科学研究的方法（发明的40个原则）zt

发明的40个原则

本文摘自TRIZ理论，首先对该理论作一个简单的介绍。 : W% S$ E2 k; H+ [5 h4 O$ H
冷战时期，美国为首的西方国家的特工与前苏联的克格勃曾经进行过无数次惊心动魄的间谍战，其中一次就是围绕被称为神奇的“点金术”展开的。因为美国、德国等西方国家惊异于前苏联在军事、工业等方面的创造能力，他们把创造这种奇迹的神秘武器称为“点金术”，可结果强大的克格勃使欧美国家只能望“术”兴叹。 , I/ O0 k1 W# [3 S& a: F
这种神奇的“点金术”就是当前世界上著名的发明问题解决理论，被简称为TRIZ理论，它是由前苏联发明家G.S.Altshuller在1946年创立的，TRIZ就是“发明问题解决理论”的俄语缩写，后来Altshuller被尊称为TRIZ之父。G.S.Altshuler及其领导的一批研究人员，自1946年开始，花费1500人/年的时间，在分析研究世界各国250万件专利的基础上，创立了发明问题解决理论。
$ Q' `) ~+ V( b 在前苏联，TRIZ方法一直被作为大学专业技术必修科目，且已广泛应用于工程领域中。80年代中期前，该理论对其他国家保密，80年代中期，随一批科学家移居美国等西方国家，逐渐把该理论介绍给世界产品开发领域，对该领域已产生了重要的影响。随后TRIZ的研究与实践得以迅速普及和发展，西北欧、美国、日本、台湾等地出现了以TRIZ为基础的研究、咨询机构和公司，一些大学将TRIZ列为工程设计方法学课程。经过半个多世纪的发展，如今TRIZ理论和方法已经发展成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的理论和方法体系，它工程实用性强，并经过实践的检验，如今它已在全世界广泛应用，创造出成千上万项重大发明，为众多知名企业取得了重大的经济效益和社会效益。 ) f$ X0 ?1 E" ?7 P
——40个发明原则——
1、分割 ' z9 I7 i" s/ P1 c9 H
a. 把一个物体分成几个独立的部分。
b. 把物体分成几块，变成可组合的。
c. 提高物品的分割程度，增加物品的自由度。 $ |5 U* K' m( i, n
实例：组合式家具；模块化计算机组件；可折叠木尺；花园里浇水的软管可接成任意长度。
2、抽取 , Y. e' g8 P. Q2 ?" `' a4 a6 u
a. 从一个物体上抽取（去除或分割）有问题的部分。 Z% j( r$ O5 n% U
b. 仅仅抽取有用的部分。 ; S" T, `5 U, V! N4 {' r; [3 q8 F
实例：用收录机播放出刺激小鸟飞离机场的声音（从鸟的叫声中分离出的声音）。
3、改变局部品质 4 h/ [; j4 p- c- v9 j: H& X. _/ a1 V
a. 从同一物体或外部环境的相同结构向不同结构过渡。 + c, }; k8 p5 A: M3 ?
b. 让物体的不同部分承担相同的功能。
c. 把物体的每一部分都置于最易发挥作用的条件下。
实例：采煤时为了抑尘，在钻机上装有喷射水雾的部件，水滴越小抑尘作用越大，但水雾妨碍了钻机的工作，解决方法是在水雾周围再加一层厚的水雾；带橡皮的铅笔。 . L% P3 D9 L" k* X) M4 O
4、非对称
a. 用不对称的物体代替对称的物体。 6 G* }0 M/ I/ j: f* [ _% e) j
b. 如果物体已不对称，加大不对称的程度。 2 r# F5 U% h: L3 {- |) @- f' J
实例：轮胎的一侧比另一侧坚硬，以抵挡路的影响；当用一个对称的漏斗卸沙时，沙会形成拱形，引起不规则流动，改用不对称的漏斗可以完全消除这个拱形现象。 5 ]1 `# K% ?& V2 u+ j1 l
5、合并
a. 合并在空间上类同的物体或有相近趋势的物体。
b. 合并在时间上类同或有相近趋势的作法。 * w# [ K( p& B9 ?, G
实例：在冻土上进行掘进作业，就要在掘进机上加一蒸汽喷嘴以解冻、软化冻结的地面。 - @" X: [: F# Z9 X
6、普遍性
a. 使物体具有多重功能，以消除对其他物体的需求。
实例：沙发从白天的沙发变成晚上的床；小货车的座位可用于坐、睡和放货。 7 s6 x- p0 E; F" g
7、嵌套
a. 让物体依次包融起来。
b. 把一个物体放在另一个物体的空腔中。 1 K9 a: U/ M& `6 e
实例：重叠天线；叠起的椅子；铅芯存于笔内的自动铅笔。
8、平衡力 . U! u6 ~1 /( q# m) U
a. 把一个带有上升力的物体和一个重物组合在一起以抵消重物的重量。 : p! j1 U; R# A: f) g. e" j& I
b. 通过环境提供的空气动力或水动力来平衡物体的重量。
实例：水翼船；有后翼的赛车以增加向下的压力。
9、预先施加反作用力 7 n8 p/ z2 Q. H3 p4 A+ ?
