物质-场模型简称物场模型,相应的分析称为物场分析。为了表达方便,功能用一个三角形来进行模型化,三角形下边的两个角是两个物体(或称为物质),上角是作用或效应(或称为场)。物质指某种物体或过程,它们可以是整个系统、子系统或单个物体,可以是材料、工具、零件、人或环境等任何东西,取决于实际情况。场是指完成某种功能所需的手法或手段,通常是一些能量形式。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。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。
一般来说,S1表示工件,S2表示工具。物体之间的效应(或称为场)F,通常是一些能量形式,如:磁场、重力场、电能、热能、化学能、机械能、声能、光能等等。
物场模型的三定律:
1.所有的系统都可以分解为三个基本要素(S1、S2、F);
2.一个完整的系统必定由这三个基本要素组成;
3.将相互作用的三个基本要素进行有机组合将形成一个功能。
二、物场模型的类型
物场模型有助于使问题聚焦于关键子系统上并确定问题所在的特别“模型组”,事实上,任何物场模型中的异常表现(如下表),都来自于这些模型组中所存在的问题上。
为建立针对以上3种异常情况的图形化模型描述,要用到系列表达效应的几何符号,常见的效应图形表示符号如下表所示。
TRIZ理论中,根据以上各种情况,总结出常见的物场模型的类型有4类:
1.有效完整模型。
功能的三个元素都存在,且都有效,是设计者追求的效应。
2.不完整模型。
组成功能的三个元素不全,可能缺少场,也有可能是缺少物质,需要增加元素实现有效完整功能,或者用一种新功能代替。
3.效应不足的完整模型。
功能中的三个元素都存在,但设计者追求的效应未能完全实现。如产生的力不够大,温度不够高等,需要改进以达到要求。
4.有害效应的完整模型。
功能中三个元素齐全,但产生了与设计者所追求的效应相冲突的、有害的效应,创新的过程中需要消除这些有害效应。
三、物场模型的一般解法
针对物场模型的不同类型,TRIZ理论提出了相对应的6个一般解法,下面分别进行介绍。
1.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,需要的效果没有产生。
一般解法1:
(1)补齐所缺失的元素,增加场F或工具S2,完整模型(如下图)。
(2)系统地研究各种能量场,机械能一热能一化学能一电能—磁能。
2.有害完整模型
有害效应的完整模型,元素齐全,但S1和S2之间的相互作用结果是有害
的或不希望得到的,因此,场F是有害的。
一般解法2:加入第3种物质S3,S3用来阻止有害作用。S3可以是通过Sl或S2改变而来,或者是S1/S2共同改变而来,见下图所示。
一般解法3:
(1)增加另外一个场F2来抵消原来有害场F的效应(如下图)。
(2)系统地研究各种能量场,机械能一热能一化学能一电能—磁能。
3.非有效完整模型
非有效完整模型是指,构成物场模型的元素是完整的,但有用的场F效应不足,比如太弱或太慢等。
一般解法4:
用另一个场F2(或者F2和S3一起)代替原来的场F1(或者F,及S2),如下图所示。
一般解法5:
(1)增加另外一个场F2来强化有用的效应,如下图所示。
(2)系统地研究各种能量场,机械能—热能一化学能—电能—磁能。
一般解法6:
(1)插进一个物质S3并加上另一个场F2来提高有用效应,如下图所示。
(2)系统地研究各种能量场,机械能—热能—化学能—电能—磁能。
综上所述,物场模型的一般解法共有六种。只要能够恰当地运用这六种解法,或者将这六种解法有机地组合起来,就可以产生极大的效应。应用这六种解法,可以有效地解决那些不太复杂的问题,从而避免动用过于复杂的模型,如。
四、物场模型的构建步骤
一个完整的模型是两种物质和一种场的三元有机组合。创新问题被转化成这种模型,目的是为了阐明两种物质和场之间的相互关系。当然,复杂的系统可以相应用复杂的物场模型进行描述。通常构建物场模型有以下4个步骤:
第一步:识别元素
定义模型中的3个基本元素,在此需要注意的是场或者作用在两个物体上、或者和物体S,组合成一个系统。
第二步:构建模型
在完成以上两步后,应该对系统的完整性、有效性进行评估。如果缺少组成系统的某元素,那么就要尽快确定它。
第三步:从一般解法或76种标准解中选择合适的解作为解决方案。
该步骤要求从TRIZ理论所提供的一般解法或76个标准解法中选择一个或几个适合解决该问题的方案。需要注意的是,不要轻易排除可能的解,看似不适合的解可能会从另一个角度得到很好的运用。
第四步:进一步发展所得解的概念,以支持获得的最佳解决方案,从而达到系统的有效和完善。
注意,在第三步和第四步中,要充分挖掘和利用其他知识性工具最后,可结合具体的领域知识,实现具体解,使问题得到解决。
这个循环过程不断地在第三步和第四步之间往复进行,直到建立一个完整的模型。其中的第三步使设计人员的思维有了重大的突破为了构建一个完整的系统,在可能的条件下,设计人员应该尽可能考虑多种选择方案。
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