1、2022-11-61第第4章章 技术矛盾及其解决方法技术矛盾及其解决方法第第4章章 技术矛盾及其解决方法技术矛盾及其解决方法n通过本章学习可以掌握以下内容：n1、什么是技术矛盾？n2、39个技术参数是什么？n3、什么是矛盾矩阵表？n4、应用矛盾矩阵表解决技术矛盾的方法。4.1 技术矛盾概述n4.1.1矛盾的分类n、工程矛盾、社会矛盾及自然矛盾n、TRIZ理论将矛盾分为三类，物理矛盾、技术矛盾和管理矛盾。矛盾矛盾工程矛盾社会矛盾自然矛盾物理矛盾管理矛盾技术矛盾个性矛盾社会矛盾组织矛盾自然定律矛盾宇宙定律矛盾物理矛盾：系统中的问题是由1个参数导致的技术矛盾：系统中的问题是由2个参数导致的，互相制约
2、管理矛盾：子系统之间产生的相互影响，例如，提高计算机性能，增加企业 收入，提高投资效率，投入增加等等 4.1 技术矛盾概述n4.1.2什么是技术矛盾？为了改善技术系统的某个参数，导致该技术系统的另一个参数发生恶化。这种由两个参数构成的矛盾叫技术矛盾。其特点是:有两个不同参数。4.1 技术矛盾概述n技术矛盾举例n1、慢工出细活n想让任务做得细致，干活速度就得慢；n改善的参数：产品的质量（加工精度）n恶化的参数：时间损失n n反之，干活速度快，任务完成的就不细致。n改善的参数：时间损失n恶化的参数：产品的质量（加工精度）通常采用折衷的办法，速度不快不慢，精度不高不低，回避，掩盖并保留基本矛盾，没有
3、真正解决矛盾。4.1 技术矛盾概述n4.1.3 39个技术参数n1、阿奇舒勒分析大量的技术文献总结出来的。n2、可以用来描述技术系统中出现的绝大部分技术矛盾。39个通用工程参数1.运动物体的重量14.强度27.可靠性2.静止物体的重量15.运动物体的作用时间28.测量精度3.运动物体的长度16.静止物体的作用时间29.制造精度4.静止物体的长度17.温度30.作用于物体的有害因素5.运动物体的面积18.照度31.物体产生的有害因素6.静止物体的面积19.运动物体的能量消耗32.可制造性7.运动物体的体积20.静止物体的能量消耗33.操作流程的方便性8.静止物体的体积21.功率34.可维修性9.
4、速度22.能量损失35.适应性及通用性10.力23.物质损失36.系统的复杂性11.应力或压强24.信息损失37.控制和测量的复杂性12.形状25.时间损失38.自动化程度13.稳定性26.物质的量39.生产率工程参数的意义1运动物体的重量 重力场中运动物体，作用在防止其自由滑落的悬挂或水平支架上的力，常表示为物体的质量。2静止物体的重量 重力场中静止物体，作用在防止其自由滑落的悬挂、水平支架上的力，常表示为物体的质量。3运动物体的长度 运动物体的任意线性尺寸，不一定是最长的长度。不仅可以是一个系统的两个几何点或零件之间的距离，而且可以是一条曲线的长度或封闭环的周长。4静止物体的长度 静止物体
5、的任意线性尺寸，不一定是最长的长度。不仅可以是一个系统的两个几何点或零件之间的距离，而且可以是一条曲线的长度或封闭环的周长。工程参数的意义5运动物体的面积 运动物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。6静止物体的面积 静止物体内部或外部所具有的表面或部分表面的面积。7运动物体的体积 运动物体所占有的空间体积。8静止物体的体积 静止物体所占有的空间体积。9速度 物体的速度或者效率，或者过程或活动与时间之比。10力 力是两个系统之间的相互作用。对于牛顿力学，力等于质量与加速度之积，在triz中，力是试图改变物体状态的任何作用。工程参数的意义11应力或压强 单位面积上的作用力，也包括张力。例如，
