4.物质场模型
创新方法学智慧树知到答案章节测试2023年黑龙江科技大学
绪论单元测试1.“发明问题解决理论”——TRIZ（The Theory of Inventive Problem Solving）为人们提供了一套全新的创新理论，揭开了人类创新发明史的新篇章。
TRIZ 是苏联发明家根里奇·阿奇舒勒（G. S. Altshuller）带领一批学者从（）开始，经过50 多年对世界上250 多万件专利文献加以搜集、研究、整理、归纳、提炼，建立的一整套系统化、实用性的解决发明问题的理论、方法和体系。
A: 2000年B: 1840 年C: 1921 年D: 1946 年答案:D2.TRIZ理论提供了一系列的工具，包括解决技术矛盾的40个发明原理和矛盾矩阵，解决物理矛盾的4个分离原理，（）发明问题的标准解法和发明问题解决算法（ARIZ），以及消除心理惯性的工具和尺寸-时间-成本算子等。
A: 100个B: 4 个C: 76个D: 86 个答案:C3.根里奇·阿奇舒勒（Genrich S.Altshuller），（）年10月15日出生于苏联的乌兹别克斯坦首府塔什干。
A: 2001B: 1986C: 1821D: 1926答案:D4.阿奇舒勒在研究了大量的世界范围的专利后，依赖人类发明活动的结果，提出了不同的发明路径，即发明是从对问题的分析以找出矛盾而产生的。
研究了（）项专利后，阿奇舒勒得出结论，至少有 1500 对技术矛盾是可以通过运用基本原理而相对容易地被解决。
A: 2000000B: 2000C: 20000D: 200000答案:A5.（）年TRIZ 理论进入成熟阶段，“TRIZ 之父”阿奇舒勒共出版《如何学会发明创造》《创造发明原理》《创造发明的运算法则》《发明创造——精确的科学》《寻找创意》《寻找新创意从发端到技术》《发明问题求解的理论和实践》等14 本著作，这些书籍的印刷总量超过百万册，为科技创新做出了历史性的巨大贡献。
A: 1926B: 2009C: 1946D: 1885答案:D6.创新问题标准解法。
物-场模型分析
1物—场模型分析是TRIZ理论中的一种重要的问题描述和分析工具，用以建立与已存在的系统或新技术系统问题相联系的功能模型，在问题的解决过程中，可以根据物—场模型所描述的问题，来查找相对应的一般解法和标准解法。
26.1 物—场分析每个系统的出现都是为了实现某个确定的功能。
产品是功能的实现。
所谓功能，是指系统的输出与系统的输人之间正常的、期望存在的关系。
产品设计中，经常使用到传递函数：y = F (x1，x2，x3，…，x n)式中y —输出;x1，x2，x3，…，x n—输入。
输出与输入之间的函数关系F 就是功能。
系统的功能可以是一个比较大的总的功能，也可以是分解到子系统的功能，也可以一直分解下去，直达底层的功能为止。
底层的功能结构上比较简单，容易进行理解和表达。
3阿奇舒勒通过对功能的研究，发现并总结出以下3条定律:l) 所有的功能都可以分解为3个基本元素(S1，S2，F);2)一个存在的功能必定由这3个基本元素组成;3)将相互作用的3个基本元素进行有机组合将形成一个功能。
为方便表示，功能用一个三角形来进行模型化，三角形的下边2个角是3个物体(或称为物质)，上角是作用或效应(或称为场)。
物体可以是工件或工具，场是能量形式。
通常，任何一个完整的系统功能，都可以用一个完整的物—场三角形进行模型化，称为物—场分析模型。
见图7-l。
如果是一个复杂的系统，可以用多个物—场三角形来进行模型化。
45FS 1S 2图6-1 物——场分析模型6参与相互作用的物体S 1和S 2可以是：1) 材料;2) 工具;3) 零件;4) 人;5) 环境。
FS 1S 27一般地，S 1表示工件，S 2表示工具。
物体之间的效应(或称为场) F 可以是:1) Me ——机械能;2) T h ——热能;3) Ch ——化学能;4) E ——电能;5) M ——磁能。
FS 1S 28将这些场类别组合起来，就形成一个词:MeThChEM，以方便对能量形式的记忆。
TRIZ的九大经典理论体系
TRIZ的九大经典理论体系TRIZ理论包含着许多系统、科学而又富有可操作性的创造性思维方法和发明问题的分析方法。
经过半个多世纪的发展，TRIZ理论已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的九大经典理论体系。
