1、六、物理矛盾和分離原理六、物理矛盾和分離原理6.1 物理矛盾物理矛盾n當一個技術系統的工程參數具有相反的需求時就出現了物理矛盾。n如：既需要刀刃足夠鋒利，又不易折斷； 既需要座位多容量大，又希望體積小； 既希望燈具亮度高，又希望瓦數小。辦法：高強度鋼刀具、客車座椅傾斜、飛機座椅交錯、節能燈6.2 分離原理分離原理n11種分離方法n4大分離原理： 1）空間分離 2）時間分離 3）基于條件的分離 4）系統級別的分離1.空間分離n空間分離是將矛盾雙方在不同的空間上分離開來，以獲得問題的解決。例例1 1 炮彈炮彈物理矛盾：炮管直徑必須足夠大以使炮彈容易射出，又要足夠小，以免泄漏火藥爆炸推進力。辦法：空

2、間分離 炮管內徑分為兩部分，后部爆炸室作成錐形，讓球形炮彈與錐形爆炸室總可以形成封閉的空間。例例2 輪船下水運輸車輪船下水運輸車 物理矛盾：運輸車必須在水上，以免水對車輪的阻滯，但運輸車必須要在水下，以完成將輪船運入水中。辦法：空間分離車輪保護蓋做成5面封閉體，利用空氣絕緣現象，形成氣室，讓輪子保持在空氣環境中。例例3 惱人的鋼板惱人的鋼板物理矛盾：一種鋼板制造時必須加熱到1200度沖壓成型，但加熱到800度時，鋼板表面就嚴重氧化，無法滿足質量要求。辦法：空間分離 真空沖壓、或表面涂抗氧化膜2.時間分離n時間分離是將矛盾雙方在不同的時間段分離開來，以獲得問題的解決。例例1 1 香皂香皂物理矛盾

3、：香皂溫度要低，以便節約成型時間，但同時香皂要溫度高，狀態夠軟，以便填滿整個模具空間。辦法：時間分離預先制造小粒香皂，與液態香皂混合后一起注入模具。例例2 折疊自行車折疊自行車物理矛盾：自行車在騎乘時體積要大，以便載人，在停放時要小以節省空間。辦法：時間分離折疊自行車例例3 焊接過程的研究焊接過程的研究物理矛盾：一個實驗要研究焊接過程中電弧的變化和焊絲的熔化過程。錄像時發現只能看見電弧，看不見金屬滴熔化過程，于是加強光束，但只能看到焊絲和熔化的金屬滴，電弧卻看不見了。辦法：時間分離 分兩次錄像，用兩臺投影機同時放映，使影像重合。2.基于條件的分離n基于條件的分離是將矛盾雙方在不同條件下分離開來

4、，以獲得問題的解決。例例1 1 水管水管物理矛盾：水管剛性好，以免因水的重量而變形，但水管要軟，以避免在冬天被凍壞。辦法：基于條件的分離用彈塑性好的復合材料。例例2 跳水訓練池跳水訓練池物理矛盾：水要軟，以減輕水對運動員的沖擊傷害，但水又必須硬，以支撐運動員的身體，水的軟硬取決于跳水者入水的速度。辦法：基于條件的分離充滿氣泡的泳池例例2 查理大帝的加冕查理大帝的加冕物理矛盾：教皇要給查理大帝加冕。既要親手將皇冠戴到查理大帝的頭上，又不能讓人們認為教皇授予皇帝權利，還能將權利收回。辦法：基于條件的分離教皇利奧三世大踏步地走到查理面前，將一頂西羅馬皇帝的皇冠戴到他頭上，并高聲宣布 ：“上帝為查理加

5、冕，這位偉大的帶來和平的羅馬皇帝，萬壽無疆，永遠勝利！” 4.系統級別的分離n將矛盾雙方在不同的系統級別分離開來。以獲得問題的解決。例例1 PCB1 PCB上板機上板機物理矛盾：SMT（表面貼裝焊接技術）生產線，要求PCB（印刷電路板）連續供應，但PCB是專業生產商批量供貨的。連續生產與批量供貨出現矛盾。辦法：系統級別的分離 PCB上板機。子系統（接受批量PCB，然后連續輸送到SMT生產線。）例例2 如何用普通溫度計測量甲殼蟲的體溫如何用普通溫度計測量甲殼蟲的體溫物理矛盾：甲殼蟲太小，不能用普通溫度計測量體溫。專用測量儀器需要很長時間去研制。辦法：系統級別的分離瓶子裝滿甲殼蟲超系統6.3 分離

6、原理與40個發明原理的關系1.空間分離原理的相關發明原理（10個）發明原理1：分割 發明原理13：逆向思維發明原理2：抽取 發明原理17：一維變多維發明原理3：局部質量 發明原理24：中介物發明原理4：非對稱 發明原理26：復制發明原理7：嵌套 發明原理30：柔性外殼或 薄膜6.3 分離原理與40個發明原理的關系2.時間分離原理的相關發明原理（12個）發明原理9：預先反作用 發明原理19：周期性動作發明原理10：預先作用 發明原理20：有效作用的連續性發明原理11：預先應急措施 發明原理21：緊急行動發明原理15：動態化 發明原理29：氣動與液壓結構發明原理16：不足或超額行動 發明原理34：

