第六讲发明程序大纲.ppt

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1、第六讲 发明程序大纲,发明课题基本理论 1 发明课题水平及课题矛盾； 2 课题模式；3 物场分析 4 解决课题的措施（6学时） 40个发明原理 （3） 阿奇舒勒矛盾矩阵 发明问题标准解法 发明程序大纲 （3）,建立发明程序大纲的意义在于：,定义： 在狭义上是指绝对确定了的数学运算次序； 在广义上指的是任何足够精确的行动计划。 意义： 这种程序是一种组织思维的有效程序，能使人拥有很多发明家的经验。 这种程序是解决发明课题的有效技巧，自觉利用技术体系的发展规律 。,发明问题的分类,标准问题：发明问题标准解法 （5级、18子级、76个标准解法） 建立或拆解物场模型 强化物场模型 向超系统或微观级转化

2、 检测和测量的标准解法 简化与改善策略 非标准问题：发明问题标准算法(ARIZ) 基于知识有许多版本 例如：ARIZ85 发明程序大纲,发明问题标准解决算法（ARIZ85） （英文缩写：AIPS）,步骤1：分析问题 步骤2：分析问题模型 步骤3：陈述IFR和物理矛盾 步骤4：动用物场资源 步骤5：应用知识库 步骤6：转换或替代问题 步骤7：分析解决物理矛盾的方法 步骤8：利用解法概念 步骤9：分析问题解决的过程,发明程序大纲,1 课题选择 2 课题模型的构成 3 课题模型的分析 4 物理矛盾的消除 5 评估所得的答案,2.4 发明程序大纲,核心思路： 不用专门术语 正确选择冲突对,发明程序大纲

3、中的例题选择冲突对,例1： 管理矛盾： 对具有凹凸部分的形状复杂的制品，比如是匙子，用磨轮的加工情况不好。 技术矛盾： 用别种加工方法代替研磨既不合适又太复杂； 用冰磨轮在这种加工中太昂贵； 使用带磨擦表面的弹性气轮也不适用，因其磨损太快。如何解决?,发明程序大纲中的例题选择冲突对,例1： 分析: 第二类课题模式给定两个要素 只有一个冲突对：匙子 (制品)磨轮(工具) 物理矛盾：磨轮磨研表面单一制品形状复杂、变化 答案: 将磨轮分解为颗粒，并用磁场力使之成型可根据所需磨制的匙子凹凸形状而改变其形状,发明程序大纲中的例题,例2：课题情景描述 无线电望远镜的天线架设在经常有雷雨的地方 为防避雷击，

4、天线周围需要设置避雷针 但避雷针阻挡电磁波，形成无线电阴影。 将避雷针安装在天线上？不行！,What can we do?,正确选择冲突对,课题条件分析 天线应该存在，如何设置避雷针？ 课题模式应包括制品和工具： 两个制品 闪电和无线电波 两个工具 避雷针和天线 这里有两个冲突对，且在两对之间发生冲突： 导电的避雷针不与闪电冲突，它能“接收”闪电，但其无线电阴影与天线冲突； 不导电的避雷针完全能与无线电波相容它不“接收”无线电波，但与闪电冲突不能吸引闪电。,正确选择冲突对,例2分析 我们取“不导电的避雷针”来构成冲突对，它能保证无线电波自由通过，即天线正常工作; 不导电的避雷针是什么?是木头柱

5、、玻璃柱、水柱，还有更简单的东西：把金属柱拿掉，剩下空气或真空反正都一样! 不导电的避雷针能很好地导通无线电波，但不能捕捉闪电 这样在两个冲突对中只剩下一个冲突对了，于是就得到了典型的技术矛盾。冲突的元素揭示出来了，技术矛盾有了.,不用专业术语,答案： 用“带电的棍子”或“导电的柱子”来代替“避雷针”这一术语 利用内部为一定量的空气柱解决 “避雷针”只在强电场下（闪电）空气电离成为导体， 吸引闪电 “避雷针”内部空气在弱电场下（电波）为绝缘体 避免干扰无线电波。,发明程序大纲应用例题,例3： 事件： 院士里希金对发明家卡丘金说，预定要召开一次最重要的一个问题防止蝽象问题的会议。院士向发明家说：