TRIZ解决问题过程中，将问题的通解具体化是一个难点，这需要有深厚的领域背景知识。
TRIZ理论认为，一个成功的设计可由如下公式描述：S=Pc×Pkn×(1+M)×(1+T)其中：S——成功的设计；Pc——个人解决问题的能力；Pkn——领域知识的水平与经验；M——TRIZ方法论与哲学思想的运用；T——TRIZ工具的运用。
在公式中，Pc和Pkn 都与领域知识有关。
因此，尽管TRIZ理论的创始人阿奇舒勒否认了经验知识在TRIZ 理论中的重要性，但从上述公式可以看出经验知识依然对TRIZ理论的应用构成了重要的支持。
所以，在TRIZ 理论中融入经验思维模式，应是TRIZ理论在应用中的一个发展方向。
(一)TRIZ的技术系统八大进化法则。
阿奇舒勒的技术系统进化论可与达尔文生物进化论和斯宾塞的社会达尔文主义齐肩，称为三大进化论。
TRIZ的技术系统八大进化法则分别是：1、技术系统的S曲线进化法则；2、提高理想度法则；3、子系统的不均衡进化法则；4、动态性和可控性进化法则；5、增加集成度再进行简化法则；6、子系统协调性进化法则；7、向微观级和场的应用进化法则；8、减少人工进入的进化法则。
技术系统的这八大进化法则可应用于产生市场需求、定性技术预测、产生新技术、专利布局和选择企业战略制定的时机等。
它可用来解决难题，预测技术系统，产生并加强创造性问题的解决工具。
(二)最终理想解(IFR)。
TRIZ理论在解决问题之初，首先抛开各种客观限制条件，通过理想化来定义问题的最终理想解(ideal final result，IFR)，以明确理想解所在的方向和位置，保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解，从而避免了传统创新涉及方法中缺乏目标的弊端，提升了创新设计的效率。
物场模型及76个标准场
• 物场模型之问题模型二
模型的三个元件都在，但是需要的效果不足
F1
F2
S2
S1
S3
S1
解决方法：改用新的场(F2)或场和物质(F2+S3)来代替原有的场(F1)或 场和物质(F1+S2)。
例：壁纸很难用刀子刮掉，改用蒸气
物质-场模型
• 物场模型
油漆墙壁
化学力
油漆墙壁ຫໍສະໝຸດ 化学力油漆墙壁
物质-场模型
• 物场模型之问题模型一
需要的效果没有产生，表示模型缺少一至两个元件
S2
油漆
S1
墙壁
例：液体(S2)含有空气泡(S1) 增加离心力(F)可以分离空气泡
离心力
液体
气泡
解决方法：补齐缺少的元件，使成为标准的Su-Field模型。
物质-场模型
内容大纲
1 物质-场模型 2 物质-场模型的转换规则 3 物质-场模型建立的流程 4 76个标准解及应用
物质-场模型
• 功能是价值工程研究的核 心问题。顾客买的不是产 品本身，而是产品的功能。
• 在设计科学的研究过程 中，人们也逐渐认识到产 品设计往往首先由工作原 理确定，而工作原理构思 的关键，是满足产品的功 能要求。
F2
F1
S 技术过程(TP)
•热膨胀 •换能器 •电磁线圈
Heat
SOLID BODY F thermal
Force Shape
size
F mechanical
S solid body
物质-场模型
置于压力锅内，先升至6psi，
后急速降至2psi
F2
F1
S 技术过程(TP)
物质-场模型
TRIZ物场分析
（1）有用并且充分的相互作用
• 有效、完整的物场模型
• 是一种理想的状态，也是设 计者追求的状态，功能的三 个元素都存在，且相互之间 的作用充分。
例：手拿杯子
F
S1
S2
机械场
杯子拿稳不掉
杯子
手
（2）有用但不充分的相互作用
• 效应不足的物场模型 • 功能的三个元素齐全，
但设计者追求的相互作 用未能实现或只是部分 实现。
• 发现总结了76个解模型，所以也叫76个标准解。 • 按照问题的类型分为五级，形成标准解法系统。
四、标准解及应用
标准解系统名称
子系统 数量
第一级 建立或完善物场模型的标准解
1.1 构建完整的物场模型（8）
13
1.2 消除或中和有害作用，构建完善的物场模型(5)
第二级 增强物场模型的标准解
2.1 向复合物场模型转换（2）
例：气泡分离
机械场 F
S1
液体
S2
气泡
S1
液体
S2
气泡
例:机油中是否有水?
