6.2 技术冲突解决原理

为了更好地描述冲突，TRIZ理论提出用39个通用工程参数，将冲突描述通用化、标准化。利用该方法把实际工程设计中的冲突转化为一般的或标准的技术冲突。为了更好地解决设计中的冲突，TRIZ提出了40条发明原理。冲突解决矩阵是一个40×40的矩阵，其中第1行和第1列为顺序排列的标准工程参数序号。除第1行和第1列，其余39行和39列形成一矩阵，其元素为一组数字或为空，这组数字代表解决相应冲突的发明原理序号，如图6-2所示。

图6-2 冲突矩阵

39个通用工程参数见表6-1，其含义如下：

1）运动物体的质量——在重力场中运动物体所受到的重力。如运动物体作用于其支撑或悬挂装置上的力。

2）静止物体的质量——在重力场中静止物体所受到的重力。如静止物体作用于其支撑或悬挂装置上的力。

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，都认为是其长度。

4）静止物体的长度——静止物体的任意线性尺寸，不一定是最长的，都认为是其长度。

表6-1 39个通用工程参数名称

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——物体的运动速度、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。

11）应力或压力——单位面积上的力。

12）形状——物体外部轮廓，或系统的外貌。

13）结构的稳定性——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——强度是指物体抵抗外力作用使之变化的能力。

15）运动物体作用时间——物体完成规定动作的时间、服务期。两次误动作之间的时间也是作用时间的一种度量。

16）静止物体作用时间——物体完成规定动作的时间、服务期。两次误动作之间的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，包括其他热参数，如影响温度变化速度的比热容。

18）发光强度——单位面积上的光通量，系统的光照特性，如亮度、光线质量。

19）运动物体的能量——能量是物体做功的一种度量。在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。能量也包括电能、热能及核能等。

20）静止物体的能量——能量是物体做功的一种度量。在经典力学中，能量等于力与距离的乘积。能量也包括电能、热能及核能等。

21）功率——单位时间内所做的功，即利用能量的速度。

22）能量损失——为了减少能量损失，需用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。

26）物质或事物的数量——材料、部件及子系统等的数量，它们可以被部分或全部、临时或永久地被改变。

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。

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所需性能之间的误差。

30）物体外部有害因素作用的敏感性——物体对受外部或环境中的有害因素作用的敏感程度。

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。这些有害因素是由物体或系统操作的一部分而产生的。

32）可制造性——物体或系统制造过程中简单、方便的程度。

33）可操作性——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——对系统可能出现的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。

36）装置的复杂性——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。

37）监控与测试的困难程度——如果一个系统复杂、成本高、需要较长的时间建造及使用，或部件与部件之间的关系复杂，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操作数。

40条发明原理的名称见表6-2。

表6-2 40条发明原理的名称

运用冲突解决矩阵时，首先针对具体问题确定技术冲突，然后将该技术冲突采用标准的两个工程参数进行描述，通过标准工程参数序号在冲突矩阵中确定可采用的发明原理，最后将发明原理产生的一般解转化为具体问题的特殊解。该过程如图6-3所示。