a. 预先施加反作用力。
b. 物体在承受张力或要承受张力的情况下，就预先施加一个压力。 ( J" C _. ]. z3 H5 d' Q! V$ J+ e6 |
实例：预应力混凝土楼板或柱子；预应力轴是由几个预先扭转特定角度的管子组成。 7 T3 /( z9 |' s6 L+ M
10、预先施加作用力 , a5 @! w; N/ g2 y, ]
a. 预先施加上所有或部分所需的作用力。 # Z4 R# x7 J& P9 V
b. 把物体预先置于合适的状态，使其能及时地发挥作用，以免浪费时间。
实例：利用刀刃前使钝的部分先锋利（磨刀不误砍柴工）；瓶中的橡胶粘结剂很难干净、均匀的使用，但如制成带状，就可以容易地使用适当的数量。
11、预防措施 " c1 c8 s6 B& x I, g
a. 预先采取相应的措施以抵减相对低的可靠性。 ) C4 c; Z3 |8 |" W/ J0 M
实例：商品上粘上特殊磁条来防盗，为使顾客把已付钱的商品带出店，收款员将磁条消磁。
12、等势原则 ; d' w( r [. |% H+ {$ ?
a. 改变工作条件使物体不必被提升或降低。
实例：汽车修理改为在坑中工作（昂贵的升降机不用了）。 1 K: J+ F u$ z; O
13、逆向思维 3 a" I" ?6 M5 J
a. 对于一些特定问题的处理方法，可以用反向操作法。
b. 让物体的移动部分或外部环境停下来，而让不动的部分动起来。 1 u' Z r- S u4 ^
c. 让物体上下颠倒。
实例：通过物体震动摩檫来清洁部件，而不是用研磨粉。
14、曲面化 " r/ ~3 N- E0 ^
a. 用曲线或曲面替换直线或平面，用球体替代立方体。
b. 使用圆柱体、球体或螺旋体。 : m% Q' t2 Y. p9 u' G
c. 用旋转运动来代替直线运动；利用离心力。 / M/ V8 t, b9 e
实例：计算机鼠标利用一个球体把X和Y两个轴向运动转化为向量。 # V6 G' {# F$ V4 K( T: e) w
15、动态化 " ^3 @+ L8 g& `* [/ l" y& j2 T
a. 在物体变化的每个阶段让物体或其环境自动调整到最优状态。
b. 把物体分成几个元素，使各元素间可以相互转换。 ; f9 h. O' `4 } w0 y) D: n
c. 物体不动则让其动起来，反之亦然。 . j4 /* g, i+ /
实例：可以灵活转动灯头的手电筒；圆柱形的运输工具；为方便装卸，把容器设计成两个铰接半圆柱形。
16、近似化
a. 若难以得到100%的要求效果，或多或少的完成一些就可以极大简化问题。
b. 根据实际情况让物体变大或变小来最大程度地简化问题。 : v! y& K1 u Y0 z- q1 Y
实例：用沉浸法油漆一个圆柱体侧壁时，油漆会很均匀，但会产生底面上漆的现象，解决方法是让圆柱体旋转起来进行油漆；要让金属粉末均匀的充满一个容器，就让一系列漏斗排列在一起以达到近似均匀的效果。
17、一维变多维
a. 在直线上沿两维运动物体以解决问题，类似地，若沿三维运动，就可以解决在平面上移动的问题。 ( b) p0 V. l. `* {9 ]! J
b. 用多层装配体来替换单层装配体。
c. 倾斜物体或把物体翻转到一侧。
实例：花房朝北的区域加上一个反射镜来加强此区域白天的光照效果。 _1 v4 }6 _" ?/ w: H! o
18、机械振动
a. 使物体振动起来。 ' n e6 Z1 ], ` ~8 c
b. 如果已存在振动，就加大振动频率，甚至达到超音速。
c. 利用共振。
d. 用压电振动代替机械振动。
e. 把超声振动与电磁场结合起来。 ; M& ]5 b/ O7 K7 ~# Y- G
实例：要切除体内的结石而又不伤及皮肤，就可以用超声刀来代替手术刀；通过振动铸模来提高填充效果和零件质量。
19、周期性作用
a. 变持续性作用为周期性（脉冲）作用。 ( N* n6 }, N/ q6 w# z
b. 如果作用已经是周期性的，就改变其频率。 3 {. J8 J8 s/ [