6、“这个题目要花5万卢布，但不知道能否用这些钱研制出能测定蝽象体温的仪器。” 发明情景： 需要研究这种昆虫的生存条件，尤其是测定它的体温，但没有能解决这问题的仪器。,所有特殊的术语都必须用最简单的词来替代,避免使用专业术语,专业术语的利弊 采用专业术语：是为了使更可靠、更严格地勾划出已知事物。 不用专业术语：在相当大的程度上减轻了最初的心理惰性。 例3答案： 发明家卡丘金将用“某些非常小的东西”代替“椿象”这一术语。然后，在捕捉一大群的椿象中使用医用体温计，自然就毫不困难了 。,发明程序大纲物理矛盾的消除,利用模型自身达到最终理想结果 使冲突进一步激化，缩小方案搜索范围 如果对技术体系的一部分元

7、素提出相对立的要求，那就必须首先验证能否用简单方法将这些要求分开。 在验证能否分开矛盾性质时，记住最终理想结果IFR 分开应当是“自身”或“几乎自身”来实现的。 发明程序大纲在大体上指出解决问题的道路 如：只知道电荷应当必须在需要的时候以某种方式自行产生，但以哪种方式来产生并不清楚。,构成最终理想结果物理矛盾的消除,使空气柱电离并不难，比如可以利用放射性辐射，但问题是要自由电荷在需要时自行产生，而在“捕捉”到闪电后自行消失。 于是想到强电场（闪电）下可电离空气柱（导体），在弱电场下（无线电）自动还原 在各种情况下，对周围都没有危险。,利用工具：典型课题模型表 物场改造方式表,课题模型的分类是依

8、据以下的特征： 课题模型中包含着多少个元素； 这些元素是什么，是物质还是场； 它们之间是怎样相互联系的； 课题的条件对改变现有的元素，以及引进新的元素加了什么样限制；（STC） 课题是属于要改变事物呢(必须引进在起始端的场) ， 还是属于测量和发现的课题(需要得到在终端处的场)。,利用工具：典型课题模型表 物场改造方式表,许多第二种类型的课题，很容易转变成为第一种类型，同样，第三类课题可转换为第二类，尤其是对替换元素没有限制时。但是也有些例外，如： 在磨制表面形状复杂制品(发明程序大纲的例1)的课题模型中，有两个元素(两个物质)：制品和工具。按课题的条件，制品一定要受到磨具的加工，因此，不可能

9、将此课题转变成为第一种类型的课题。 在既能避雷又不妨碍接收无线电波的课题模型中，包括三个元素：两个场和一个物质，对此也是想挑出哪个元素也不行，否则冲突对就没有了，课题模型会受到破坏，因此，此课题属于给定三个元素的第l6型。,回顾例2的求解机制,例2的要求：“电离应该自身发生。此外，电离一定要是无代价的”，并且正发生在指定的时刻，仿佛有种力在呼唤一般 。 例2的最终理想结果：在闪电发生时，在它刚刚酝酿着的时候，中性的分子（空气）就“应该”自身分离成正离子和电子”。如果将“应该”一词拿掉，我们就会得到一个现成的答案，这就是利用闪电（及产生它的雨云)作为电离器。 小结：利用“物理效应现象表”或在需要

