《TRIZ創(chuàng)新方法》課件-第6章

第6章物質(zhì)-場模型與標(biāo)準(zhǔn)解系統(tǒng)6.1物質(zhì)-場模型模式與工作流程6.2物質(zhì)-場模型解題模式6.3標(biāo)準(zhǔn)解系統(tǒng)6.4物質(zhì)-場模型分析標(biāo)準(zhǔn)解法應(yīng)用

6.1物質(zhì)-場模型模式與工作流程

技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成了物質(zhì)S1、物質(zhì)S2、場F，三者缺一就會(huì)造成系統(tǒng)不完整的結(jié)構(gòu)。在物質(zhì)-場模型的定義中，物質(zhì)是指某種物體或過程，可以是整個(gè)系統(tǒng)，也可以是系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng)或單個(gè)的物體，甚至可以是環(huán)境，取決于實(shí)際情況。

場是指完成某種功能所需的手法或手段，用于表示兩個(gè)物體之間相互作用、控制所必需的能量，通常是一些能量形式。例如，磁場、電場、熱場、化學(xué)場、機(jī)械場、聲場等。當(dāng)系統(tǒng)中某一物質(zhì)所特定的機(jī)能沒有實(shí)現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生問題。為了控制這一物質(zhì)產(chǎn)生的問題，有必要引入另外的物質(zhì)。

物質(zhì)-場模型分析是TRIZ理論中的一種重要分析工具，用于建立與已存在的系統(tǒng)或新技術(shù)系統(tǒng)問題相聯(lián)系的功能模型。

6.1.1物質(zhì)-場模型分析基本概念

TRIZ理論認(rèn)為技術(shù)系統(tǒng)的作用就是為了執(zhí)行功能，產(chǎn)品是功能的體現(xiàn)。系統(tǒng)功能可以層層分解為子系統(tǒng)功能，直至分解為最底層子系統(tǒng)功能為止。

技術(shù)系統(tǒng)的基本組成包括兩個(gè)物質(zhì)和它們之間的作用力，這種作用力稱為場。場是產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)的基本組成包括兩個(gè)物質(zhì)和它們之間的作用力，這種作用力稱為場。場是產(chǎn)生作用力的一種能量，建立了物質(zhì)間的相互作用。所有的功能都可分解為三個(gè)基本元件(物質(zhì)S1、物質(zhì)S2、場F)；一個(gè)存在功能必定由三個(gè)基本元件組成；將相互作用的三個(gè)基本元件有機(jī)組合形成一個(gè)功能。物質(zhì)-場基本模型如圖6.1所示。

圖6.1物質(zhì)-場基本模型

1．物質(zhì)

廣義的物質(zhì)可以包括任何東西。對于“物”應(yīng)理解為，它是一種與任何結(jié)構(gòu)、功能、形狀、材質(zhì)等復(fù)雜性無關(guān)的物體。

物場分析中的“物質(zhì)”比我們一般理解的含義更廣一些，它的內(nèi)容不僅包括各種材料，還包括技術(shù)系統(tǒng)(或其組成部分)、外部環(huán)境甚至活的有機(jī)體。這樣做的目的在于，物場分析為了簡化解決問題的進(jìn)程，需要人們拋開(暫時(shí)忘掉)物體所有多余的特性，只區(qū)分出那些引起沖突的特性。

2．場

物場分析中的場的概念同樣有別于物理學(xué)中的場。物理場有重力場、電磁場、強(qiáng)相互作用場和弱相互作用場。在物場分析中使用了更細(xì)的分類法：力場、聲場、熱能場、電場、磁場、電磁場、光學(xué)場、電離輻射場、放射性輻射場、化學(xué)場、氣味場等。

技術(shù)系統(tǒng)的作用就是實(shí)現(xiàn)某種功能，理想的功能是場通過物質(zhì)S2作用于物質(zhì)S1并改變物質(zhì)1。其中，物質(zhì)(S1和S2)的定義取決于每個(gè)具體的應(yīng)用。S1是系統(tǒng)動(dòng)作的接受者，S2通過某種形式作用在S1上。

3．物質(zhì)-場分析方法

使用物質(zhì)和場來描述技術(shù)系統(tǒng)問題的方法叫做物質(zhì)-場分析方法。在分析技術(shù)系統(tǒng)問題時(shí)建立的用物質(zhì)和場描述的模型叫做物質(zhì)-場模型。從系統(tǒng)功能角度出發(fā)，把特定問題的技術(shù)系統(tǒng)和技術(shù)過程模型化，再求解。