c. 在脉冲中套脉冲以达到其他效果。 2 g5 C0 N, T/ V1 V$ H
实例：用冲击板手拧松一个锈蚀的螺母时，就要用脉冲力而不是持续力；报警灯使用脉冲方式比其他方式效果更好。
20、有效作用的持续 2 s( a; ]: w* _
a. 对一个物体所有部分施加持续有效的作用。
b. 去掉闲置的、无用的中间行为。 8 w& ~% z$ b+ s+ ~4 /
实例：带有切削刃的钻头可以进行正反向的切削。 4 M$ a- a8 F; m/ l' N5 A8 /
21、急速冲过
a. 以非常快的速度完成有害的或危险的工作。
实例：在切断管壁很薄的塑料管时，为防止塑料管变形就要使用极高速运动的切割刀具，在塑料管未变形之前完成切割。
22、变害为利 2 L6 U$ v" _6 B+ S" i
a. 用环境的有害因素或影响获得一个有益的效果。 . F. @% |! S* g. O
b. 把一种有害因素与另一种有害因素联合起来可以消灭有害因素。
c. 增加有害因素的数量直至它停止为害。
实例：在冰冷的天气条件下运输沙子会使其结块，那就用深冷的方法（液氮）使冰破碎，沙就好传送了；当用高频电流加热金属时，只能使外层加热，这个负面影响被用于表面加热。 " ?0 _- V+ X1 n; H
23、反馈 7 ^# /- H, Z$ M- d+ L: U
a. 引入反馈。 5 [. k$ A2 r1 g1 J s
b. 如果反馈已经存在，则反转它。 l; e2 j# o7 C: d( a: Q
实例：水箱中的水位偏低就由一个传感器测出并控制电机向水箱泵水；要把冰水混合后的重量控制好，由于冰的重量难以分配准，就要先测冰的重量，然后把冰的重量反馈给水控制设备而得到精确的结果。 8 j* h& V* @6 |( Z
24、中介物 9 M2 a2 Y, m3 f0 K9 n" O
a. 引入中间物来传输或承载作用。
b. 暂时把一个物体和另一个易于移动的物体连接起来。 : N6 B* C/ D: k+ u8 }
实例：当利用电流使金属成液态时，为减少能量损失，就用冷电极和具有较低熔融温度的金属作为中间物。
25、自我服务 ( f6 v! X* |) Q
a. 使物体具有自我服务的功能并带上附助物和维修的作用。
b. 利用废弃物和剩余能量。
实例：为防止镀层磨损后要磨料来研磨，就在其表面放上研磨材料；对于电焊枪，焊条的进给是通过一个特殊的装置来控制的，为了简化系统，焊条是由通过一个螺线管由焊接电流来控制。 / T6 c, v! G' n, N4 D2 D: A4 /
26、复制
a. 用简单的便宜的物体代替复杂、昂贵、易坏或使用不便的物体。
b. 将物体的影像复制下来去替换物体，并可进行放大和缩小。 0 H$ r, L% }* s
c. 如果物体的光学影像已经存在，就用红外或紫外影像去代替它们。 9 A! l) X0 R1 G4 K8 F' X; ^% c
实例：测量高的物体时，可以通过测量其影子长度计算出来。 3 h# V+ h2 Q+ [( b- b% y- f2 p3 a
27、一次性用品
a. 用便宜、寿命短、可丢弃的物品替换昂贵、寿命长的物品。
实例：纸尿布；由烤制的塑料管制成的一次性鼠夹，老鼠通过锥形口进入鼠夹。 6 F* S( v5 h, X! |/ J
28、机械系统的替代 , Y5 J1 s5 E3 J" K% e
a. 用声学、光学、嗅觉系统替换机械系统。
b. 用电、磁或电磁场的共同作用。 ! V- Q8 m" ^$ /. w7 F6 ^
c. 场的变换，如固定的场代替移动的场，固定的场代替随时间变化的场，带有结构化作用场的随机作用场，利用铁磁粒子相关连的作用场。 ( [) t3 D9 t7 ?4 _
实例：为增加金属和塑料的粘结力，***过程在电磁场中进行。
29、利用气动或液压结构
a. 用气体或液体替换物体的固体部分，这些部分可以用气体或液体进行膨胀，也可用气体或液体做垫子。 % K- B( p. u: w& Z9 o- /; f
