76（热双金属片）E71（热电现象） E33（电阻）……E55（霍普金森效应） F15 （积蓄机械能）——E85（弹性变形）E49 （惯性力）E94（一级相变）E 36 （二级相变）
第1步：确定相关元素 S1—电解液 S2 —水 F1—机械冲击力（清洗） 第2步：绘制物—场模型 属于第3类模型（效应不足的完整模型）
例 纯铜板的清洗
第3步：选择物—场模型的一般解法 第3类模型有3个一般解法：4、5、6 选择5和6 第4步：开发设计概念 （1）应用一般解法5。增加另外F2一个场来强化有用效应。 F2—机械冲击力，使用超声波清洗； F2—热冲击力，用热水清洗； F2—化学冲击力，使用表面活性剂溶解来加强残留电解液的 移动； F2—磁冲击力，将水磁化以加强冲洗。
7.4 物—场模型分析的应用
6个一般解法的应用步骤：
1）确定相关元素 2）绘制物—场模型 3）选择一般解法 4）开发设计概念 更复杂的需应用76个标准解法。
例 纯铜板的清洗
纯铜板电解时电解液残留在表面微孔中，储 存过程中会形成氧化斑。所以储存前必须清洗， 但由于微孔非常小，很难彻底清洗。如何改进 呢？
例2 如何用普通温度计测量甲壳虫的体温
物理矛盾：甲壳虫太小，不能用普通温度计测量 体温。专用测量仪器需要很长时间去研制。
办法：系统级别的分离 瓶子装满甲壳虫—超系统
6.3 分离原理与40个发明原理的关系
1.空间分离原理的相关发明原理（10个）
发明原理1：分割 发明原理2：抽取 发明原理3：局部质量 发明原理4：非对称 发明原理7：嵌套 发明原理13：逆向思维 发明原理17：一维变多维 发明原理24：中介物 发明原理26：复制 发明原理30：柔性外壳或 薄膜
1.空间分离
空间分离是将矛盾双方在不同的空间上 分离开来，以获得问题的解决。
炮弹
例1
物理矛盾：炮管直径必须足够大以使炮弹容易射出， 又要足够小，以免泄漏火药爆炸推进力。 办法：空间分离 炮管内径分为两部分，后部爆炸室作成锥形，让球 形炮弹与锥形爆炸室总可以形成封闭的空间。
例2 轮船下水运输车
物理矛盾：运输车必须在水上，以免水对车轮 的阻滞，但运输车必须要在水下，以完成将轮 船运入水中。
一般S1表示工件，S2表示工具
吸尘器清洁地毯： S1—地毯（工件）； S2—吸尘器（工具）；F—清洁（机械场） 人用油漆刷墙： S1—墙（工件）； S2—人（工具）；F—刷油漆（机械场）
S可以是： 1）材料 2）工具 3）零件 4）人 5）环境
F可以是： 1）Me—机械能 2）Th—热能 3）Ch—化学能 4）E—电能 5）M—磁能
4.系统级别的分离
将矛盾双方在不同的系统级别分离开来。 以获得问题的解决。
PCB上板机
例1
物理矛盾：SMT（表面贴装焊接技术）生产线，要求 PCB（印刷电路板）连续供应，但PCB是专业生产商批 量供货的。连续生产与批量供货出现矛盾。 办法：系统级别的分离 PCB上板机。—子系统 （接受批量PCB，然后连续 输送到SMT生产线。）
？
聪明来自于勤奋！ 方法使你更聪明！
水管
例1
物理矛盾：水管刚性好，以免因水的重量而变形，但 水管要软，以避免在冬天被冻坏。 办法：基于条件的分离 用弹塑性好的复合材料。
例2 跳水训练池
物理矛盾：水要软，以减轻水对运动员的冲击伤 害，但水又必须硬，以支撑运动员的身体，水 的软硬取决于跳水者入水的速度。
办法：基于条件的分离 充满气泡的泳池
7.3 物—场分析的一般解法
6个一般解法: (1)不完整模型
一般解法1: 补齐所缺失的元素，增加场F或工具S2，完整模型。
例：气泡的分离 液体S1中存在气泡S2 ，使用离心机（增加机械场F）将气 泡从液体中分离出来。
7.3 物—场分析的一般解法
6个一般解法: (2)有害效应的完整模型