4．物質(zhì)間相互作用的類型

物質(zhì)間相互作用的類型分為有用的相互作用、不足的有用相互作用和有害的相互作用三類。表示方法如表6.1所示。

6.1.2物質(zhì)-場模型的分類和一般解決方法

1．物質(zhì)-場模型(物場模型)分類

四種基本的物場模型：

(1)完整的物場模型：實(shí)現(xiàn)功能的三個(gè)要素齊全，且有效實(shí)現(xiàn)功能。

(2)不完整的物場模型：三個(gè)要素不完備，可能缺場，也可能是缺少物質(zhì)，需要完整化，構(gòu)建一個(gè)新的完整模型。

(3)有害的、完整物場模型：三個(gè)要素齊全，但產(chǎn)生了有害的效應(yīng)，需要消除這些有害效應(yīng)。

(4)效應(yīng)不足的物場模型：三個(gè)要素齊全，但功能未有效實(shí)現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)得不足，需要改善以達(dá)到所期望的效應(yīng)。

2．一般解決方法

對應(yīng)有問題的物場模型有六種基本的解決方法：

(1)添加新物質(zhì)。

(2)添加新場。

(3)添加新物質(zhì)和新場。

(4)改變物質(zhì)(替換，改變狀態(tài)，溫度……)。

(5)改變場(替換，改變頻率，強(qiáng)度……)。

(6)改變物質(zhì)和場。

3．問題模型一般解決方法

(1)不完整的物場模型：對不完整模型，應(yīng)針對所缺少的元素給予引入物質(zhì)或引入場，使形成有效完整的物場模型，從而得以實(shí)現(xiàn)功能。

(2)有害的、完整物場模型：

①增加另一物質(zhì)S3來阻止有害效應(yīng)的產(chǎn)生，S3可以是現(xiàn)成物質(zhì)，或是S1、S2的變異、或是通過分解環(huán)境而獲得的物質(zhì)。

②增加另一個(gè)場F2來平衡產(chǎn)生有害效應(yīng)的場。

(3)效應(yīng)不足的物場模型：

①用另一個(gè)場F2代替原來的場F1。

②增加另外一個(gè)場F2來強(qiáng)化有用的效應(yīng)。

③增加物質(zhì)S3并加上另一個(gè)場F2來強(qiáng)化有用效應(yīng)。

6.2物質(zhì)-場模型解題模式

應(yīng)用物質(zhì)-場模型解決問題的基本思路是：首先將實(shí)際問題技術(shù)系統(tǒng)建立物質(zhì)-場模型，再應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解系統(tǒng)找到標(biāo)準(zhǔn)解，建立解決方案模型，最后引入實(shí)際問題得到最終解決方案。物質(zhì)-場模型解決問題模式如圖6.2所示。

圖6.2物質(zhì)-場模型解決問題模式

(1)明確問題發(fā)生的部位，即識(shí)別組件：場及物質(zhì)(S1、S2)。

(2)建立問題的物場模型，即對系統(tǒng)的完整性、有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(3)應(yīng)用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)解法，即從76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解中選擇一個(gè)最恰當(dāng)?shù)慕狻?/p>

(4)得到解決方案的物場模型，即充分利用挖掘其他知識(shí)工具實(shí)現(xiàn)問題轉(zhuǎn)換。

6.3標(biāo)?準(zhǔn)?解?系?統(tǒng)

在物場模型分析的應(yīng)用過程中，由于所面臨的問題復(fù)雜且包含廣泛，物場模型的確立、使用有相當(dāng)?shù)睦щy，所以TRIZ理論為物場模型提供了成模式的解法，稱為標(biāo)準(zhǔn)解法。標(biāo)準(zhǔn)解法通常用來解決概念設(shè)計(jì)的開發(fā)問題。76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解決方法可分為5級(jí)：第一級(jí)(13個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解)為建立或拆解物場模型的解法，包括創(chuàng)建需要的效應(yīng)或消除不希望出現(xiàn)的系列法則，每個(gè)法則的選擇和應(yīng)用將取決于具體的約束條件。

第二級(jí)(23個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解)為改善發(fā)展物場模型的解法，提升系統(tǒng)性能但不增加系統(tǒng)復(fù)雜性的方法。

第三級(jí)(6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解)為轉(zhuǎn)換到超系統(tǒng)或微觀級(jí)別的解法，第二級(jí)和第三級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)解法均基于以下技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化路徑：增加集成度再進(jìn)行簡化的法則；增加動(dòng)態(tài)性和可控性進(jìn)化法則；向微觀級(jí)和增加場應(yīng)用的進(jìn)化法則；子系統(tǒng)協(xié)調(diào)性進(jìn)化法則等。

第四級(jí)(17個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解)為適用于檢測和測量的標(biāo)準(zhǔn)解的解法。

第五級(jí)(17個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解)為標(biāo)準(zhǔn)解應(yīng)用的解法。一般情況下，應(yīng)用一到四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解法會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，因?yàn)榭赡芤肓硗獾奈镔|(zhì)和效應(yīng)。第五級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)解法可以引導(dǎo)使用者如何給系統(tǒng)加入新的物質(zhì)又不會(huì)增加復(fù)雜性，專注于系統(tǒng)的簡化。

