TRIZ基本理论物场模型分析
TRIZ理论
1. 8大技术系统进化法则
促使我们知道技术系统是如何进化的，为技术创新指明方向。
2. IFR最终理想解
促使我们明确理想解所在的方向和位置，避免由于折中法缺乏目标所带来的弊端。
3. 40个发明原理
指引发明的原理，使创造性思维得到扩张
4. 39个通用参数和阿奇舒勒矛盾矩阵
通过对矛盾的分析，在矛盾表中查找可能的解法，解法是由40个发明原理组成的
5. 物理矛盾和分离原理
促使我们发现物理矛盾的11条分离方法和4大分离原理。
6. 物-场模型分析
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。
可以通过物-场分析法描述的问题一般称为标准问题，可以采用76个标准解法进行求解。
7. 76个标准解法
针对标准问题提出的解法，标准解法是TRIZ高级理论的精华之一。
8. ARIZ 发明问题解决算法
非标准问题主要应用ARIZ来进行解决。
ARIZ的思路是将非标准问题通过各种方法进行变换，转化为标准问题，然后应用76个标准解法来予以解决。
9. 科学原理知识库
物理、化学、几何等领域的科学原理可以有效帮助发明问题的解决，并为技术创新提供丰富的方案来。
triz理论介绍
TRIZ理论在机械工程创新中的应用TRIZ理论定义TRIZ的含义是发明问题解决理论，其拼写是由“发明问题的解决理论”(Theory of Inventive Problem Solving),在欧美国家也可缩写为TIPS。
TRIZ 理论是由前苏联发明家阿利赫舒列尔(G. S. Altshuller)在1964年创立的，他也被尊称为TRIZ之父。
Altshuller发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样，都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡，是有规律可循的。
人们如果掌握了这些规律，就能能动地进行产品设计并能预测产品的未来趋势。
他总结出各种技术发展进化遵循的规律模式，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则，建立一个由解决技术，实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系，并综合多学科领域的原理和法则，建立起TRIZ理论体系。
核心思想和基本特征现代TRIZ理论的核心思想主要体现在三个方面。
首先，无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。
其次，各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。
再就是技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。
TRIZ解决问题的过程发明问题解决理论的核心是技术进化原理。
按这一原理，技术系统一直处于进化之中，解决冲突是其进化的推动力。
进化速度随技术系统一般冲突的解决而降低，使其产生突变的唯一方法是解决阻碍其进化的深层次冲突。
.Altshuller依据世界上著名的发明，研究了消除冲突的方法，他提出了消除冲突的发明原理，建立了消除冲突的基于知识的逻辑方法，这些方法包括发明原理(Inventive Principles)、发明问题解决算法(ARIZ，Algorithm for Inventive Problem Solving)及标准解(1区底 Standard Techniques)。
物场模型及 个标准场
面漆
零件
F离心
物质-场模型
• 物场模型之问题模型二实例
电镀纯铜时，少许电解液会留在铜表面的微孔中。若不清除，电解 液干燥时会留下氧化的痕迹，影响产品的外观和价值。因此通常在储存 之前，先要冲洗表面。但是因为微孔很小，即使用大量的水冲洗，还是 会有一些电解液留在微孔中，有无改进的方法？
¾ 物质：水(S2)，电解液(S1) ¾ 场：机械冲洗力(F1) ¾ 功能问题：效果不足
E
电场 静电，感应电，电容电
M
磁场 静磁，铁磁
O
光学场 光（红外线、可见光、紫外线），反射、折射、偏振
R
放射场 X-射线，不可见电磁波
B
生物场 发酵，腐烂，降解
N
粒子场 α-，β-，γ- 粒子束，中子，电子；同位素
物质-场模型
• 物场模型
F
S2
S1
技术系统(TS)
F：拿锤子的手 S2：锤子 S1：钉子
物质-场模型及标准解
TRIZ培训师 田介花 中国科学技术咨询服务中心
存在没有矛盾（冲突）的问题吗？
• 问题1：火柴厂在改造过程中购得一种生产效率较高的设 备，这种设备能将火柴的产量提高一倍。可是，问题出在 了后面的工序上——往火柴盒里装填火柴。后面老机器应 付不了新设备的产量，也没有空场地，因此它们被全部撤 走了。此外，它们是“瞎子”，会往火柴盒里装次品（不带 火柴头的火柴），火柴头的方向也不一致，在火柴的数量 上也出错。需要一种的装填方式，以便将火柴正确的装入 数百万个火柴盒。怎么办？