图6-3 基于TRIZ的冲突解决过程模型

40个发明原理的含义和应用如下：

（1）分割

解释：1）把一个物体分为相互独立的几个部分。

2）把物体分成比较容易装配及拆卸的部分。

3）增加物体间相互独立部分的程度。

实例：1）用多台计算机取代一台大型计算机以完成同样的功能。

2）为了便于安装与运输，交通灯的电线杆由可以折叠的部分装配而成。

3）百叶窗。

4）铲斗的铲齿分为多个，如图6-4所示。

（2）分离

解释：1）把物体中的“干扰”部分分离出去。

2）把物体中的关键部分分离出来。

实例：1）为避免病人接触不必要的过多X射线，采用特殊形状的铅屏保护不需要照射X射线的人体部位，如图6-5所示。

2）飞机候机大厅中的专用吸烟室。

图6-4 铲斗

图6-5 X射线照射

（3）局部质量

解释：1）把物体或环境的均匀结构变成不均匀结构。

2）使物体的不同组成部分完成不同的功能。

3）使物体的每一组成部分都最大程度地发挥作用。

实例：1）增加建筑物下部的墙厚，使其承受更多的载荷。

2）午餐饭盒被放置为不同的空间，使其功能不同，放置热食、冷食等。

3）带有起钉器的锤子，如图6-6所示。

（4）不对称

解释：1）把物体的对称形状变为不对称形状。

2）如果一个物体已经是不对称的，那么增加其不对称的程度。实例：1）搅拌容器中的不对称叶片。

2）轮胎的一侧强度大于另一侧，以增强其抗冲击的能力。

3）不对称的煤气罐，如图6-7所示。

图6-6 有起钉器的锤子

图6-7 不对称煤气罐

（5）合并

解释：1）在空间上将相似的物体连接起来，使其完成并行的操作。

2）在时间上合并相似或相连的操作。

实例：1）将两个电梯合并起来升降过宽的物品。

2）并行设计。

3）笔和橡皮擦合并成现在的铅笔，如图6-8所示。

图6-8 铅笔

（6）多用性

解释：1）使一个物体能完成多项功能，可以减少原设计中完成这些功能多个物体的数量。

2）利用标准的特性。

实例：1）装有牙膏的牙刷柄。

2）采用标准件，如螺钉、螺母等，如图6-9所示。

（7）嵌套

解释：1）将一个物体放在第二个物体中，将第二个物体放在第三个物体中，以此类推。

2）使一个物体穿过另一个物体的空腔。

实例：1）俄罗斯套娃。

2）收音机伸缩式天线，如图6-10所示。

3）汽车安全带卷收器。

图6-9 螺钉

图6-10 收音机伸缩式天线

（8）质量补偿

解释：1）用另一个能产生提升力的物体补偿第一个物体的质量。

2）通过与环境相互作用，产生空气动力或流体力的方法补偿第一个物体的质量。

实例：1）用气球使电缆跨越河流，如图6-11所示。

图6-11 用气球使电缆跨河

2）在原木中注入发泡剂，使其更好地漂流。

3）为了使起重机在起吊重物后易于保持平衡，添加配重系统。

（9）预加反作用

解释：1）预先施加反作用。

2）如果一个物体处于或将处于拉伸状态，预先增加压力。

实例：1）缓冲器能吸收能量、减少冲击带来的负面影响，如图6-12所示。

2）浇注混凝土之前，预压缩钢筋。

图6-12 缓冲器

（10）预操作

解释：1）在操作之前，使物体局部或全部产生所需的变化。

2）预先对物体进行特殊安排，使其在时间上有准备，或处于易操作的位置。

实例：1）预先涂上胶的创可贴，如图6-13所示。

2）灌装生产线中使所有瓶口朝一个方向，以提高灌装效率。

图6-13 创可贴

（11）预补偿

解释：采用预先准备好的应急措施补偿物体相对较低的可靠性。

实例：1）飞机上的降落伞。

2）汽车上的安全气囊，如图6-14所示。

3）有毒液体容器贴上特殊标志，以便容易辨识。

4）为防止偷窃，未经付款的物品在带离商店时会触发报警器。