標(biāo)準(zhǔn)解系統(tǒng)可以幫助使用者獲得20%以上困難問題的高水平解決方案。此外還可以用來進(jìn)行技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的預(yù)測，以發(fā)現(xiàn)某些標(biāo)準(zhǔn)問題的部分解，并進(jìn)行改進(jìn)以獲得新的解決方案。

使用者首先要需要對問題進(jìn)行詳細(xì)分析，建立物場模型，根據(jù)物場模型識(shí)別問題的類型，先選擇級(jí)再選擇子級(jí)，然后選擇相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法解。

6.3.1第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解

第一級(jí)：建立或拆解物場模型。本級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解分類如表6.2所示。

1．物場模型合成

(1)構(gòu)建完整的物場模型(1.1.1)。

①初始狀態(tài)：現(xiàn)有的系統(tǒng)不完整，已有的對象無法實(shí)現(xiàn)需要的變化或功能。

②約束條件：沒有任何引入新物質(zhì)或場的限制。

③解法：引入缺失的元素，構(gòu)建完整的物場模型。

(2)內(nèi)部合成物場模型(1.1.2)。

①初始狀態(tài)：現(xiàn)有的系統(tǒng)不完整，已有的對象無法實(shí)現(xiàn)需要的變化或功能。

②約束條件：對引入物質(zhì)和場沒有限制。

③解法：永久或臨時(shí)向物質(zhì)內(nèi)部引入添加物。

(3)外部合成物場模型(1.1.3)。

如果系統(tǒng)不能改變，實(shí)施內(nèi)部合成受阻，則在兩個(gè)物質(zhì)S1或S2的外部引入附加物S3來達(dá)到增強(qiáng)效應(yīng)的目的。

(4)與環(huán)境一起的外部物場模型(1.1.4)。

(5)與環(huán)境和添加物一起的外部物場模型(1.1.5)。

在基本物場模型已經(jīng)形成的基礎(chǔ)上，如果系統(tǒng)難以滿足要求的變化，且限制附加物引入系統(tǒng)內(nèi)部或外部，對引入環(huán)境雖然沒有限制，但原有環(huán)境或原環(huán)境中的物質(zhì)不能滿足需求時(shí)，則可通過改變或分解環(huán)境來獲得所需的附加物引入系統(tǒng)，建立與環(huán)境和附加物一起的物場模型。

(6)最小模式(1.1.6)。

如果希望獲得最小作用，但現(xiàn)有條件很難精確控制微小量，就先應(yīng)用最大模式(最大作用場或最大物質(zhì))作為過渡形式，隨后再設(shè)法將過量消除，以使最終達(dá)到對物質(zhì)的最小作用。其中過量的場用物質(zhì)來去除；過量的物質(zhì)用場(通過引入能生成場的物質(zhì))來去除。

(7)最大模式(1.1.7)。

如果系統(tǒng)要求獲得最大的作用，但這對系統(tǒng)物質(zhì)S1會(huì)產(chǎn)生傷害時(shí)，引入保護(hù)性附加物S2讓最大作用首先直接作用在與原物質(zhì)相連接的附加物S2上，然后再到達(dá)需免受傷害的物質(zhì)S1上。

(8)選擇性最大模式(1.1.8)。

當(dāng)在系統(tǒng)中某些區(qū)域需要使用最大作用場，并在該系統(tǒng)的另外某些區(qū)域同時(shí)需要使用最小作用場時(shí)，可以根據(jù)使用的作用場區(qū)域究竟是最大還是最小分別引入附加物。

當(dāng)最大作用情況下，將一種保護(hù)性物質(zhì)引入到要求最小作用的所在區(qū)域。

當(dāng)最小作用情況下，將一種可以產(chǎn)生局部場的物質(zhì)引入到要求最大作用的所在區(qū)域。

2．物場模型拆解

(1)在系統(tǒng)的兩個(gè)物質(zhì)間引入外部現(xiàn)成的物質(zhì)(1.2.1)。

若在物場模型中存在有用和有害的作用，且它們的兩個(gè)物質(zhì)之間可以不緊密相鄰的，則可將外部現(xiàn)成的附加物引入在系統(tǒng)的兩個(gè)物質(zhì)之間，以避免兩個(gè)物質(zhì)之間的直接接觸來消除它們之間的有害作用。該附加物可以是臨時(shí)的，也可以是永久的。

(2)引入系統(tǒng)中現(xiàn)有物質(zhì)的變異物(1.2.2)。

若在物場模型中存在有用和有害的作用，且在它們的兩個(gè)物質(zhì)之間不要求緊密相鄰，但限制從外部引入新物質(zhì)時(shí)，則引入通過修正系統(tǒng)形成的系統(tǒng)物質(zhì)變異物來消除兩個(gè)物質(zhì)間的有害作用。

