大学生创新思维-发现矛盾与解决矛盾课件.pptx

1、发 现 矛 盾 与 解 决 矛 盾07大学生创新思维设计思维&TRIZ思维目 录7.1 矛盾促进创新突破7.2 技术矛盾与矛盾矩阵7.3 物理矛盾与分离原理7.4 科学效应7.5 本章小结7.1 矛盾促进创新突破系统的每一次发展也充满着矛盾，阿奇舒勒在对上千个发明、研究过程进行分析后，发现了造成矛盾的39个参数，并观察到类似的问题，可以利用40个发明原理中的任意一个去解决，且特定的系统矛盾还适配不同的发明原理，由此他创建了矛盾矩阵表。在分析矛盾参数之间的冲突之后，就可以按照矛盾矩阵表查找对应的发明原理。除此之外，TRIZ理论还对选定参数不同值之间的冲突进行了研究探索，提出了物理矛盾与4个分离原

2、理，从而帮助创新者产生一些解题思路，促进问题的解决。目 录7.1 矛盾促进创新突破7.2 技术矛盾与矛盾矩阵7.3 物理矛盾与分离原理7.4 科学效应7.5 本章小结7.2.1 技术矛盾技术矛盾就是指系统中两个及两个以上的参数之间的冲突造成的问题，该系统在一个参数得到改善的同时会使其他参数受到不利作用。技术矛盾是我们常见的矛盾之一，如在本章导读部分提到的书包案例，书包体积越大容量就越大，当装满书之后就会因为太重给学生的身体造成不利影响，但体积太小容量就不足，也就无法满足学生的需求，因此重量和容量两个参数之间的矛盾就是一组技术矛盾。还有公交车的矛盾，长公交车或双层公交车可以装载更多的乘客，但操控

3、时却不太灵活，因此公交车长度与操控性是一组矛盾。7.2.2 39种通用技术参数39个通用技术参数表序号名称1运动物体的重量2静止物体的重量3运动物体的长度4静止物体的长度5运动物体的面积6静止物体的面积 7运动物体的体积8静止物体的体积9速度 10力11应力或压力 序号名称12形状13结构的稳定性 14强度15运动物体作用时间16静止物体作用时间 17温度18光照度19运动物体的能量20静止物体的能量21功率22能量损失序号名称23物质损失24信息损失25时间损失26物质或事物的数量27可靠性28测试精度29制造精度30外界作用在物体上的有害因素31物体产生的有害因素序号名称32可制造性33可

4、操作性34可维修性35适应性及多用性36装置的复杂性37监控与测试的困难程度38自动化程度39生产力7.2.2 39种通用技术参数需要注意的是，负向参数（Negative parameters）指这些参数变大时，系统或子系统的性能变差，如系统为完成特定的功能所消耗的能量（参数19、参数20）越大，则设计越不合理；正向参数（Positive parameters）指这些参数变大时，系统或子系统的性能变好，如子系统可制造性（参数32）指标越高，子系统制造成本就越低。7.2.3 绘制矛盾矩阵1矛盾矩阵矛盾矩阵的第1行、列为39个通用工程参数的名称，第2行、列分别为39个通用工程参数的编码。其中纵行表

5、示要改善的参数，横行表示会恶化的参数。因为该矛盾矩阵主要用来解决系统中的技术矛盾，物理矛盾可以用其他方法求解，所以矩阵表对角线出现了158个空格。另外的1263个方格中列有04行数字，代表由TRIZ推荐的解决对应矛盾的发明原理编码。7.2.3 绘制矛盾矩阵2矛盾矩阵的运用首先，需要根据问题分析确定问题所包含的参数，找出要改善的参数和会被削弱甚至恶化的参数，假设想改善的参数是“运动物体的重量”，削弱的参数是“形状”，那么先要找到这两个参数的序号或定位，再沿着这两个参数的纵列延伸，其相交之处就是相应的解决方案的矩阵方格位置，里面的数字就是解决此矛盾可运用的发明原理序号。7.2.4 解决技术矛盾了解

