物理矛盾与分离原理(TRIZ)

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。
一、物理矛盾
物理矛盾在TRIZ理论体系中的位置
定义物理矛盾
❖ 对系统的同一个元素有不同的要求 ❖ 符号表示
▪ A+，A-
运输
快
速度
安全
慢
定义物理矛盾
例:桌子
结实
厚
轻便
薄
宽敞
大
节省空间
小
厚度（桌面） 面积（桌面）
定义物理矛盾
❖ 例:散热片
散热效果好 节省空间
大 面积(散热片)
小
物理矛盾的三种情况
4、系统级别分离
❖Step 1 ：定义物理矛盾
❖ Step 2 ：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？
❖ Step 3 ：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
大
防止扎坏衣服
小
针鼻
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 ❖ ……
练习3
❖ 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
思考题4：
空间分离 条件分离
二、物理矛盾与技术矛盾的关系
物理矛盾
同一元素（参 数），两个不 同的要求
技术矛盾
两个参数 之间的矛盾
二、物理矛盾与技术矛盾的关系
物理矛盾 一个参数 一个元素
技术矛盾 二个参数 一个系统
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
空隙既应该小，不容易漏油；又应该大，便于书写。
主要内容
一、物理矛盾 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
一个故事：欧洲制鞋公司领导的烦恼
有职工偷鞋，如何解决？
三、物理矛盾的分离原理
解决物理矛盾的核心思想是——实现矛盾双方的分离
否 □ _应__用___空__间__分__离_________ 是 □ _尝__试___其__他__分__离___方__法____
案例分析
实例：炮弹筒的设计
炮弹大
大
爆发速度高
小
炮弹筒直径
案例分析
实例：炮弹筒的设计
装填炸药的地方
炮弹经过的地方
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 ❖ ……
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。
物理矛盾的三种情况
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
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……
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 ……
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。
分离方法
时间分离 空间分离
条件分离
系统级别分离
水杯
沏茶
热
不烫手
凉
哪里热？ 哪里凉？
温度
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
热凉
空间分离
❖ 杯子的空间分离
热
操作空间1
（杯子内）
凉
操作空间2
（杯子外）
解决物理矛盾——空间分离
Step 1 ：定义物理矛盾 参数： ____________________
否 □ __应__用__时__间__分__离_________ 是 □ __尝__试__其__他__分__离__方__法__。___
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
厚与薄 平行与交叉 圆与非圆 锋利与钝
对称与 非对称
水平与垂直
密度大小
功率 大与小
冷与热
导热率高低
粘度 高与低
快与慢
温度高与低
摩擦系数 大与小
成本高与低
软与硬 喷射与堵塞 运动与静止
主要内容
一、物理矛盾 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
❖ 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
超系统
系统
4、系统级别分离
A: 系统
子系统
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
4、系统级别分离
B: 系统
超系统
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
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
更无毒无负担。
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
软 速度低
硬 速度高
3、条件分离
❖Step 1 ：定义物理矛盾
❖ Step 2 ：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？
❖ Step 3 ：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
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。
❖ 例如：灯泡的功率既要是25瓦，又要是100瓦；
三色调光灯
无级调光灯
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
常见的物理矛盾情形
类别
几何类
长与短 宽与窄
材料及能 量类
功能类
多与少 时间 长与短 推与拉
强与弱
物理矛盾
案例分析
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
❖ 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
一、物理矛盾 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
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。
练习1
❖ 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.
思考题1：安瓿瓶的密封
熔化玻璃
热
无损药水
凉
火焰 喷口
安瓿瓶
温度
怎么办？
思考题1：安瓿瓶的密封
空间分离：对一个参数的不同要求，在不同空间实现
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：wangqiseu@163.com
您遇到过这样的问题吗？
过滤效果好
小
不容易堵塞
大
孔径
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
二、物理矛盾与技术矛盾的关系
❖Step 1 ：定义技术矛盾
▪ 圆珠笔方便书写，但是漏墨容易污染衣物等
❖Step 2 ：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
❖Step 3 ：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
要求1： ____________________ 要求2： ____________________ Step 2 ：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？ 空间1： ____________________ 空间2： ____________________ Step 3 ：以上两个空间区域是否交叉？
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 ❖ ……
练习2
❖ 水杯用的时候要大，盛水多，但外出携带不方便， 怎么办？
思考题2
3、条件分离
❖ 条件分离的使用情况
时间/空间
3、条件分离
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
时间分离 系统分离
主要内容
一、物理矛盾 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
四、分离原理与创新原理的对应关系
分离方法 空间分离 时间分离 条件分离 整体与局部分离
创新原理 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……
二、物理矛盾与技术矛盾的关系
改善 “A” 温度 C= 热量
生产率
变坏
“B” 有害因素
“C”既要热又要是冷——物理矛盾
定义物理矛盾的步骤
❖Step 1 ：定源自文库技术矛盾
▪ A+ B▪ B+ A-
❖Step 2 ：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-
❖Step 3 ：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
安瓿瓶
热
操作空间1
（瓶口）
凉
操作空间2
（瓶身）
雨伞
遮雨 携带方便
大 体积
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。
时间分离
❖ 雨伞的时间分离
大
操作时间1
（下雨的时候）
小
操作时间2
（携带的时候）
解决物理矛盾——时间分离
Step 1 ：定义物理矛盾 参数：____________________
要求1：____________________
要求2：____________________ Step 2 ：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？
时间1：____________________ 时间2：____________________
Step 3 ：以上两个时间段是否交叉？