10、时求助于有关物理学手册或专门著作来解决最终的物理矛盾。,发明程序大纲ARIZ,1 课题选择 2 课题模型的构成 3 课题模型的分析 4 物理矛盾的消除 5 分初步评估所得的答案,1 课题选择,1.1 确定解决课题的最终目的 1.2 试验一下迂回的方法 1.3 确定解决哪种课题比较合理 1.4 确定所要求的数量指标 1.5 增加所要求的数量指标 1.6 明确预期发明所提出的具体要求 1.7 检验课题能否直接应用解决发明课题的标准做法来解决 1.8 利用专利、情报使课题明确化 1.9 采用尺度时间价值法（STC）,课题选择 1.1 确定解决课题的最终目的,(1) 应当改变物体的哪种特征? (2)

11、在解决课题时，物体的哪种特征明显地不能改变？ (3) 如果课题能够加以解决，哪种消耗降低了? (4）容许花费什么样代价(大致的估计)? (5)应当改善哪些主要技术经济指标?,课题选择 1.2 试验一下迂回的方法,假定课题原则上不能解决，那么为了得到所要求的最终结果，应当解决什么样的其它课题？ (1)过渡到上体系水平，将课题重新表述，原体系课题包括在上体系内。 (2)过渡到下体系水平(物质)，将课题重新表述，下体系成为原课题体系的一部分。 (3)用相反的作用(或者性质)来代替所要求的作用(或者性质)，在三个体系(上体系、体系、下体系)水平上，将课题重新表述。,课题选择,1.3 确定解决哪种课题比

12、较合理 是原课题，还是经迂回方法提出的某一课题，从中进行选择。 在选择时，应考虑到 客观因素原课题体系发展为哪种后备体系 主观因素着眼于哪种课题（最小课题还是最大课题） 1.4 确定所要求的数量指标 考虑STC原则,课题选择,1.5 增加所要求的数量指标 这时应考虑实现这一发明所需要的时间 1.6 明确预期发明所提出的具体要求 考虑实现这一发明的特点： 解决课题的复杂性及可能性 考虑预定的应用规模,课题选择,1.7 检验课题能否直接应用解决发明课题的标准做法来解决 如果得到了答案，就转向5.1步骤，如果没有答案，就转向1.8步骤。 1.8 利用专利、情报使课题明确化 近似已知课题的课题答案是哪

13、一种答案(根据专利文献资料)? 颇似已知课题，但属于领先的技术部门的课题，其答案是哪一种? 与已知课题相反的课题答案是哪一种?,1.9 采用尺度时间价值法 STCscale time cost,(1) 假定将物体的尺寸从提出的数值变化到0，这时课题将如何解决? (2) 假定将物体的尺寸从提出的数值变化到，这时课题将如何解决？ (3) 假定将过程的时间(或者物体运动的速度)，从提出的数值变化到0，这时课题将如何解决? (4) 假定将过程的时间(或者物体运动的进度)从提出的数值变化到，这时课题将如何解决? (5) 假定将对象或过程的价值(允许的耗费)，从提出的数值变化到0，这时课题将如何解决? (

14、6) 假定将对象或过程的价值(允许的耗费)，从提出的数值变化到，这时课题将如何解决?,返回,2 课题模型的构成,2.1 课题条件不用专门术语来描述 2.2 选出和写下一对矛盾的元素 2.3 写出矛盾对 2.4 写出课题模型的标准做法的表述式,2.1 课题条件不用专门术语来描述,例l： 对具有凹凸部分的形状复杂的制品，比如是匙子，用磨轮的加工情况不好。用别种加工方法代替研磨既不合适又太复杂，用冰磨轮在这种加工中太昂贵。使用带磨擦表面的弹性气轮也不适用，因其磨损太快。如何解决? 例2： 无线电望远镜的天线架设在经常有雷雨的地方，为防避雷击，天线周围需要设置避雷针(金属棒)。但避雷针阻挡电磁波，形成

