日常生活中的发明原理
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如何把问题抽象化?

明确问题所在

40个发明原理中哪一个会有效呢?参照要解决的烦恼相互交叉的位置,即矛盾矩阵中两个特性参数交叉的位置,就可以找到合适的方法。


那么正确使用发明原理,就还需要下面这个步骤,即如何确认矛盾的特性参数。

接下来就介绍“矛盾定义”的方法,通过这个方法可以确定问题所在。


来考虑一下“将手机做得更结实”这个具体的课题。

首先我们能想到的是,可以把手机外壳做得厚一些。但是手机外壳加厚的话,重量相应也会增加,这就是TRIZ中的矛盾。


为了便于理解,可以将得到改进的项目和变差的项目加以区分,用图来表示。TRIZ中的有益作用以直线表示,不利作用以波浪线表示。

然后选择与矛盾的两个问题相对应的烦恼,即特性参数。例如,“变得更结实”的特性参数是14:强度,“重量增加”的特性参数是1:运动物体的重量。

这样,我们就将问题落实为两个特性参数的矛盾,接下来就可以查找矛盾矩阵了。


其实,这个矛盾与前面的飞机机翼的例子是一样的。我们知道,要解决这个矛盾,可以使用“#1分割原理”“#8配重原理”“#40复合材料原理”“#15动态化原理”。

矛盾矩阵中列出的发明原理的顺序,是根据其能帮助人们解决矛盾的可能性的大小来排列的。


例如这个例子和飞机机翼的例子一样,可以应用“#40复合材料原理”,使用碳纤维增强复合材料制作手机外壳,但“#1分割原理”是被列在最前面的候补选项。

这个方法不是只靠手机外壳来确保强度,而是提供了另一个创意,即在手机内部分割出不同的空间,在不增加手机外壳厚度(即重量)的前提下,实现将手机做得更结实的目的。

要解决的烦恼是什么?

通过矛盾定义明确眼前的问题,确定要解决的烦恼所对应的特性参数,再从矛盾矩阵中找到发明原理。相信大家已经初步了解了这一系列的流程。


在这一整套流程当中,进行了矛盾定义之后,需要实际在39个特性参数中进行选择,这一步其实比较难。接下来就介绍需要注意的问题和技巧。

运动物体和静止物体

观察矛盾矩阵的39个特性参数,可以发现一些不太经常听到的概念,例如“运动物体”“静止物体”等。

根据阿奇舒勒的定义,“在与问题相关的两个以上的部分之间,如果存在某种相对运动(也包括可能会存在相对运动的情况),它就是运动物体,否则就是静止物体。”此时,无论运动的方向或大小如何,只要有必要作为运动来考虑,那么即使只有几微米的移动,也要算作运动物体。

无法确定时要考虑两种可能

但是很多时候,我们难以判断对象物到底是运动物体还是静止物体。

这种情况下,有时是看作哪一种都可以,有时也可以通过同时考虑两种可能来解决。


矛盾定义不同于矛盾分析,是自己以主体的姿态来考虑眼前的问题,即决定“这次我要把它定义为哪种矛盾”。所以一般来说,即使把一般会被定义成“静止物体”的物体理解为“运动物体”,如果由此可以产生划时代的创意,那也没有任何问题。

如果要解决的烦恼只有一个

那么,如果像这样灵活地选择特性参数,有时就会出现改进的参数和变差的参数是同一个参数的情况。

这种情况下查找矛盾矩阵,可以发现对应的单元格是被涂黑的。这种特殊情况被称为“物理矛盾”,超出了本书涉及的范围,所以无法详细介绍,不过一般观点认为,可以根据空间、时间、条件对其进行分解,在这个基础上去考虑解决方案。

