举例使用triz工具解决一个问题

Question

如题所述

Answer 1

应用背景：早期的飞机机翼都是平直的。最初是矩形机翼，很容易制作。但由于其翼端宽，会给飞机带来阻力，严重地影响了飞机的飞行速度。后掠翼：一举突破“音障” 德国，英国,美国喷的气式飞机先后上天。飞机开始进入喷气式时代，其飞行速度迅速提高，很快接近音速。机翼上出现“激波”，使机翼表面的空气压力发生变化。同时，飞机的阻力骤然剧增，比低速飞行时大十几倍甚至几十倍。这就是所谓的“音障”。为了突破“音障”，许多国家都在研制新型机翼。德国人发现，把机翼做成向后掠的形式，像燕子的翅膀一样，可以延迟“激波”的产生，缓和飞机接近音速时的不稳定现象。但是，向后掠的机翼比不向后掠的平直机翼，在同样的条件下产生的升力小，这对飞机的起飞、着陆和巡航都带来了不利的影响，浪费了很多不必要的燃料。能否设计一种适应飞机的各种飞行速度，具有快慢兼顾特点的机翼呢？这成为当时航空界面临的最大课题。
有何经济效益和社会效益：新的设计方案抛弃了传统的固定翼设计概念使其在不同的速度之下机翼配合相应的飞行姿态,具备了平直机翼升力大的特点；而在高速飞行时，它的两翼又尽量后掠，后掠角可达72．5度，变得像三角机翼一样，因此能够轻易突破“音障”。,从而有效地降低了迎风面积（既作用在飞机表面的气流的横截面积）,达到了节能降耗,以及提高飞行速度的目的，.最终实现提高其战斗力的根本目的。
问题描述：根据上述分析，系统存在的技术矛盾有：
　　传统的固定翼不适合高速飞行，在突破音障的时候产生非常大的阻力，消耗的能量相应加大，而且容易产生飞机在空中解体；
　　三角翼不适合低速飞行，而且起飞与降落以及巡航时在相同推力条件下产生的升力小相应的能量消耗又相应地加大了。
　　总之，矛盾集中体现在速度与其在运动中能量消耗之间的矛盾上。
解决思路和关键步骤：
　　运用TRIZ理论中的技术矛盾矩阵，涉及的技术特性：
　　19# 运动物体的能量消耗
　　9# 速度
　　查阅技术矛盾解决矩阵，可以得到以下四条创新原理：
　　8# 重量补偿
　　15# 动态特性
　　35# 物理或化学参数变化
　　38# 加速氧化
　　加配重明显不适合这种战斗机，战斗机要求机身轻，灵活机动，而且加重机身还使速度这个技术特性恶化。
　　强力氧化剂虽然可以使燃料燃烧的更充分，获得较大的推力。但是战斗机上使用的是特制的高热量航空煤油，在涡轮喷气发动机中的燃烧是比较充分的，所以使用这个创新原理的作用不是很明显。
　　对于：
　　15# 动态特性
　　35# 物理或化学参数变化
　　综合考虑这两条创新原理..通过对机翼的改造,使其成为活动部件，并且在飞行的时候有效地控制机翼的形态，使之能够在比较大的范围内改变”后掠角”，获得从平直翼到三角翼的优点，来获得从低速到高速不同的飞行状态.，表现出很强的适应性。
　　F111战斗机在低速度飞行（图1）中，处在起飞阶段，机翼呈平直状，获得较大的升力，良好的低速特性，避免长距离滑行所浪费的能量，从而有效地解决了飞机在低速度状态下速度与能量之间的矛盾。