物场模型练习
• 为了提高精度，首先我们用电磁场代替机械场， 然后引入第二种物质构造一个物场。如下图，电 磁场F1作用于S1，这段金属线将和第二种物质S2 相互作用而发出信号场F2的某种形式，传递出线 的直径的信息。
TRIZ发明问题的解决理论
TRIZ意译为发明问题的解决理论.TRIZ理论成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解。
它不是采取折衷或者妥协的做法，而且它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程，而不再是随机的行为。
实践证明，运用TRIZ 理论，可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。
TRIZ创新理论简介概述TRIZ是俄文теории решенияизобретательских задач 的英文音译Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch的缩写，其英文全称是Theory of the Solution of Inventive Problems（发明问题解决理论）TRIZ是基于知识的、面向人的发明问题解决系统化方法学。
TRIZ是基于知识的方法（1）TRIZ是发明问题解决启发式方法的知识。
这些知识是从全世界范围内的专利中抽象出来的，TRIZ仅triz相关书籍采用为数不多的基于产品进化趋势的客观启发式方法；（2）TRIZ大量采用自然科学及工程中的效应知识；（3）TRIZ利用出现问题领域的知识。
这些知识包括技术本身、相似或相反的技术或过程、环境、发展及进化；（4）TRIZ是面向人的方法，即TRIZ中的启发式方法是面向设计者的，不是面向机器的。
TRIZ理论本身是基于将系统分解为子系统、区分有用及有害功能的实践，这些分解取决于问题及环境，本身就有随机性。
计算机软件仅起支持作用，而不能完全代替设计者，需要为处理这些随机问题的设计者们提供方法与工具。
TRIZ是系统化的方法（1）在TRIZ中，问题的分析采用了通用及详细的模型，该模型中问题的系统化知识是重要的；（2）解决问题的过程系统化，以方便的应用已有的知识。
TRIZ是发明问题解决理论（1）为了取得创新解，需要解决设计中的冲突，但解决冲突的某些步骤是不知道的；（2）未知的解往往可以被虚构的理想解代替；（3）通常理想解可通过环境或系统本身的资源获得；（4）通常理想解可通过已知的系统进化趋势推断。
TRIZ理论的主要内容
TRIZ理论的主要内容TRIZ理论的主要内容（⼀）冲突解决理论1、技术冲突解决原理TRIZ提出描述技术冲突的39个通⽤⼯程参数：运动物体质量、静⽌物体质量、运动物体长度、静⽌物体长度等。
为了解决技术冲突，TRIZ理论提出了40 项发明原理，如分割、分离、局部质量、不对称等。
通过研究，Altshuller提出了冲突矩阵，该矩阵将描述技术冲突的39个⼯程参数与40条发明原理建⽴了对应关系，解决了设计过程中选择发明原理的难题。
2、物理冲突解决原理Terninko于1998年提出的物理冲突描述⽅法为：(1)为实现关键功能，⼦系统要具有⼀有⽤功能，但为了避免出现⼀有害功能,⼦系统⼜不能具有上述有⽤功能。
(2)关键⼦系统的特性必须是⼀⼤值以能取得有⽤功能，但⼜必须是⼀⼩值以避免出现有害功能。
(3)关键⼦系统必须出现以取得⼀有⽤功能，但⼜不能出现以避免出现有害功能。
TRIZ提出采⽤分离原理解决物理冲突的⽅法，包括空间分离和时间分离、基于条件的分离、整体与部分的分离。
英国Bath⼤学的Mann提出，解决物理冲突的分离原理与解决技术冲突的发明原理之间存在关系，⼀条分离原理可以与多条发明原理存在对应关系。
（⼆）物—场模型分析⽅法物—场分析是⽤符号表达技术系统变换的建模技术。
物—场模型分析⽅法产⽣于1947—1977年，每⼀次的改进都增加了新的可⽤的知识，现在已经有了76 种标准解。
这些标准解是最初解决问题⽅案的精华，因此，物—场分析为我们提供了⼀种⽅便快捷的⽅法，利⽤这种⽅法，可以在汲取基本知识的基础上产⽣不同想法。
TRIZ理论认为，技术系统构成要素S1、作⽤体S2、场 F三者缺⼀就会造成系统不完整。
⽽当系统中某⼀物质的特定机能没有实现时，系统就会产⽣问题。
为了控制这⼀物质产⽣的问题，有必要引⼊另外的物质。
由此产⽣这些物质之间的相互作⽤并伴随能量（场）的产⽣、变换、吸收等，物—场模型也从⼀种形式变换为另⼀种形式。
物-场分析模型
F
S3可以是修改后 的S1或S2，或者 是通过共同改变 S1、S2得来。
S2 S3
S1
TRIZ理论（5）：物—场模型分析
16
有害效果的完整模型实例
为增加室内的私密性安装了窗帘，但严重影响 了室内的光照度。
1.
