创新思维与方法第9章 发明原理及其运用

目录1发明原理的由来2-9原理1、2、10、13、15、18、19、28第9章发明原理及其运用通过对世界各国大量的高级别发明专利进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、研究和总结，阿奇舒勒发现一个现象：发明家们用来求解发明问题的基本方法其实是有限的。阿奇舒勒及其同事们从大量专利中挑选出了那些成功地解决了矛盾的专利进行研究，通过分析，提出了40个发明原理，而发明原理。一般情况下，40个发明原理是解决存在技术矛盾 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 问题的独特工具。发明原理的由来9.19.1发明原理的由来从1946年开始，阿奇舒勒研究阅读了20多万份发明专利文献，从中挑选出4万份发明级别为二级、三级和四级的发明专利。通过对这4万份发明专利进行深入的统计和分析，阿奇舒勒发现：虽然各种专利解决的是不同领域内的问题，但是它们所使用的方法（技巧）有很多却是相同的，即一种方法可以解决来自于不同工程技术领域的类似问题。于是，通过归纳和总结，从1946年到1971年，阿奇舒勒从这4万份专利中提取出了40种最常用的解决发明问题的方法，这就是TRIZ理论的所谓40个发明原理（inventiveprinciple，IP）。后来，前苏联的TRIZ研究者经过进一步的研究，又陆续总结出新的10个发明原理。1973年，这10个发明原理被以补充原理的形式发布。TRIZ的40个发明原理及其所阐明的统一 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 9-1所示。9.1发明原理的由来表9-140个发明原理及其阐明的统一规则下面，我们选择TRIZ的40个发明原理中的一部分做详细介绍。为全面了解，读者可以阅读本书的PDF资料或者其他资料。原理1：分割9.29.2原理1：分割分割原理是指这样一种过程：以虚拟或真实的方式将一个系统分成多个部分，以便分解（分开、分隔、抽取）或合并（结合、集成、联合）一种有益的或有害的系统属性。在多数情况下，会对分隔后得到的多个部分进行重组（或集成），以便实现某些新的功能，并（或）消除有害作用。随着分割程度的提高，技术系统逐步向微观级别发展。9.2原理1：分割指导原则：（1）将一个对象分成多个相互独立的部分。例如：将轮船的内部空间分成多个彼此独立的船舱。内燃机的多个汽缸（见图9-1）。将学生分成不同的年级，不同的班级。9.2原理1：分割图9-1内燃机的汽缸9.2原理1：分割（2）将对象分成容易组装（或组合）和拆卸的部分。例如：组合家具。暖气上的多个暖气片。将一根根铁轨连接起来，形成铁路。在公司的组织结构上，可以使用模块化的方法来实现公司管理的柔性化。（3）增加对象的分割程度。例如：窗帘的演变：一整块布做的窗帘→左右两块布做的窗帘→百叶窗（见图9-2）。9.2原理1：分割图9-2百叶窗9.2原理1：分割典型案例：（1）可调节百叶窗。用可调节百叶窗代替幕布窗帘，只要改变百叶窗叶片的角度，就可以调节外界射入的光线。（2）军用飞机油箱。当军用飞机的油箱破损时，极易引起燃料大量外泄，继而引发爆炸事故。为此，人们在油箱中装设一种蜂窝状材料，这实际是一种多孔的海绵体，它们将油箱分成无数个小“隔间”。运用技巧：如果系统因重量或体积过大而不易操纵，则将其分割成若干轻便的子系统，使每一部分均易于操纵。在管理学和心理学上，也可以对组织和观念进行分割及组合。9.2原理1：分割课堂讨论：以下是一些利用分割原理来解决工程问题的实例，请说一说其中蕴含的道理。（1）把一辆大型载重卡车分成车头和拖车两个独立的部分；（2）大型项目的总体 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与各分项设计；（3）将一个磁盘分成多个逻辑分区；（4）将书籍划分为多个章节，以改善其陈述方式以及被读者理解和接受的方式。原理2：抽取9.39.3原理2：抽取抽取原理就是从整体中分离出有用的（或有害的）部分（或属性）。抽取可以以虚拟方式或实体方式来进行。9.3原理2：抽取指导原则：（1）从对象中抽取出产生负面影响的部分或属性。