实例：为增加工业烟囱的效率，安装带喷口的螺旋路，当空气流过喷口时形成一层气流，以减少阻力；在运输易碎产品时，就要使用有气泡的包装或泡沫材料。
30、利用隔膜或薄片
a. 用隔膜或薄片代替传统结构。 $ D) g2 M8 c) I5 [" v; z: r
b. 用隔膜或薄片把物体与其环境隔离开。 + u" d. E8 a- D$ c/ P }; z
实例：为防止水从植物的叶片上蒸发，在叶片上喷涂一种聚乙烯材料，凝固以后就会在叶片上形成一层保护膜，它既秀气又防水。 + D7 ^0 K& j. r3 q, I4 c( t
31、利用多孔材料 ' y% U. S( g6 J& U
a. 使物体多孔或在其表面、内部等区域加上多孔材料。 8 P& y* A5 U6 B
b. 如果物体已经是多孔的，就预先用其他材料把孔填上。 5 k, W! w3 {7 }* o
实例：冷却机械中的一些零件就采用多孔材料，里面充满了冷凝剂，机械启动时冷凝剂蒸发，以达到短时有效的冷却效果。
32、改变颜色
a. 改变物体或周围环境的颜色。 + K) G3 r1 `5 T0 D/ E3 I
b. 改变物体或周围环境的透明度。 $ V* a& ~# A& o" i7 Q
c. 用带色的添加剂观察难以看到的物体或过程。
d. 若已用了带色的添加剂，就使用发光追踪剂。
2 l 实例：用透明绷带可以随时检查伤口而无需拆下绷带；轧钢时用水幕来阻止钢铁产生的红外线对工人的伤害，但同时它也阻挡了可见光，为了让工人既能看到轧钢情况又不受伤害，于是就在水中加入颜料让它过滤红外光，而保持可见光的透光性。 $ f7 D* I9 x1 s
33、同类性 " G2 |' Z3 K4 Y" P# V! B: _+ J' i
a. 在相同的材料或相近的材料中，把那些具有相互作用的基本对象提取出来。
实例：用于研磨的进料器的表面用同种材料制成，它能恢复表面原状而进料器不被磨损。
34、抛弃与再生 / L# I) Z. x3 q( ~# B# a. M
a. 当零件完成其功能或无用时，就放弃它或修改物体的一部分。
b. 当物体要耗尽时，马上恢复其功能。
实例：子弹射出后，弹壳就被抛掉；火箭助推器在完成使命后脱离。
35、改变物体的物理和化学状态
a. 改变物体的聚合状态、密度分布、灵活度或温度等。 : S/ H- c G9 s ~% P( M( X
实例：在脆性材料的连接中，螺钉的表面要用弹性材料并配上两个弹簧。 2 x/ G; T; b- U0 j, c8 v
36、利用相变
a. 充分利用相变时物理化学性质变化的现象，如吸收或释放热量时物体体积会发生变化。
实例：为控制管子的膨胀，把它充满水后冷冻起来。
37、利用热膨胀 0 v+ E, U! G) }! x
a. 利用材料的膨胀和收缩。
b. 利用不同热膨胀系数的材料。 ) Y7 x+ n7 j3 O7 z
实例：为了控制温室房顶窗户的开闭，在窗户上安装双金属盘，温度改变时，金属盘发生变形使窗户打开或关闭。 * [- k; r1 J; m. E) i. u
38、增加氧的浓度
a. 用压缩空气代替普通空气。 $ G+ A" t3 y- _, A
b. 用纯氧替换压缩空气。
c. 用电离辐射对空气中或氧气中的物体进行处理。
d. 用电离氧气。 8 f# _2 b- P; z' g: @6 [4 j& U
实例：为让火炬放出更多的热量，就要向火炬充氧。
39、利用惰性环境 1 r* b# V& |% /
a. 用惰性环境替换普通环境。 & ~) D) M4 b$ O, a# /; K i
b. 在真空中进行处理。 9 C+ h: A+ A/ N {' w
实例：为防止棉花在仓库中着火，就向仓库中充惰性气体。
40、利用复合材料 1 p$ p) B% I5 x
a. 用复合材料代替单一材料。 ( l$ ~+ V/ u. ?' a
实例：为增加强度减轻重量，***飞机的机翼是用塑料和碳纤维组成的复合材料做的。