第四章 40个发明创新原理及其应用

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40个发明创新原理及其应用第一节第二节第三节

发明创新原理的由来发明创新原理及应用明创新原理使用窍门

第一节

发明创新原理的由来

创新原理是建立在对上百万份发明专利分析的基础上，蕴含了人类发明创新所遵循的共性原理，是对人类解决创新问题共性方法的高度概括和总结。在人类发明创造的历史进程中，相同的发明问题以及为了解决这些问题所使用的创新原理，在不同的时期、不同的领域中反复出现，也就是说，解决创新问题的方法是有规律可循的。如果一个发明原理融合了物理、化学等科学，那么该原理将超越领域的限制，就可应用到其他行业中去。由此可见，如果跨行业间的技术能够充分的交流，就可以尽早的开发出优化的技术。因此创新原理作为符合客观规律的方法学，必然会具有普适意义，必然会在发明创新过程中得到实际的应用。

第一节

发明创新原理的由来

阿奇舒勒通过对大量发明专利的分析、研究和总结，发现了蕴含在这些发明创新现象背后的客观规律，提炼出了TRIZ理论中最重要的、具有普遍用途的40个发明创新原理，将创新的理论展现在世人面前，从此让创新过程有了方法学的引领。40个发明创新原理开启了一扇解决发明问题的天窗，将发明从魔术推向科学，让那些似乎只有天才才能从事的发明工作，成为一种人人都可以从事的职业，使原来认为不可能解决的问题可以获得突破性的解决，是用于解决冲突问题的行之有效的方法。如果我们掌握了这些原理，不仅可以提高发明的效率、缩短发明的周期，而且能使发明问题更具有可预见性。

第一节

发明创新原理的由来

当前，40个发明创新原理已经从传统的工程领域扩展到微电子、医学、管理和文化教育等领域，这些发明原理的广泛应用，产生了大量的发明专利，强力地推动着人类文明的进展。学习并掌握这40条发明创新原理，对于解决生产、生活和科研中遇到的各种问题，有着重要的启示和神奇的促进作用。

第二节

发明创新原理及应用

在对全世界专利进行分析研究的基础上，TRIZ理论提出了40条发明创造原理，见表4-1。表中每条原理的前面有一个序号，此序号与下一章将要介绍的阿奇舒勒冲突矩阵中的号码是相对应的。实践证明，这些原理对于指导设计人员的发明创造具有非常重要的作用，下面结合工程实例对每条发明创造原理进行详细的介绍。

一、分割原理(1)把一个物体分成相互独立的部分 (2)把物体分成容易组装和拆卸的部分

。 (3)增加物体相互独立部分的程度。例4-1 可拆卸铲斗唇缘设计(见图4-1)。

第二节

发明创新原理及应用

挖掘机铲斗的唇缘是由钢板制成的，只要它的一部分磨损或损坏，就必须更换整个唇缘。这是一项既费力又费时的工作，而且挖掘机也不得不停止工作。可使用分割原理来解决这一问题，将唇缘分割成单独可分离的几部分。这样，可以快速方便地将毁坏或磨损的部分更换。

二、分离原理(1)将一个物体中的“干扰”部分分离出去 (2)将物体中的关键部分挑选或分离出来如在飞机场环境中，为了驱赶各种鸟类，采用播放刺激鸟类的声音是一种方便的方法，这种特殊的声音使鸟与机场分离;将产生噪声的空气压缩机放于室外。

第二节

发明创新原理及应用

三、局部质量原理

(1)将物体或环境的均匀结构变成不均匀结构。 (2)使组成物体的不同部分完成不同的功能 (3)使组成物体的每一部分都最大限度地发挥作用。如带有橡皮的铅笔，带有起钉器的榔头。瑞士军刀带有多种常用工具，如小刀、剪子、起瓶器、螺丝刀等;电缆电视集电话、上网和电视功能于一体。该原理在机械产品进化的过程中表现得非常明显，如机器由零部件组成，每个零部件在机器中都应占据一个最能发挥作用的位置。如果某零件未能最大限度地发挥作用，则应对其进行改进设计。