(3)引入第2物質(zhì)(1.2.3)。

為了消除一個(gè)場對物質(zhì)的有害作用，可引入第2種物質(zhì)來排除有害作用。

(4)引入場(1.2.4)。

若在系統(tǒng)中同時(shí)存在有用和有害的作用，且兩個(gè)物質(zhì)之間要求必須直接緊密相鄰，則可引入第2個(gè)場F2。通過建立雙物場模型，其中場F1用來實(shí)現(xiàn)有用作用，場F2用來中和有害作用或?qū)⒂泻ψ饔棉D(zhuǎn)化為另一個(gè)有用功能。

6.3.2第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解

第二級(jí)：改善發(fā)展物場模型的解法。本級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解分類如表6.3所示。

1．向復(fù)雜物場模型轉(zhuǎn)換

(1)引入物質(zhì)向鏈?zhǔn)轿飯瞿Ｐ娃D(zhuǎn)換(2.1.1)。

①初始狀態(tài)：物場模型可控性不足。

②約束條件：對引入物質(zhì)和場沒有限制。

③解法：將物場中的一個(gè)單元/元素轉(zhuǎn)換成一個(gè)獨(dú)立控制的物場模型，形成鏈?zhǔn)轿飯瞿Ｐ汀?/p>

將物場模型中的一個(gè)物質(zhì)元素轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立控制的完整物場模型，向鏈?zhǔn)轿飯瞿Ｐ娃D(zhuǎn)換。

(2)引入場向雙物場模型轉(zhuǎn)換(2.1.2)。

①初始狀態(tài)：物場模型可控性不足。

②約束條件：不能取代或替換已有的單元/元素。

③解法：將物場中加入第2個(gè)容易控制的場，形成雙物場模型，提高系統(tǒng)的可控性。

如果需要強(qiáng)化一個(gè)難以控制的物場模型，而且禁止替換元素，則可以通過引入第2個(gè)易控制的場來建立一個(gè)雙物場模型。

2．增強(qiáng)物場模型

(1)利用更易控制的場替代(2.2.1)。

①初始狀態(tài)：物場模型可控性不足。

②約束條件：對引入物質(zhì)和場沒有限制。

③解法：使用容易控制的場來代替原來難控制的場，提高可控性。

如果物場系統(tǒng)的效率不足，其工作場無法控制或者難以控制，那么就要用可充分控制的場替代不可控制或難以控制的場來獲得增強(qiáng)功能效應(yīng)。選擇易控制場的進(jìn)化路徑：機(jī)械場→聲場→熱場→化學(xué)場→電場→磁場/電磁場。

(2)加大對工具物質(zhì)的分割程度向微觀控制轉(zhuǎn)換(2.2.2)。

通過加大對工具物質(zhì)S2的分割程度來達(dá)到微觀控制，以此獲得增強(qiáng)系統(tǒng)功能效應(yīng)。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)加大分割的進(jìn)化路徑：固體?→?(厚板－薄板－薄膜－薄片－納米薄片)?→?(大直徑棒－小直徑棒－纖維絲狀物)?→?(顆粒－球狀物－丸狀物－粉末－納米粒子－凝膠－液體－活性液體－原子級(jí)和亞原子級(jí)粒子)。

(3)利用毛細(xì)管和多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)(2.2.3)。

改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)，使之成為具有毛細(xì)管或多孔的物質(zhì)，并讓氣體或液體通過這些毛細(xì)管或多孔的物質(zhì)，以此獲得系統(tǒng)功能效應(yīng)的加強(qiáng)。

從固體物轉(zhuǎn)化到毛細(xì)管和多孔物質(zhì)的路徑：固體→一個(gè)洞固體→多個(gè)洞固體→毛細(xì)管和多孔物質(zhì)。

實(shí)例：膠水瓶頭一旦改用多孔的毛細(xì)管束(海綿)瓶頭后，可以明顯地提高膠水塗布的質(zhì)量和效率。

(4)提高物質(zhì)的動(dòng)態(tài)性(2.2.4)。

對于效率低下的系統(tǒng)，其物質(zhì)是具有剛性的、永久和非彈性的，可通過提高動(dòng)態(tài)化的程度(向更加靈活和更加快速可變的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)化)來改善其效率。

動(dòng)態(tài)性進(jìn)化路徑如圖6.3所示。

(5)結(jié)構(gòu)場(2.2.4)。

利用異質(zhì)的或可調(diào)的有組織結(jié)構(gòu)的場代替同質(zhì)的或非組織結(jié)構(gòu)的場來增強(qiáng)物場模型。

圖6.3動(dòng)態(tài)性進(jìn)化路徑

3．利用頻率協(xié)調(diào)增強(qiáng)物場模型

(1)匹配組成物場模型中的場與物質(zhì)元素的頻率(或故意不匹配)(2.3.1)。

利用原基本物場模型中的場與物質(zhì)固有頻率的協(xié)調(diào)來達(dá)到增強(qiáng)物場模型。倘若固有頻率協(xié)調(diào)產(chǎn)生了有害作用時(shí)，則可以設(shè)置一個(gè)對應(yīng)于有害振動(dòng)源相反方向的振動(dòng)源物質(zhì)，用以消除產(chǎn)生有害的相互作用。