Answer 2

一种（隐形）捕鼠器的发明过程

2009年上半年，我在襄樊学院物电学院讲授创造方法学过程中，许多同学质疑创造方法的有效性，希望老师能使用所讲授的创造方法，做出几件较高水平的发明专利。我想，这样一来可以证明创造方法的有效性，提高同学们的学习兴趣；二来可以用自己的发明作为教学案例；三来可以用作品进行实物教学，这样更生动直观。于是决定尝试作一件以实施为标准的，较高水平的，真正具有创新性的发明。
发明一种捕鼠器的想法，最初源于一位清洁工的要求，她说：“冯老师，你是教发明的，能不能发明一种有效的捕鼠器呢？我看到许多家庭为捕捉老鼠很伤脑筋，而现有的捕鼠器多数情况下不起作用，我家里曾经进来过一只老鼠，捕鼠笼、老鼠板、粘鼠胶和老鼠药都用过了，试了两个多月，没用！最后还是翻箱倒柜地把它赶出去的。如果能发明一种更好的捕鼠器，我想一定会受欢迎的。”
从市场需求出发，结合现代科技的可能性去寻找发明目标，应该是发明选题的正确方式。一种捕鼠器的研制就从这里开始了。考虑到源于市场需求的小创新其市场不确定性少，便于实施和推广，因此，最初的发明活动是从对现有捕鼠器的小改进开始的。
2009年暑假其间，我制作了红外落罩式和双门无底红外控制式两个改进型捕鼠器（见照片。视频略）。在进行专利申请准备的同时，立刻进行了捕鼠试验。然而，试验结果很不理想，试验了一周竟然连一只老鼠也没捉到，试验终止。
2009年下半年，我把两种改进型捕鼠器用于实物教学，受到同学们的广泛欢迎。这促使我重新开始了捕鼠器的研制。接受以前的教训，这一次我是从寻找最理想的捕鼠器是什么开始的。
经过对现有捕鼠器的认真分析发现，其根本不足之处主要为两点：一是被动地等待老鼠接触或进入捕鼠器的内部、上部或下部才能捕获，而警觉的家鼠一般不会进入可疑物体的内部、上部或下部，因此难以捕捉。二是老鼠对处于上部、下部或两侧的面状物体和网状物体高度警觉，对于杆状物体警觉性较低，对于较小的点状物体不产生警觉性。因此，将面状物体杆状化、杆状物体点状化、尽量减少面状结构，尽量使捕鼠器微型化，是捕鼠器进化的主要方向；而理想的捕鼠器应该是没有形体，只有功能，即隐形化。
根据这一认识，我们使用创新理论和方法对捕鼠器进行了系统分析，在现有捕鼠器所存在的一系列技术矛盾中，挖掘出了隐藏在技术矛盾深处的一个物理矛盾，即：捕鼠罩应该在上面，以便于罩住老鼠；捕鼠罩不应该在上面，以便于老鼠进入。或描述为：（相对于老鼠来说）捕鼠器上部既应该有罩又应该没有罩。应用时间分离原理得到一个新思想：平时捕鼠器的上面没有罩只有扣住老鼠时上面才有罩。最后根据曲面化创新原理，产生了弧顶式隐形捕鼠器的概念设计（见图片。视频略）。这种弧顶捕鼠器的核心改变，一是去掉了捕鼠器六个面中的五个，相对于老鼠来说，它即没有底面，也没有顶面，只有一个侧面。二是通过传感器和弧顶捕鼠罩的配合，可以实现不需要老鼠进入捕鼠器的内部、上部或下部，也不需要老鼠接触捕鼠器的非接触式捕鼠。三是可以实现主动出击式捕鼠。四是这种捕鼠器相对于老鼠来说达到了一定程度的隐形化，这也是我们利用现有资源所能达到的较高目标。
2010年7月的暑假期间，我们开始了弧顶式隐形捕鼠器的制作和试验。第一只隐形捕鼠器使用的是反射式双红外传感器（见图片。视频略），这种结构的优点是体积较小。试验地点在一个修车店，捕鼠器设置在货架上，里面用面巾纸包了几颗葵花籽。第二天早晨，修车店老板对我说：“昨天晚上12点左右，我上楼去休息，刚刚躺下就听到楼下捕鼠器的响声，我赶快起床下楼，在楼梯上还听到捕鼠器被拖动的响声，但当我开灯后跑到捕鼠器目前时，老鼠已经跑了。”