15、无线电阴影。将避雷针安装在天线上，这种情况又不可能。如何解决?,2.2 选出一对矛盾的元素,如果按课题条件只绐定一个元素，就转向4.2步骤。 规则1：在矛盾元素对中一定要有制品。 规则2： 矛盾元素对中的第二个元素，应是直接与制品相作用的元素(工具或者第二制品)。 规则3：根据课题条件，如果一个元素(工具)可以有两个状态，应取能更好地实现主要生产过程的那个状态(课题中所指出的整个技术体系的基本功能)。 规则4： 如果在课题中有若干对同类的相互作用的元素对(A1，A2及B1，B2，)，那么仅取一对元素对(A1与B1)就足够了。,2.2 选出一对矛盾的元素,例1中制品是匙子，直接与制品相互作用的工

16、具是磨轮。 例2中有两个“制品”闪电和无线电波，及一个工具避雷针。该情况的矛盾不在“避雷针闪电”对和“避雷针无线电波”对中，而是在这两对中间。 说明: 为将这类课题变成有一个矛盾对的合乎规则的形式，需要预先赋与工具能完成技术体系的基本生产作用所必须具有的性质，即应认为没有避雷针，同时无线电波可自由地到达天线。这样，矛盾对就是新型避雷针和闪电(或者是不导电的避雷针和闪电)。,2.3 写出矛盾对,已有的及其应引进的矛盾对元素；有益的和有害的矛盾对元素。 例1： （1）磨轮具有研磨的能力。 （2）磨轮不具有适于曲面研磨的能力。 例2： （1）新型避雷针不构成对无线电波的干扰。 （2）新型避雷针不能“

17、捕捉”闪电。,2.4写出课题模型的标准做法的表述式,在指出矛盾对与技术矛盾后，写出课题模型标准做法表述式。 例1模型：给出磨轮及制品。磨轮具有研磨能力，但不适用于曲面的制品。 例2模型：给出新型避雷针及闪电。这样的避雷针不构成对无线电波的干扰，但也不能“捕捉”闪电。,返回,3 课题模型的分析,3.1 选出可以较易加以改变、替代的那个元素。 3.2 写出最终理想结果的标准做法的表达式 3.3 指出元素中不符合要求的两个相互作用的地方,3.1 选出可以较易加以改变、替代的那个元素,规则5：技术物体比天然物体较易加以改变。 规则6：工具比制品较易加以改变。 规则7：如在体系中没有容易加以改变的元素，

18、就应指出“外界环境”。 不能改变制品的形状，因为平的匙子是不能盛液体的，但可以改变磨轮(然而，要保留它的研磨能力课题的条件是这样的)。 避雷针是“加工”闪电的工具(改变它的运动方向)，在这种情况下，闪电应算作制品。类比：屋檐下的导雨管和雨。闪电是天然产物，避雷针是技术产物，因此，应取避雷针作为课题模型中的元素。 说明：在第3.1步骤中选出的元素本身应除去有害的作用，使保持的有益作用均能力得以实现。,3.2 写出最终理想结果的标准做法的表达式,规则8：在最终理想结果的表述式中，永远应该有“自身”一词。 如：磨轮自身适用于制品构曲面，而又保持研磨的能力。新型避雷针自身能“捕捉”闪电，而又保持不干扰

19、天线电波的能力。,3.3 指出元素中不符合要求的两个相互作用的关键点,问题关键是什么? 是物质还是场? 把关键问题画在示意图上： 如： 磨轮的外层(外环、轮缘)、物质(磨料、固体)。 新型避雷针占据的那部分空间，它是无线电波自由通过的物质(空气柱)。,3.4 指出所选元素的物理矛盾,保持那些必须保持的物理要求 系指有益的相互作用 系指必须保持的物理状态要求：加热、运动、带电等等 防止那些必须防止或除去的物理要求 系指有害的相互作用，或者必须除去的相互作用 系指必须防止的物理状态要求：冷却、不运动、不带电 规则9：在3.4中的(1)和(2)指出的物理状态，应是相互对立的状态,3.4 指出所选元素