在进行分解时,根据发明原理引申出的新创意也会发挥重要作用。

39种要解决的烦恼

下面以简要说明和关联词来介绍39个特性参数。运动物体和静止物体放在一起介绍。

1、2:[运动或静止]物体的重量物体的质量,或由重力产生的力。

分量、重量、荷重、质量、负荷、轻重、分子量


3、4:[运动或静止]物体的长度

与物体相关的一维长度或角度。

宽度、深度、高度、长度、厚度、距离、间隔、间隙、公差、表面加工、角度、方向


5、6:[运动或静止]物体的面积

与物体的表面或与表面积相关的任意二维尺寸(也包括内部面积)。

面积、地带、空地、区域、实际表面积、界面面积、接触面积、点接触、截面面积、多孔材料


7、8:[运动或静止]物体的体积

物体所占的空间或与物体周围的空间相关的三维尺寸。

容积、体积、空间、空地、液体量、需要的可活动区域


9:速度

物体的速度,或任意种类的过程或动作的快慢。

速度、频率、紧急、疾驶、快慢、加速、迟缓、相对速度、转动速度、角速度、次/小时


10:力

所有使物体位置发生改变的力和相互作用力。

推、折弯、荷重、惯性、加速、(角)运动量、升力、摩擦、黏着、剪断、抓握、电压、磁力、静止力、冲击、振动


11:应力或压力

作用在单位面积上的力。

压缩、拉伸、张力、蠕变、压弯、歪斜、疲劳、热疲劳、化学性疲劳、弹性、塑性、刚性、真空、大气压、加压


12:形状

系统及构成要素的功能所需的内部或外部的形状或轮廓。

外形、图案、几何形状、曲率、直线形

13:物体结构的稳定性

系统内部各要素的构成关系或构成材料的稳定性。

熵(的增大)、惰性、变形、蠕变、歪斜、化学分解、离解、氧化、生锈、腐蚀、变质、均一性、一贯性、层压剥离


14:强度

物体抵抗外力作用的能力。

弹性极限、塑性极限、破坏强度、拉伸强度、耐疲劳性、蠕变强度、结合、弯曲、歪斜、刚性、韧性、硬度、脆度


15、16:[运动或静止]物体的动作时间

物体或系统完成一个动作(作用)所需的时间。

持续时间、期间、振动频率、自然频率、响应时间、反应时间、时间间隔、寿命、延迟


17:温度

物体或系统能被测量或确认的热状态。关于热的各种参数。

热、热传导性、热容量、辐射、对流、放射、隔热、凝固点、熔点、沸点、加热、温热、冷却、过热


18:亮度或辉度

单位面积上的光束、光源的明亮程度(辉度)或物体被照射的明亮程度(亮度)。

透光、吸收、反射率、阴影、色调、光泽、表面加工、红外线或紫外线、能见度、视野


19、20:[运动或静止]物体消耗的能量

物体工作时能量的实际用量。

做功量、(燃料)消耗、热量输入、加热、冷却、热量、发热量、电流、电量


21:功率

单位时间内所做的功。单位时间使用的能量。

功率(瓦特)、电流、脉冲(冲击)、最大输出、恒定输出、马力、作用强度

22:能量损耗

没有用于做功的能量。

能量消耗、能量的无效使用、摩擦、固定、能量散失、紊流、干扰、衰减


23:物质损耗

系统各要素或周边各要素的损失或浪费。

损坏、泄漏、磨损、浪费、滥用、废弃、研磨、密闭、吸收、装卸、凝集、堆积、沉淀


24:信息损耗

输入或输出到系统或五感的数据的损失或浪费。无法读取数据。

感觉异常、误解、数据间的干扰、(信息的)讹传、审阅、误用、信息用不上


25:时间损耗

时间的无效使用。

等待时间、因为冗长或不必要的活动导致的时间损失、白费力气、延时、重复劳动


26:物质的量

系统中的材料、物质、零部件、场或者下级系统等的数量或者数目。

物质量、材料量、零部件数量、个数、密度、颗粒数、所有非精神意义上的“物体”


27:可靠性

系统在可预测的方法及状态下实现规定功能的能力。

持续性、耐用性、寿命、生命周期、平均故障间隔、平均修理间隔、可维护性、故障率、耐久性


28:测量准确性

没有测量偏差或误差的程度。测量值与实际值之间的接近程度。

公差(容许度)、重现性、一贯性、标准偏差、平均值、中位数、众数


29:制造精度

系统或物体的实际性能与指定或要求的性能特性之间的一致程度。

公差、容许值、重现性、标准偏差、品质保证、表面加工、平行度、垂直度、误差


30:影响物体的有害因素

系统受外部有害因素影响的敏感程度。包含与安全性相关的问题。

不利影响、黏着、固定、污染、杂音、天气(阳光)引起的伤害、紫外线、弯曲、吸入粉尘、发霉、撞击


31:物体产生的有害因素

物体或系统对外部因素产生的有害作用。

公害物质、CO2、SOX、NOX、煤烟、有害物质、有害副产品、气味、噪声、副作用、污染、感染、磨损、擦伤、味道(苦味等)、触感、EMI(电磁干扰)、RFI(射频干扰)


32:可制造性

与物体或系统的制造及制作相关的课题。

便于制造或组装的设计、组合、机械设定时间、工具交换、检查的容易度


33:可操作性

用户学习系统或物体的操作方法、操作或控制系统或物体的难易程度。

便利程度、好用程度、学习所需的时间、易搬运性、可动性、可携带性


34:可维修性

维修系统故障或缺陷的便利性、简单性及所需时间等品质特性。

现场维修的可能性、维修工具、维护、可清洗性、可替换性、模块化程度


35:适应性或灵活度

系统或物体对外部变化的适应程度。

运用的灵活度、通用性、适应能力、接受度、变化、效仿、定制的可能性、刚性、容许度、公差、多用途、多目的


36:装置复杂性

系统内外的要素或要素相互关系的数量和多样性(要素中也包含用户)。

功能数、连接的数量、零部件数、元件、物体的复杂性、动作的复杂性


37:化验和测量的复杂性

化验、检查、测定、分析的难易程度。

所需时间、所需劳力、所需装置或试剂的成本、品质要求、可维修性、辨认度、可以找到适当的参数


38:自动化程度

在没有人进行操作或干预的情况下,系统或物体自动实现其功能的能力。

自动化水平和范围、不依赖熟练程度、重现性、品质保障


39:生产率

是指单位时间、单位操作、一定成本下所完成的有效输出功率(成果、附加价值、可实现功能、操作数等)。

需要时间(的倒数)、吞吐量、瓶颈