（12）等势性

解释：改变工作条件，使物体不需要被升高或者降低。

实例：1）集装箱不是直接吊起装上货车，而是用液压机稍微顶起推入货车内。

2）与压力机工作台高度相同的工件输送带，将冲好的零件输送到另一个工位。

3）将连通器两个出口设置成同样高度，使液面保持同一高度，如图6-15所示。

图6-14 安全气囊

图6-15 连通器

（13）反向

解释：1）将一个问题中所规定的操作改为相反的操作。

2）使物体中的运动部分静止，静止部分运动。

3）使一个物体的位置颠倒。

实例：1）当铸造大型薄壁零件时，让装有铁液的容器静止，而让放置零件的工作台运动。

2）一个游泳训练装置，让水流动而游泳者位置不变，如图6-16所示。

3）切削时工件旋转，刀具固定。

4）通常做法是拆卸外部零件，而采用相反的思路，冷却内部零件可以使其尺寸缩小，便于拆卸。

图6-16 游泳训练装置

（14）曲面化

解释：1）将直线或平面部分用曲线或曲面代替。

2）采用辊、球和螺旋。

3）用旋转运动代替直线运动，采用离心力。

实例：1）机场中的圆形跑道有无限的长度，如图6-17所示。

2）为了增加建筑结构的强度，采用弧或拱。

3）洗衣机采用旋转产生离心力的方法，去除湿衣服中的部分水分。

（15）动态化

解释：1）使一个物体或环境在操作的每一个阶段自动调整，以达到优化的性能。

2）将一个物体划分成具有相互关系的元件。

3）如果一个物体是静止的，使其变为运动的或者可改变的。

实例：1）可调整反光镜。

2）计算机蝶式键盘。

3）检测发动机用柔性光学内孔检测仪。

4）可调整座椅，如图6-18所示。

图6-17 圆形跑道

图6-18 可调整座椅

（16）未达到或超过的作用

解释：如果完全达到所希望的效果是困难的，稍微未达到或稍微超过预期效果将大大简化问题。

实例：1）滚筒外壁可将缸筒浸泡在盛漆的容器中完成，但取出缸筒后外壁粘漆太多，通过快速旋转可以甩掉多余的漆。

2）用灰泥填墙上的小洞时，首先多填一些，之后再将多余的部分去掉。

3）倒啤酒恰好与杯口平齐是困难的，可以稍微高出杯口，如图6-19所示。

图6-19 啤酒

（17）维数变化

解释：1）将一维空间中运动或静止的物体变成在二维空间中运动或静止的物体，将二维空间中的物体变成三维空间中的物体。

2）用多层排列的对象来代替单层的排列。

3）使物体倾斜或改变其方向。

4）使用给定表面的反面。

实例：1）五轴机床的刀具可被定位在任意所需的位置上。

2）能装6个CD的音响不仅增加了连续放音乐的时间，也增加了选择性。

3）自卸汽车通过倾斜车斗，实现卸料，如图6-20所示。

图6-20 自卸汽车

4）叠层集成电路。

5）在树下放置反射器来提高对太阳能的利用。

（18）振动

解释：1）使物体处于振荡或振动状态。

2）如果振动存在，增加其振动频率。

3）使用共振频率。

4）使用电振动代替机械振动。

5）使超声振动与电磁场耦合。

实例：1）电动雕刻工具配置振动刀片。

2）通过振动筛选粉末。

3）利用超声共振消除胆结石或肾结石。

4）石英晶体振动驱动高精度的表。

5）在手术中采用超声波接骨法。

6）冲击钻通过冲击振动，提高钻削性能，如图6-21所示。

图6-21 冲击钻

（19）周期性的作用

解释：1）使用周期性的运动或脉动来代替连续运动。

2）对周期性的运动改变其频率。

3）在两个无脉动的运动之间增加新的作用。

实例：1）使报警器的声音脉动变化，代替连续的报警声音。

2）通过调频传递信息。

3）在医用呼吸器系统中，每压迫胸部5次，呼吸1次。

4）电阻焊类型中的点焊，可以采用脉冲电流，如图6-22所示。

（20）有效作用的连续性