20、的物理矛盾,例1： （1）为了研磨，磨轮的外层应是固体（或者为了传递力，应与磨轮的中部呈刚性联系)。 （2）为了适用于制品的曲面，磨轮的外层不应是固体(或者不应与磨轮的中部呈刚性联系)。 例2： （l）为了通过无线电波，空气柱不应导电(确切点说，不应有自由电荷)。 （2）为了“捕捉”闪电，空气柱应导电(确切点说，应有自由电荷)。,3.5 写出物理矛盾的标准做法表述式,(1) 完全表述式：为实现有益的相互作用，所选元素的那部分应处于3.4(1)中指出的那种状态；为防止有害的相互作用，所选元素的部分应处于3.4(2)中指出的那种状态。 (2) 简短表述式：所选元素的哪部分应该是和不应该是。,3.5

21、 写出物理矛盾的标准做法表述式,例1： 为了研磨制品，磨轮的外层应是固体，而为了适用于制品的曲面，它又不应是固体。 磨轮的外层应该是及不应该是固体。 例2： 为了“捕捉”闪电，空气柱应有自由电荷，而为了不阻挡无线电波，它又不应有自由电荷。 空气柱应该有及不应该有自由电荷。,返回,4 物理矛盾的消除,4.1 将所选元素作最简单的改造 4.2 利用课题典型模型表和物场改造表 4.3 利用物理效应及现象应用表 4.4 利用消除技术矛盾的基本措施表 4.5 从物理答案过渡到技术答案,4.1 将所选元素作最简单的改造,即将矛盾的性质： （1）在空间上分开； （2）在时间上分开； （3）利用过渡状态加以分

22、开，这种状态是矛盾的性质共存，或者交替存在； （4）利用结构改造分开：所选元素的微粒具有已有的性质，而所选的整体则具有所需的(矛盾的)性质。 如果得到物理答案(即揭示出所需的物理作用)，就转向4.5步骤；如未得到物理答案，就转向4.2步骤。,4.1 将所选元素作最简单的改造,举例 例1 所选元素的标准做法比较接近4.1步骤的(3)与(4)。 例2可以按4.l步骤的(2)与(3)来解决。 在闪电产生的开始阶段，自由电荷自身在空气柱中出现。避雷针在短时间内成为导电的，以后自由电荷自身消失。,4.2 利用课题典型模型表和物场改造表,如果得到物理答案，就转向4.4步骤；如没有物理答案，就转向4.3步骤

23、。 例1的模型（磨轮） 根据典型解答法，应引入场和加入物3，或将物2分成两个相互作用的部分，这样将物2展变成物场； 在3.3步骤，开始形成了将磨轮分开的想法。但如果只是简单地将磨轮分开，磨轮的外部将在离心力作下飞离出去。磨轮中心部分应紧紧地把握住磨轮的外部，同时，还应给它以自由变化的可能性 进一步，按典型解答法，希望将物场(从物2得到的)转换成磁物场，即利用磁场和磁粉(这就有可能将磨轮的外部做成活动的、变化的，并保证在磨轮的微粒间具备必要的联系)。,4.2 利用课题典型模型表和物场改造表,例2的模型（No.16） 根据典型解法，物1应具有两重性，即时而是物1，时而是物2 在闪电出现时，空气柱应

24、是导电的，而以后恢复到不导电的状态。,4.3 利用物理效应及现象应用表,如果得到物理答案就转向4.5步骤，如果没有物理答案就转向4.4步骤。 例l 通过利用磁场，用“场”的联系代替“物质”的联系。 例2在强电磁场(闪电)作用下电离，在强场消失后中和，注意无线电波是弱场。另外一些措施属于液体和固体，要求加入添加剂，或者不能保证进行自控。,4.4 利用消除技术矛盾的基本措施表,如果在此前已得到了物理答案，就用此表来验证它。 按例1的条件，应改善磨轮“紧贴在”形状不同的制品上的能力，即要求适应性。已知的方法是利用一组不同的磨轮，缺点是在安装更换磨轮方面耗费时间。因此通过改变聚合态(磨轮的外层是“假液