6、系统的主要功能，确定系统急需解决的问题，并对问题进行详细的描述。12找出希望的解决方案。根据自己想要的解法观察系统被改善的特征和会被恶化的特征，并得出欲改善的参数和随之被恶化的参数，这就是其矛盾所在（若确定的矛盾所属参数属于同一个，则属于物理矛盾，解法下一节会讲，否则属于技术矛盾）。34查找阿奇舒勒矛盾矩阵表，得到阿奇舒勒矛盾矩阵所推荐的发明原理序号。5按照序号查找40个发明原理汇总表，得到发明原理的名称，并对应查找其详解内容。将所推荐的发明原理逐个应用到具体的问题上，探讨每个原理在具体问题上如何应用和实现，得出解决方法。在解决遇到的技术问题时，设计者需要找到其技术矛盾，再运用矛盾矩阵找到发明

7、原理，就可得到相应的解决方案，具体步骤如下。7.2.5 案例分析1案例一设计开口扳手使用开口扳手拧开六角螺栓时，扳手受力集中在螺栓的两条棱边，棱边容易变形而造成扳手打滑。其解决方法如下。第一步：确认并描述问题。第二步：现在有什么解决方案？第三步：根据解决方案找出改善的参数和恶化的参数。第四步：查找矛盾矩阵表得出发明原理。7.2.5 案例分析综上可得，解决方案是改变传统扳手上、下钳夹的两个直线平面的形状，使其成为曲面，增大扳手与螺栓头的接触面积，从而解决了开口扳手存在的问题。使用扳手时，螺栓六角形表面刚好与扳手上、下钳夹上的突起点相接触，使扳手可以将力作用在螺栓上。而螺栓六角形的棱刚好位于扳手上

8、的凹槽中，因而不会有力作用于其上7.2.5 案例分析2案例二设计比萨盒送外卖的时候，由于远距离运送的原因，比萨热量会渐渐散失，比萨就会冷掉。为了减少热量损失，将比萨盒改用密闭效果更好的盒子后，虽然其保温性能得到了提高，但是相应地也改善了盒子的密闭效果，导致热比萨放出的水蒸气无法排出，水蒸气会使比萨变得黏软，失去应有的口感。其解决方法如下。第一步：确认并描述问题。送外卖的时候，比萨的热量散失，温度下降。第二步：现在有什么解决方案？提高盒子的密闭性，减少热量的散失，避免温度降低。7.2.5 案例分析第三步：根据解决方案找出改善的参数和恶化的参数。提高封闭性能减少温度的降低，但同时会导致水蒸气无法排

9、出，比萨会变软，变黏，因此改善的参数是“参数17温度”，恶化的参数是“参数31物体产生的有害因素”。第四步：查找矛盾矩阵表得出发明原理。根据矛盾矩阵表，可以得出该问题的发明原理为“22，35，2，24”，7.2.5 案例分析第五步：根据发明原理得出最终解法。原理22变害为利原理原理35改变参数原理原理2抽取原理原理24借助中介物原理。经过分析发现这4个原理都可以运用上，原理22是利用有害因素获取有益结果，原理35是改变物体的物理状态，原理2是将物体中的“负面”部分或属性抽取出来，原理24是临时将原物体和一个容易去除的物体结合在一起。因此得出的解决方案是使用密封的比萨盒，并准备吸水纸或化学干燥剂

10、（CaO），这样蒸发产生的水汽对比萨的作用会大大降低，不仅温度得到保持，其口感不会有太大的变化。7.2.6 矛盾矩阵的扩充发展在2003年，阿奇舒勒又重新提出了新的矛盾矩阵2003，该矩阵增加了9个通用工程参数，使参数由39个变为48个，其通用技术参数矩阵关系也由1263个提高到2304个，矛盾矩阵表上不再出现空格，物理矛盾与技术矛盾的求解方法可以同时在矛盾矩阵表中显现。序号名称1运动物体的重量 2静止物体的重量 3运动物体的长度 4静止物体的长度5运动物体的面积6静止物体的面积 7运动物体的体积序号名称8静止物体的体积9形状10物质的数量 11信息的数量12运动物体的耐久性13静止物体的耐久

11、性 14速度序号名称15力16运动物体消耗的能量 17静止物体消耗的能量 18功率19应力或压强20强度21结构的稳定性序号名称22温度23（明亮度）照度 24运行效率 25物质的浪费（损失）26时间的浪费27能量的浪费28信息的遗漏7.2.6 矛盾矩阵的扩充发展序号名称29噪声30有害的散发31物体产生的有害因素32适应性33兼容性（可连通性）34使用方便性（可操作性）35可靠性37安全性38易受伤性39美观序号名称40外界作用在物体上的有害因素41可制造性42制造的精度43自动化程度44生产力45装置的复杂性46控制的复杂性47测量难度48测量精度目 录7.1 矛盾促进创新突破7.2 技术