一般解法2: 加入S3来阻止有害作用， S3可以通过S1或S2改变而来， 或S1和S2共同改变而来。
办法：空间分离 车轮保护盖做成5面封闭体，利用空气绝缘现象， 形成气室，让轮子保持在空气环境中。
例3 恼人的钢板
物理矛盾：一种钢板制造时必须加热到 1200度冲压成型，但加热到800度时， 钢板表面就严重氧化，无法满足质量要 求。
办法：空间分离 真空冲压、或表面 涂抗氧化膜
2.时间分离
时间分离是将矛盾双方在不同的时间段 分离开来，以获得问题的解决。
例：在粘贴2个物体时，当胶水未干时用夹子夹紧贴合面。 夹子的夹紧力为外加的场F2 。
7.3 物—场分析的一般解法
6个一般解法: (3) 效应不足的完整模型
一般解法6: 插进一个物质S3并加上另外一个场F2来强化有用的效应。
例：过滤网加装一个电场，将细小的粒子聚集成大颗粒 子，其过滤效率得到大幅提升。
例2 查理大帝的加冕
物理矛盾：教皇要给查理大帝加冕。既要亲手将 皇冠戴到查理大帝的头上，又不能让人们认为 教皇授予皇帝权利，还能将权利收回。
办法：基于条件的分离 教皇利奥三世大踏步地走到查 理面前，将一顶西罗马皇帝的 皇冠戴到他头上，并高声宣布 ： “上帝为查理加冕，这位伟大 的带来和平的罗马皇帝，万寿 无疆，永远胜利！”
6.3 分离原理与40个发明原理的关系
2.时间分离原理的相关发明原理（12个）
发明原理9：预先反作用 发明原理19：周期性动作 发明原理10：预先作用 发明原理20：有效作用的连续性 发明原理11：预先应急措施 发明原理21：紧急行动 发明原理15：动态化 发明原理29：气动与液压结构 发明原理16：不足或超额行动 发明原理34：抛弃与再生 发明原理18：机械振动 发明原理37：热膨胀
例：人骑自行车，裤脚被绞入链子，引入物质S3（夹子）。 办公室玻璃磨砂S3 ，半透明，保护隐私。
7.3 物—场分析的一般解法
6个一般解法: (2)有害效应的完整模型
一般解法3: 增加另外一个场F2来抵消原来有害场F的效应。
例：细长工件的切削加工，为防止加工中产生歪斜，增 加一个反向作用力。
7.3 物—场分析的一般解法
例 纯铜板的清洗
（2）应用一般解法6。插进一个物质S3并加上另一 个场F2来提高有用效应。 S3—蒸汽； F2—压力；
最终解决方案：使用过热水（100度以上）电解液的强烈爆炸冲击 并强制将其彻底排出微孔。
八、科学效应和现象
6个一般解法: (3) 效应不足的完整模型
一般解法4: 增加一个场F2（或F2和S3一起）代替原来的场F1（或F1 和S2）的效应。
例：墙纸的去除。利用水蒸气来代替机械力，去除效果 和效率提升许多。
7.3 物—场分析的一般解法
6个一般解法: (3) 效应不足的完整模型
一般解法5: 增加另外一个场F2来强化有用的效应。
例1 远视加近视的眼镜
物理矛盾：视力不良的人需要一种眼镜， 因为既近视又远视，所以问题比较复 杂。
办法： 空间分离：两套镜片占用不同面积；
时间分离：两副眼镜，不同时间轮流使用；
机遇条件的分离：胶质可变焦距眼镜； 系统级别分离：自动变焦眼镜
七、物—场模型分析
7.1 物—场分析
每个系统的出现都是为了实现某个确定的功能。 所有功能都可以分解为3个基本元素（S1，S2， F） 把功能用三角形来模型化称为物场分析模型： 物质——物体；作用或效应——场。
香皂
例1
物理矛盾：香皂温度要低，以便节约成型时间，但同 时香皂要温度高，状态够软，以便填满整个模具空间。 办法：时间分离 预先制造小粒香皂，与液态 香皂混合后一起注入模具。
例2 折叠自行车
物理矛盾：自行车在骑乘时体积要大，以 便载人，在停放时要小以节省空间。
办法：时间分离
折叠自行车
例3 焊接过程的研究
物理矛盾：一个实验要研究焊接过程中电 弧的变化和焊丝的熔化过程。录像时发 现只能看见电弧，看不见金属滴熔化过 程，于是加强光束，但只能看到焊丝和 熔化的金属滴，电弧却看不见了。