例如：在巡航时，战斗机的两个副油箱（见图9-3）挂在飞机下方，飞行中会优先使用副油箱中的燃油；在进入战斗前，抛弃副油箱，以减轻飞机的重量，增加飞机的机动性能。9.3原理2：抽取图9-3战斗机悬挂的副油箱9.3原理2：抽取最初的空调是一体机，工作时，压缩机会产生噪声。随着技术的发展，空调被分为室内机和室外机两部分。将压缩机放在室外机中，减少噪声对人的影响。从口腔（整个系统）中拔掉（抽取）一颗坏的牙齿（有害部分），以改善整个口腔的健康状况。利用避雷针，把雷雨云中的电荷引入大地，从而避免建筑物遭受雷击（从物体中抽出可产生负面影响的部分或属性）。9.3原理2：抽取（2）从对象中抽出有用的（主要的、重要的、必要的）部分或属性。例如：用狗叫声作为报警器的报警声，而不用养一条真正的狗（将狗叫声从“狗”中抽取出来，作为有用的部分来单独使用）。将稻草人作为“人”的代表放在稻田中（将人的外形从整个“人”中抽取出来）。化学试验中的蒸馏、萃取和置换都是从混合物中抽取出有用物质的过程。9.3原理2：抽取典型案例：海军声呐。军舰在航行过程中，军舰上的各种设备会产生大量的电磁波，这些电磁波严重干扰了水下声呐的正常工作。利用抽取原理可以解决这个问题。这只需用遥控装置拖曳声呐，让声呐与军舰保持一定距离，干扰电磁波便自然远离声呐，而不会起负面作用了。运用技巧：把系统中的功能或部件分成有用、有害部分，视情况抽取出来。切记：抽取的目的是为系统增加价值。抽取可同样应用于非实物或虚拟情况。9.3原理2：抽取课堂讨论：以下都是利用抽取原理解决工程问题的实例，请说一说其中蕴含的道理。（1）安装超声波驱鸟器，使飞鸟远离机场；（2）高速公路上的隔音屏障；（3）猎头为用人单位遴选优秀人才。原理10：预先作用9.49.4原理10：预先作用预先作用原理是指：在真正需要某种作用之前，预先执行该作用的全部或一部分。9.4原理10：预先作用指导原则：（1）预先对某对象进行所需的改变，这种改变可以是整体的，也可以是部分的。例如：建筑业中大量使用的预制件。大型机械设备总装过程中大量使用的预先装配好的组件。例如，在汽车的总装线上，只需安装一个已经装配好的发动机，而不需要在总装线上临时用零件组装出一个发动机。背面涂有不干胶的邮票。计算机软件中，根据用户当前状态而弹出的软件菜单列表。9.4原理10：预先作用（2）将有用的物体预置，以便使其在必要时能立即在最方便的位置发挥作用。例如：制造业中的流水线。商场内预先安置的灭火器。战争片中，进行阵地战的时候，战士们会预先将手榴弹的后盖打开（指导原则1），放在触手可及的地方（指导原则2）。9.4原理10：预先作用应用案例：（1）预先被打孔的邮票（见图9-4）。早期用户不得不将邮票一张一张剪下来，然后用胶水粘到信封上。（2）新生产出来的棉布在水洗之后通常会“缩水”。如果用没有经过缩水的棉布做成衣服的话，用水洗过一次以后，就会变小，影响正常使用。因此，当棉布被纺织出来后，通常要进行预先缩水处理。这样一来，生产出来的衣物被水洗之后就不会再缩水了。9.4原理10：预先作用图9-4邮票上打孔9.4原理10：预先作用运用技巧：在某一事件或过程之前采取行动，目的在于增强安全性、简化事情的完成过程、维持正确作用、减轻疼痛、增强智力、产生某种优点及使用过程简单化等。课堂讨论：以下都是利用预先作用原理解决工程难题的实例，请说一说其中蕴含的道理。（1）手术前，将手术器具按需要时的使用顺序排列整齐；（2）已充值的公交车IC卡；（3）半成品食物；（4）在进行重大投资之前的商业交易中，实施预先的调研。原理13：反向作用9.59.5反向作用反向作用原理是指：通过在空间上将对象翻转过来（上下、左右、前后、内外翻转），在时间上将顺序颠倒过来，在逻辑关系上将原因与结果反过来，从而利用不同（或相反）的方法来实现相同的目的。9.5反向作用指导原则：（1）用与原来相反的作用实现相同的目的。例如：利用黑笔和白板的组合代替传统的黑板和白粉笔的组合。老师在教育过程既可以使用惩罚，也可以利用鼓励手段，来达到相同的教育目的。9.5反向作用（2）让物体或环境中可动的部分不动，不动部分可动。例如：在机加工过程中，既可以让工件旋转刀具保持静止，也可以让刀具旋转而工件保持静止。除了通过上路驾驶来测试汽车的空气动力特性之外，也可使其进入一个风洞来模拟（见图9-5）。这种方法可以用于任何需要气动或水动测试的系统。