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技术矛盾与矛盾矩阵

时间:2023-08-09 百科知识 版权反馈
【摘要】:一、技术矛盾当系统的某个特性或参数得到改善时,常常会引起其他特性或参数劣化,这种矛盾称为技术矛盾。例如,针对宇宙飞船的质量和尺寸的矛盾,其质量和尺寸分别对应矛盾矩阵中“运动物体的质量”和“运动物体的长度”(恶化的)两个技术参数。

一、技术矛盾

当系统的某个特性或参数得到改善时,常常会引起其他特性或参数劣化,这种矛盾称为技术矛盾(Technical Contradictions)。

通俗来讲,技术矛盾是指系统中的问题至少由两个相互制约的参数导致,其中一个参数的改善会导致另一个参数变坏。这就像天平的一端翘起,另一端必然下沉一样。

【电脑重量与电池使用时间】

笔记本电脑为了便于随时随地使用,最好在没有外接电源的情况下可以用很长时间,这就需要有强大的电池提供足够的电能,由此会导致笔记本电脑变重,出现了笔记本电脑重量与电池使用时间之间的技术矛盾。解决该矛盾的目标,是笔记本电脑既要轻,又要有足够长的电池使用时间。

【宇宙飞船的质量和尺寸】

将宇宙飞船送入太空时,希望飞船的质量越小越好,因为这将更加容易运载,同时成本也会降低。但若要减小宇宙飞船的质量,势必要缩小其尺寸,宇宙飞船的搭载能力就会受到影响。因此飞船的质量和尺寸之间就产生了矛盾。解决该矛盾的目标是宇宙飞船质量要轻,又要确保其具有足够的空间尺寸。

技术矛盾通常体现为系统中两个子系统间的矛盾冲突,其表现形式如下:

(1)一子系统有用功能的建立,导致另一子系统有害功能的产生或增强;

(2)一子系统有害功能的消除,导致另一子系统有用功能的损坏;

(3)一子系统有用功能的增强或有害功能的降低,导致另一个子系统或全系统变得更加复杂,产生无法接受的并发症。

二、通用工程参数与矛盾矩阵

1.39个通用工程参数

阿奇舒勒发现,大量专利都是在不同的领域上解决某些通用的工程参数间的冲突与矛盾,这些矛盾不断出现,又不断被解决。而不同领域的技术矛盾,表现为仅有39个通用工程参数在彼此相对改善与恶化。通过39个通用工程参数,可把实际工程设计中的技术矛盾转化为标准的技术矛盾。

39个工程参数的名称及意义见表4-3,其中运动物体(Moving objects)是指自身或借助于外力可在一定的空间内运动的物体;静止物体(Stationary objects)是指自身或借助于外力都不能使其在空间内运动的物体。

表4-3 39个通用工程参数

(续表)

(续表)

为了应用方便,上述39个通用工程参数可分为如下三类:

(1)通用物理及几何参数:1~12,17~18,21;

(2)通用技术负向参数:15~16,19~20,22~26,30~31;

(3)通用技术正向参数:13~14,27~29,32~39。

注:负向参数(Negative parameters):指这些参数变大时,使系统或子系统的性能变差。如子系统为完成特定的功能所消耗的能量(19~20)越大,则设计越不合理。

正向参数(Positive parameters):指这些参数变大时,使系统或子系统的性能变好。如子系统可制造性(32)指标越高,子系统制造成本就越低。

2.矛盾矩阵

TRIZ将技术矛盾冲突与冲突解决原理组成一个由39个改善参数与39个恶化参数构成的矛盾矩阵(Interactive TRIZ Matrix),矩阵的横轴表示希望得到改善的参数,纵轴表示引起恶化的参数,横纵轴各参数交叉处的数字表示用来解决系统矛盾时所使用创新原理的编号,这就是著名的矛盾矩阵,参见表4-4。创新原理共有40个,详见本书§4.3中的表4-5。

表4-4 矛盾矩阵表(部分)

阿奇舒勒矛盾矩阵为问题解决者提供了一个可以根据系统中产生矛盾的两个工程参数,从矩阵表中直接查找化解该矛盾的创新原理来解决问题。

例如,针对宇宙飞船的质量和尺寸的矛盾,其质量和尺寸分别对应矛盾矩阵中“运动物体的质量”(要改善的)和“运动物体的长度”(恶化的)两个技术参数。矛盾矩阵在上述两参数的交叉处向我们提供了四个创新原理供参考,分别为15,8,29和34号创新原理,即可分别用动态化、配重、气体与液压结构、抛弃与再生,去尝试解决这一矛盾。

3.技术矛盾的解决步骤

(1)从待解决问题的描述中,试着找出需要解决的是哪一对技术矛盾;

(2)根据39个工程参数,确定需要改善的参数和随之恶化的参数,把实际工程设计中的技术矛盾转化为标准的技术矛盾;

(3)在矛盾矩阵表横轴参数与纵轴参数交叉处的方格内,找到用来解决该矛盾的创新原理的编号;

(4)按所提供的创新原理编号次序,分别尝试用相应的创新原理解决矛盾,提出具体构想,并对创新设想作可行性分析和评估;

(5)如矛盾矩阵中提供的创新原理都不适用,则重新定义矛盾和相应的工程参数,然后重复上述步骤。

【飞机引擎整流罩的改进】

在波音737飞机的引擎改进设计中,设计人员遇到了一个技术难题:引擎功率的改进需要增大整流罩的面积以使其吸入更多的空气,即需要增大圆形整流罩的直径;但整流罩直径的增大将使它的下边缘与地面的距离变小,从而会使飞机在跑道上行驶时产生危险。这样就产生了技术上的矛盾。

我们选择两个技术参数,分别为“功率”(希望得到改善的参数)和“物质的量”(恶化的参数)。对照技术矛盾解决矩阵,两个参数交叉处的创新原理为4号(不对称原理)、34号(零部件的废弃或再生)与19号(周期性动作)。

显然34号“零部件的废弃或再生”与19号“周期性动作”对本方案的改进的意义不大。最终解决方案采用4号不对称原理,其办法是将整流罩由规则的圆形改为不规则的扁圆形。这样在增大发动机功率时,就不会导致整流罩与地面的距离过小,从而消除了矛盾。

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