S1
油
S2
水
热场
F
S1
S2
油
水
例:如何将火柴理顺后装入火柴盒？
引入磁粉S2和磁场F，F作用于S2，S2同 时作用于火柴S1，表述如下：
磁场
F
S1
火柴
S1
火柴
S2
磁粉
有害模型I
• 一般解法二：加入第三种物质，阻止有害作用。 • 它应该是原有两种物质之一的变种。
例：物体的粘贴
粘贴力
F
粘贴力 F
S1
物体1
S2
物体2
S1
物体1
物质-场模型分析PPT演示课件
S2电脑
F能量场 （电流）
S1人
S3防辐 射服
14
F能量场 （电流）
S2电脑
S3防辐 射服
S1人
气。即热场作用于S2室内的空气，
S2空气
空气受到激活，作用于S1人身上。
但由于F热场产生的能量不足，作用
不足，对S2空气的激发作用不够，
从而导致S2对S1作用不足，取暖效
益不明显，对S1产生的影响未能达
到预计效果。
F热场 （暖气系统）
S1人
8
5.4 物质-场模型工作流程
构造物质－场模型通常遵循下图所示的工作流程,即 1．识别元件，定义模型中的三个要素， 2．构建模型， 3．从76个标准解中选择合适的解作为解决方案， 4．进一步发展解，以达到系统的有效和完善， 5．实现具体解， 6．探求另外可行解。
5
物质-场模型的描述——完整的系统
如上页图，场F作用于S2上，
使S2对S1产生影响，从而
改变S1，达到预期效果。
F磁场
例：磁铁通过磁场吸引铁。
将其用物场模型描述就是：
F为磁场，S1为铁片，S2为 S2磁铁
磁铁。即F磁场作用于S2磁
铁上，使S2磁铁对S1铁片
S1铁片
产生影响，改变其所处位置 状态。
F
S3
S2
F S3
S1
S2 S1
11
5.5 物质-场组建的规则（二）
第二种情况：把易控的、具有所需特性的补充 物引入到系统，形成复合物场。
补充物可以引入到：
（1）物质内部，形成内部复合物场； （2）物质外部，形成外部复合物场。
例：下雪天汽车行驶在马路上，由于路面雪的 覆盖导致摩擦系数降低，汽车轮子打滑。此时 汽车轮胎已经既定，马路情况也不易改变。则 可以在车轮上加设铁链，利用铁链与地面的作 用增大前进阻力，使车轮打滑状况大大减少。
高中物理100个模型详解(一)
高中物理100个模型详解(一)高中物理100个模型1. 引言高中物理是一门理论与实践相结合的学科，其中的物理模型是理解和应用物理概念的重要工具。
本文将介绍高中物理中的100个模型，涵盖了光学、力学、热学、电磁学等多个领域。
光学模型1.光的直线传播模型：光在均匀介质中沿直线传播。
2.光的反射模型：光在平滑表面上遵循入射角等于反射角的规律。
3.光的折射模型：光从一种介质传播到另一种介质时会发生折射。
4.光的色散模型：不同频率的光在介质中传播速度不同，导致折射角发生变化。
5.光的干涉模型：两束同频率相干光叠加时会出现干涉条纹。
力学模型1.牛顿第一定律模型：物体在无外力作用下保持静止或匀速直线运动。
2.牛顿第二定律模型：物体的加速度与作用于它的合力成正比，与物体质量成反比。
3.弹簧振子模型：弹簧的振动可以用简谐振动模型描述。
4.滑动摩擦力模型：物体在表面上滑动时受到的摩擦力与物体质量和表面摩擦系数成正比。
5.空气阻力模型：物体在空气中运动时受到的阻力与运动速度成正比。
热学模型1.热传导模型：热量从高温区域传递到低温区域。
2.热辐射模型：热能通过辐射传递。
3.理想气体状态方程模型：PV=nRT，描述了理想气体的状态。
