创新方法与创新设计

F
S1
S2
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。
F
S
S
2
1
F
S
S
2
1
F
S
S
2
1
场F 通过物质S2 作用于物质S1, 并改变S1
F
S2
S1
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）
思考题2
★ 假如你是一名侦探：检验抢确定杀人犯
➢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。”
标准解法是针对标准问题而提出的解法，适用于 解决标准问题并快速获得解决方案，标准解法是根里 奇·阿奇舒勒后期进行TRIZ理论研究的最重要课题， 同时也是TRIZ高级理论的精华之一。
标准解法
✓ 标准解法是指不同领域发明问题的通用解法，具有应用的广 泛性、一致性和有效性。
✓ 标准解法是TRIZ理论研究技术系统转化和发展的工具之一。 是通过物－场模型来使设计人员能有序地进行解决发明问题 的方法。
一般解法
实例：车轮打滑的解决途径（向串联式物场模型转换）
机械场 F1
S1
S2
车轮 冰雪路面
解决办法：
一般解法
一般解法
✓ 车轮打滑的解决途径（引入沙土或防滑链S3,向串联
式物场模型转换）。
机械场 机械场
F1
F2
机械场 F1
S1
S2
车轮 冰雪路面
S1 车轮
S3
S2
沙土 冰雪路面
机械场 F1
机械场 F2
物场模型是将一个技术系统分成两个物质与一个场，用一个 三角形来表示每个系统所实现的功能。
F
S1
S2
S1－ 物质1：是一种需要改变、加工、位移、发现、控制、 实现等的“目标”；
S2－ 物质2：是实现必要作用的“工具”； F1－场 :代表“能量”、“力”，是实现两个物质间的相 互作用、联系和影响。
实例
物－场分析法的三元素（一）
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。
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－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”。
电场
q1
q2
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。
技术系统物质-场分析
技术系统的目的是执行功能(Function)。 它的基本组成包括两个物质(Substance)和它们之间的 作用力。 这个力称为场(Field)，是产生作用力的一种能量。
★ 问题:在许多未知领域，无法确定系统矛盾的类型，怎么办？
方法之二:使用物-场功能模型来对问题进行描述!
物质-场概述
TRIZ理 论中 的物 质 - 场分 析方 法 （ Substance -Field Analysis ） 是 一 个 针 对 问 题 建 模 分 析 的 工 具 （ Modeling Problems）。用以建立与已存在的系统或新技术系统问题相 联系的功能模型。
✓ 有效完整模型：实现功能的3个元素齐全，且有效实现功能。 ✓ 不完整模型：实现功能的3个元素不全，可能缺场，也可能
是缺少物质（工具）。 ✓ 效应有害的完整模型： 3个元素齐全，但产生了有害的效应，
需要消除这些有害效应。 ✓ 效应不足的完整模型：3个元素齐全，但功能未有效实现或
实现得不足。
物－场分析法的４种功能模型
实例：锤钉子伤手（引入现成物质S3）
一般解法
一般解法3：
主要针对效应有害完整模型，解决办法是：增加另 一个场F2。
实施手段：引入第二个场F2，用于平衡产生有害效果 的场，准确评估所需的能量场，如常见的机械能、热能、 电能等。模型转换过程如下图所示。
一般解法
实例：驾车下坡问题（用第二个场F2来消除有害作用）
TRIZ理论与机械创新
第六章 物质-场分析方法
主讲：江帆
练习
如果保证下面的象棋在公共场合使用？
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
★ 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!
