大学生创新思维-08.pptx
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1、解 决 问 题 的 方 法 物-场 分 析 与 标 准 解08大学生创新思维设计思维&TRIZ思维目 录8.1 什么是物-场分析8.2 常见的物-场模型8.3 物-场分析的一般解法8.4 物-场分析的标准解8.5 本章小结8.1.1 了解“物”与“场”“物-场”是物质和场的组合词,物质(S)是指一种与任何结构、功能等复杂性无关的实物,它可以是某种物体或过程,如桌子、汽车、水杯,也可以是整个系统或系统内的子系统或单个的物体,甚至可以是环境。它能作为材料,成为被改变、被作用的物质(S 1),也能作为工具,变成去改变、操作、产生作用的物质(S 2),但物质之间并不互相产生作用,这需要依靠场来完成。场
2、(F)是指传递物质之间相互作用的一种能量,也是完成某种功能所需的手法或手段。8.1.1 了解“物”与“场”序号名称举例G重力场重力P气动场空气动力学、空气静力学Me机械场压力、惯性、离心力、脉冲A声学场声波、超声波H 液压场流体力学、流体静力学Th热学场 热传导、热交换、热膨胀、绝热、双金属片记忆效应Ch 化学场燃烧、还原反应、氧化反应、溶解、置换、电解、键合E电场电容电、静电、感应电M磁场铁磁、静磁O 光学场光(红外光、可见光、紫外光)、反射、折射、偏振R 放射场 X-射线、不可见电磁波B生物场发酵、腐烂、降解N粒子场 中子、电子、同位素、-、-、-粒子束表-主要的场8.1.2 认识物-场模
3、型的组成部分物-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。阿奇舒勒对功能进行了认真的分析,总结出以下3条定律。(l)所有功能都可分解为3个基本元 素,即物质S 1、物质S 2 和一个场F。(2)将相互作用的3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3个基本元素组成。8.1.2 认识物-场模型的组成部分其中,场F通过物质S 2,作用于物质S 1,并改变S 1 和S 2。一个完整的物-场模型如图8-3所示。其中S 1 是一种需要改变、加工、位移、发现、控制、实现等的“目标”;S 2 是实现必要作用的“工具”;场是产生作用物的一种能量
4、、力,用以实现两个物质间的相互作用和影响。箭头指向S 1,表示S 2 作用于S 1,并形成了一个场。如左图。例如,在汽车的传动系统中,就是通过发动机(S 2)作用于车轮(S 1),形成机械能(F),从而促使车轮向前行进,其中发动机、车轮、机械能就是构成汽车行驶这一功能的3个要素其物-场模型如右图。8.1.2 认识物-场模型的组成部分物-场模型是一种用图形表达问题的符号语言,设计人员通过使用这些符号来有序地解决发明问题。下表所示为:物-场模型间常用的作用表现符号。含义符号效应的方向有效的效应不足的效应有害的效应物-场转换方向8.1.3 物-场模型案例1案例一人工刷墙工人在粉刷墙壁时,是用油漆对墙
5、壁产生作用,由此形成一个有效的作用场,其物-场模型如图。8.1.3 物-场模型案例2案例二士兵嗅闻寻找罹难者在发生如泥石流掩埋村落的灾难时,因为乱石堆积,士兵徒手搜寻罹难者并进行挖掘的难度较大。为了寻找罹难者的遗体,士兵会通过嗅闻来判断遗体的位置,用鼻子闻土壤中有无酸味,再用铲子进行挖掘。这种嗅闻罹难者的物-场模型如图。8.1.3 物-场模型案例3案例三地震致使房屋倒塌当地球内部运动积蓄的能量对地壳的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,使积累的能量以地震波的形式向四周传播,形成地震。地震释放出来的能量对地面的建筑有毁灭性的损害,其物-场模型如图。目 录8.1 什么是物-场