12、矛盾与矛盾矩阵7.3 物理矛盾与分离原理7.4 科学效应7.5 本章小结7.3.1 物理矛盾阿奇舒勒对物理矛盾的定义是：当一个技术系统的同一工程参数出现了相反的需求时，就会出现物理矛盾。也就是说，要求系统的某个参数既要出现又不存在，或既要高又要低，或既要大又要小等，具体表现为：系统或关键子系统必须存在，又不能存在；系统或关键子系统具有某性能“F”，同时应具有性能“F”，其中，“F”与“F”是相反的性能；系统或关键子系统不能随时间变化，又要随时间变化等。7.3.1 物理矛盾例如，为了便于加速并降低加速时的油耗，汽车的底盘应有较小的重量，但为了保证高速行驶时汽车的安全，底盘又应有较大的重量，这种要

13、求底盘同时具有大重量和小重量的情况，对于汽车底盘的设计来说就是物理矛盾，解决该矛盾是汽车底盘设计的关键。类似的物理矛盾还包括：人们总是希望自行车在行走的时候体积变大，但在停放时体积变小；炒菜时间短一些，食物营养价值更高，但时间太短，食物又没熟，影响口感，因此既要求时间长一点，又要求时间短一点；设计建筑时，既要求墙体的设计有足够的厚度以使其坚固，同时又要求墙体尽量薄，以加快建筑进程并使总重比较轻。7.3.2 4种分离原理分离原理是在解决各种物理矛盾的方法的基础上提炼出来的概念，主要有空间分离、时间分离、条件分离、整体与部分分离4种，如下表分离原理与对应的发明措施：分离原理发明措施空间分离1.分割

14、原理；2.抽取原理；3.局部质量原理；4.非对称原理；7.嵌套原理；13.反向作用原理；17.多维化原理；24.借助中介物原理；26.复制原理；30.柔性外壳或薄膜原理时间分离9.预先反作用原理；10.预先作用原理；11.事先防范原理；15.动态性；16.不足或过度作用原理；18.机械振动原理；19.周期性作用原理；20.有效持续作用原理；21.急速作用原理；29.气压与液压结构原理；34.抛弃与再生原理；37.热膨胀原理条件分离22.变害为利原理；27.廉价替代品原理；28.替代机械系统原理；29.气压与液压结构原理；31.多孔材料原理；32.改变颜色原理；35.改变参数原理；36.相变原理

15、；38.强氧化原理；39.惰性环境原理整体与部分分离1.分割原理；5.合并（组合）原理；6.多功能性原理；8.重量补偿原理；12.等势原理；13.反向作用原理；22.变害为利原理；23.反馈原理；25.自服务原理；27.廉价替代品原理；33.同质性原理；40.复合材料原理7.3.2 4种分离原理空间分离：测量海底时，早期的轮船是将声纳探测器安装在船体上测试的，但这会对测量的准确度和精度造成阻碍，后来就将声纳探测器与船体空间分离，让轮船利用电缆拉着声纳探测器，使其与船相隔千米，这样在探测时就可以和船互不干扰，提高测试精度。时间分离：下雨时，人们会希望雨伞更大，这样更能遮蔽自己，但雨伞太大又会占用

16、更多的空间，因此可以利用时间分离原理设计可折叠雨伞，这样在下雨时可以撑开，存放时又能减少占用空间。条件分离：水管要刚性好，以免因水的重量而变形，但水管要软，以避免水管在冬天被冻裂，两个条件不冲突，所以，选择弹塑性好的复合材料，既可以满足水重量带来的变形，又可以不被冻裂。整体与部分分离：解决前面提过的打桩问题时，可以使用整体与部分分离原理，将原来的一个较粗的钢桩用一组较细的钢桩来代替，这样就可以解决导入桩与使桩承受较重的载荷之间的矛盾。7.3.3 解决物理矛盾物理矛盾是对同一个对象的某个特性提出了互斥的要求。解决物理矛盾就是通过对该参数特性的要求选用合适的分离原理，最终制定了理想的解决方法，主要