办法：时间分离 分两次录像，用两台 投影机同时放映，使影像 重合。
2.基于条件的分离
基于条件的分离是将矛盾双方在不同条 件下分离开来，以获得问题的解决。
6.3 分离原理与40个发明原理的关系
4.系统级别的分离原理的相关发明原理（9个）
发明原理12：等势原则 发明原理28：机械系统的替代 发明原理31：多孔材料 发明原理32：改变颜色 发明原理35：物理/化学状态变化 发明原理36：相变 发明原理38：加速氧化 发明原理39：惰性服务 发明原理40：复合材料
7.2 物—场模型的类型
物—场模型的类型有4类：
1）有效完整模型
功能的3个元素都存在，且都有效，是设计者追求的效应。
2）不完整模型
组成功能的元素不全，可能缺少场，也可能缺少物质。
3）效应不足的完整模型
3个元素齐全，但效应未能有效实现，或实现的不足够。
4）有害效应的完整模型
3个元素齐全，但产生了与设计者追求的相反的有害的效 应，需要消除这些有害效应。
6.3 分离原理与40个发明原理的关系
3.基于条件的分离原理的相关发明原理（13个）
发明原理1：分割 发明原理5：合并 发明原理6：普遍性 发明原理7：嵌套 发明原理8：配重 发明原理13：逆向思维 发明原理14：曲面化 发明原理22：变害为利 发明原理23：反馈 发明原理25：自服务 发明原理27：一次性用品 发明原理33：同质性 发明原理35：物理/化学状态变化
6.1 物理矛盾
当一个技术系统的工程参数具有相反的需求时就出 现了物理矛盾。 如：既需要刀刃足够锋利，又不易折断； 既需要座位多容量大，又希望体积小； 既希望灯具亮度高，又希望瓦数小。
办法：高强度钢刀具、客车座椅倾斜、飞机座椅交错、节能灯
6.2 分离原理
11种分离方法 4大分离原理： 1）空间分离 2）时间分离 3）基于条件的分离 4）系统级别的分离
30种功能，和相对应的100个科学效应和现象
TRIZ将高难度的问题和所要实现的功能进行了 归纳总结，常见的30个功能代码列在“功能代 码表” F1 ，F2 ， F3…… F30 30个功能代码对应的科学效应和现象列表 F1 （测量温度）——科学效应序号：E75（热 膨胀）E76（热双金属片）E71（热电现象） E33（电阻）……E55（霍普金森效应） F15 （积蓄机械能）——E85（弹性变形）E49 （惯性力）E94（一级相变）E 36 （二级相变）
第1步：确定相关元素 S1—电解液 S2 —水 F1—机械冲击力（清洗） 第2步：绘制物—场模型 属于第3类模型（效应不足的完整模型）
例 纯铜板的清洗
第3步：选择物—场模型的一般解法 第3类模型有3个一般解法：4、5、6 选择5和6 第4步：开发设计概念 （1）应用一般解法5。增加另外F2一个场来强化有用效应。 F2—机械冲击力，使用超声波清洗； F2—热冲击力，用热水清洗； F2—化学冲击力，使用表面活性剂溶解来加强残留电解液的 移动； F2—磁冲击力，将水磁化以加强冲洗。
7.4 物—场模型分析的应用
6个一般解法的应用步骤：
1）确定相关元素 2）绘制物—场模型 3）选择一般解法 4）开发设计概念 更复杂的需应用76个标准解法。
例 纯铜板的清洗
纯铜板电解时电解液残留在表面微孔中，储 存过程中会形成氧化斑。所以储存前必须清洗， 但由于微孔非常小，很难彻底清洗。如何改进 呢？
例2 如何用普通温度计测量甲壳虫的体温
物理矛盾：甲壳虫太小，不能用普通温度计测量 体温。专用测量仪器需要很长时间去研制。
办法：系统级别的分离 瓶子装满甲壳虫—超系统
6.3 分离原理与40个发明原理的关系
1.空间分离原理的相关发明原理（10个）