（3）将对象（物体、系统或过程）“颠倒”（上下颠倒、内外颠倒、前后颠倒、顺序颠倒等）过来。例如将物体从上面向下插入更快，特别是螺栓。9.5反向作用图9-5风洞实验9.5反向作用应用案例：（1）在向房顶上运送建筑材料时，人既可以站在房顶上用绳子往上拽，也可以通过在房顶上部安装一个滑轮，用绳子往下拉。无论采用哪种方式，都可以将建筑材料运送到房顶上。（2）跑步机（见图9-6），原本是人移动而地面不动，现在变为人不动而“地面”移动。9.5反向作用图9-6跑步机9.5反向作用运用技巧：尝试让系统以某种方式“反转”或颠倒，看系统是否能由此获得新功能、新特征、新作用及新对象。课堂讨论：以下都是利用反作用原理解决工程问题的实例，请说一说其中蕴含的道理。（1）乘客随滚动电梯上下楼；（2）为了将两个套紧的物体分离，可以将内层物体冷冻（传统的方法是将外层物体升温）；（3）倒立放置剩余不多的洗发水瓶。原理15：动态特性9.69.6原理15：动态特性动态特性原理是指：使构成整体的各个组成部分处于动态，即各个部分是可调整的、活动的或可互换的，以便使其在工作过程中的每个动作或阶段都处于最佳状态。9.6原理15：动态特性指导原则：（1）调整对象或对象所处的环境，使对象在各动作、各阶段的性能达到最佳状态。例如：汽车上可调的方向盘、座椅、后靠背或后视镜。折叠椅和笔记本电脑都是通过分割物体的几何结构，引入铰链链接，使其各部分可以改变相对位置。9.6原理15：动态特性形状记忆合金。“记忆合金”，即拥有“记忆"效应的合金，在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。（2）将对象分割为多个部分，使其各部分可以改变相对位置。例如：装卸货物的铲车（装载机），通过铰链链接铲斗，可以自由开闭（见图9-7）。可分离键盘。9.6原理15：动态特性图9-7装载机（铲车）9.6原理15：动态特性（3）使不动的对象可动或可自动适应。例如：电子广告牌可以顺序显示多幅平面广告。充气床或水床可以根据人的不同卧姿自动调整其形状。在计算机软件中，根据用户当前的状态的不同，鼠标右键菜单的内容也不同。9.6原理15：动态特性典型案例：飞机机翼上的可动襟翼能够按照需要调整其姿态，使机翼可适应降落、起飞和飞行时的不同工况要求（见图9-8）。9.6原理15：动态特性图9-8飞机机翼上的可动襟翼9.6原理15：动态特性运用技巧：尝试让系统中的某些几何结构成为柔性的、可自适应的；往复运动的部分成为旋转的；让相同的部分执行多种功能；使特征成为柔性的；使系统可兼容于不同的应用或环境。课堂讨论：以下都是利用动态特性原理解决工程问题的实例，请说一说其中蕴含的道理。（1）GPS自动导航系统；（2）小轿车里的可调节座椅；（3）采用蛇皮管灯杆的台灯。原理18：机械振动9.79.7原理18：机械振动机械振动原理是指：（1）通过振动（振荡）或摇动（震动）对象而使对象产生机械振动，增加振动的频率或利用共振频率。（2）利用振动（颤动、摇动、摆动）或振荡（振动、振荡、摆动），在某个区间内产生一种规则的、周期性的变化。9.7原理18：机械振动指导原则：（1）使对象发生机械振动。例如：在浇注混凝土的时候，利用振动式励磁机（激励器）消除混凝土中的孔隙。在筛选（筛分）的时候，利用振动可以提高效率。振动可以使生锈的、腐蚀的或拧得过紧的零件松动。利用振动，乐器可以发出悦耳的声音。9.7原理18：机械振动（2）如果对象已经处于振动状态，则提高振动的频率（直至超声振动）。例如：利用振动来洒粉末。利用超声波在液体中产生的空穴现象来清洗物体。利用超声波进行无损检测。（3）利用共振频率。例如：音叉。利用一个小小的振动装置可以摧毁一栋摩天大楼。在清洗瓶子时，利用与瓶子的自振频率相同的脉冲可以很容易地将瓶子清洗干净。9.7原理18：机械振动（4）用压电振动代替机械振动。例如：石英表利用石英振动机芯代替了机械表的机械振动机芯。利用压电振动器可以改善喷雾嘴对流体的雾化效果。（5）将超声波振动与电磁场合并使用。例如：在高频炉中对液态金属进行电磁搅拌，使其混合均匀。利用感应电炉制作合金。将超声波与加热组合用来进行烘干。9.7原理18：机械振动应用案例：（1）振动式电动剃须刀（见图9-9）。（2）冲击式钻机（风钻）（见图9-10）。9.7原理18：机械振动图9-9电动剃须刀图9-10工程风钻9.7原理18：机械振动运用技巧：切勿假定一个稳定系统是最佳的。