2.
改换窗帘 窗玻璃改为 磨砂玻璃。
TRIZ理论（5）：物—场模型分析
17
有害效果的完整模型实例
TRIZ理论（5）：物—场模型分析
29
发明问题76个标准解系统构成
第一级 建立或完善物场模型的标准解系统………………………13 1.1 建立物场模型……………………………………8 1.2 消除物场模型的有害效应………………… ……5 第二级 2.1 2.2 2.3 2.4 强化物场模型的标准解系统……………………………… 23 向复合物场模型进化 ………………………… 2 加强物场模型…… ………………………………6 采用频率协调强化物场模型 ……………………3 引入磁性添加物强化物场模型……… ………………… 12
TRIZ理论（5）：物—场模型分析
35
实例1：铜板的清洗问题
电镀纯铜时，少许电解液会留在铜表面的微孔中。 若不清除，电解液干燥时会留下氧化的痕迹，减 少产品的外观和价值。因此通常在储存之前，要 先冲洗表面。但是因为微孔很小，即使用大量的 水冲洗，还是会有一些电解液留在微孔中。 改进的方法？
TRIZ理论（5）：物—场模型分析
TRIZ理论（5）：物—场模型分析
41
第四步：开发设计概念（二）
增加新的场(F2)和物质(S3)来加强原有的效 果
F1 F2 F1
S2
triz物场分析与76个标准解
机械场
F
F
S1 加工产品
S2
S1
单帽钉
S3
S2 双帽钉
17
1.1.3 在物质外部引入附加物，建立外部复合的物场模型
• 如果系统不能改变，实施内部合成受阻，则在两个物质 S1、或S2的外部引入附加物S3来达到增强效应的目的
S2引入附加物 S1
S1引入附加物
F
S2 F
S1
S2
F
S1
S2 S3
F
S1 S3
• F、F1、F2 …表示场
代表“能量”、“力”，是实现两个物质间的相互 作用、联系和影响的能量。在测量物场模型中， 通常F1表示输入场，F2表示输入场
有关联的作用
定向有效作用
有效不充分作用
有害作用
6
常用的物场模型及其含义
• 有效完整模型：实现功能的3个元素齐全，且有效实现功能 • 不完整模型：实现功能的3个元素不全，可能缺场，也可能
缺少工具 和力
缺少力和加 工对象
缺少力
S1
S2
机械力 F1
S1
S2
钉
锤
子
子
S1 S2
人们用锤有锤子（工具物质S2）也不行；
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。
13
1.1.2 在物质内部引入附加物，建立内部合成的物场模型
• 如果系统要求获得最大的作用，但这对系统物质 S1会产生伤害时，引入保护性附加物S2让最大作 用首先直接作用在与原物质相连接的附加物S2上， 然后再到达需免受伤害的物质S1上。
Fmax
Fmax
S1
S1
TRIZ 76个标准解法
在物-场模型分析的应用过程中，由于所面临的问题复杂又包含广泛，物-场模型的确立、使用有相当的困难，所以TRIZ理论为物-场模型提供了成模式的解法，称为标准解法，共76个，标准解法通常用来解决概念设计的开发问题。
76个标准解决方法可分为5类：建立或破坏物质场；开发物质场；从基础系统向高级系统或微观等级转变；度量或检测技术系统内一切事物；描述如何在技术系统引入物质或场。
发明者首先要根据物质场模型识别问题的类型，然后选择相应的标准方法解。
第一类标准解：不改变或仅少量改变系统。
（1）假如只有S1，应增加S2及场F，以完善系统3要素，并使其有效。
（2）假如系统不能改变，但可接受永久的或临时的添加物，可以在S1或S2内部添加来实现。
（3）假如系统不能改变，但用永久的或临时的外部添加物来改变S1或S2 是可以接受的，则加之。
（4）假定系统不能改变，但可用环境资源作为内部或外部添加物，是可接受的，则加之。
