第9章 效应知识库《创新设计——TRIZ系统化创新教程》教学课件
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麦比乌斯圈还可用于过滤器、录音 机等创新设计中，目前利用麦比乌斯圈 申请的专利有100多项。
图9.10 麦比乌斯圈研磨带
9-2 效应应用范例
效应2：超塑性（力学、热物理学）
金属合金具有多晶结构。晶粒结构不是理想的，而存在变位。变位处的原子 间引力比有序处的力弱。温度升高使组成晶格原子的振动能量增加并导致结构缺 陷的增加。当温度为熔点温度一半时，具有细粒结构合金的变位数目增加。如果 在晶粒间的边界有足够多的变位，只需要很小的机械力就能引起晶粒间的滑动， 如图9.11所示，在宏观上表现为变形，这种效应称为超塑性。
图9.11 超塑性效应
§9-2 效应应用范例
效应2：超塑性（力学、热物理学）
工程应用：利用超塑性制成中空元件。航空航天工业中采用质量轻的管状铝钛合 金钢生产出结构复杂的中空部件，这需要管状合金钢同时在不同的方 向受到气体压力使其发生形变。然而，普通热模成型达不到这个压力 值。可以将管状合金钢放进压力和温度适当的加热器或炉中，利用合 金的超塑性制成中空元件，如图9.12所示。
第9章 效应知识库
主要内容
效应 效应应用范例 效应知识库及应用过程
案例分析
9-1 效应
1.效应
➢ 效应是发明问题解决理论(Theory of inventive problem solving, TRIZ) 中一种基于知识的工具。
➢ 产品功能是输入到输出能量、物料和信息的转换，本质上是描述这些能量、 物料和信息的属性的变化。这些属性的变化可以用科学效应描述。
图9.14 利用离子束溅射制 成电子发射器
9-2 效应应用范例
效应4：处于液体中的物体重量减少（力学、流体力学、几何学）
将物体置于液体中浮力会使物体的重量减少，如图9.15所示。当物体浸入液体且 液体密度和物体密度一致时，会发生物体失重效应。这种失重效应作为整体系统 而不是作为内部结构显示出来。例如，静止在水中的人的内部器官会有失重的感 觉。然而，在物体变形中并没有发生由真正的完全失重所引起的变化。
图9.15 将物体置于液体中会使物体的重量减少
9-2 效应应用范例
图9.9 麦比乌斯圈
§9-2 效应应用范例
效应1：麦比乌斯圈
工程应用：工程上应用的研磨带，是在环形带的外表面涂上研磨材料，当研磨层 磨完了就要更换研磨带。怎样才能既不增加皮带长度又能使它的工作 寿命延长呢?
运用麦比乌斯圈特性可以解决这个 问题，如图9.10所示。皮带圈的长短和 通常的没有两样，但由于它的工作面增 加一倍，所以它的寿命也增加了一倍。
➢ 科学效应一般可用科学定律或定理描述，应用效应，可以利用本领域特别 是其它领域的有关定律解决设计中的问题。
➢ 按照效应所包含的信息，效应可分为物理效应、化学效应、生物效应、几 何效应。
输入量
输出量 效应
功能：传递扭矩
T1
摩擦效应 T2
图9.1 效应示意图及摩擦效应
9-1 效应
1.效应
➢ 效应是对系统输入/输出间转换过程的描述，该过程由科学原理和系统属 性支配，并伴有现象发生。每一个效应都有输入和输出，因此效应模型有 输入和输出两个接口（两极），如图9.2（a）所示。
（4）控制效应模式：预期的输入/ 输出转换由多个效应共同实现，其 中一个或多个效应的输出流由其他 效应的输出流控制，如图9.8 所示。
图9.7 环形效应模式
图9.8 控制效应模式
9-2 效应应用范例
效应1：麦比乌斯圈
拿一条纸，它有两个面，把它的两头粘上就可以做成一个环，两个面保持下来， 一个内表面，一个外表面。如果将纸条的一端扭转180°然后再将两端粘起来，会 出现什么情况？如图9.9所示，只有一个持续的面。这种扭转的条粘成的环称为 “麦比乌斯圈”，是以首次描述了此圈奇妙特性的德国数学家的名字命名的。
§9-2 效应应用范例
效应3：离子束溅射（电学、微电子学）
