TRIZ 问题解决工具- 物理矛盾应用探讨

2020-10-30张凯

科学技术创新 2020年31期

关键词：泳道透光率矛盾

张凯

（北京金风科创风电设备有限公司，北京100176）

1 物理矛盾

物理矛盾指是TRIZ 中一个重要的解决问题的工具，当对同一个对象的同一个参数具有相反的并且合乎情理的需求[1]时，可以通过物理矛盾工具解决。所以，物理矛盾针对的是同一系统的同一个对象的同一个参数，用来解决的是关键问题。

图1 物理矛盾

但笔者发现，实际应用中存在一些常见问题。如“水射流可以当作软质物质，用于洗澡时按摩；也可以当作硬质物质，以高压、高射速流用于加工或作为武器使用”[2]，实际是不准确的。因为针对的是两个不同的系统，一个是洗澡用设备，另一个是加工或武器装备。“水需要软，又需要硬”，也是不准确的，因为没有解释不同需求的合理原因。正确的物理矛盾定义，如图2，“为了提高钉子的穿透能力，锤子应做的重些，但为了使它用起来更顺手它应该轻些”。物理矛盾的表述形式可使用形式：参数A 需要B，因为C;但是参数A 需要-B,因为D。合理解释原因是必要的。比如“锤子应该是重的，又应该是轻的”就不是准确的物理矛盾定义。因为没有解释合理的原因，那么就忽略了问题，矛盾就不成立了。比如对于跳水运动员跳水时，如果泳池水是普通的水，跳下去的时候容易损伤眼角膜。一般讲义会定义为“水要软，以免运动员受伤；但是，水要硬以支撑运动员的重量冲击”。这其实是不准确的。因为，水软之后并不必然导致不足以支撑运动员重量冲击，因果逻辑不成立。

2 物理矛盾解决方法

经典TRIZ 理论中，提出的解决物理矛盾的方法有空间分离、时间分离、条件分离和系统级别分离。而现代TRIZ 提出的解决物理矛盾的方法有：分离矛盾需求、满足矛盾需求、绕过矛盾需求。其中分离矛盾需求又包含：空间分离、时间分离、关系分离、方向分离与系统级别分离。本文主要对存在的差异做解析，从长期使用经验上，给出自己的见解。经典TRIZ 中，当对同一个参数的不同要求，可以在不同的条件下实现分离时可以使用条件分离。笔者认为此种方式在相关介绍性材料中普遍存在问题，而且该分离方法本身很泛泛，也导致实践中很不实用。以下以案例进行说明：炮管直径需要大，因为装弹容易滑入；但是，炮管直径需要小，因为发射过程避免漏气。条件分离求解时，需要回答在哪一个条件下满足需求1，在哪一个条件满足需求2。则应该描述为在装弹过程，炮管直径需要大，在发射过程，炮管直径需要小。确实是属于不同条件，但这种方式是没有意义的，并没有提供任何解决的思路。再比如教鞭的长度需要长，因为授课方便，但是，教鞭的长度需要短，因为好携带。此时若使用条件分离，实际还是教鞭授课需要长，携带需要短，这确实是不同条件。这对于问题实际是没有帮助的。

图2 锤子中的物理矛盾

图3 燃具燃气设计

如图3 所示，燃具燃气的流量需要大，因为可缩短做饭时间，但是，燃气的流量需要小，因为可减少做饭过程（尤其是锅不在燃气上方）燃气的浪费。这里我们在没在使用燃气也是不同的条件，然后呢？再比如培训时，教室的灯光应该亮的，因为方便看清讲义，但是，教室的灯光应该是暗的，因为方便看清投影。此时若使用条件分离，实际还是看讲义灯光要亮，看投影，灯光要暗。然后呢？

实际上，根据物理矛盾的定义，同一个对象的同一个参数具有相反的并且合乎情理的需求，本身意味着不同条件下有不同的矛盾需求。准确讲在什么空间、什么时间等都属于不同的条件。