6、房屋作用于地面上的力，液体作用于容器壁上的力，气体作用于汽缸活塞上的力，压强也可理解为无压强（真空）。12形状 物体的轮廓或外观。形状的变化可能表示物体的方向性变化或者物体在平面和空间两方面的形变。13结构的稳定性 物体的组成和性质不随时间而变化的性质。系统的完整性及系统组成部分之间的关系。磨损、化学分解及拆卸都降低稳定性。14强度 强度是指物体在外力作用下抵制使之变化的能力。工程参数的意义15运动物体作用时间 运动物体具备其性能或者完成规定动作的时间、服务时间以及耐久力。两次故障之间的平均时间也是作用时间的一种度量。16静止物体作用时间 运动物体具备其性能或者完成规定动作的时间、服务时间以及
7、耐久力。两次故障之间的平均时间也是作用时间的一种度量。17温度 物体或系统所处的热状态，代表宏观系统热动力平衡的状态特征。还包括其他热学参数，如如影响改变温度变化速度的热容量。18照度 照射到某一表面上的光通量与该表面面积的比值，也可以理解为物体的光照特性，如亮度，反光性和色彩等光线质量。19 运动物体的能量消耗 运动物体执行给定功能所需的能量。在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。包括消耗超系统提供的能量。工程参数的意义20静止物体的能量消耗 静止物体执行给定功能所需的能量。在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。包括消耗超系统提供的能量。21功率 单位时间内完成的工作量或消耗的能量。22 能
8、量损失 做无用功消耗的能量。为了减少能量损失，需要不同的技术来改善能量的利用。23物质损失 部分或全部、永久或临时的材料、部件或子系统等物质的损失。24 信息损失 部分或全部、永久或临时的数据损失。25 时间损失 时间是指一项活动所延续的时间间隔。改进时间的损失指减少一项活动所花费的时间。工程参数的意义26物质的量 材料、部件及子系统等的数量，它们可以被部分或全部、临时或永久的被改变。27可靠性 系统在规定的方法及状态下完成规定功能的能力。常常可以理解为无故障操作概率或无故障运行时间。28测试精度 系统特征的实测值与实际值之间的误差。减少误差将提高测试精度。29制造精度 系统或物体的实际性能与
9、所需性能之间的误差，与图纸技术规范和标准所预定参数的一致性。30作用于物体的有害因素 外部环境或系统的其他部分对物体的有害作用，使物体的功能退化。31物体产生的有害因素 有害因素将降低物体或系统的效率，或完成功能的质量。这些有害因素来自于物体或作为其操作过程一部分的系统。工程参数的意义32可制造性 物体或系统制造过程中简单、方便的程度。33操作流程的方便性 要完成的操作应需要较少的操作者、较少的步骤以及使用尽可能简单的工具。一个操作的产出要尽可能多。34可维修性 对于系统可能出现失误所进行的维修要时间短、方便和简单。35适应性及多用性 物体或系统响应外部变化的能力，或应用于不同条件下的能力。3
10、6系统的复杂性 系统中元件数目及多样性，如果用户也是系统中的元素将增加系统的复杂性。掌握系统的难易程度是其复杂性的一种度量。工程参数的意义37控制和测量的复杂度 如果一个系统复杂、成本高、需要较长的时间建造及使用，或部件与部件之间关系复杂，都使得系统的监控与测试困难。测试精度高，增加了测试的成本也是测试困难的一种标志。38自动化程度 是指系统或物体在无人操作的情况下完成任务的能力。自动化程度的最低级别是完全人工操作。最高级别是机器能自动感知所需的操作、自动编程和对操作自动监控。中等级别的需要人工编程、人工观察正在进行的操作、改变正在进行的操作及重新编程。39生产率 是指单位时间内所完成的功能或