工程应用：电子发射装置。传统的电子发射器利用热 阴极，这种方法能量损失大。利用冷阴极 制成的电子发射器能够解决能量损失的问 题，但是设备的制造过程复杂，成本高， 产量很低。为了生产电子发射器，可以利 用离子溅射生成洞形发射器的方法，如图 9.14所示。底层之上有一绝缘层。利用热 酸有选择的蚀刻绝缘层。绝缘层上被嵌入 的地方为水滴形状的洞。这些洞足够深， 能够接触到传导层。通过离子束溅射，钨 （或其它电极材料）被沉积到洞里。门电 极和锥形发射器同时形成。水滴形状的洞 的底部决定发射器的形状。
（2）并联效应模式：预期的输入/输 出转换由同时发生的多个效应共同实 现，如图9.6所示。
图9.5 串联效应模式
图9.6 并联效应模式
§9-1 效应
2.效应模式
（3）环形效应模式：预期的输入/ 输出转换由多个效应共同实现，后 一效应的输出流通过一定的方式返 回到前一效应的输入端，如图9.7 所示。
➢ 效应可以用具有多个输入流、输出流或控制流的多极效应模型表示，如图 9.4所示。
图9.3 库伦效应模型
图9.4 具有多流的多极效应模型
9-1 效应
2.效应模式
➢ 基于多流多极效应模型构建效应链的基本组成方式称为效应模式，效应模 式有以下几种：
（1）串联效应模式：预期的输入/输 出转换由按顺序相继发生的多个效应 共同实现，如图9.5所示。
图9.12 超塑性效应在中空元件成形中的应用
9-2 效应应用范例
效应3：离子束溅射（电学、微电子学）
用离子束轰击表面，入射离子的能量将转移到目标材料的原子上。能量转移通常 导致表面原子的喷射，这使得表面被侵蚀或溅蚀，如图9.13所示。为了防止离子 与气体原子相撞，需要将系统放在真空中。
图9.13 离子束喷射表面原子
➢ 效应还可以通过辅助量来控制或调整其输出，可控制的效应模型扩展为三 个接口（三极），如图9.2（b ）所示。
效应 (a) 两极效应模型
效应 (b) 三极效应模型
图9.2 效应模型
wenku.baidu.com
效应 输入流 输出流 控制流Flow
9-1 效应
1.效应
➢ 一个效应可以有多个输入流、输出流或控制流，例如库仑效应中带电体所 带电量(Q1, Q2)为两个输入流，库仑力(F)为输出流，相对介电常数(εr) 和带电体间距离(r)为控制流，如图9.3所示。
图9.10 麦比乌斯圈研磨带
9-2 效应应用范例
效应2：超塑性（力学、热物理学）
金属合金具有多晶结构。晶粒结构不是理想的，而存在变位。变位处的原子 间引力比有序处的力弱。温度升高使组成晶格原子的振动能量增加并导致结构缺 陷的增加。当温度为熔点温度一半时，具有细粒结构合金的变位数目增加。如果 在晶粒间的边界有足够多的变位，只需要很小的机械力就能引起晶粒间的滑动， 如图9.11所示，在宏观上表现为变形，这种效应称为超塑性。
图9.11 超塑性效应
§9-2 效应应用范例
效应2：超塑性（力学、热物理学）
工程应用：利用超塑性制成中空元件。航空航天工业中采用质量轻的管状铝钛合 金钢生产出结构复杂的中空部件，这需要管状合金钢同时在不同的方 向受到气体压力使其发生形变。然而，普通热模成型达不到这个压力 值。可以将管状合金钢放进压力和温度适当的加热器或炉中，利用合 金的超塑性制成中空元件，如图9.12所示。
第9章 效应知识库
主要内容
效应 效应应用范例 效应知识库及应用过程
案例分析
9-1 效应
1.效应
➢ 效应是发明问题解决理论(Theory of inventive problem solving, TRIZ) 中一种基于知识的工具。
➢ 产品功能是输入到输出能量、物料和信息的转换，本质上是描述这些能量、 物料和信息的属性的变化。这些属性的变化可以用科学效应描述。
图9.14 利用离子束溅射制 成电子发射器
9-2 效应应用范例
效应4：处于液体中的物体重量减少（力学、流体力学、几何学）
将物体置于液体中浮力会使物体的重量减少，如图9.15所示。当物体浸入液体且 液体密度和物体密度一致时，会发生物体失重效应。这种失重效应作为整体系统 而不是作为内部结构显示出来。例如，静止在水中的人的内部器官会有失重的感 觉。然而，在物体变形中并没有发生由真正的完全失重所引起的变化。
图9.15 将物体置于液体中会使物体的重量减少
9-2 效应应用范例
图9.9 麦比乌斯圈
§9-2 效应应用范例
效应1：麦比乌斯圈
工程应用：工程上应用的研磨带，是在环形带的外表面涂上研磨材料，当研磨层 磨完了就要更换研磨带。怎样才能既不增加皮带长度又能使它的工作 寿命延长呢?