(2)匹配組成復(fù)合物場模型中的場與場元素的頻率(或故意不匹配)(2.3.2)。

在使用了兩個(gè)場的復(fù)合物場模型中，利用協(xié)調(diào)場與場的固有頻率來完成所需的功能或要求的特性來達(dá)到增強(qiáng)系統(tǒng)的功能效率或可控性。或可以用相同振幅，相位差為180度的信號(hào)消除振動(dòng)和噪音。

4．引入磁性附加物增強(qiáng)物場模型

(1)引入固體鐵磁物質(zhì)，建立原鐵磁場模型(2.4.1)。

原鐵磁場模型為物-場模型和鐵磁場模型的中間步驟，在物場模型中引入固體鐵磁物質(zhì)(磁鐵)，構(gòu)建原鐵磁場模型來增強(qiáng)兩個(gè)物質(zhì)間的有效作用和可控性。注意，這里的S1必須是鐵磁性物質(zhì)，否則磁鐵將不會(huì)產(chǎn)生作用。

(2)引入鐵磁顆粒，建立鐵磁場模型(2.4.2)。

應(yīng)用鐵磁顆粒，構(gòu)建鐵磁場模型來替代物場模型，以獲得用一易控場(或增加一易控場)來代替可控性差的場，從而達(dá)到提高系統(tǒng)的可控性，即結(jié)合2.2.1(向更可控的場變化)和2.4.1(使用磁場和鐵磁物質(zhì))，利用鐵磁材料與磁場增加場的可控性。

鐵磁性碎片、顆粒、細(xì)顆粒等統(tǒng)稱為鐵磁顆粒，鐵磁顆粒越細(xì)小，其可控性就越大。

(3)引入磁性液體(2.4.3)。

磁性液體簡稱磁流體，指膠狀鐵磁粒子懸浮在煤油、硅樹脂或者水中。使用磁流體構(gòu)建強(qiáng)化的鐵磁場模型是2.4.2標(biāo)準(zhǔn)解法進(jìn)化的高級(jí)狀態(tài)。

物質(zhì)包含鐵磁材料的進(jìn)化路徑是：固體物質(zhì)→顆粒→粉末→液體。系統(tǒng)的控制效率將隨著鐵磁材料的進(jìn)化路徑而增加。

磁性門的關(guān)緊是由門和一個(gè)充滿已知居里點(diǎn)的磁性液體材料的密封圈共同作用而形成的。當(dāng)溫度低于居里點(diǎn)時(shí)，門保持密封。當(dāng)升高溫度到居里溫度以上時(shí)，門就被打開。

(4)建立合成的鐵磁場模型(2.4.5)。

當(dāng)非磁性物質(zhì)內(nèi)部禁止引入鐵磁顆粒時(shí)，可以利用非磁性物質(zhì)的空腔或外部(如涂層)引入具有臨時(shí)性的或永久性的磁性附加物，構(gòu)建內(nèi)部的或外部合成的鐵磁場模型，以此獲得提高系統(tǒng)的功能性和可控性。

實(shí)例：用電磁鐵可傳送零件，對于無磁性的零件，可事先將零件表面覆蓋上易流動(dòng)的、磁性的物質(zhì)。

(5)利用自然現(xiàn)象和效應(yīng)(2.4.7)。

利用某些自然現(xiàn)象和效應(yīng)來獲得加強(qiáng)鐵-磁場模型的效應(yīng)及其可控性。

實(shí)例：磁共振影像是利用調(diào)頻振動(dòng)磁場探測特定細(xì)胞核的振動(dòng)所產(chǎn)生影像的顏色來鑒別某些細(xì)胞集中的程度。

6.3.3第三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解

第三級(jí)：轉(zhuǎn)換到超系統(tǒng)或微觀級(jí)別的解法。本級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解分類如表6.4所示。

1．向雙系統(tǒng)或多系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

(1)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換1a：利用組合，創(chuàng)建雙、多級(jí)系統(tǒng)(3.1.1)。

①初始狀態(tài)：物場模型可控性不足。

②約束條件：對引入物質(zhì)和場沒有限制。

③解法：將物場中的一個(gè)單元/元素轉(zhuǎn)換成一個(gè)獨(dú)立控制的物場模型，形成鏈?zhǔn)轿飯瞿Ｐ汀?/p>

(2)改進(jìn)雙、多系統(tǒng)間的連接(3.1.2)。

在雙、多系統(tǒng)間采用合適的連接來獲得增強(qiáng)系統(tǒng)的可控性。

雙、多系統(tǒng)有剛性連接和柔性連接兩種。

剛性連接實(shí)例：當(dāng)眾多人在移動(dòng)和安裝沉重的東西時(shí)，為了使他們能夠做到同步，將多位安裝工的手設(shè)法用剛性裝置連接起來。