发明原理1：分割 发明原理2：抽取 发明原理3：局部质量 发明原理4：非对称 发明原理7：嵌套 发明原理13：逆向思维 发明原理17：一维变多维 发明原理24：中介物 发明原理26：复制 发明原理30：柔性外壳或 薄膜
1.空间分离
空间分离是将矛盾双方在不同的空间上 分离开来，以获得问题的解决。
炮弹
例1
物理矛盾：炮管直径必须足够大以使炮弹容易射出， 又要足够小，以免泄漏火药爆炸推进力。 办法：空间分离 炮管内径分为两部分，后部爆炸室作成锥形，让球 形炮弹与锥形爆炸室总可以形成封闭的空间。
例2 轮船下水运输车
物理矛盾：运输车必须在水上，以免水对车轮 的阻滞，但运输车必须要在水下，以完成将轮 船运入水中。
一般S1表示工件，S2表示工具
吸尘器清洁地毯： S1—地毯（工件）； S2—吸尘器（工具）；F—清洁（机械场） 人用油漆刷墙： S1—墙（工件）； S2—人（工具）；F—刷油漆（机械场）
S可以是： 1）材料 2）工具 3）零件 4）人 5）环境
F可以是： 1）Me—机械能 2）Th—热能 3）Ch—化学能 4）E—电能 5）M—磁能
4.系统级别的分离
将矛盾双方在不同的系统级别分离开来。 以获得问题的解决。
PCB上板机
例1
物理矛盾：SMT（表面贴装焊接技术）生产线，要求 PCB（印刷电路板）连续供应，但PCB是专业生产商批 量供货的。连续生产与批量供货出现矛盾。 办法：系统级别的分离 PCB上板机。—子系统 （接受批量PCB，然后连续 输送到SMT生产线。）
？
聪明来自于勤奋！ 方法使你更聪明！
水管
例1
物理矛盾：水管刚性好，以免因水的重量而变形，但 水管要软，以避免在冬天被冻坏。 办法：基于条件的分离 用弹塑性好的复合材料。
例2 跳水训练池
物理矛盾：水要软，以减轻水对运动员的冲击伤 害，但水又必须硬，以支撑运动员的身体，水 的软硬取决于跳水者入水的速度。
办法：基于条件的分离 充满气泡的泳池
7.3 物—场分析的一般解法
6个一般解法: (1)不完整模型
一般解法1: 补齐所缺失的元素，增加场F或工具S2，完整模型。
例：气泡的分离 液体S1中存在气泡S2 ，使用离心机（增加机械场F）将气 泡从液体中分离出来。
7.3 物—场分析的一般解法
6个一般解法: (2)有害效应的完整模型
一般解法2: 加入S3来阻止有害作用， S3可以通过S1或S2改变而来， 或S1和S2共同改变而来。
办法：空间分离 车轮保护盖做成5面封闭体，利用空气绝缘现象， 形成气室，让轮子保持在空气环境中。
例3 恼人的钢板
物理矛盾：一种钢板制造时必须加热到 1200度冲压成型，但加热到800度时， 钢板表面就严重氧化，无法满足质量要 求。
办法：空间分离 真空冲压、或表面 涂抗氧化膜
2.时间分离
时间分离是将矛盾双方在不同的时间段 分离开来，以获得问题的解决。
例：在粘贴2个物体时，当胶水未干时用夹子夹紧贴合面。 夹子的夹紧力为外加的场F2 。
7.3 物—场分析的一般解法
6个一般解法: (3) 效应不足的完整模型
一般解法6: 插进一个物质S3并加上另外一个场F2来强化有用的效应。
例：过滤网加装一个电场，将细小的粒子聚集成大颗粒 子，其过滤效率得到大幅提升。
例2 查理大帝的加冕
物理矛盾：教皇要给查理大帝加冕。既要亲手将 皇冠戴到查理大帝的头上，又不能让人们认为 教皇授予皇帝权利，还能将权利收回。
办法：基于条件的分离 教皇利奥三世大踏步地走到查 理面前，将一顶西罗马皇帝的 皇冠戴到他头上，并高声宣布 ： “上帝为查理加冕，这位伟大 的带来和平的罗马皇帝，万寿 无疆，永远胜利！”
6.3 分离原理与40个发明原理的关系
2.时间分离原理的相关发明原理（12个）