老鼠是怎样跑掉的？修车店老板的分析也许是对的，他说：“传感器离捕鼠器的边缘太近了，当老鼠快跑时可以完全进入捕鼠器，当老鼠慢跑时就只能扣住老鼠的前半身或者头部，它可以慢慢的退出来跑掉，昨天晚上那只老鼠可能就是这样跑掉的。”
根据这个情况，我又设计制作了第二只弧顶式隐形捕鼠器，这是一只对射式双红外传感器的隐形捕鼠器（见图片。视频略）。它使用两个红外发射管和两个红外接收管，这样更便于使老鼠接触不到捕鼠器；传感器的位置设在捕鼠器中部，捕鼠器的内部设有一个带单向门的鼠笼。这个捕鼠器较第一个捕鼠器的优点是成本大幅度降低和便于处理已捕获的老鼠。
这一次试验地点是在一家餐馆，捕鼠器设在一个平台上，传感器前放了几粒米。第二天早晨，老板娘告诉我：“里面有一只老鼠。”我赶快走到捕鼠器前，发现老鼠已经进入捕鼠器内部的鼠笼中。这只老鼠很大，它看到我正在走近后，就开始凶猛地撞击和啃咬单向门，当我正准备取出鼠笼时，意外发生了，老鼠一次又一次地咬住单向门的底部向内向上拉起，并用力摆头将单向门向上甩起，在有一次单向门落下稍慢时，老鼠竟闪电般地穿出了单向门。惊慌的我急忙伸手按住弧顶捕鼠罩，老鼠竟隔着捕鼠罩向我的手上扑来，我用一张报纸垫住手，用另一张报纸盖住鼠笼，然后迫使老鼠进入鼠笼后，用一根筷子顶住单向门，将鼠笼取出并将老鼠转移到一个较大的储鼠笼中。
老鼠能够打开单向门，这是出人意料的，然而，更出人意料的事情竟然层出不穷。当我清理捕鼠器时，发现传感器上的导线已被那只凶狠的老鼠吃光了。
这第二只捕鼠器的性能非常优异，可以说是超出了当初设计的预想目标，后来在商店、餐馆、家庭和实验室的捕鼠试验中它很少扑空。其不足之处是体型较大，结构较复杂，对射式双红外传感器的成本仍较高。
第三只捕鼠器的制作目的，是追求进一步的隐形化、微型化和简化。它利用一只空啤酒箱作底座（见照片，视频略），将弧顶捕鼠罩完全隐入啤酒箱中。它的电路板缩小了很多并可以交、直流电两用。它采用对射式单红外传感器，这是出于简化考虑而做的试验。
这一次的试验地点是在一家诊所，所长说：“我这里从来没有老鼠的，这一只是上个月进来的，你看我这里放的老鼠板，它没有抓到老鼠，倒把我的手指甲打成紫色的了。这里还有捕鼠笼、粘鼠胶、老鼠药，怎么对这只老鼠完全没有用？我看这是一只老鼠精。”
我知道它不是老鼠精，只不过是一只精明的大家鼠，我称之为区域鼠王。大多数人都曾对我说：“我家这只老鼠是个老鼠精”。这种老鼠通常体型较大，经验丰富，智慧过人，因此往往即破坏性大，又难以捕捉。上次打开了单向门的就是这种老鼠。
第一天晚上，我把捕鼠器放在操作台下面，没有放诱饵。第二天早晨发现捕鼠器没有动作，测试捕鼠器工作正常。我对所长说：“这有两种可能，一是这里已经没有老鼠了，二是这只老鼠昨天晚上没进屋子里来。”所长对这个解释保留怀疑，并要求继续试用。
第二天晚上，我把捕鼠器放在了操作台的上面，并在传感器前丢了几粒米。次日早晨，值班女医生告诉我：“昨天晚上九点钟左右，我就听见捕鼠器响了，我不敢去看，以后它一直在响，响了大半夜，天亮的时候，它才不响了。”
我检查了捕鼠器，发现它的捕鼠罩的一个角被老鼠抬起并搭在操作台边缘的挡板上，老鼠已经从下面的缝隙中逃之夭夭。老鼠竟然拖动并抬起了捕鼠器，这又出乎我的意料之外。根据有关研究报道，老鼠可以抬起高于其体重两倍的东西，而这只捕鼠器的重量至少高于其体重五倍以上，这可真令我刮目相看。
第三天晚上，我在捕鼠器里面放入一个重铁块和一小块被老鼠啃过的红薯，又将它设置在操作台下面。次日一早就接到所长的电话，他气急败坏地说：“不好了，你快来看吧，老鼠把捕鼠器咬了一个大洞（见照片）。真对不起。”我兴奋地对所长说：“谢谢你，你告诉我的，是一个最好的好消息，这第一说明同一只老鼠第二次进入了同一个捕鼠器，证明这只捕鼠器对老鼠没产生“新物反映”; 第二说明了老鼠的狡猾和凶猛。我最怕的事情是你告诉我说，昨天晚上老鼠又没有来。”