25、态”，即由活动的微粒组成)；或直接过渡到磁物场。 按例2的条件，应消除闪电有害的外界因素的作用。已知的方法是安装普通的避雷针，缺点是出现无线电阴影，解决物理矛盾的措施是，将两种作用的时间错开，让一个作用在另一个作用的间歇期发生。,4.5 从物理答案过渡到技术答案,表述出方法，并给出实现这一方法的设备示意图。 例1：磨轮的中心部分是由磁性体制成，外层由磁颗粒组成，或粘结在磁性体上的研磨颗粒组成。这样的外层将呈现制品的形状，同时它还具有进行研磨所需的刚性。 例2：为了在空气中出现自由电荷，需要降低气压。为在保持低压空气柱，显然需要密闭的外壳，该外壳应由电介质构成，否则它将产生无线电阴影。 答案：“

26、避雷针，其特征是，为了使它具有无线电波穿透性能，用介电材料制成密封的管状，根据形成中的闪电的电场所引起的最小气体放电梯度的条件，选择管内的空气压”。,返回,5 评估所得的答案,5.1 进行所得答案的初步评估 5.2 根据专利资料验证所得答案是否是新的 5.3 所得发明思想在技术研究上可能会产生哪些次生课题?,5.1 进行所得答案的初步评估,验证和问题 (1)所取得答案是否保证能满足最终理想结果的主要要求(“元素自身”)? (2)取得答案能消除什么样的物理矛盾(或者能否消除)? (3)所取得的体系是否会有一个容易控制的元素?是哪一个元素?如何实现控制? (4)在“单循环”的课题模型中找到的答案，

27、在“多循环”的现实情况下是否适用? 如果所得答案连一个验证问题亦不满足，就转回到2.1步骤。,5.2 根据专利资料验证所得答案是否是新的 5.3 所得发明思想在技术研究上可能会产生哪些次生课题? 写出可能出现的次生课题 发明方面的 设计方面的 计算方面的 组织方面的,返回,第九讲小结,1、列出消除物理矛盾的清单 2、学会正确地揭示矛盾 即知道什么时候用什么样的措施，为此就必须掌握和运用技术体系的发展规律。只有了解技术体系的发展规律（发明大纲），才能正确地选择最有效的措施，来消除矛盾和解决发明课题。 为了可靠地解决课题，需要全部物理学的知识。因为困难课题的解决，经常是与利用少为人知的物理效应，或

28、与少为人知的普遍物理效应的细微变化联系在一起的，并将发明课题的类型（或矛盾的类型）与相应的物理效应联系起来。 3、发明家必须果断地抛弃那些似乎可行的方案，并且提出大胆的设想，必须克服心理惰性。,课程总结,发明课题的概念、水平及工作量；解决物理矛盾、发明战略 解决发明课题的操作系统 课题模式（3种） 包含13种元素的课题与物场分析对应 物场分析 意义：只指向几种正确的技术方案、按公式发明） 规则：物场补构、改造与添加 步骤：引进物场、物场与技术系统的改造、物场的进化与发展 解决物理矛盾的40个发明原理,课程总结,物理矛盾分离原理* 11种分离方法：空间（1）、时间（1）、系统（4）、相变（4）、物理化学转换（1） 4大分离原理：空间、时间、条件、系统级别 标准解法*： 标准问题在一两步之内快速解决办法（共5级，76个标准解法，4个步骤） 阿奇舒勒矛盾矩阵*： 39个通用工程参数及分类、矛盾组成与查找、应用步骤、实例 发明问题标准算法ARIZ（英文AIPS）： 非标问题解算步骤即发明程序大纲 物理效应和现象知识库,课程总结,其他原则 八大技术进化法则 心理算法 避免使用专业术语 理想最终解（IFR） 大小时间价格（STC算符） 小人建模法（聪明的小矮人SLP或MMD） 系统的层次*,愿我们中间多出几个大师！,