（5）假定系统不能改变，但可以改变系统以外的环境，则改变之。
（6）微小量的精确控制是困难的，可以通过增加一个附加物，并在之后除去来控制微小量（7）一个系统的场强度不够，增加场强度又会损坏系统，可将强度足够大的一个场施加到另一元件上，把该元件再连接到原系统上。
同理，一种物质不能很好地发挥作用，则可连接到另一物质上发挥作用。
（8）同时需要大的（强的）和小的（弱的）效应时，需小效应的位置可由物质S3 来保护。
（9）在一个系统中有用及有害效应同时存在，S1及S2不必互相接触，引入S3 来消除有害效应。
（10）与（9）类似，但不允许增加新物质。
通过改变S1或S2来消除有害效应。
该类解包括增加“虚无物质”，如：空位、真空或空气、气泡等，或加一种场。
（11）有害效应是一种场引起的，则引入物质S3吸收有害效应。
（12）在一个系统中，有用、有害效应同时存在，但S1及S2必须处于接触状态，则增加场F2使之抵消F1的影响，或者得到一个附加的有用效应。
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物-场分析模型的符号含义
符号
意义
需要的效果 不足的效果 有害的效果
11
问题模型一及其解法
不完整模型：组成系统的元素不全，缺少场 或物，模型缺少一至两个元件，需要的效果 沒有产生。
不完整模型的一般解法： 补齐所缺失的元素
S2
S1
12
解决办法
增加需要的元件，完善物-场三角形
F
S2
S1
13
30
发明问题76个标准解系统构成
第一级 建立或完善物场模型的标准解系统………………………13 1.1 建立物场模型……………………………………8 1.2 消除物场模型的有害效应………………… ……5
第二级 强化物场模型的标准解系统……………………………… 23 2.1 向复合物场模型进化 ………………………… 2 2.2 加强物场模型…… ………………………………6 2.3 采用频率协调强化物场模型 ……………………3 2.4 引入磁性添加物强化物场模型……… ………………… 12
S1和S2是组成技术系统
的两个物质。
F
S1：工件；
S2：工具。
场(F)是物-场模型中产 生作用力的一种能量。
S2
S1
6
物质与场的种类
物质的种类： 材料 工具 零件 人 环境
场的种类： 机械能 热能 化学能 电能 磁能
7
例一
铣刀切割零件
机械力
铣刀
零件
8
例二
吸尘器清洁地毯
3. 例：用液压传动代替机械力
25
解决方案二
增加一个新的场(F2)来增強需要的效果
F
S2 F2
S1
26
效果不足的完整模型实例
要粘合两个零件时，用夹子(F2)帮助固定。
F
S2 F2
S1
27
解决方案三
增加新的场(F2)和物质(S3)来加強原有的效果
F1
S2
S1
F2
F1
S2
S3
S1
28Leabharlann 效果不足的完整模型实例比如：在汽车传动系统中， 机械能（场）通过发动机 （物质S2）作用于车轮 （S1）而使车轮（S1） 向前行驶。机械能、发动 机和车轮就构成了汽车行 驶这一功能的三个要素。
在物-场分析法中，理想的功能是 场F通过物质S2作用于物质S1并 改变物质S1。
5
技术系统功能的物-场模型
TRIZ物-场技术系统的功能模型可以用一个完整的物场三角形来表示。如图
TRIZ基本理论：物 —场模型分析
1
提出问题： 现在有一枚钉子，要顶在墙壁上，怎么办？ 构建解决问题模型： 钉子(S1)、锤子(S2)、力(F)
2
物－场标准模型
TRIZ认为：所有技术系
统的功能都能分解成为
F
三个基本元素（两个物
质一个场）
S1
S2
1. 力(F)
2. 钉子(S1)、 3. 锤子(S2)、
20
解决方案二
增加另一个场(F2)，用来平衡产生有害效果的 场。
F
S2
S1