4.内能变化模型：物体的内能改变等于吸收或释放的热量与对外做功的和。
5.相变模型：物质在不同温度下的相变过程。
电磁学模型1.电场模型：电荷在空间中产生电场。
2.磁场模型：电流在空间中产生磁场。
3.感生电动势模型：磁场的变化可以引起电动势的感应。
4.电阻模型：电流通过导体时会产生电阻，导致电能转化为热能。
5.麦克斯韦电磁场方程模型：描述了电磁场的生成和传播规律。
结论物理模型在高中物理学习中起到了重要的作用，帮助学生更好地理解和应用物理概念。
本文介绍了一百个高中物理模型，涵盖了光学、力学、热学、电磁学等多个领域的内容。
这些模型不仅仅是理论的工具，同时也是实践中验证和应用物理知识的基础。
希望这些模型能够帮助读者更好地学习和理解高中物理知识。
物——场模型分析
物—场分析法的基本概念
物—场分析法通过建立系统内结构化的问题模型来正确地 描述系统内的问题，用符号语言清楚地表达技术系统（子系 统）的功能。正确地描述系统的构成要素，以及构成要素之 间的相互联系。
DESIGN HYH
2024/1/17
物—场分析法基本的模型
F
S1
S2
F
S1
S2
S—物质：任何东西 F—场：物质间相互作用
……
DESIGN HYH
TRIZ中的场：将存在于物质之间的各种各样的 作用都用场来表示。
力场：（持续力、冲击、脉冲） 声场：（超声波、次生波） 热场：（加热，降温） 电场、磁场、电磁场 光学场：（紫外线、可见光、红外线） 辐射场：（放射性辐射、电离辐射） 化学场：（氧化、腐蚀、） ……
2024/1/17
F
S1
S2 S3 S4 S5 ........
DESIGN HYH
手机物—场模型自身的演化
这种演化主要是自身某种元素的改进，整个手机物一场模型不变化，但是功能增强了， 整个手机的结构也越来越精密化，完善化。
谢谢观看
DESIGN HYH
2024/1/17
手机物—场模型向子系统演化
这种演化可能是场或物质的演化。 谢谢观看
DESIGN HYH
F
S1
S2
有害效应的场模型
2024/1/17
机械场
F
机械场
F
S1
garbage
DESIGN HYH
S2
S1
把柄 garbage
S2
s3
把柄
触摸屏
2024/1/17
例:如何防晒？
光学场
F
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S2引入附加物 S1
S1引入附加物
F
S2 F
F
S1
S2 S3
F
S1
S2
S2 S3
S2
44
实例：查找出压缩机氟利昂渗漏处
（建立外部合成物场模型）
在压缩机制冷系统中，在普通光照下，一旦发生氟利昂泄 漏很难觉察，因为氟利昂制冷剂是无色无味又不能发光 的液体。氟利昂制冷剂中是禁止加入发光体的，于是， 只能在压缩机的外部引入附加物S3 （卤素灯）建立 外 部合成的物场模型，渗漏出的氟利昂在卤素灯的照射下 会发出荧光，致使可以准确地确定氟利昂的渗漏部位。
5.3 利用相变 5.4 利用物理效应或自然现象 5.5 产生物质粒子的更高或更低形式
合计
17
17
76
35
有关联的关系 定向有效作用
有效不充分作用 有害作用
S1 S2
S3
S2
S2S3
Smagnet
物质1、物质2
物质S2内部或外部引 入附加物 引入磁铁
引入铁磁颗粒或磁性 SF或SF+liquid 液体（磁流体）
场来实现。
F
F1
S1
S2