6、分析8.2 常见的物-场模型8.3 物-场分析的一般解法8.4 物-场分析的标准解8.5 本章小结8.2.1 不完整模型不完整模型代表着物-场模型的要素缺失,3个元素不齐全,可能是缺少物质,也可能是缺少场。例如,需要查找氟利昂泄露的地方,这里便只给出了物质氟利昂,还缺乏另一物质S 2 和场F,其物-场模型如左图。又如,吸尘器与地板,这两个物质是无法直接发生作用的,还缺乏必要的机械场,其物-场模型如右图。8.2.2 有效完整模型有效完整模型是一种理想的状态,也是设计者追求的状态。这代表实现功能必需的3个要素都存在,且相互之间的作用充分。例如,用手捏着手机,可以防止手机掉落到地上,这样建立的物-场
7、模型就是完整的,因为手机与手指之间产生了相互作用的机械力,可以实现拿得住手机的功能,又如,带有发动机的汽车因为配有足够的驱动力,也就是机械能,所以汽车可以正常行驶。8.2.3 非有效完整模型非有效完整模型是指模型的3个元素齐全,但是设计者追求的或预期拥有的相互作用未能有效实现或只是部分实现。例如,一辆满载货物的火车在行驶时,若只有一个火车头来拉动车厢,爬坡时会比较费力,显得动力不足。又如,穿鞋在冰面走动时,由于摩擦力不够,人会打滑甚至摔倒。这类效应不足的情况可以用下图的物-场模型来表示。8.2.4 有害完整模型有害完整模型指模型的3个元素齐全,但产生了有害的效应。例如,为了保证办公室的隐私性,
8、给窗户安装了窗帘,但办公室的光照受到了影响。又如,玻璃制造业需要使用带有研磨材料的酸性浆料,通过管线将其输送到设备,但这种浆料和研磨颗粒又会对管线造成损伤,这也是一种有害作用,其物-场模型。目 录8.1 什么是物-场分析8.2 常见的物-场模型8.3 物-场分析的一般解法8.4 物-场分析的标准解8.5 本章小结8.3.1 一般解法1补充物-场模型中缺乏的元素,可以是物质,也可以是场,将其构造成完整有效的模型。例如,衣服(S 2)中存在着水(S 1),这时可以增加场F将水从衣服中分离出来,可以使用离心机,也就是增加机械场F分离水,也可以使用热力使水蒸发。又如,前面提到的氟利昂案例,加上S 2
9、荧光剂和紫外辐射的场F,就可找到泄漏氟利昂的位置。处理后的物-场模型如图。8.3.2 一般解法2加入一个新物质(S 3),用来隔绝原来的物-场元素,阻止有害作用。S 3可以是修改后的S 1、S 2,如左图所示。例如,地面对杠铃的有用作用是让杠铃就位,制止杠铃的运动,但是杠铃盘对地面会产生有害作用,当放下杠铃时,由于杠铃的重力碰撞会造成对地面的损伤,并引发噪声。这时候可以加入新物质S 3,给杠铃盘套上橡皮圈或在地面上铺上一层厚厚的橡皮,就会削减之前的有害作用,如右图所示。8.3.3 一般解法3引入另一个场(F 2),用来抵销原来场的有害效应,或将有害作用转换为有用效应。例如,医生对腿骨折的病人进
10、行外科手术后,会通过机械场作用用支撑架对腿进行固定,然后通过施加脉冲电场对肌肉进行理疗,以刺激肌肉并阻止肌肉萎缩,其物-场模型可用下图表示。8.3.4 一般解法4现有的系统有用却效应不足,但又不被允许增加新的物质,要想改进当前效果,需要增加一个新的场(F 2)来增强有用效应。例如,用刀来刮墙面的贴纸时,不仅效率低,而且墙面会残留一些胶化物,十分难看。但如果引入高温蒸汽场,墙上的贴纸就会很容易被撕下来,其物-场模型如下图所示。8.3.5 一般解法5用另外一个场(F 2)来替代原来的场,或用S 3 来替代S 2,以增强功能效应。例如,使用金属刀片切割金属时会出现切割不均匀、变形及发热的现象,这时候
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