11、操作数，或者完成一个功能或操作所需时间以及单位时间的输出，或单位输出的成本等。通用工程参数分类为了应用方便，上述39个通用工程参数可分为如下三类：1)通用物理及几何参数：2)负向参数(Negativeparameters)指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变差。如子系统为完成特定的功能所消耗的能量(No1920)越大，则设计越不合理。3)正向参数(Positiveparameters)指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变好。如子系统可制造性(No32)指标越高，子系统制造成本就越底。通用物理和几何参数通用物理和几何参数 通用技术消极参数通用技术消极参数 通用技术积极参数通用技术积极参数
12、 排序排序 通用工程参数名通用工程参数名称称排序排序 通用工程参数名称通用工程参数名称排序排序通用工程参数名称通用工程参数名称 1运动物体的重量运动物体的重量 15运动物体作用时间运动物体作用时间 13稳定性稳定性 2静止物体的重量静止物体的重量 16静止物体作用时间静止物体作用时间 14强度强度 3运动物体的尺寸运动物体的尺寸 19运动物体消耗能量运动物体消耗能量 27可靠性可靠性 4静止物体的尺寸静止物体的尺寸 20静止物体消耗能量静止物体消耗能量 28测量精度测量精度 5运动物体的面积运动物体的面积 22能量损失能量损失 29制造精度制造精度 6静止物体的面积静止物体的面积 23物质损失
13、物质损失 32可制造性可制造性 7运动物体的体积运动物体的体积 24信息损失信息损失 33操作流程的方便性操作流程的方便性 8静止物体的体积静止物体的体积 25时间损失时间损失 34可维修性可维修性 9速度速度 26物质或事物的数量物质或事物的数量 35适应性，通用性适应性，通用性 10力力 30作用于物体的有害因作用于物体的有害因素素 38自动化程度自动化程度 11应力，压强应力，压强 3l物体产生的有害因素物体产生的有害因素 39生产率生产率 12形状形状 36系统的复杂性系统的复杂性 17温度温度 37控制与测试的复杂性控制与测试的复杂性 18照度照度通用工程参数的改善与恶化 n39个通
14、用工程参数又可以分为“改善的参数”和“恶化的参数”两大类：n (1)改善的参数：系统改进中将提升或加强的特性所对应的通用工程参数。当这个参数提高时，系统的性能会变好。n (2)恶化的参数：在某个工程参数得以改善的同时，将会导致其他一个或多个工程参数变差，这些变差的通用工程参数称为恶化的参数。n 改善的参数和恶化的参数组成了技术系统内部的技术矛盾。创新的过程就是消除这些矛盾，让相互矛盾的两个通用工程参数不再相互制约，能同时改善，实现“双赢”，从而推动产品向提高理想度方向发展。4.1 技术矛盾概述n如何提取技术矛盾n、问题是什么？n、39个技术参数的熟练掌握n 3、将问题中的具体参数归结为39个技
15、术参数n、技术矛盾的两个参数（改善和恶化了什么）n改善的参数n恶化的参数提取技术矛盾实例n例：为了用一只手能倒出饮料塑料瓶中的饮料。n需要改善的通用工程参数是：n减小塑料瓶的直径(4静止物体的长度)，n恶化的通用工程参数是：降低塑料瓶的稳定性(13稳定性)。n 因此本例子的技术矛盾是“静止物体的长度Vs稳定性”。例例提取技术矛盾实例n 思考题1：每分钟都有几十块陨石撞击到地球上。由于对陨石成分和结构的分析能提供更多关于太阳系的信息，所以科学家需要获得更多的陨石。但区分陨石和普通岩石是很困难的，必须耗费大量的时间在地球表面上将陨石挑拣出来，但往往仅能得到约百万分之一。这就产生了技术矛盾，即必须寻
16、找大量陨石，但会大大增加寻找的时间。提取技术矛盾实例n思考题2：在射击运动员的训练中需要有飞行中的靶标，当运动员击中靶标后靶标破裂成大量的碎片落到地面上，难以打扫。这个问题的技术矛盾初始可表述为：具有一定体积的飞行靶标对射击运动员的训练是必要的，但靶标碎片叉将地面弄脏乱。n 提取技术矛盾实例n思考题1：改善的通用工程参数是：n为了获得大量陨石，必须对地面上所有的石块进行分析(37控制和测量的复杂度)；n恶化的通用工程参数是：n这将耗费大量时间(25时间损失)。n 因此本例子的技术矛盾是“控制和测量的复杂性VS时间损失”。提取技术矛盾实例n思考题2：改善的通用工程参数是：n希望增大靶标体积(7运
