解决技术矛盾需要通过矛盾矩阵来找到相符合的发明原理,再根据原理进行发明创造。然而能迅速地确定技术矛盾类型,才能在矩阵中找到相对应的发明原理,这需要工作人员的经验和判断力,但是在许多未知领域却无法确定技术矛盾的类型,所以我们需要另一种工具引领我们找到技术矛盾的类型,于是TRIZ理论又引入了物-场模型。物-场模型是TRIZ理论中重要的问题描述和分析工具,用以建立与已经存在的系统或新技术系统问题相联系的功能模型。在解决问题的过程中,可以根据物-场模型分析,来查找相对应的问题的标准解法和一般解法。
所谓物场,是指物质与物质之间相互作用与相互影响的一种联系。比如,电铃的响声给了人一种信号,其中“电铃”,“人”属于“物质”的概念,那么“场”又是指什么呢?只要分析一下电铃的响声为什么会传到人的耳里,就会知道“空气的振动”是其中的原因。如果是在真空中,人是听不到电铃的声音的。即是说,在“电”与“人”之间存在着一个“声场”。事实上,世界上的物体本身是不能实现某种作用的,只有同某种“场”发生联系后才会产生对另一物体的作用或承受相应的反作用。就科学领域来说,温度场、机械场、声场、引力场、磁场、电场,等等,是物场的具体存在形式。
构成一个物场需要三要素:两个物质和一个场,其一般形式为:
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物-场分析是TRIZ对与现有技术系统相关问题建立模型的工具。技术系统中最小的单元由两个元素以及两个元素间传递的能量组成,以执行一个功能。阿奇舒勒把功能定义为两个物质(元素)与作用于它们中的场(能量)之间的交互作用,也即是物质S2 通过能量F作用于物质S1,产生的输出(功能)。所谓功能,是指系统的输出与系统的输入之间的正常的、期望存在的关系。
我们可以定义一个函数:y=F(x1 ,x2 ,x3 ,…,xn),其中y表示输出,x1 ,x2 ,x3 ,…,xn 表示输入,函数F表示功能。我们也可以用比较通俗的语言来描述功能,功能就是指用方法解决问题的过程。
TRIZ理论中,功能有3条定律:
(1)所有的功能都可以最终分解为3个基本元素(S1,S2,F);
(2)一个存在的功能必定由3个基本元素构成;
(3)将3个相互作用的基本元素有机组合将形成一个功能。
在功能的3个基本元素中S1,S2是具体的,即是“物”(一般用S1表示原料,用S2表示工具);F是抽象的,即是“场”。这就构成了物-场模型。S1,S2可以是材料、工具、零件、人、环境等;F可以是机械场(Me)、热场(Th)、化学场(Ch)、电场(E)、磁场(M)、重力场(G)等。
例:自从蒸汽机车发明之后,人们越来越追求其速度的提升。机车要有高速度,必须行驶在钢轨上,但是机车的轮子和钢轨之间却有摩擦力,虽然研究者们不断进行材料和技术的革新,但一直存在的摩擦力却阻碍了机车速度的进一步提升。机车和钢轨构成了一个系统,速度和能量的损失是发明中的问题,我们需要一个功能来解决问题,机车和钢轨是2个物,所以我们需要一个场来构成物-场模型。于是发明家引入了磁场,令机车和钢轨之间产生排斥的力,使机车和钢轨分离,导致摩擦力减到最小值——趋近于零。这样机车浮于钢轨之上,可以最大限度地使用能量提高速度。
在上例中,机车是S1,钢轨是S2,磁场是F,这就是一个典型的物-场模型。
根据对众多发明实例的研究,TRIZ理论将把物-场模型分为4类:
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第一种模型是我们追求的目标,重点需要关注剩下的3种非正常模型,针对这3种模型,TRIZ理论提出了物-场模型的一般解法和76个标准解法。
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