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。
★ 假如你是一名侦探：检验抢确定杀人犯 ➢ 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， F
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
S2
S1
收该武器时枪管磁化程度为止。
标准解法
标准解法是根里奇·阿奇舒勒于1985年创立的， 共有76个，分成5级，各级中解法的先后顺序也反映 了技术系统必然的进化过程和进化方向。
实例1：实现吸尘器功能
（引入缺少的机械场建立完整的物场模型）
S1 地毯
S2 吸尘器
F 机械场
S1 地毯
S2 吸尘器
实例
实例2：铣刀切割零件
机械场
零件
铣刀
实例3：油漆墙壁
实例
化学场
墙壁
人
思考题
★ 火柴的包装问题
➢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
思考题2（续）
★ 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（参考答案）
3
模型 引入另外一个场，抵消有害作用
4
用另外一个场代替原来的场
5
效应不足 增加另外一个场来强化有用的作用
模型 引入第三个物质和第二个场，来强化有用的
6
作用
一般解法
一般解法1：
一般解法1主要是针对不完整模型，解决方法： 增加需要的组件，完成物场三角形 。
实例：人们实现持枪有效射击 S1 或 S1 + S2
F
F
F
S2
S1
１有效完整模型
F
S2
S1
４有害效应的完整模型
S2 ２不完整模型
S2
S1
３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。
一般解法
一般解法编号 存在的问题
具体解决措施
1
不完整模型 增加所需的元素（场、物质），使模型完整
2
效应有害 加入第三种物质，阻止有害作用
S1 车轮
S3
S2
防滑链 冰雪路面
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
管道
金属颗粒
物－场分析法应用案例
引入了高温蒸汽热场F2，用高温蒸汽喷射墙面，墙上 的壁纸因失去强度，就能很容易地被去除掉。
F1
铲刀机械力
F1 铲刀机械力
墙面
S1
壁纸
S2
墙面
S1
高温蒸汽
F2
壁纸
S2
一般解法
一般解法6：
主要针对效应不足模型，解决办法：增加新的场F2和 物质S3来加强原有的效果。
实施手段：引入新的场F2和物质S3，将原物-场模型中 的一个物质（S1或S2)用一个完整的、可独立控制的物-场 模型来替代，形成串联式（链式）物场模型，从而提高有 用效应。模型转换过程如下图所示。
标准解法
应用标准解方法求解问题的简易流程
物场模型
转化
待解决的 问题
标准解法系统
标准解法
应用
最终方案
标准解法体系
第1级：物场模型的建立或破坏(13种标准)； 第2级：物质-场的发展(23种标准); 第3级：从基本系统向高级系统或微观等级系统
转变(6种标准)； 第4级：测量或检测技术系统内部(17种标准)； 第5级：简化与改进系统(17种标准)。
物场分析常见的符号
物-场分析法是使用一种用图形描述系统内零部件之间 相互关系的符号语言，与文字语言相比，可以更加清楚 直观地描述零部件之间的相互关系。
相互作用 有关联的关系 定向、有效、作用 定向、有效、不充分的作用
??
定向、有害的作用 定向、过度的作用 缺乏信息的作用 模型间的转换
最基本的物质-场模型
磁铁F2
高速空气
管道S2
金属颗粒S1
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
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
F2
S1
鞋子
S2
冰面
有效的、定向的、不充分的 作用
S3
带钉子的鞋子
S2
冰面
有效的、定向的、充分的作 用
一般解法
一般解法5：
主要针对效应不足模型，解决办法：增加一个新的场 F2来增强需要的效果。
实施手段：增加另外一个场来强化有用的效应，模 型 转换过程如下图所示。
一般解法
实例：快速用铲刀去除墙上的壁纸（引入第2个温度场）
标准解法体系
第一级 建立或完善物场模型的标准解系统………………………13 1.1 建立物场模型……………………………………8 1.2 消除物场模型的有害效应………………… ……5
第一步：确定问题：输送金属颗粒 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）
第三步：分析物场模型，查找一般解法
F
F
S2
S1
S
S
2
1
S3
F
S
S
2
1
F2
物－场分析法应用案例
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。
一般解法
一般解法4：
主要针对效应不足模型，解决办法是：改用新的场F2。
实施手段：引用新的场F2来代替原有的场F来达到所需的 效果，模型转换过程如下图所示。
一般解法
实例：穿着普通鞋子在冰面上行走
穿着普通鞋子在冰上行走的人， 因得不到冰面足够的摩擦力， 所以容易滑倒。 解决办法：换上钉鞋
摩擦力
F
嵌套力
➢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？
磁场
磁粉
火柴
常见物场模型的可能状况
1）需要的效果没有发生
F
例如：想拿杯子，但没有杯子
2）产生有害的效果
F
例如：手拿杯子，手被杯子边
缘割伤
S1
S1-杯子； S2-手；
S2 F-机械场
S2
3）需要的效果不足
枪栓的作用力
F
S1
S2
子弹
枪
一般解法
一般解法2：
主要针对效应有害完整模型，解决办法是：引进第三 种物质S3，而且这种物质是原有两种物质之一的变种。
实施手段：加人第三种物质S3，S3用来阻止有害作用。 S3可以不同于S1或S2，也可以是S1 和S2 共同改变出来的。 模型转换过程力度不够，杯子滑落 S1
S2
常见物场模型的可能状况
4）需要的效果过度 例如：手拿杯子，但力度过大，把 杯子捏变形
F
S1
S2
5）需要的效果完整 例
F
如：手拿杯子，力度
合适，功能完全实现 S1
S2
S1-杯子； S2-手； F-机械场
其中1-4类物场模型需要改善！
物场分析求解流程
物场模型的分类