S3 方法一
S1
S2
F2
方法二
17
实例：服务员托盘端菜
• 在餐馆里，服务员在給客人们上菜时，往往都要用一个托
盘来端菜，为的是消除造成烫伤的可能，
温度场
F
F
S1
S2
菜
服务
碗
员手
S1
S2
S3 托盘
18
实例精密磨削防止细长轴的变形
• 在完成对磨削过程中，为了防止细长轴工件的变形，引入 与长轴协同的支架产生的反作用力来防止细长轴的变形
重力
F
水的浮力
F
F1
大象 S1
S2 秤
S1
石头的重力
S2’
船
F2
29
、
最有效消除有害的、不想要的、不需要的物 质或场的方式是引入一个第三物质组件，该新引 入的物质-场组件是对现有物质-场组件的改善。
实例：外科手术中的橡胶手套 • 实例：医生在为病人施行手术时，为了防止交叉 感染（对病人的感染或病人对医生的感染），在 施行手术时，医生必须戴上经消毒过的橡皮手套。
新的输出场 模型间的转换 36
S2cp Sed S#fo SE Sforromagnet SE+liquit Smin S2→S‘2 Smax
多孔或毛细管结构S2 （或S1) 由环境生成的变异物 固有频率fo物质 环境中物质或电流 原铁场物质 电流体 极少量活性物 用物质S‘2替换S2 过量的物质
场F包括：
✓机械场 ✓热场 ✓电场 ✓化学场 ✓生物场 ✓磁场 ✓光学场 ✓声学场
………
物质S包括：
✓材料 ✓工具 ✓零件 ✓人 ✓环境
7
• 场：系统中的能量，使物质完成某个过程的能力。
符号 G Me P H A Th Ch E M O R B N
名称
举例
重力场 重力
机械场 压力，惯性，离心力
气动场 空气静力学，空气动力学
Fmagnetic#fo F#fol
F1、F2 Fnew F#
F(1-1) F(1+1)
Fmodified
Fmech
与振动频率相匹配的 磁场 共振场（频率为fo的 振动场 作用场
新的场
异质场或结构场
脉冲作用场
脉冲间隙作用场
输出场
测量共振频率
37
第一级 基本物场模型的标准解
1.1 构建完整的物场模型 1.2 消除或中和有害作用，构建完善的 物场模型
38
1.1 构建完整的物场模型 1.1.2 在物质内部引入附加物，建立内部合成的物场模型 1.1.3 在物质外部引入附加物，建立外部合成的物场模型 1.1.4 利用环境资源作为物质内部外部附加物，建立与环境
一起的物场模型 1.1.5 引入由改变环境而产生的附加物，建立与环境和附加
物一起的物场模型 1.1.6 对物质作用的最小模式 1.1.7 对物质作用的最大模式 1.1.8 对物质作用的选择性最大模式：分别向最大和最小作
液压场 流体静力学，流体力学
声学场 声波，超声波
热学场 热传导，热交换，绝热，热膨胀，双金属片记忆合金
化学场 燃烧，氧化反应，还原反应，溶解，键合，置换，电解
电场
静电，感应电，电容电
磁场
静磁，铁磁
光学场 光（红外线，可见光，紫外线），反射，折射，偏振
放射场 X-射线，不可见电磁波
生物场 发酵，腐烂，降解
机械场
F1
S1
细长轴
S2
磨削 工具
F1
S1
S2
F2 支架反作用力
19
（四）效应不足的物场模型
• 效应不足的物场模型是指模型的三个元素完备，但是需要 实现的功能不足。有六种解决方法
• 方法一：引入新的场F2
F1
F1
S1
S2
• 方法二：引入新的物质S3
F1
S1
S2
F2
F1
S1
S2
S1
S2