17、有以下5个步骤。（1）根据问题定义物理矛盾，分析造成该问题出现的根本原因及其逻辑链，确定关键参数。（2）结合矛盾与参数，列出对参数的不同要求。（3）根据参数选用合适的分离原理。将矛盾双方按照一定的标准分离开来，再进行分析描述，以降低解决问题的难度。例如，要使用空间分离，就要对在什么空间上需要满足什么要求进行确定。（4）对分析描述中的以上两个空间段是否交叉进行判断，这一步很重要，如果两个空间段不交叉，可以应用空间分离，否则要考虑应用其他分离原理。（5）结合该分离原理对应的发明措施给出具体的解决方案。7.3.4 案例分析1案例一家畜棚热量在筒仓中饲养动物时，很多动物聚集在一起会散发出很多热量。为了

18、动物的健康和安全，就需要对动物进行降温；但同时家畜棚需要加热，那么该如何对系统进行设置呢？n 定义物理矛盾：筒仓中饲养的动物会散发出很多热量，需要进行降温，同时家畜棚需要加热。n 关键参数：温度。要求1：温度要高。要求2：温度要低。n 若想实现系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么条件内得以实现？条件1：筒仓中饲养的动物散发出很多热量时，需要降温。条件2：家畜棚需要加热。7.3.4 案例分析n 以上两个条件是否交叉？否，能采用条件分离。是，采用其他分离方法。n 解决方法：这里的条件并没有交叉，因此可采用条件分离，给出的解决方案是用从筒仓中得到的热量来给家畜棚加热。7.3.4 案例分析2案

19、例二玻璃的薄厚一个工厂得到一笔订单，他们需要生产大量一毫米厚的椭圆形玻璃板。玻璃的制作过程中，需要工人将玻璃板切成长方形，然后将四角磨成弧形，使玻璃板成为所需的椭圆形。但由于玻璃板很薄，制作过程中便出现了很多碎玻璃。于是工人向主管反映说：“我们应该把玻璃板做得厚一点。”但主管反对，说：“不行，我们得到的订单要求是一毫米厚。”这个问题该怎么解决？7.3.4 案例分析n 定义物理矛盾：玻璃板要薄，这样才达到生产要求，但玻璃板又要厚，这样才能防止出现很多碎玻璃。n 关键参数：玻璃板薄厚程度。要求1：玻璃板要薄。要求2：玻璃板要厚n 若想实现系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么条件内得以实现？

20、条件1：订单条件要求玻璃板薄。条件2：为防止出现碎玻璃，玻璃板要厚。n 以上两个条件是否交叉？否，能采用条件分离。是，采用其他分离方法。n 解决方法：这里的条件并没有交叉，因此可采用条件分离，给出的解决方案是先将厚玻璃做成所需要的椭圆形，再切割改变其厚度。目 录7.1 矛盾促进创新突破7.2 技术矛盾与矛盾矩阵7.3 物理矛盾与分离原理7.4 科学效应7.5 本章小结7.4.1 科学效应的定义与作用科学效应的定义：效应是使物体或系统实现某种功能的一股作用力或能量，它涵盖了包括物理、化学、生物等多科学领域的原理。而科学效应是指由某种动因或原因所产生的一种特定的科学现象，例如，由物理或化学的作用所

21、产生的光电效应、法拉第效应和化学效应等。每一个效应都可以用来解决某一类问题。科学效应的作用：一种科学效应代表一种功能，它可以将科学与技术连接起来，例如，我们需要设计一款新系统，为了将两个技术过程连接起来，就要利用具备某种功能的“纽带”，这时就需要利用该纽带应具备的功能到科学效应库中查找相应的科学效应。7.4.2 TRIZ中的科学效应运用实例效应1：X射线X射线是波长介于紫外线和Y射线之间的电磁辐射，由德国物理学家伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。其根据波长范围0.1A、处于0.11A、处于110A，又将X射线分为超硬X射线、硬X射线和软X射线。X射线的特征是波长非常短，频率很高，由于它是不

22、带电的粒子流，所以能产生干涉、衍射现象。应用：X射线具有很强的穿透力，医学上常用X射线做透视检查，工业中用来探伤。X射线可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光，故X射线可用做电离计、闪烁计数器和感光乳胶片检测等。但要注意，长期受X射线辐射会对人体产生伤害。7.4.2 TRIZ中的科学效应运用实例效应2：毛细管效应在一个敞口的大容器中装入液体，将一根由可湿性材料制成的毛细管的一端浸入液体中，液体会借助表面张力在毛细管内上升。毛细管中的液柱重量会阻碍液体上升，当液柱重量与表面张力平衡时，液体停止上升。应用：毛笔书写前的蘸墨作用便是这样的效应。7.4.2 TRIZ中的科学效应运用实例效应3：共振系统