柔性連接實(shí)例：雙船體具有兩個(gè)剛性連接的船體，若改用柔性連接，就能允許調(diào)整兩個(gè)船體間的距離，提高了系統(tǒng)的靈活性。

柔性連接，增加動(dòng)態(tài)性是系統(tǒng)進(jìn)化的趨勢。

(3)系統(tǒng)進(jìn)化1b：加大系統(tǒng)元素間的差異性(3.1.3)。

通過加大構(gòu)成雙、多系統(tǒng)元素間的差異來提高系統(tǒng)功能及特性。

系統(tǒng)進(jìn)化趨勢：相同元素→變動(dòng)特性→不同元素→反向特性組合或“元素和反元素”。

實(shí)例1：一組一色鉛筆→一組雙色鉛筆→一組多色鉛筆→帶橡皮的鉛筆。

實(shí)例2：復(fù)印機(jī)→彩色復(fù)印機(jī)→帶掃描、裝訂的多功能復(fù)印機(jī)。

(4)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換1c：使系統(tǒng)的部分與整體具有相反特性(3.1.5)。

分解系統(tǒng)整體與部分間的矛盾特性，使系統(tǒng)在兩個(gè)水平上獲得應(yīng)用：整體系統(tǒng)具有特性A的同時(shí)，各部分系統(tǒng)則具有相反的特性-A，以此來增強(qiáng)雙、多系統(tǒng)的功能性。

實(shí)例1：自行車鏈條具有柔性，但組成鏈條的零件則是剛性的。

實(shí)例2：能伸縮的魚竿。

為了方便攜帶，魚竿在不用時(shí)，必須很短；但在使用時(shí)必須很長(即單根要短，整體要長)。能伸縮的套疊式的魚竿就可以滿足不同時(shí)期的要求。

2．向微觀級(jí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

將系統(tǒng)中的物質(zhì)用能在原子、分子、粒子等各種場的作用下實(shí)現(xiàn)功能的物質(zhì)來替代，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)從宏觀向微觀系統(tǒng)的進(jìn)化。

實(shí)例：在玻璃生產(chǎn)線中，傳遞玻璃板的滾輪，改用被熔化的錫液所替代，確保傳遞中的玻璃板的平整度。

6.3.4第四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解

第四級(jí)：檢測和測量的標(biāo)準(zhǔn)解解法。本級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解分類如表6.5所示。

1．利用間接的方法

1)以系統(tǒng)的變化來替代檢測或測量(4.1.1)。

改系統(tǒng)替代檢測或測量，從而不再需要測量。

采用熱耦合或雙金屬片制造的開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)熱系統(tǒng)的自調(diào)節(jié)。

(2)利用被測對象的復(fù)制品(4.1.2)。

采用測量被測對象的復(fù)制品、圖片或圖像來替代對被測對象本身的直接測量。對難于測量的物體如軟物體或具有不規(guī)則表面的物體，通常較多使用這種測量方法。

實(shí)例：軍事人員和裝備的數(shù)量以及水禽的數(shù)量(鵝或鴨子)通過放大圖像或者衛(wèi)星照片估計(jì)計(jì)算；影像測量儀等。

(3)利用兩次檢測來替代(4.1.3)。

如果遇到無法用4.1.1和4.1.2標(biāo)準(zhǔn)解法進(jìn)行間接測量時(shí)，則采用將其分解為兩次連續(xù)變化檢測方法來完成對某物質(zhì)的檢測。

實(shí)例：進(jìn)行加工過程中使用的量規(guī)。

為測量軸徑，通常預(yù)先做成量規(guī)(間距為0.01?mm的許多圓孔)，然后，軸徑的測量問題就變?yōu)樵诹恳?guī)上檢測能否通過的問題。

2．構(gòu)建基本完整的和復(fù)合的測量物場模型

(1)構(gòu)建基本完整的測量物場模型(4.2.1)。

①初始狀態(tài)：一個(gè)不完整的物場模型難以進(jìn)行測量和檢測。

②約束條件：對引入物質(zhì)和場沒有限制。

③解法：可以通過一個(gè)完整合格的或具有輸出場的雙物-場模型。

(2)向綜合物場模型躍遷(4.2.2)。

①初始狀態(tài)：完整物場模型，系統(tǒng)(或系統(tǒng)一部分)難以被檢測或測量。

②約束條件：對引入物質(zhì)和場沒有限制。

③解法：可以通過引入易于檢測的添加物，使其轉(zhuǎn)換為內(nèi)部或外部綜合物場，從而使其便于檢測或測量。

對難以測量和檢測的系統(tǒng)或部件，引入易檢測的附加物S3，形成內(nèi)部或外部合成的測量物場模型，檢測或測量該合成附加物的變化。

(3)與環(huán)境一起測量的物場模型(4.2.3)。

①初始狀態(tài)：系統(tǒng)很難被檢測和測量。

②約束條件：對引入物質(zhì)和場沒有限制。

③解法：可以通過引入易于檢測的添加物，使其轉(zhuǎn)換為內(nèi)部或外部綜合物場，從而使其便于檢測或測量。

(4)構(gòu)建與環(huán)境附加物一起的測量物場模型(4.2.4)。

為檢測和測量的需要，系統(tǒng)必須引入附加物，但是，該系統(tǒng)禁止引入附加物，在系統(tǒng)的環(huán)境中也禁止引入附加物，此時(shí)就通過分解或改變環(huán)境中已經(jīng)存在的物體來創(chuàng)造附加物，并測量這些附加物對系統(tǒng)的影響。經(jīng)常使用的是通過電解、氣穴現(xiàn)象、或利用其他相變的方法來獲得氣體或水蒸氣、泡沫等形式的附加物。