20
S3
、
• 方法三：引入新的场F2和新的物质S3（或是新的 两个物质S3和S4来代替原来的物质S2
S3
新型的 锤子
电动场
S1
S2
F2 机械场
S1
S3 风钻
26
实例：加速刮掉墙上的壁纸
• 墙上的壁纸单纯用刀子很难刮掉，如果预先用蒸 汽喷一下，然后再用刀子刮，壁纸就会轻而易举
地被刮下来了。
机械力
F1
F1
S1
壁纸
S2
刮刀
S1
S2
F2
蒸汽温度场
27
实例：使楔子能轻易拔出
• 楔形系统由楔子和间隔的衬垫组成，为了容易拔 出楔子，衬垫由2部分组成，其中的一部分是低熔
点合金制造，衬垫经加热后，易熔合金衬垫熔化， 楔子就能轻而易举地被拔出。
F1
S1
楔子
S2
衬垫
F1
F2
S1
S3
S4
低熔点合 金衬垫
易熔 化的 合金 衬垫
28
、
对于测量问题，可延伸产生两个场，即一个为输入， 另一个为输出。
实例：曹冲称象的故事：大象的体积很大，要想获 得它的重量用杆秤是无法进行的。司马光引入石 头和浮力的概念，
• （三）有害的、完整物场模型(需要消除有害的负 面效应) 。
• （四）效应不足的物场模型(需要改善以达到所期 望的效应)。
13
（一）不完整的物场模型
子弹
枪
扣动枪栓作用力
子弹＋枪 没有子弹或没有枪
S1
S2
只
永只
有
远有
子
体枪
弹
现，
无
不它
济
出的
于
来作
事
用
F
力不扣 会动 产没 生有 丝子 毫弹 杀的 伤枪
有了钉子和锤子，没有人的手臂用力（机械 场F）同样不行；
只有当三个因素同时具备时才能完成打下钉
子的任务。
41
1.1.2 在物质内部引入附加物，建 立内部合成的物场模型
从形式上看，3个元素都齐全，是一个完整的物场模型，但不能表现为 一个工作着的物场模型。且系统内部对引入物质没有限制,引入的添 加物质对现有的系统也不会产生大的变化时，则可在系统物质中引入 附加物，构建物质内部合成的物场模型。该添加物也可以是系统物质 的变异。
粒子场 α-,β-,γ-粒子束，中子，电子，同位素
8
物场模型的表示方法
场
F
S1
对象物质
正常作用 不充分的作用
S2
工具物质
有害的作用 过度的作用
9
、
• 较为复杂的系统模型，则可以用多个三角 型连接起来。基本形式有以下两种：
F
F
S1
S3
S2
串联式连接
F1
S1
S2
F2
并联式连接
10
应用物场分析方法的步骤
1
一、物场分析法
孙、 国强
2
物质场模型与76个标准解
一、物场分析法 二、四种基本的物场模型及其实例 三、物场模型的76个标准解及其实例 四、76个标准解的应用流程
3
物场模型的由来
• 化学分子模型
Na
Cl
NaCl
H
H
H2O
O
技术系统的模型？？？ 4
锤子 砸 钉子系统
机械场
F
锤子——工具 S2 钉子——作用对象或产品 S1 砸 ——作用 F
不可见光 F
F1
S1
S2
F2 化学场使岩石脆化 或冷冻场使岩石冻裂
23
、
• 方法二：引入新的物质
人力 F1
S1 岩石
S2 锤子
F1
S1
S2
S3 凿子
24
、
• 方法三：引入新的场和物质
F1 人力
人力 F1
F2 人力
S1 岩石
S2
S1
锤子
S3
S2
凿子
25
、
方法四～六：
F1 人力
S1
岩石
S2
锤子
、、、
F1
S1
F2
第 向双、多级系统或微观级系统进化的标准解
6
三 3.1 向双系统或多系统转换 级 3.2 向微观级系统转换
34
、