解释：1）不停地工作，使所有的部分每时每刻都满负荷地工作。

2）消除运动过程中的中间间歇。

3）用旋转运动代替往复运动。

图6-22 点焊

实例：1）当车辆停止运行时，飞轮或液压蓄能器储存能量，如图6-23所示。

图6-23 飞轮

2）针式打印机的双向打印。

3）转动的实验桌。

（21）紧急行动

解释：以最快的速度完成有害的操作。

实例：1）刀具以极快的速度切削管路，可以避免切口处变形，如图6-24所示。

2）“要想成功，以两倍的速度失败”。

图6-24 刀具快速切削管路

（22）变有害为有益

解释：1）利用有害的因素，特别是对环境有害的因素，获得有益的效果。

2）通过与另一个有害因素结合，消除一种有害作用。

3）加大一种有害因素的程度使其不再有害。

实例：1）利用余热发电。

2）利用秸秆做板材原料，如图6-25所示。

图6-25 秸秆板材

3）热力发电厂排除的气体必须净化，可以通过碱性污水吸收酸性气体，从而有效抑制污染物的有害成分。

（23）反馈

解释：1）引进反馈，改进过程或行动。

2）如果反馈已经被使用，改变它的大小或者灵敏度。

实例：1）加工中心自动检测装置。

2）飞机接近机场时，改变自动驾驶系统的灵敏度。

3）含模糊控制的温度调节装置。

4）通过程序控制液晶显示屏的显示状态来反馈程序运行状态，如图6-26所示。

图6-26 液晶显示屏

（24）中介物

解释：1）使用中介物传递某一物体或某一中间过程。

2）将一个容易移动的物体与另一个物体暂时结合。

实例：1）机械传动中的惰轮。

2）磨粒改善水射流切削的效果。

3）钢管揻弯时，管道里面填充沙子，如图6-27所示。

图6-27 钢管揻弯

（25）自服务

解释：1）使一物体通过附加功能产生自己服务于自己的功能。

2）利用废弃的材料、能源或物质。

实例：1）挖掘机悬臂上安装一个双作用的气缸，作业时给铲斗提供空气，减少土壤和铲斗的摩擦，也可以防止卸土时土壤附着在铲斗上。

2）钢厂余热发电装置。

3）通过感应人体，自动出水的感应水龙头，如图6-28所示。

图6-28 感应水龙头

（26）复制

解释：1）使用简单、便宜的复制品代替复杂的、昂贵的、易碎或者不易操作的物体。

2）用可见光复制图像代替物体本身，可以放大或缩小图像。

3）如果已使用了可见光复制，用红外线或紫外线代替。

实例：1）通过虚拟现实技术可以对未来的复杂系统进行研究。

2）通过对模型的试验来代替对真实系统的试验。

3）通过看一名教授的讲座录像代替亲自聆听他的讲座。

4）根据照片测量和计算正在运行的火车上的原木体积，如图6-29所示。

5）利用红外线成像探测热源。

（27）用低成本、不耐用的物体替代昂贵、耐用的物体。

解释：用一些低成本物体替代昂贵物体，用一些不耐用物体替代耐用物体。

实例：1）一次性纸杯，如图6-30所示。

2）一次性擦鞋纸巾。

图6-29 测量火车上的原木体积

图6-30 一次性纸杯

（28）机械系统的替代

解释：1）用视觉、听觉、嗅觉系统取代机械的系统。

2）使用电场、磁场和电磁领域的相互作用完成与物体的相互作用。

3）将固定场变为移动场，将静态场变为动态场。

4）将铁磁离子用于场的作用之中。

实例：1）在天然气中混入难闻的气体替代机械或电气传感器来警告人们天然气的泄漏。

2）为了混合两种粉末，使其中一种带正电荷，另一种带负电荷。

3）利用居里点，改变铁磁物质特性。

4）用微波加热伐木。传统砍伐冻木的方法是将刀具加热后插入树中，但由于木头解冻慢，所以影响了伐木速度。建议采用机械系统的替代原理来加速伐木过程。用微波场加热切削部分，这样既解冻了木头，也降低了切口的硬度，可以很快将树木伐倒，如图6-31所示。