3．增強(qiáng)測量物場模型

(1)利用物理效應(yīng)或自然現(xiàn)象(4.3.1)。

通過觀察系統(tǒng)中已經(jīng)出現(xiàn)的物理效應(yīng)來測量和確定系統(tǒng)的狀態(tài)。

(2)利用系統(tǒng)整體或部分的共振頻率(4.3.2)。

共振頻率的測量在應(yīng)用上非常廣泛。通過測量物體共振頻率的變化，就可以獲得該物體在狀態(tài)上的變化，包括尺寸及重量等的變化情況。

(3)連接已知特性的附加物后，利用其共振頻率(4.3.3)。

如果不能直接檢測或測量系統(tǒng)中的變化，又不能通過在系統(tǒng)中或部分系統(tǒng)中進(jìn)行共振頻率的測量來完成，則可以通過連接已知特性的附加物，然后通過測量共振頻率來獲得所需要的測量信息。

4．向鐵磁場測量模型轉(zhuǎn)換

(1)構(gòu)建原鐵磁場測量模型(4.4.1)。

為便于測量，在非磁性系統(tǒng)內(nèi)引入固體磁鐵，致使將非磁性的測量的物場模型轉(zhuǎn)換為包含磁性物質(zhì)和磁場的原鐵磁場測量模型。(利用固體磁鐵形成的原鐵磁場模型通常只能在局部產(chǎn)生磁場，并不是分布在系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)部位)

(2)構(gòu)建鐵磁場測量模型(4.4.2)。

如果為提高系統(tǒng)測量的可控性，需要系統(tǒng)整體的各個(gè)部位都具有磁的效應(yīng)，則必須在系統(tǒng)中加入鐵磁粒子，或用含鐵磁粒子的物質(zhì)代替原系統(tǒng)中的一個(gè)物質(zhì)，使系統(tǒng)由物場測量模型或向鐵磁場測量模型轉(zhuǎn)換，通過檢測和測量磁場的作用，就可得到需要的信息。鐵磁場的磁性物質(zhì)或者鐵磁粒子在物質(zhì)(S1，S2)的體內(nèi)各部位均有分布。

(3)構(gòu)建復(fù)合鐵磁場測量模型(4.4.3)。

為了提高系統(tǒng)檢測或測量的效率，如果需要向鐵磁場測量模型轉(zhuǎn)化，但是，當(dāng)不能向系統(tǒng)中的物質(zhì)直接引入鐵磁粒子時(shí)，則可通過向系統(tǒng)的內(nèi)部或外部(物質(zhì)表面)引入帶磁性粒子的附加物，構(gòu)建合成的鐵磁場測量模型。

(4)構(gòu)建與環(huán)境一起的鐵磁場測量模型(4.4.4)。

為了提高系統(tǒng)檢測或測量的效率，如果需要向鐵磁場測量模型轉(zhuǎn)換，但是，系統(tǒng)中不允許引入鐵磁物質(zhì)，既禁止直接引入鐵磁粒子，又不允許向系統(tǒng)的內(nèi)部或外部(物質(zhì)表面)引入帶磁性粒子的附加物，則可將含鐵磁粒子的磁性物質(zhì)引入與系統(tǒng)相聯(lián)系的環(huán)境中，構(gòu)建與環(huán)境一起的測量的鐵磁場模型，通過對環(huán)境磁場的檢測和測量可得到需要的信息。

(5)利用與磁場有關(guān)的物理效應(yīng)或自然現(xiàn)象(4.4.5)。

利用與磁場有關(guān)的物理效應(yīng)或自然現(xiàn)象用以獲得提高系統(tǒng)檢測與測量的可控性和準(zhǔn)確性。例如居里效應(yīng)、磁滯現(xiàn)象、超導(dǎo)現(xiàn)象，還有霍普金森效應(yīng)、巴克豪森效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、超導(dǎo)性等自然現(xiàn)象或物理效應(yīng)等被用于測量系統(tǒng)。

5．測量系統(tǒng)的進(jìn)化方向

(1)向雙、多級(jí)測量系統(tǒng)轉(zhuǎn)換(4.5.1)。

如果單一的測量系統(tǒng)不是足夠精確，就應(yīng)使用兩個(gè)或多個(gè)測量系統(tǒng)。對一個(gè)測量對象通過兩個(gè)或多個(gè)傳感器，并由傳感器接收被測對象的兩個(gè)或多個(gè)信息。由于被接收信息的增多，測量的精確度顯然可以獲得提高。