F2
21
有害效果的完整模型实例
要避免零件在加工时弯曲，增加一个相对的力 平整草坪的割草机
22
问题模型三及其解法
模型的三个元素齐全，但是需要的效果不足。 比如场效应太弱、太慢等。
这类问题有三种解法: 4、 5、 6、
完善物-场模型实例：干燥衣服
衣服(S1)含有水(S2)， 如何加快干燥？
1. 烘干法：增加热力 (F)加快水分蒸发。
2. 甩干法：增加离心 力(F)可以分离水。
14
完善物-场模型实例2
如何迅速而准确地查找出压缩机氟利昂渗漏处？
给出的条件是物S1（氟利昂），不能构成完整的物-场模型， 引入第二个物S2（荧光粉）和一个场F(紫外辐射) ，完善 了具有不完整功能的系统。
过滤网加装一个电场，用电场使小粒子凝 聚成大颗粒子，其过滤器效果大幅提升。
F1
S2
S1
F2
F1
S2
S3
S1
29
物-场分析模型的应用步骤
➢ 以上介绍了物-场分析模型的6种解法。 ➢ 在具体应用物-场分析模型时，建议参考以
下步骤： 1、确定造成问题的相关元素 2、绘制物-场分析模型（用模型反映问题） 3、选择问题模型的一般解法 4、开发设计概念
机械力
吸尘器
地毯
9
物-场分析模型的结构类型
1. 有效完整模型：系统的3个元素都存在而且有效； 2. 不完整模型：组成系统的元素不全，缺少场或物； 3. 效应不足的完整模型： 3个元素齐全，但效应不足； 4. 有害效应的完整模型： 元素齐全，但产生了有害效应。
TRIZ中，重点关注和解决的是不完整模型、效应不足 的完整模型和有害效应的完整模型三种情况。
F 紫外辐射
＋
＋
S1
S1
S2
F
氟利 昂
氟利昂 荧光粉 紫外辐射
S1
氟利昂
S2
荧光粉
15
问题模型二及其解法
模型的三个元素齐全，但是产生了有害的效果。
这种问题有两种解法:
2. 加入一个新物质(S3) 3. 增加另一个场(F2)
S2
F S1
16
解决方案一
加入一个新物质(S3)，用来阻止有害作用。
3
本讲内容
物-场分析模型概述 物-场分析模型的结构类型 物-场分析模型的一般解法（1+2+3） 物-场分析模型的应用实例
4
物-场分析模型概述
TRIZ理论中的物-场分析是借助建 模技术，描述产品（技术系统） 内零部件之间的相互关系，从而 全面分析产品，获得产品创新设 计的解决方案，实现所需功能的 分析方法。目前这一方法已经有 了76个标准解。
S3可以是修改后 的S1或S2，或者 是通过共同改变 S1、S2得来。
F
S2
S1
S3
17
有害效果的完整模型实例
为增加室内的私密性安装了窗帘，但严重影响 了室内的光照度。
1. 改换窗帘 2. 窗玻璃改为
磨砂玻璃。
18
有害效果的完整模型实例
冬季加热水桶来取暖，但产生了不希望的水蒸 气。怎么办？
F
S2
S1
23
解决方案一
改用新的场(F2)来代替原有的场(F1)； 或用场(F2)和物质(S3)来代替原有的场(F1) 物质(S1)。
FF2
S13
S2
24
效果不足的完整模型实例
1. 改用新的场(F2)来代替原有的场(F1)： 例：壁纸很难用刀子刮掉，改用蒸气。
2. 用场(F2)和物质(S3)来代替原有的场(F1) 物质(S1)
热能
加入一些机油
（暖气中的水可
否换成油？）
水+机水油
空气
19
有害效果的完整模型实例
例：在寒冬低温可能造成地面开裂，进而损坏 地下电缆。为保护电缆，有专利提出可以开设 一条与电缆沟并排的窄沟，以隔断地面张力对 电缆的影响。
在本例中，我们可以将电缆沟看成是一个局部，窄沟也 是一个局部，两者才组成了一个整体。需要注意的是， 不能将窄沟看成是中间隔断体，因为地面的开裂对电缆 沟和窄沟的作用是同时存在的，只不过因为窄沟更容易 形变，所以地面的开裂对电缆沟的影响就变小了。窄沟 在此的作用类似机械零件设计时的卸荷槽。