17、动物体的体积)，n恶化的通用工程参数是：n靶标碎片对地面产生作用(31物体产生的有害因素)的矛盾。n因此本例子的技术矛盾是“运动物体的体积VS物体产生的有害因素”。4.3 矛盾矩阵表4.3 矛盾矩阵表n 为40行40列的一个矩阵，其中第一行或第一列为按顺序排列的39个描述冲突的通用工程参数序号序号。第第1列列所代表的工程参数是需改善的一方，第第1行行所描述的工程参数为冲突中可能引起恶化的一方。除了第一行与第一列外，其余39行39列形成一个矩阵，矩阵元素中或空、或有几个数字，这些数字表示40条发明原理中推荐采用原理序号；对角线的格表示物理矛盾。4.3 矛盾矩阵表查找矛盾矩阵表4.3 矛盾矩阵表n
18、矛盾矩阵表的作用：便于找到创新原理，提高解决技术矛盾问题的效率n矛盾矩阵表的说明：n1.格中的数字表示常用的创新原理，顺序的先后表示应用频率的高低；n2.对角线的格表示物理矛盾；n3.其他无数字的格表示无常用的创新原理。应用创新原理解决技术矛盾的步骤n、问题描述n、系统分析n、定义技术矛盾n）问题是什么？n）现在有什么解决方案？n）这个解决方案有什么问题？n）技术矛盾的两个参数n改善的参数n恶化的参数n、利用矛盾矩阵查找n、推荐的创新原理n、最终的解决方案例1:开口扳手的设计扳手在外力的作用下拧紧或松开一个六角螺母.由于螺钉或螺母的受力集中到两条棱边,容易产生变形,而使螺钉或螺母的拧紧或松开困
19、难.4.5 实例分析改善的参数:物体产生的有害因素(31),减少对 螺母棱边的磨损.恶化的参数:制造精度(29),新的改进可能使制 造困难4:不对称.17:维数变化.34:抛弃或再生26:复制n例3:莫斯科克里姆林宫钟楼上的红星 n60米高楼上的五角星,重2吨,风大如何保持不掉.n改善:静止物体的面积(18)n恶化:应力,压力(31)2:预先作用7:动态化.26:相变4:机械系统替代n解决方案:使五角星随风旋转,支撑轴不在中心,类似于风向标n例例4：波音公司改进737设计n波音公司改进737设计过程中，出现的技术冲突为：即希望发动机吸入更多的空气，但又不希望发动机罩与地面的距离减少。n改善的是
20、“运动物体的面积”，恶化的是“运动物体的尺寸”。查矛盾矩阵，n建议的原理：建议的原理：n创新原理创新原理14-曲面化原理曲面化原理n创新原理创新原理15-动态化原理动态化原理n创新原理创新原理18-振动原理振动原理n创新原理创新原理 4-不对称原理不对称原理n 选择的解决方案：选择的解决方案：n 应用创新原理应用创新原理4，将整流罩改为不对称形状，将整流罩改为不对称形状n例例5：防弹衣改进设计n 纤维织成的防弹衣用于保护执法人员和军事人员免于遭受手枪子弹的袭击。纤维织成的防弹衣有多层纤维结构层，具有层叠式结构。纤维在结构层内相互以适当的角度定向排列。当结构层连接好后，所有的纤维都以相互垂直的方
21、向定向排列。为了使纤维织成的防弹衣具有足够的防护能力，这种防弹衣必须具有足够的厚度。增加防弹衣的厚度会使其重量增加，灵活性降低。此外，使用这种厚厚的防弹衣的人员也不能充分通风。换句话说，较厚的防弹衣穿着时不太方便。n定义技术矛盾：增加运动物体的长度(防弹衣的厚度)会降低操作流程的方便性(防弹衣的舒适性)。n通过查询阿奇舒勒矛盾矩阵，得知可能的解集是15，29，35，4四个创新原理。n 应用第应用第4号增加不对称性原理，号增加不对称性原理，将物体的对称形式变为不对称形式。在防弹衣的栈结构内使纤维呈不对称定向排列。通过将每层以相对于第一层呈2070度范围的不同角度旋转，将纤维织成防弹衣的各定向层内