(2)向測量一級(jí)或二級(jí)派生物轉(zhuǎn)換(4.5.2)。

測量系統(tǒng)為了獲得所需要的某參數(shù)信息，由直接測量對象的參數(shù)轉(zhuǎn)向測量該信息參數(shù)一階或二階派生物來替代。測量精度將會(huì)隨著測量路徑的進(jìn)化而有所提高。

6.3.5第五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解

第五級(jí)：簡化與改善策略標(biāo)準(zhǔn)解。本級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解分類如表6.6所示。

1．引入物質(zhì)的方法

(1)間接方法(5.1.1)。

①利用“虛無物質(zhì)”(如空洞、空間、空氣、真空、氣泡等)替代實(shí)物。

②用引入一個(gè)場來替代引入物質(zhì)。

③引入外部附加物替代內(nèi)部附加物。

④引入小劑量活性附加物。

⑤在特定區(qū)域(物質(zhì)的個(gè)別部分)引入小劑量活性附加物。

⑥臨時(shí)引入附加物。

⑦利用模型或復(fù)制品替代實(shí)物，允許其中再引入附加物。

⑧引入經(jīng)分解能生成所需附加物的化合物。

⑨引入環(huán)境或物體本身經(jīng)分解能獲得所需的附加物。

(2)將物質(zhì)分割成若干更小單元(5.1.2)。

如果系統(tǒng)不可改變，又不允許改變工具，也禁止引入附加物，則可將物質(zhì)分裂為更小的單元(特別是在微粒流中，可以將微粒流分成同樣的和不同樣兩部分電荷)，利用這些更小單元間的相互作用來代替物質(zhì)，獲得增強(qiáng)的系統(tǒng)功能。

實(shí)例：為增加飛機(jī)的速度，需要增加螺旋槳的長度。采用兩個(gè)小的螺旋槳替代一個(gè)大的螺旋槳，由于振動(dòng)小，因此要優(yōu)越得多。

(3)應(yīng)用能“自消失”的附加物(5.1.3)。

引入的添加物，在完成所需的功能后，能在系統(tǒng)或環(huán)境中自行消失或變成與系統(tǒng)中相同的物質(zhì)存在。

實(shí)例：使用干冰人工降雨，不會(huì)留下殘余物。

(4)利用可膨脹結(jié)構(gòu)，以獲得向環(huán)境中引入空氣、泡沫等大量附加物的需要(5.1.4)。

如果環(huán)境不允許引入大量的物質(zhì)，則使用對環(huán)境無影響的充氣結(jié)構(gòu)或泡沫等作為添加物來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。其中，應(yīng)用充氣結(jié)構(gòu)屬于宏觀級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)解法；應(yīng)用泡沫屬于微觀級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)解法。

2．引入場的方法

(1)利用系統(tǒng)中已存在的場(5.2.1)。

(2)利用環(huán)境中已存在的場(5.2.2)。

(3)利用場源物質(zhì)(5.2.3)。

3．利用相變

(1)相變1：改變相態(tài)(5.3.1)。

(2)相變2：在變化環(huán)境的作用下，物質(zhì)能由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)(5.3.2)。

(3)相變?3：利用伴隨相變過程中發(fā)生的自然現(xiàn)象或物理效應(yīng)(5.3.3)。

(4)相變4：利用雙相態(tài)物質(zhì)替代(5.3.4)。

(5)利用物理與化學(xué)作用(5.3.5)。

4．利用物理效應(yīng)或自然現(xiàn)象

(1)利用由“自控制”能實(shí)現(xiàn)相變的物質(zhì)(5.4.1)。

(2)增強(qiáng)輸出場(5.4.2)。

5．產(chǎn)生物質(zhì)粒子的更高或更低形式

(1)通過分解獲得物質(zhì)粒子(5.5.1)。

(2)通過合成獲得物質(zhì)粒子(5.5.2)。

(3)綜合運(yùn)用5.5.1和5.5.2獲得物質(zhì)粒子(5.5.3)。

6.4物質(zhì)-場模型分析標(biāo)準(zhǔn)解法應(yīng)用

6.4.1應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解法的步驟1．確定所面臨的問題類型首先要確定所面對的問題是屬于哪一類的問題，是要對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，還是對某件物體有測量或探測的需求。

問題的確定過程是一個(gè)復(fù)雜的過程，可以按照下列順序進(jìn)行：

(1)問題工作狀況的描述，以圖文并茂的方式介紹問題狀況的描述為最好。

(2)將產(chǎn)品或系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行分析，尤其是物流過程需要表達(dá)清楚。

(3)組件模型分析包括系統(tǒng)、子系統(tǒng)、超系統(tǒng)這三