在捕鼠器的试验和制作过程中，究竟有多少失败和教训，我已经记不清了，隐形捕鼠器正是在这些挫折中一步步完善起来。它区别于现有技术的根本特点在于：隐形捕鼠器对老鼠不产生“新物反映”，或者说隐形捕鼠器巧妙的利用了老鼠在“新物反映”中所表现出的一种特征，即老鼠具有强烈的好奇心，它往往会在第一时间仔细观察新出现的物品以便将来必要时使用。由于弧顶式隐形捕鼠器不需要老鼠接触或进入捕鼠器的内部、上部和下部，因此老鼠常常在观察新事物的过程中即被捕获。在隐形捕鼠器的前十次试验中，共扣住了八只老鼠，其中有五只是在新地点首发命中。同期作为对比试验的粘鼠胶、老鼠板、捕鼠笼和扣落式红外捕鼠器的捕鼠成功率为零。
随着多种类型的隐形捕鼠器纷纷问世，各路鼠王也纷纷落网，隐形捕鼠器取得了阶段性的成功，同时也受到用户的广泛欢迎。诊所所长表示希望投资进行联合开发；百货店老板说希望赶快出产品，如果价格在一百元以下他至少会买两个，因为老鼠给他造成的损失太大了，而这个捕鼠器他认为太好了；农民工表示，如果价格在五十元以下，很多农民都会买，因为这不超过他们一天的工资，而且真的管用。
在创造方法学课堂上，隐形捕鼠器集中了所有惊奇的目光。绝大多数的发明原理都在隐形捕鼠器的研制中得到了应用，我用这些实例来说明如何使用创造方法来产生新思想；如何使用创造方法来对技术系统进行持续的改进；如何将一个较低水平的发明提升到较高水平；创造有哪些规律以及如何遵循这些规律来推动技术系统的前进等等；教学效果竟出奇的好。经过二十节《创造方法学》课程的学习，全班同学的创造作业有一半以上符合新颖性、创造性和实用性的“三性”原则，可以获得国家实用新型专利。总之，最初的发明目的是较好的实现了。
许多鼠类研究专家都曾经断言，没有哪一种捕鼠器能够长期有效，因为老鼠具有危险物品的社会交流。这种高频语言的社会交流中，是如何反映危险物品的状态的？它描述的是危险物品的什么特征？这应该是捕鼠器研究的重中之重，也是我们的长期研究目标。关于隐形捕鼠器的近期研究方向主要有两个，一个是低成本的微型隐形捕鼠器的研发，这已经取得了一些阶段性的进展；另一个是大规模自动捕鼠器的研制，这方面尚处于概念设计阶段。此外还有一些异想天开的想法，这可是军事秘密哟。
忽然想起那句古老的诗歌：路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。
在捕鼠器的试验过程中，你才可能了解老鼠究竟有多聪明。它经常做出出人意料的事，让我一次又一次地想起墨菲定律（凡事只要有可能出错，那就一定会出错）。我们想到的它想到了，我们没有想到的它也想到了。但是，尽管人鼠之战可能永远没有终点，然而胜利者只能是人。美国鼠类研究专家有一种悲观的论调很有意思，也许对我们有所激励：“老鼠，出色的生理构造，灵光的脑袋，它能预测未来并反映过去。科学家才刚刚开始了解它们的真正才能；我们一直都让老鼠为我们工作，但当老鼠适应了我们生活的每一层面，我们替老鼠工作还会远吗？”

2011年1月15日

（全文完）

后记：本文力图回避理论性描写，同时，为了避免篇幅太长，关于鼠笼结构、传感器结构、控制设备及电路结构等等的具体的改进历程均未展开。试验过程中还有一些案例可以说明老鼠的智慧，这里也只好割爱了。此外，襄樊学院物电学院许多优秀同学参与了隐形捕鼠器的研发。谨致谢意。
隐形捕鼠器已获得三项专利证书，在TRIZ理论中属于三级发明。