22、的纤维定向转换为不对称的排列形式。防弹衣栈结构内不对称的纤维定向相对于纤维定向排列的防弹衣来讲，会使很大一部分纤维沿子弹飞行的方向定向。沿子弹飞行方向排列的大部分纤维可以确保栈结构防弹衣在受子弹冲击的方向具有更高的强度。在具有同等保护效果的情况下，防弹衣的厚度和重量减小了。因而，通过减小防弹衣的厚度提高了其舒适性，同时不会降低防弹衣的保护效果。例6解决一次性牙膏开启的问题外出入住宾馆，在盥洗室洗漱中，如何开启宾馆为我们提供的一次性牙膏。矛盾分析n要解决这样一对矛盾，可以用要解决这样一对矛盾，可以用39个技术参数中的两个个技术参数中的两个来描述该矛盾：来描述该矛盾：n需要改进的特性需要改进的特性
23、可操作性可操作性No.33n变差的特性变差的特性强度强度No.14n把这两个技术参数映射到技术矛盾矩阵表上，即可得把这两个技术参数映射到技术矛盾矩阵表上，即可得到一组数据，找出这些数据在到一组数据，找出这些数据在40条创造发明原理中对条创造发明原理中对应的技术矛盾解决方法。应的技术矛盾解决方法。分析选择解决原理nNo.32 No.32 变色原则；变色原则；nNo.40 No.40 复合材料原则；复合材料原则；nNo.3 No.3 局部性质原则；局部性质原则；nNo.28 No.28 机械系统的替代原机械系统的替代原则。则。n 经过分析，经过分析，3232、4040、2828这三个这三个原理基本
24、不适合，只有第原理基本不适合，只有第3 3号局号局部性质原则适合。采用这一原理，部性质原则适合。采用这一原理，我们对牙膏盖进行了改进，在制我们对牙膏盖进行了改进，在制作中使其形成一个尖椎体，用其作中使其形成一个尖椎体，用其顶挤牙膏头，就能够很好地解决顶挤牙膏头，就能够很好地解决开启牙膏的问题了。开启牙膏的问题了。例7解决多人使用一台自行车出行的问题n许多人都有在自行车大梁和后座驮人的经历，由于重量大，骑行起来十分不方便。最好是每一人有一台自行车 单独骑行，但是这样会增加自行车的数量，尤其对于一个三口之家来讲，而且也会增大占地面积。n那么，如何让两个人 或三个人同骑一台 自行车呢？技术矛盾分析要
25、解决多人同时乘骑自行车的矛要解决多人同时乘骑自行车的矛盾，可以用盾，可以用39个技术参数中的两个技术参数中的两个来描述该矛盾：个来描述该矛盾：需要改进的特性需要改进的特性运动物体的运动物体的重量重量No.1变差的特性变差的特性适应性及多用性适应性及多用性No.35把这两个技术参数映射到技术矛把这两个技术参数映射到技术矛盾矩阵表上，即可得到一组数据，盾矩阵表上，即可得到一组数据，找出这些数据在找出这些数据在40条创造发明原条创造发明原理中对应的技术矛盾解决方法。理中对应的技术矛盾解决方法。分析选择解决原理No.29 气压或液压原则；气压或液压原则；No.5 联合原则；联合原则；No.15 动态原
26、则；动态原则；No.8 反重量原则。反重量原则。经过分析，经过分析，29、15、8这三个这三个原理基本不适合，只有第原理基本不适合，只有第5号号联合原则适合。采用这一原理，联合原则适合。采用这一原理，可将两台或者三台自行车连成可将两台或者三台自行车连成一台，两个车座、两套传动，一台，两个车座、两套传动，就能够很好地解决两人同骑乘就能够很好地解决两人同骑乘一台自行车的问题了。一台自行车的问题了。思考题：破冰船思考题：破冰船n冬季通过水路运输货物时，常用破冰船穿过冰层封闭的航道。破冰船用尖而硬的船头，或使船头翘起、落下，船身左右摇摆，压破冰层，破冰船只能以较低的速度前进。现希望其速度增加。n增加破冰船前进速度通常的方法是增加其发动机功率，但发动机功率增加会带来一系列的负面影响，如传动系统体积增加、船的质量增n加等。因此，存在技术冲突。为了提高船速，必须克服技术冲突。