运用麦比乌斯圈特性可以解决这个 问题，如图9.10所示。皮带圈的长短和 通常的没有两样，但由于它的工作面增 加一倍，所以它的寿命也增加了一倍。
➢ 科学效应一般可用科学定律或定理描述，应用效应，可以利用本领域特别 是其它领域的有关定律解决设计中的问题。
➢ 按照效应所包含的信息，效应可分为物理效应、化学效应、生物效应、几 何效应。
输入量
输出量 效应
功能：传递扭矩
T1
摩擦效应 T2
图9.1 效应示意图及摩擦效应
9-1 效应
1.效应
➢ 效应是对系统输入/输出间转换过程的描述，该过程由科学原理和系统属 性支配，并伴有现象发生。每一个效应都有输入和输出，因此效应模型有 输入和输出两个接口（两极），如图9.2（a）所示。
（4）控制效应模式：预期的输入/ 输出转换由多个效应共同实现，其 中一个或多个效应的输出流由其他 效应的输出流控制，如图9.8 所示。
图9.7 环形效应模式
图9.8 控制效应模式
9-2 效应应用范例
效应1：麦比乌斯圈
拿一条纸，它有两个面，把它的两头粘上就可以做成一个环，两个面保持下来， 一个内表面，一个外表面。如果将纸条的一端扭转180°然后再将两端粘起来，会 出现什么情况？如图9.9所示，只有一个持续的面。这种扭转的条粘成的环称为 “麦比乌斯圈”，是以首次描述了此圈奇妙特性的德国数学家的名字命名的。
§9-2 效应应用范例
效应3：离子束溅射（电学、微电子学）
工程应用：电子发射装置。传统的电子发射器利用热 阴极，这种方法能量损失大。利用冷阴极 制成的电子发射器能够解决能量损失的问 题，但是设备的制造过程复杂，成本高， 产量很低。为了生产电子发射器，可以利 用离子溅射生成洞形发射器的方法，如图 9.14所示。底层之上有一绝缘层。利用热 酸有选择的蚀刻绝缘层。绝缘层上被嵌入 的地方为水滴形状的洞。这些洞足够深， 能够接触到传导层。通过离子束溅射，钨 （或其它电极材料）被沉积到洞里。门电 极和锥形发射器同时形成。水滴形状的洞 的底部决定发射器的形状。
（2）并联效应模式：预期的输入/输 出转换由同时发生的多个效应共同实 现，如图9.6所示。
图9.5 串联效应模式
图9.6 并联效应模式
§9-1 效应
2.效应模式
（3）环形效应模式：预期的输入/ 输出转换由多个效应共同实现，后 一效应的输出流通过一定的方式返 回到前一效应的输入端，如图9.7 所示。
➢ 效应可以用具有多个输入流、输出流或控制流的多极效应模型表示，如图 9.4所示。
图9.3 库伦效应模型
图9.4 具有多流的多极效应模型
9-1 效应
2.效应模式
➢ 基于多流多极效应模型构建效应链的基本组成方式称为效应模式，效应模 式有以下几种：
（1）串联效应模式：预期的输入/输 出转换由按顺序相继发生的多个效应 共同实现，如图9.5所示。
图9.12 超塑性效应在中空元件成形中的应用
9-2 效应应用范例
效应3：离子束溅射（电学、微电子学）
用离子束轰击表面，入射离子的能量将转移到目标材料的原子上。能量转移通常 导致表面原子的喷射，这使得表面被侵蚀或溅蚀，如图9.13所示。为了防止离子 与气体原子相撞，需要将系统放在真空中。
图9.13 离子束喷射表面原子
➢ 效应还可以通过辅助量来控制或调整其输出，可控制的效应模型扩展为三 个接口（三极），如图9.2（b ）所示。
效应 (a) 两极效应模型
效应 (b) 三极效应模型
图9.2 效应模型
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效应 输入流 输出流 控制流Flow
9-1 效应
1.效应
➢ 一个效应可以有多个输入流、输出流或控制流，例如库仑效应中带电体所 带电量(Q1, Q2)为两个输入流，库仑力(F)为输出流，相对介电常数(εr) 和带电体间距离(r)为控制流，如图9.3所示。