创新方法论—TRIZ试解--周期性作用原理

李正桐

周期性作用原理是TRIZ（发明问题解决理论）40条创新原理的第19条。

TRIZ对周期性作用原理的解释是：“改变一种作用的执行方式，以获得某种所需的结果”。它着眼于用周期或脉冲作用代替连续作用，或对原有周期作用的频率进行调适，或对脉冲的间歇加以利用。我们可以通过喷射水流与机枪的对比来认识这个问题。前者是一种连续作用，而后者就是周期性作用。不能说这两种作用方式孰优孰劣，完全视客观需要而定。

如果在一个电路中串入电源、开关和电磁铁（或蜂鸣器），则电磁铁会随着开关的闭合而吸合。本来这种吸合是连续作用，但如果我们把它改为脉冲作用，使开关间歇导通，那么电磁铁就会断续地吸合。如果使电磁铁的吸合时间有长短之分，并给这种长短的组合赋予一定的含义，于是我们看到，通过连续与脉冲的变换，莫尔斯电码诞生了。从此，电不仅可以传送功率，也可以传输信号。

有一个经典的故事。爱迪生是最早涉足电领域的先驱者之一，他的电力照明公司提供直流电，即稳恒电流，而同时代的威斯汀豪斯与特斯拉经营的电力公司则输出交流电，即周期变化的电流。双方出于商业竞争的需要，就直流电与交流电的优劣展开了一场艰苦的论战，其激烈程度为技术界所罕见，其间不但广泛调动传媒，甚至还掺杂种种实验演示。一个无法回避的事实是，爱迪生的直流电难以实现远距离传输。辩论挽救不了事实上的劣势，其结果以爱迪生的失败告终。   

应该说直流电与交流电各有各的用处。例如，绝大多数的电子电路是以直流供电为基础的，再如，电化学过程必须用直流。但是大约在上世纪60年代，人们又有了一项新发现，即在电镀过程中周期性地改变电流方向可以取得更好的效果。当然这种周期换向只能是非对称的，否则将会什么也镀不上，而且其换向的周期也远大于交流电的周期。比如正向镀8秒，反向退镀2秒，具体数值视被镀金属和工艺而定。当正向镀时，被还原的金属分子依次在其晶格的空间点阵上就位，但难免有个别分子发生错位，这就为镀层的宏观特性埋下隐患，导致其不致密、不平整、机械强度降低。而当反向退镀时，恰恰是那些错位的分子最容易被退掉，这就使镀层的质量得到保证。再有，镀层附着在基体上不一定很平整，难免有微观的凸起，而这些凸起恰恰导致电流线局部密集，而较高的电流密度又使它更凸出，最终成为毛刺。当退镀时由于凸起部电流线密集，使得这部分金属更易溶解，于是宏观上保证了镀层的平整光滑。但绝不能因此而认为周期换向对所有的电化学过程全都有利，例如电化学抛光就只能用直流。

机械方面的一个周期性作用的例子是汽车的ABS防抱死技术。本来刹车是一个连续过程：一脚踩下去，直至停车。为什么它又和周期作用扯上关系呢？实践经验使然。本来轮胎橡胶对柏油路有较大的摩擦系数，这个摩擦系数乘以车的重力就是刹车时的对地摩擦力。然而实际情况并没有这么简单。在刹车的最初瞬间刹车系统的表现确实符合我们的预期，但情况很快发生了变化，巨大的摩擦力使轮胎橡胶急剧发热，高温下橡胶发生变性，导致摩擦系数迅速降低，刹车效果恶化，刹车距离变长，这显然是我们所不希望的。有经验的司机在实践中摸索出这样一条经验：如果把一个刹车动作分解成一连串的“点刹”，效果要好得多。道理何在呢？当刹车的第一瞬间过去，刹车效果刚要变坏，立即稍稍释放轮毂，使它转过一个很小的角度，把刚刚变热的轮胎放过去，让一段新的冷橡胶摩擦地面，很快，再把这段放过去……，这样一来就解决了高温变性橡胶摩擦力下降的问题。有鉴于此，ABS防抱死系统靠机构代替人工，把一次刹车化解成每秒8～30次点刹，不但改善了刹车效果而且能避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑。

关于对脉冲间歇的利用，我们不妨看看雷达和声纳。雷达的天线不断向观测目标发射微波脉冲，但是在两个发射脉冲的间歇，发射天线切换成了接收天线，接收来自目标的回波，通过发射脉冲和回波的间隔就可以计算出目标的距离。声纳的情形与此相似，只是把天线改成了换能器，发射和接收的不再是电磁波，而是声脉冲。

我们看，连续与周期作用，这种转换在技术上往往不难实现，取得的效果不是很神奇吗？但究竟哪些情况适用这种转换，还需视具体情况而定。■