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triz理论应用案例

电击器——技术矛盾求解原理实例

作者:

佚名来源:

亿维讯更新时间:

2008-2-2814:

34:

点击数:

1146

【字体:

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电击器用作防止攻击者的自卫武器。

电击器有一个小盒，在其一端有两个电极。

电极之间有感应高压电。

当电击器触及攻击者时，产生的高压放电则电击攻击者。

电击器的缺点是，它只在一只手臂的距离内有效。

在离未经过训练的受害者近

的距离上，攻击者可以很容易地躲避电击器。

更长的电击器，例如达到5米，难于躲避，但用起来很不方便。

技术矛盾是这样的:

缩短电击器的长度可以改进使用的方便性，但降低了使用者的安全性。

下面解决这个技术矛盾。

两根导电材料做成的长（达到7米）套管对准攻击者“开火”。

两根套管之间存在高压电。

当套管触及到攻击者时，高压放电则对其造成电击。

图1.电击器高压放电，击退攻击者

TRIZ自行车刹车皮概念设计

作者:

佚名来源:

本站原创更新时间:

2008-2-2814:

30:

00点击数:

748

【字体:

】

Chung-PingChiangandChing-HuanTseng

DepartmentofMechanicalEngineering,NationalChiaoTungUniversityHsinchu30056,Taiwan,

E-mail:

chtseng@cc.nctu.edu.tw

TEL:

886-3-5726111EXT.55155FAX:

886-3-5717243

*GraduateStudent

**Professor

引言

用于阻止或者减慢自行车速度的刹车装置有很多种。

从由于经济或者方便的因素，卡钳式或者杠杆式的刹车是最常见的，操作者压下手柄，刹车就卡住自行车轮缘。

这样的刹车装置通常包括由安装在刹车构架里面的两块刹皮，相对地安装在轮缘的两侧。

刹皮跟轮缘接触，靠摩擦力刹车。

（见图一）

图一自行车刹车结构

很明显，当潮湿或者表面磨光以后，接触面会有更小的摩擦系数从而有更小的

刹车力。

卡钳或者杠杆式刹车没有保护装置，受到天气影响容易损坏，另外，水膜

或者沙砾都会导致摩擦系数减少。

事实上，自行车都是要么以干燥要么以潮湿地面

为标准设计的。

因而，有必要设计一种适用任意天气，保障安全行驶的刹车。

过去，工程师们尝试各种实验寻找在所有气候条件里面能够提高刹车性能，比

如可靠性和稳定性，的材料。

铝合金轮缘配上一种特定刹皮材料能够在干燥的时候

摩擦系数小，潮湿的时候反而大[1]。

这是近年来最常见的方法。

不幸的是，如果

有沙砾，这些很软的铝就很容易被磨掉，一片片的铝嵌在刹车里面被氧化成

Al2O3，然后轮缘就被更快地磨损掉，干燥摩擦系数会降低到一个很危险的水平。

对于钢轮缘来说，没有这样的问题。

然而，一般用来提高在各种气候下都适用的方法，都会带来不方便。

另外的话说，用常规妥协的办法无法克服技术矛盾。

这样，就需要TRIZ来解决系统矛盾。

系统冲突的演算

为了得到正确的公式，需要重新分析系统冲突和设计要求。

所讨论的系统的要求简单定义如下:

刹皮适用任何气候条件，轮缘的过度磨损被避免。

并且，不能对系统本身有过大的更改。

发展适用任何气候条件的自行车刹车问题可以从两个观点角度来考评一下。

第一个观点是刹车由适用一种气候条件的材料构成，干或者湿，使用者要在不同天气换不同的刹车。

第二，轮缘被水膜或者沙砾覆盖的时候，它又会在干或者湿的条件下有不同的性能。

所以，在核心问题找到以前，不容易解决这个问题。

然而，通常的解决含有矛盾问题的方法可以简单陈述如下:

1（通过换或者调整刹车，可靠性在干或者潮湿条件下都有提高。

但是使用不方便。

2（通过调整技术参数，比如刹车、轮缘改善任意条件下的稳定性。

通过使用阿列特殊列尔的矛盾矩阵，以及40条发明原理，人们没有必要去在

系统矛盾之中妥协。

包含

矛盾的问题可以重新用矛盾矩阵的方式陈述如下:

a.性能“可靠性”导致性能“方便性”的降低。

b.性能“稳定性”导致性能“有害的副作用”。

从矛盾矩阵“可靠性/方便性”之中，可以看到三条发明原理。

如下所示:

1（便宜的短期使用的物体代替昂贵的持久使用的（27号）

2（转向另一个维度（17号）

3（复合材料（40号）

重复上面的步骤，可以得到关于“稳定性/有害副作用”技术矛盾。

建议的发

明原则如下:

1（改变物体的物化性能（35号）

2（媒介（24号）

3（柔性或者膜（30号）

4（机械震动（18号）

概念设计

考虑到系统要求，尝试同时使用“复合材料”“媒介”是可行的。

“复合材料”原理是:

“用复合的材料代替均匀的材料”

“媒介”原理是:

“使用中间物体来转移或者执行功能”

“短期将物体同另外一个容易移除的物体相联”。

一种分离式的刹车结构是上面“复合材料”原理的应用。

是一种方便地克服

“可靠性/方便性”矛盾的方法。

美国一个叫RichardC.Everett的申请了此专利并且在1999年得到了通过。

装置是由两种不同的弹性橡

胶构成，分别适用干燥和潮湿状况。

图二展示了切面图。

图二专利切面图

组合“复合材料”和“媒介”，可以得到一个理想的设计，可以申请专利。

见图三，一个可以移动的软橡胶安装在刹车前端，用弹簧调节倾斜。

移动橡胶的面跟轮缘预设一些距离。

刹车的时候，移动橡胶先接触轮缘，抹去水膜，沙砾，尘土。

刹车皮接触轮缘的时候，任意天气条件下都能有同样的效果。

这样，TRIZ就成功解决了这个系统矛盾问题。

图三新的刹车概念（美国专利申请中）

结论

在这个研究当中，探讨了自行车刹车的系统要求。

正确地建立了解决系统矛盾

的公式。

图三所示的美国专利所谓研究例子，充分证明了矛盾矩阵给出的结果是一

个非常杰出的创新工具。

通过对阿列特殊列尔矛盾矩阵给出的不同系统矛盾的发明

原理的组合，获得了一个可以在任意气候条件下适用的刹车概念。

引用文献

1.FrankRowlandWhittandDavidGordonWilson,BicyclingScience,2ndedition,TheMITPress,

1990.

2.Altshuller,Genrich,40Principles:

TRIZKeystoTechnicalInnovation,1stedition,Technical

3.JohnTerninko,AllaZusmanandBorisZlotin,STEP-by-STEPTRIZ:

CreatingInnovativeSolution

Concepts,3rdedition,ResponsibleManagementInc.,1996.

4.VictorR.FeyandEugeneI.Rivin,TheScienceofInnovation,

TRIZGroup,1997.5.UnitedStatesPatent,PatentNumber:

U.S.5,896,955.

（end）

如何清理管道内部的切屑

如何清理管道内部的切屑作者:

佚名来源:

亿维讯

更新时间:

2008-2-2014:

55:

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应用背景:

轴衬生产

问题描述:

在自动车床上生产轴衬时，会发生如下的问题。

当一个加工完的轴衬从管材上切割下来时，切割产生的圆环状切屑会留在轴衬内部。

这样，切屑会影响轴衬后续的加工过程。

所以，需要改变这种切割方式或者使用特殊的工具来解决这个问题。

图1.切屑掉入管材解决方法:

为了解决这个问题，建议使用下一步操作中的资源。

可以在随后的操作中改变夹具结构，如图所示，轴衬安装时，切屑就会从管材内部被推出。

图2.改变夹具结构，切屑从管材内部被推出电子装置的表面静电荷中和器

电子装置的表面静电荷中和器

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佚名来源:

亿维讯更新时间:

2008-2-2814:

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初始的工况:

随着时间的推移,电子装置表面会积聚静电荷。

中和器用来消除这种表面电荷。

中和器包括一对安置在电离箱内的电极和一只风扇。

加在电极上的高交变电压会在电极表面附近引起电晕放电。

风扇将空气吹过电离箱。

在电离箱的出口，空气变成电离空气。

电离空气在电子装置周围流动。

装置表面的电荷吸引来自气流中的反向电荷而被中和。

问题描述:

电晕放电会产生强电磁辐射，从而在电子装置中产生噪音。

应用创新原理:

应用抽取原理。

从物体中抽出产生负面影响的部分或属性，或者仅从物体中抽出必要的部分或属性。

替代电晕放电，用高频电离辐射来电离空气。

高频辐射不会在电子装置中产生噪音。

应用结果:

用放射性同位素源产生电离辐射，将放射性同位素源放置在电

离箱附近。

来自同位素源的电离辐射通过过滤装置进入箱内。

过滤装置会吸收X线辐射和强紫外线辐射。

因此，只有弱紫外线辐射会进入箱内。

弱辐射在箱内引起气体的单独电离。

来自放射源的电磁辐射具有较高的频率，因而不会在电子装置中产生噪音。

如何在不产生强气流的情况下实现工作场所的通风?

作者:

佚名来源:

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2008-2-2014:

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445

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应用背景:

车间通风

问题描述:

在电子设备的生产车间里，转移焊接产生的气体是很有必要的。

如果每个车间都放置一个强力排气通风设备，那么气体能很好的转移。

但是由此产生的强气流会使工人们觉得很不舒服，因此我们需要知道如何产生弱气流来转移气体。

解决方法:

我们可以采用的旋风效应来解决这个问题。

我们把一个鼓风机放置在排风管道中，倾斜的叶片安装在鼓风机的外表面。

这些叶片将产生空气涡流，从而鼓风口中央会产生旋风，吸收焊接气体且不会产生强气流。

图旋风阻止强气流的产生

如何在不降低发动机机匣包容环强度的同时减轻重量,

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佚名来源:

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2008-2-2015:

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397

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应用背景:

传统的喷气发动机风扇机匣包容环是又大、又笨重的金属环形结构，完全包裹着里面的旋转部件。

问题描述:

在民航飞机的喷气发动机里，机匣包容环直径在2米以上并且重达几百公斤。

因此，整个飞机的结构必须更加结实才能支撑包容环庞大的重量，相应地飞机整体的重量需要增加几吨。

但是自身重量越大就意味着飞机可搭乘的乘客越少、燃油消耗会越多。

解决方法:

包容环应该尽可能设计的既轻又结实。

为了解决这个技术矛盾，应用TRIZ创新原理中的31号原理——“多孔材料”。

这种新式的包容环被称为“泡沫”式金属结构。

在满足要求强度的情况下，可以减少多达90,的材料。

图1.新式包容环所用的“泡沫”金属结构

色彩画的亮度

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佚名来源:

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2008-2-2015:

04:

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景物画或照片看起来比自然界的景色要暗一些。

这是因为画上的明暗位置亮度

比（对比度）比自然界的真实情况要低得多。

画面上低光亮度是由于传统光亮色彩颜料的反光性差造成的。

不可能使用其他颜料对已有色彩画重新描绘。

为了增加水彩画的对比度，可以用反光适当的颜料覆盖色彩画上的光亮位置，但这样的颜料损害了色彩画的原创性，严重降低了其价值。

可以使用标准参数对这一技术矛盾重新表述如下:

为了增加一幅画的色彩对比度，必须使画的光亮位置反射大量的光，但为此使用的颜料降低了画的价值。

“矛盾矩阵”为这个表述的技术矛盾提供一个发明原理:

从非结构化领域向结

构化领域的复制和迁移。

该技术矛盾的解决方案如下:

对画制作幻灯片。

然后将幻灯片的明亮图像投影到画上。

光亮位置的亮度显著地得到增强，而灰暗位置的亮度保持不变。

这样就增加了色彩画的对比度，景物色彩画看起来显得真实自然。

图1.图像投影仪增加了色彩画的亮度

怎样防止流态煤对管道的腐蚀,

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佚名来源:

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2008-2-2415:

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325

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应用背景:

公共发电厂有一个流化床燃烧炉。

这个流化床燃烧炉应用在一个特定流程时，会遇到液态煤对管道腐蚀的问题。

问题描述:

在流化床燃烧炉系统中，煤循环送入炉中。

然后开始燃烧变为液态，并流入高温旋流器。

之后，这种被称为不完全燃烧的煤再循环燃烧。

但是，这种流态煤会腐蚀管道表面，造成不必要的停工。

图1.流化煤腐蚀管道表面解决方法:

“物,场”分析法可以解决这类问题。

这种方法通过将第三种物质（S3）或改良物质（S4）添加到管道表面和流态煤之间来防止腐蚀。

我们提出用一层防腐蚀涂层来防止管道腐蚀。

这样流化床燃烧炉管道腐蚀问题就得到了很好的解决，有效的避免了36万美元的损失。

图2.防腐蚀涂层防止管道腐蚀

怎样有效地清除机场跑道上的积雪,

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2008-2-2415:

14:

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348

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应用背景:

清除飞机跑道上的积雪

问题描述:

在下大雪的时候，机场往往用强力鼓风机来清除跑道上的积雪。

但是，如果在积雪量很大的情况下，强力鼓风机往往也不能有效地清除积雪。

所以需要提高鼓风气流的速度，即为鼓风机提供更大的动力。

图1.积雪量大时，鼓风机不能有效除雪解决方法:

我们可以用“周期性动作”原理来解决这个技术矛盾。

脉冲装置让空气流按照一定的脉冲频率排出。

这种脉冲气流的除雪效率是相同功率、连续气流除雪

效率的两倍。

图2.使用脉冲装置的更有效除雪

怎样预测电视机未来的新功能,

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佚名来源:

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2008-2-2415:

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问题描述:

某生产电子设备的公司正在做关于电视机功能的长期预测.

解决方法:

利用技术系统进化法则可以预测电视机未来会具备的100多种功能。

比如，人们曾预言过的健康电视的出现，与基板中的荧光体发生反应。

这种电视会使空气电离，辐射出的负离子可以转变成红外波，对室内植物的生长很有帮助。

自抛光防污涂层保护船体

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佚名来源:

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2008-2-2415:

18:

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278

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问题描述:

含有防污剂的不溶解涂层可以用来保护船体。

当这些涂层暴露在水中，由于受到水的侵蚀会使船体的表面变得凹凸不平，这种凹凸不平的表面增加了船体表面与水的摩擦并形成涡流。

另外在涂层受到侵蚀后，船体就丧失了避免受海洋生物污染的能力，因此，船体将很容易被损坏。

所以，需要一种方法能够形成更有效的涂层对船体进行有效的保护。

方案描述:

建议采用自抛光防污涂层来对船体进行有效的保护。

自抛光防污涂层含有可水解成分和防污剂，可水解成分是通过二价金属不饱和脂肪酸的皂化反应生产的，将防污剂添加到可水解成分中，通过皂化的脂肪酸与环境空气中的氧气之间相互作用产生可水解的薄膜，该薄膜覆在船体上从而形成了自抛光涂层。

在海水中该涂层可以逐渐的水解，水解的过程中，涂层不断的产生光滑更新的表面，即进行自抛光处理。

自抛光涂层不会受水的侵蚀，并同时防止船体表面与海水接触，对船体进行保护。

另外，涂层中含有的防污剂可以防止船体被污损。

如果船体的表面达到了防污保护的效果，船体和水之间的磨擦就能最大限度的减小。

因此，自抛光防污涂层可以有效地对船体进行保护。

所需资源:

工程技术对象>涂层，层，薄膜>涂层，镀层>保护涂层，防护镀层化学物质>无机物>水

工程技术对象>化合物>防污剂

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