图6-31 微波加热切削

（29）气动和液压结构

解释：物体的固定零件可用气动或液压零部件代替。

实例：1）车辆减速时用液压系统储存能量，车辆运行时放出能量。

2）可充气的床垫，如图6-32所示。

图6-32 充气床垫

（30）柔性壳体或薄膜

解释：1）使用柔性壳体或薄膜来代替传统结构。

2）使用柔性壳体或薄膜将物体与环境隔离。

实例：1）用薄膜制造的充气结构作为网球场的冬季覆盖物。

2）鸡蛋专用箱，如图6-33所示。

（31）多孔材料

解释：1）使物体多孔或通过插入、涂层等增加多孔元素。

2）如果一个物体已经多孔，使用这些孔引入有用的物质或功能。

实例：1）在一个结构上钻孔，以减小质量。

图6-33 鸡蛋专用箱

2）充气砖。

3）泡沫材料，如图6-34所示。

图6-34 泡沫材料

（32）改变颜色

解释：1）更改物体或环境的颜色或其外部环境。

2）改变一个物体的透明度，或改变某一过程的可视性。

3）采用有颜色的添加物，使不易被观察到的物体或过程被观察到。

4）如果已增加了颜色添加物，则采用发光的轨迹。

实例：1）洗相片的暗房中要采用安全的光线。

2）绷带由透明物质做成，可以从绷带外部观察伤口的变化情况。

3）为了观察透明管路内的水是处于层流还是湍流，使带颜色的某种流体从入口流入。

4）红色警示牌，如图6-35所示。

图6-35 红色警示牌

（33）同质性

解释：采用相同或相似的物质制造与某物体相互作用的物体。

实例：1）用气态氧解冻固态氧。

2）为了防止变形，邻近的材料应有相似的线胀系数。

3）容器中装满了交织的矿石粉末和团块层。加载后，块之间的接触被振动打破，从而使矿石粉末进入矿石团块层之间，并将团块层固定在适当位置，如图6-36所示。

图6-36 矿石粉末进入团块层

（34）抛弃与修复

解释：1）当一个物体完成了其功能或变得无用时，抛弃或修改该物体中的一个元件。

2）立即修复一个物体中所消耗的部分。

实例：1）将可降解的胶囊作为药粉的包装。

2）可降解餐具。

3）子弹发射后，子弹壳被抛弃。

4）美工刀片，如图6-37所示。

图6-37 美工刀片

（35）参数变化

解释：1）改变对象的物理状态，例如气体、液体或固体。

2）改变物体的浓度或黏度。

3）改变物体的柔性。

4）改变温度。

5）改变压力。

实例：1）氧气处于液态，便于运输，如图6-38所示。

图6-38 低温液氧储罐

2）从使用角度来看，液态香皂的黏度高于固态香皂，且使用方便。

3）用三级可调减振器代替轿车中的不可调减振器。

4）如使金属的温度升高到居里点以上时，金属由铁磁体变为顺磁体。

5）采用真空吸入的方法。

（36）状态变化

解释：在物质状态变化过程中实现某种效应，如体积变化、损失或吸收热量等。

实例：1）将冷却剂冷冻凝固，放置在钻削工具内，提高冷却效果，如图6-39所示。

图6-39 冻凝冷却剂

2）利用吸热散热原理制成热泵。

3）采用加热装配轴与轴套。

（37）热膨胀

解释：1）使用材料的热膨胀或收缩性质。

2）使用多个不同热膨胀系数的材料。

实例：1）为了实现两个零件的过盈配合，将内部零件冷却，外部零件加热，之后装配。

2）双金属片传感器。

3）钛镍合金线圈在电流大小变化时，线性伸长有所不同，可以起到调节空隙大小的作用，如图6-40所示。

（38）加速强氧化

解释：使氧气从一个级别转变到另一个级别。

实例：1）为了获得更多的热量，焊炬里通入氧气，而不是空气，如图6-41所示。

2）氧吧。

图6-40 膨胀调节空隙大小

图6-41 焊炬

（39）惰性环境

解释：1）用惰性环境代替通常环境。

2）在某一物体里添加惰性成分。

实例：1）为了防止白炽灯失效，让其置于氩气中，如图6-42所示。

2）用泡沫隔离氧气，起到灭火的作用。

图6-42 白炽灯

（40）复合材料

解释：将材质单一的材料改为复合材料。

实例：1）玻璃纤维与木材相比，其在形成不同的形状时更容易控制。

2）钢筋混凝土结构，利用钢筋和混凝土力学性能的差异，组合在一起，形成复合材料，提高承载能力，如图6-43所示。

图6-43 钢筋混凝土构件