23、在特定频率下，用比其他频率更大的振幅做振动而形成的现象称为共振。共振在声学中又为“共鸣”，即频率相近的物体其中一个发声，另一个也会发声的物理现象。应用：人们现在常在技术中利用共振或避免共振。例如，弦乐器中的琴身和琴筒作为共鸣器，以增强琴的演奏声音，这样的设计就是利用共振。而采取措施避免机器因运转过程中的共振导致精密度降低的各种行为就是对避免共振的运用。7.4.3 科学效应的应用方法功能代码可实现的功能TRIZ推荐的科学效应科学效应对应编码F1 测量温度热膨胀E75热双金属片E76琅耳帖效应 E67F1测量温度汤姆逊效应E80热电现象E71热电子发射E72热辐射E73电阻 E33热敏性物质 E7

24、4居里效应E60巴克豪森效应 E3霍普金森效应E55方便工程师检索，TRIZ研究者将科学效应提供的功能与常在技术领域中用到的功能对应，将其划分为可以解决高难度问题的30种功能，并为这些功能编写相应的功能代码。7.4.3 科学效应的应用方法功能代码可实现的功能TRIZ推荐的科学效应科学效应对应编码F2降低温度一级相变E94二级相变E36焦耳-汤姆逊效应E58珩耳帖效应E67汤姆逊效应 E80热电现象E71热电子发射E727.4.3 科学效应的应用方法（3）对TRIZ推荐的多个科学效应逐一进行筛选，找到适合本问题的科学效应。（4）查找该科学效应的详细解释，并应用于问题的解决，形成解决方案。一般解决

25、问题的步骤如下。（1）根据问题的实际情况，定义出解决此问题所需要的功能。（2）根据功能从表7-1中确定与此功能相对应的代码，即Fl一F30中的某一个，或从科学效应表中查找此功能代码，得到TRIZ所推荐的科学效应。7.4.3 科学效应的应用方法下面以一个案例为例讲解运用科学效应解决问题的流程。问题：在北方的冬季，输电线会出现结冰现象（见图7-18），人工清洁电线的高空作业较为危险，但输电线上的冰又需及时处理，该如何解决这个问题？问题分析及功能确定：北方冬季寒冷，输电线结冰可能会带来严重后果，必须及时清除电线上的冰雪。确定功能为电线除冰，可以采用提高温度的方法，寻找办法让冰自动融化。查找效应：能提

26、高温度的效应有传导、对流、电磁感应、热电介质、热电子、材料吸收辐射、物体的压缩等。效应选择：经过分析筛选后，选择采用电磁感应效应，在每隔一段距离的电线上安一个铁磁体环，由电磁感应产生电流来生热，从而加热电线，溶解冰雪。最终解决方案：用电磁感应效应溶解电线上的冰雪。由于铁磁体环常年为电线加热，需结合各电磁性材料之间的距离点，同时在低于0时通电，高于0时断电，以减少不必要的能源浪费。目 录7.1 矛盾促进创新突破7.2 技术矛盾与矛盾矩阵7.3 物理矛盾与分离原理7.4 科学效应7.5 本章小结目 录7.1 矛盾促进创新突破7.2 技术矛盾与矛盾矩阵7.3 物理矛盾与分离原理7.4 科学效应7.5

27、 本章小结矛盾是系统升级进化的动力源。系统中的矛盾可分为技术矛盾和物理矛盾两种。科学家们在对各种发明创造中的矛盾进行分析的基础上发现了造成矛盾的39个参数，这是分析并解决矛盾的重要工具。技术矛盾指系统中两个及两个以上的参数造成的冲突。物理矛盾是指系统中同一参数出现相反的需求时所造成的矛盾冲突。解决技术矛盾需要分析其形成冲突的对立参数，再在矛盾矩阵表上查找两个参数共同对应的某个方格，分析方格中的发明原理并联合实际情况提出解决方法。解决物理矛盾需要找出其关键参数，再根据空间分离、时间分离、条件分离或整体与部分分离的分离原理所对应的发明原理（措施）提出解决方案。本章重点提炼学习进步！大学生创新思维设计思维&TRIZ思维