《科技创新与品牌》杂志社创新方法

TRIZ1141四类模型——物理冲突与分离原理



        TRIZ之父阿奇舒勒在他的著作中讲述了这样一个经典案例:为了防治矿山坑道里的粉尘,向工具(钻机和料车的工作机构)表面呈锥体状喷洒小水珠,如图1所示。水珠愈小,除尘效果愈好。但小水珠容易形成雾,致使工作困难。水珠既要小,又要大,传统方法常常会采取折中策略,结果除尘效果不理想,也不能彻底避免雾化现象。阿奇舒勒给出令人惊奇的解决方案:锥体内部保持细小水珠,而锥体外围有一层大水珠形成一个薄薄的“水罩”,既满足了小水珠较好的除尘效果,也避免了水雾的扩散,如图2所示,只需要改变一下喷嘴结构就很容易实现。这里,阿奇舒勒提出了物理冲突的概念及其解决物理冲突的方法——分离原理。


        所谓物理冲突,是指为了实现某种功能,一个子系统或元件应具有一种特性,但同时出现了与该特性相反的要求。简言之,是对一个参数提出了相反的要求。例如,系统要求温度既要升高,也要降低;质量既要增大,也要减小;缝隙既要窄,也要宽等。又如,手机体积要求越小越好,便于携带,同时又要求显示屏和键盘越大越好,便于观看和操作,所以对手机的体积要求具有大、小两个相反的方面,这就是手机设计的物理冲突。
        物理冲突一般来说有两种表现:一是系统中有害性能降低的同时导致该子系统中有用性能的降低;二是系统中有用性能增强的同时导致该子系统中有害性能的增强。物理冲突是比技术冲突表现更加尖锐的冲突,是TRIZ研究解决的关键问题之一。TRIZ提出了采用分离原理解决物理冲突的方法,包括空间分离、时间分离、基于条件的分离、整体与部分的系统分离。下面以我们熟悉的十字路口的交通冲突为例,说明应用分离原理解决物理冲突的方法。
        道路的十字路口对于车辆来说是非常危险的地段。来自不同方向的车辆要经过十字路口的相同地段,就产生了物理冲突。道路既应该交叉,又不应该交叉;车辆既应该经过十字路口,又不应该经过十字路口。现实生活中我们是怎样解决这种冲突的呢?
        通过设置红绿灯进行“时间分离”是最经济、最常用的方法;通过建设立交桥、过街天桥和地下通道进行“空间分离”是交通效率最高的方法;通过设置中心转盘,附加车辆运行规则进行“基于条件的分离”,在交通压力不大的小城镇比较适合;将十字路口分解成两个丁字路口,进行整体和部分的“系统分离”,也可以缓解冲突的程度。
        一般来说,当系统在一时间段内表现为一种特性,在另一时间段内表现为另一种特性而不相互影响时,即对同一个参数的不同要求,可以在不同的时间段实现时,即可应用“时间分离”原理来解决,如折叠式自行车、飞机机翼、降落伞等。当系统的一部分表现为一种特性,另一部分表现为另一种特性而不相互影响时,即对同一个参数的不同要求,可以在不同的空间得以实现时,即可应用“空间分离”原理来解决,如洒水除尘的例子。当系统在某一特定的条件下表现为一种特性,在另一种条件下表现为另一种特性时,即对同一个参数的不同要求,可以在不同的条件下实现时,即可应用“基于条件分离”原理来解决,如记忆合金、水的硬度等。当系统整体具有一种特性,而其部分具有相反的特性时,即对同一个参数的不同要求,可以在不同的系统级别得以实现时,即可应用“系统分离”原理来解决,如自行车的链条(局部是刚性,整体是柔性)等。