所以，笔者认为有必要更正现有教材的错误。

现代TRIZ 中,提出关系分离解决物理矛盾是有效的。如果对于不同的超系统对象有物理矛盾的相反需求,可以使用“关系分离”方法来分离。导向关键词:“对谁”,可使用“对对象1 需要……(正向需求),对对象2 需要……(反向需求)”格式描述。比如,夏天白天的时候,如果窗帘打开,室内会被晒得很热,如果关上，室内采光变差。定义为物理矛盾为：阳光的进入量需要大，以满足光亮度需求，但是，阳光的进入量需要小，以防止晒热室内。空间分离这里不适合，因为有冲突的参数要求的位置是同一个：室内。时间分离在这里不适合，因为有冲突的参数要求的时间是同时的，白天。关系分离在这里适合，光线是必需的，红外线是要避免的。如果我们能将可见光透射进去，红外线折射回去，矛盾即可分离。所以，将问题重新陈述为“对于可见光，进入的量需要大，以满足光亮度需求；但是对于红外线，进入的量需要小，以防止晒热室内”。笔者还提出一类分离方法，有别于条件分离，称其为“作用触发分离”，如果同一个超系统对象属性变化造成系统有物理矛盾的不同需求，可以使用“作用触发”分离，推荐的发明原理为“相变”。

例如：眼镜透光率要高，为了要看清周围的物体，但是，眼镜透光率要低，为了防止强光射入眼镜。选择分离方法：空间分离这里不适合，有冲突的参数要求的位置是同一个-镜片。时间分离在这里适合，因为有冲突的参数要求的时间是不同的，时间分离方法会引导到时间如何实现分离的方向。关系分离条件分离在这里不适合，因为针对的是同一个超系统对象-阳光。此时，若将问题按照”作用触发分离“的方式描述：对于光照充足作用下，触发眼镜透光率低；对于光照不足作用下，触发眼镜透光率高。根据相变原理，可构思更高质量的方案，如在镜片中加入卤化银微粒。

再比如防弹衣需要很坚韧，以便在受打击时提供足够的保护，但是防弹衣需要很柔软，便于穿戴和行动。选择分离方法：空间分离这里适合，有冲突的参数要求的位置可以是不同空间，但空间很难识别。时间分离在这里适合，因为有冲突的参数要求的时间是不同的，但什么时间也很难识别。所以空间分离和时间分离此时会感觉不是很有效。关系分离在这里适合，因为针对的是两个不同的超系统对象-子弹和人，但较难构思具体方案。此时，若将问题按照“作用触发分离”的方式描述：大的冲击作用，触发高韧性。小的冲击作用，触发高柔性。在这里非牛顿流体即具备这种特性。

图4 捕蝇笼

方向分离，适用于在不同的方向有物理矛盾的相反需求。导向关键词为“哪个方向”。如图4，小区中常见的捕蝇笼，在进入方向，昆虫好进，但相反方向，很难出去。同时，现代TRIZ 理论关于物理矛盾求解，还提出了满足和绕过两个方法[1]。比如游泳池泳道应该长些这样游泳员可以减少调头次数，但是游泳池泳道也应该短些这样游泳池节省空间。指引方向是如何泳道长，还能省空间或者泳道短，还能少掉头来构思解决方案。再比如，金属加工温度需要高，因为好成型，但金属加工温度需要低，因为可减少氧化。指引方向是如何高温金属减少氧化或者如何低温金属好成型。

之所以可以满足矛盾的需求，背后原因是因果链中导致上一层问题出现是多于2 个的原因，且之间为and 关系。如图5 所示，金属加工案例：

图5 金属加工因果链模型（局部）

所以，造成金属氧化严重的下一层原因有4 个，金属温度高与其它原因是AND 关系，所以解决其它原因即可实现满足矛盾的需求。绕过矛盾需求，这种方法并不是太好，并没有尝试解决矛盾，而是改变系统的工作原理，使原来的物理矛盾不复存在，意味着对系统改变通常会比较大。Alex Lyubomirskiy 在TRIZfest 2019 提出的通过在微观层面上分离空间或时间上的矛盾要求[3]，来解决物理矛盾。笔者认为也是有效的，且不同于上述讨论的方法。Alex Lyubomirskiy 提出可以将空间和时间上的矛盾需求分开，即使这两种需求属于同一空间或时间，方法是在微观级别分离，前提是不同的属性不会相互中和或抵消。

解决物理矛盾推荐的整体流程可参考图6，依次判断哪一个适用于所分析的项目，直至全部走完整个流程。在一个项目中，同时两个或以上的方法适用也是常见的。