尝试采用不稳的、变化的但同时是可控的系统。例如，当电流由直流转变为交流时，可以产生多种新特征，如电磁波、毛磁感应等。9.7原理18：机械振动课堂讨论：以下都是利用机械振动原理解决工程问题的实例，请说一说其中蕴含的道理。（1）超声波碎石机，利用共振现象来击碎胆囊结石或肾结石；（2）电子琴；（3）若欲使人快速疲劳，可利用断续照明代替持续照明；（4）商业上利用谈判技术，以使合伙人的真实需求显露出来。通过对方法进行数次改变，他们能更好地了解如何才能在谈判团体之间对所有需要达成一致意见。原理19：周期性作用9.89.8原理19：周期性作用周期性作用原理是指：通过有节奏的行为（操作方式）、振幅和频率的变化以及利用脉冲间隔，来实现周期性作用。9.8原理19：周期性作用指导原则：（1）用周期性作用或脉动代替非周期性作用。例如：在建筑工地上，将打桩机周期性地作用于桩子，可以快速地将桩子打入地下。脉冲式真空吸尘器可以改善清洁的效果。当汽车在结冰的路面上制动时，利用“多次轻踩刹车的方式”可以避免打滑。9.8原理19：周期性作用（2）如果作用已经是周期性的，则改变其作用频率。例如：用调频（FM）代替莫尔斯电码来传递信息。在不同的工作状态下，洗衣机（或洗碗机）会采用不同的水流喷射方式。（3）利用脉动的间隙，来完成其他的有用作用。例如：在心肺呼吸中，每压迫胸部5次，呼吸l次。当过滤器暂停使用时，通过倒流将其冲洗干净。9.8原理19：周期性作用应用案例：（1）警笛的周期性鸣叫和警灯的周期性闪烁，更能引起注意（见图9-11）。（2）汽车的雨刮器，工作时由电机带动刮臂和刮片，在汽车挡风玻璃上周期性摆动，刮除雨水和其他脏物。9.8原理19：周期性作用图9-11警车的警笛9.8原理19：周期性作用运用技巧：尝试以多种方式来改变现有系统的功能，如生产间歇、改变频率、利用脉冲间隙等。要评估这种改变是否能带来新的功能，带来新的功能后如何强化这种改变。9.8原理19：周期性作用课堂讨论：以下都是利用周期性作用原理解决工程问题的实例，请说一说其中蕴含的道理。（1）俗称“蛤蟆夯”的机械夯（见图9-12）；（2）乐队中的鼓点；（3）利用振幅和频率都不断变化的警报器代替脉动式警报器；（4）医用呼吸机，按照人的吸气期和呼气期来周期性地帮助患者呼吸。9.8原理19：周期性作用图9-12蛤蟆夯原理28：机械系统替代9.99.9原理28：机械系统替代机械系统替代原理是指：利用物理场（光场、电场、磁场等）或其他物理结构、作用和状态来代替机械的相互作用、装置、机构及系统。这实际上涉及操作原理的改变或替代。9.9原理28：机械系统替代指导原则：（1）用光学、声学、电磁学、味觉、触觉或嗅觉系统来代替机械系统。例如：用语音识别系统代替键盘作为计算机的输入。用声音、指纹或视网膜代替传统的钥匙。（2）使用与对象相互作用的电场、磁场、电磁场。例如：为混合两种粉末，让一种粉末带正电荷，另一种粉末带负电荷，然后利用场来驱动它们，或者机械地将它们混合，使粉末颗粒均匀地混合在一起。利用磁性轴承来代替传统的轴承。9.9原理28：机械系统替代（3）用移动场代替固定场，用动态场代替静态场，用结构化场代替非结构化场，用确定场代替随机场。例如：核磁共振成像扫描器（见图9-13）。在通信系统中，利用定点雷达预测代替早期的全方位检测，可以获得更加详细的信息。9.9原理28：机械系统替代图9-13核磁共振9.9原理28：机械系统替代（4）把场和能够与场发生相互作用的粒子（例如，磁场和铁磁粒子）组合起来使用。例如：用变化的磁场加热含铁磁粒子的物质，当温度达到居里点时，物质变成顺磁，不再吸收热量，从而实现恒温。对光反应变色的玻璃，例如变色镜。9.9原理28：机械系统替代应用案例：（1）用动物可以听见的“声音围栏”代替实物栅栏圈住牛羊。（2）汽车无线遥控锁替代机械锁。运用技巧：首先考虑用物理场替代机械场，由可变场替代恒定场，由结构化场替代非结构化场，由生物场来替代机械作用。在非物理系统中，概念、价值或属性都可以是被替代的对象。9.9原理28：机械系统替代课堂讨论：以下都是利用机械系统替代原理解决工程难题的实例，请说一说其中蕴含的道理。（1）在煤气中掺入难闻气体，警告使用者气体泄漏；（2）门铃代替敲门；（3）静电除尘；（4）用电子系统代替机械计算系统（例如物联网）。