发明原理9：预先反作用 发明原理19：周期性动作 发明原理10：预先作用 发明原理20：有效作用的连续性 发明原理11：预先应急措施 发明原理21：紧急行动 发明原理15：动态化 发明原理29：气动与液压结构 发明原理16：不足或超额行动 发明原理34：抛弃与再生 发明原理18：机械振动 发明原理37：热膨胀
例：人骑自行车，裤脚被绞入链子，引入物质S3（夹子）。 办公室玻璃磨砂S3 ，半透明，保护隐私。
7.3 物—场分析的一般解法
6个一般解法: (2)有害效应的完整模型
一般解法3: 增加另外一个场F2来抵消原来有害场F的效应。
例：细长工件的切削加工，为防止加工中产生歪斜，增 加一个反向作用力。
7.3 物—场分析的一般解法
例 纯铜板的清洗
（2）应用一般解法6。插进一个物质S3并加上另一 个场F2来提高有用效应。 S3—蒸汽； F2—压力；
最终解决方案：使用过热水（100度以上）电解液的强烈爆炸冲击 并强制将其彻底排出微孔。
八、科学效应和现象
6个一般解法: (3) 效应不足的完整模型
一般解法4: 增加一个场F2（或F2和S3一起）代替原来的场F1（或F1 和S2）的效应。
例：墙纸的去除。利用水蒸气来代替机械力，去除效果 和效率提升许多。
7.3 物—场分析的一般解法
6个一般解法: (3) 效应不足的完整模型
一般解法5: 增加另外一个场F2来强化有用的效应。
例1 远视加近视的眼镜
物理矛盾：视力不良的人需要一种眼镜， 因为既近视又远视，所以问题比较复 杂。
办法： 空间分离：两套镜片占用不同面积；
时间分离：两副眼镜，不同时间轮流使用；
机遇条件的分离：胶质可变焦距眼镜； 系统级别分离：自动变焦眼镜
七、物—场模型分析
7.1 物—场分析
每个系统的出现都是为了实现某个确定的功能。 所有功能都可以分解为3个基本元素（S1，S2， F） 把功能用三角形来模型化称为物场分析模型： 物质——物体；作用或效应——场。
香皂
例1
物理矛盾：香皂温度要低，以便节约成型时间，但同 时香皂要温度高，状态够软，以便填满整个模具空间。 办法：时间分离 预先制造小粒香皂，与液态 香皂混合后一起注入模具。
例2 折叠自行车
物理矛盾：自行车在骑乘时体积要大，以 便载人，在停放时要小以节省空间。
办法：时间分离
折叠自行车
例3 焊接过程的研究
物理矛盾：一个实验要研究焊接过程中电 弧的变化和焊丝的熔化过程。录像时发 现只能看见电弧，看不见金属滴熔化过 程，于是加强光束，但只能看到焊丝和 熔化的金属滴，电弧却看不见了。
办法：时间分离 分两次录像，用两台 投影机同时放映，使影像 重合。
2.基于条件的分离
基于条件的分离是将矛盾双方在不同条 件下分离开来，以获得问题的解决。
6.3 分离原理与40个发明原理的关系
4.系统级别的分离原理的相关发明原理（9个）
发明原理12：等势原则 发明原理28：机械系统的替代 发明原理31：多孔材料 发明原理32：改变颜色 发明原理35：物理/化学状态变化 发明原理36：相变 发明原理38：加速氧化 发明原理39：惰性服务 发明原理40：复合材料
7.2 物—场模型的类型
物—场模型的类型有4类：
1）有效完整模型
功能的3个元素都存在，且都有效，是设计者追求的效应。
2）不完整模型
组成功能的元素不全，可能缺少场，也可能缺少物质。
3）效应不足的完整模型
3个元素齐全，但效应未能有效实现，或实现的不足够。
4）有害效应的完整模型
3个元素齐全，但产生了与设计者追求的相反的有害的效 应，需要消除这些有害效应。
6.3 分离原理与40个发明原理的关系
3.基于条件的分离原理的相关发明原理（13个）
发明原理1：分割 发明原理5：合并 发明原理6：普遍性 发明原理7：嵌套 发明原理8：配重 发明原理13：逆向思维 发明原理14：曲面化 发明原理22：变害为利 发明原理23：反馈 发明原理25：自服务 发明原理27：一次性用品 发明原理33：同质性 发明原理35：物理/化学状态变化