7、拋棄與再生發明原理18：機械振動 發明原理37：熱膨脹6.3 分離原理與40個發明原理的關系3.基于條件的分離原理的相關發明原理（13個）發明原理1：分割 發明原理22：變害為利發明原理5：合并 發明原理23：反饋發明原理6：普遍性 發明原理25：自服務發明原理7：嵌套 發明原理27：一次性用品發明原理8：配重 發明原理33：同質性發明原理13：逆向思維 發明原理35：物理/化學狀態變化發明原理14：曲面化6.3 分離原理與40個發明原理的關系4.系統級別的分離原理的相關發明原理（9個）發明原理12：等勢原則 發明原理36：相變發明原理28：機械系統的替代 發明原理38：加速氧化發明原理31：

8、多孔材料 發明原理39：惰性服務發明原理32：改變顏色 發明原理40：復合材料發明原理35：物理/化學狀態變化例例1 遠視加近視的眼鏡遠視加近視的眼鏡物理矛盾：視力不良的人需要一種眼鏡，因為既近視又遠視，所以問題比較復雜。辦法：空間分離：兩套鏡片占用不同面積；時間分離：兩副眼鏡，不同時間輪流使用；機遇條件的分離：膠質可變焦距眼鏡；系統級別分離：自動變焦眼鏡七、物七、物場模型分析場模型分析7.1 物場分析n每個系統的出現都是為了實現某個確定的功能。n所有功能都可以分解為3個基本元素（S1，S2，F）n把功能用三角形來模型化稱為物場分析模型：物質物體；作用或效應場。一般S1表示工件，S2表示工具S

9、可以是：1）材料2）工具3）零件4）人5）環境F可以是：1）Me機械能2）Th熱能3）Ch化學能4）E電能5）M磁能吸塵器清潔地毯：S1地毯（工件）； S2吸塵器（工具）；F清潔（機械場）人用油漆刷墻：S1墻（工件）； S2人（工具）；F刷油漆（機械場）7.2 物場模型的類型物場模型的類型有4類：1）有效完整模型功能的3個元素都存在，且都有效，是設計者追求的效應。2）不完整模型組成功能的元素不全，可能缺少場，也可能缺少物質。3）效應不足的完整模型3個元素齊全，但效應未能有效實現，或實現的不足夠。4）有害效應的完整模型3個元素齊全，但產生了與設計者追求的相反的有害的效應，需要消除這些有害效應。7

10、.3 物場分析的一般解法6個一般解法:(1)不完整模型一般解法1:補齊所缺失的元素，增加場F或工具S2，完整模型。例：氣泡的分離液體S1中存在氣泡S2 ，使用離心機（增加機械場F）將氣泡從液體中分離出來。7.3 物場分析的一般解法6個一般解法:(2)有害效應的完整模型一般解法2:加入S3來阻止有害作用， S3可以通過S1或S2改變而來，或S1和S2共同改變而來。例：人騎自行車，褲腳被絞入鏈子，引入物質S3（夾子）。 辦公室玻璃磨砂S3 ，半透明，保護隱私。7.3 物場分析的一般解法6個一般解法:(2)有害效應的完整模型一般解法3:增加另外一個場F2來抵消原來有害場F的效應。例：細長工件的切削加

11、工，為防止加工中產生歪斜，增加一個反向作用力。7.3 物場分析的一般解法6個一般解法:(3) 效應不足的完整模型一般解法4:增加一個場F2（或F2和S3一起）代替原來的場F1（或F1和S2）的效應。例：墻紙的去除。利用水蒸氣來代替機械力，去除效果和效率提升許多。7.3 物場分析的一般解法6個一般解法:(3) 效應不足的完整模型一般解法5:增加另外一個場F2來強化有用的效應。例：在粘貼2個物體時，當膠水未干時用夾子夾緊貼合面。夾子的夾緊力為外加的場F2 。7.3 物場分析的一般解法6個一般解法:(3) 效應不足的完整模型一般解法6:插進一個物質S3并加上另外一個場F2來強化有用的效應。例：過濾網

12、加裝一個電場，將細小的粒子聚集成大顆粒子，其過濾效率得到大幅提升。7.4 物場模型分析的應用6個一般解法的應用步驟：1）確定相關元素2）繪制物場模型3）選擇一般解法4）開發設計概念更復雜的需應用76個標準解法。例 純銅板的清洗 純銅板電解時電解液殘留在表面微孔中，儲存過程中會形成氧化斑。所以儲存前必須清洗，但由于微孔非常小，很難徹底清洗。如何改進呢？第1步：確定相關元素 S1電解液 S2 水 F1機械沖擊力（清洗）第2步：繪制物場模型屬于第3類模型（效應不足的完整模型）例 純銅板的清洗第3步：選擇物場模型的一般解法 第3類模型有3個一般解法：4、5、6 選擇5和6第4步：開發設計概念 （1）應

13、用一般解法5。增加另外F2一個場來強化有用效應。F2機械沖擊力，使用超聲波清洗；F2熱沖擊力，用熱水清洗；F2化學沖擊力，使用表面活性劑溶解來加強殘留電解液的移動；F2磁沖擊力，將水磁化以加強沖洗。例 純銅板的清洗（2）應用一般解法6。插進一個物質S3并加上另一個場F2來提高有用效應。S3蒸汽；F2壓力；最終解決方案：使用過熱水（100度以上）且與高壓力結合。過熱水的水蒸氣可達到微孔內，穿進并充滿微孔，形成對殘留電解液的強烈爆炸沖擊并強制將其徹底排出微孔。八、科學效應和現象八、科學效應和現象30種功能，和相對應的種功能，和相對應的100個科學效應和現象個科學效應和現象nTRIZ將高難度的問題和所要實現的功能進行