第二节

发明创新原理及应用

例4-2 非圆齿轮传动机构与齿轮传动相比，具有实现非匀速比传动的特点，即当主动齿轮做匀速转动时，被动齿轮做变速运动，如图4-2所示。在此，通过齿轮结构的不均匀变化，满足了工作中提出的变速比要求。

四、不对称原理(1)将物体的形状由对称变为不对称 (2)如果物体是不对称的，增加其不对称的程度例4 -3考虑到外形美观，电动机和发电机的底座一般都设计成对称的形状。但是，因为它们需要旋转，左右底座所承受的载荷是不对称的。为了减少机器的质量，节约材料，不翻转部件所对应的底座可以设计得小一些，能支持它们实际上所必须承受的载荷就可以了，如图4-3所示。

第二节五、合并原理

发明创新原理及应用

(1)在空间上将相似的物体连接在一起，使其完成并行的操作 (2)在时间上合并相似或相连的操作。例4-4 在运输过程中，先用纸将玻璃片隔开，然后用纸片将其保护好放到一个木箱子里。尽管有这些预防措施，但是也经常发生玻璃破损的事件。为了减少玻璃的破损，可以将玻璃

当做一个固体块运输，而不是让它们处于分离状态。每片玻璃上都涂上一层油(见图4-4),然后将玻璃片粘在一起形成一个玻璃块，比起每片玻璃来说，玻璃块的强度要大很多。测试表明，即便将玻璃块从2 m高的地方丢下，造成的损失也很小;相反的，一般的运输方法将会有一半多的玻璃受到不同程度的损伤。

第二节六、多用性原理

发明创新原理及应用

使一个物体能够完成多项功能，可以减少原设计中完成这些功能所需物体的数量。如装有牙膏的牙刷柄;能用做婴儿车的儿童安全座椅;小型货车的座位通过调节可以有时实现坐、躺、支撑货物等多种功能。

七、嵌套原理(1)将一个物体放在第二个物体中，将第二个物体放在第三个物体中，按照这种方式一直再进行下去。 (2)使一个物体穿过另一个物体的空腔。如收音机伸缩式天线;伸缩式钓鱼竿;伸缩教鞭;笔筒里放有铅芯的自动铅笔。

第二节

发明创新原理及应用

八、质量补偿原理

(1)用另一个能产生提升力的物体补偿第一个物体的质量。 (2)通过与环境相互作用产生空气动力或液体动力的方法补偿第一个物体的质量。如在圆木中注入发泡剂，使其更好地漂浮;用气球携带广告条幅。例4 -5 具有球形重物的速度调节器常被用来调节回转速度(图4-5) 。通过减小零件的尺寸(或零件质量)来改进传统设计。比如:速度调节器上的球形重物可以改作成机翼形，这样就会增加调节器的提升力。

九、预加反作用原理

(1)预先施加反作用，用来消除不利影响。

第二节

发明创新原理及应用

(2)如果一个物体处于或将处于拉伸状态，应预先增加压力。例4 -6 用割草机修剪的草坪不是很平整，因为草有一定的硬度，而且割草机工作时其刀片接触到了即将要割的草，使草向前倾斜，这样就会使草在不同的高度上被修剪。当然修剪的草坪就会参差不齐(见图4-6)。为了得到平整的草坪，新设计的割草机有一个专用部件，可以在即将修剪的草上预加反作用力，使其向前倾斜，由于草具有一定的硬度，所以被释放后能产生足够的内部惯性力，使其反弹回来，这样割草机的刀片接触到的草就是直立的草，所有的草都是在同一垂直高度上被修剪，所以修剪的草坪就会很平整。

十、预操作原理

(1)在操作开始前，使物体局部或全部产生所需的变化。

第二节

发明创新原理及应用

(2)预先对物体进行特殊安排，使其在时间上有准备，或已处于易操作的位置。例

4-7 预着色(见图4-7)。代替手工用刷子对塑料件进行着色，其中一种方法是机械着色。建议应用预操作原理与合并原理来改善着色过程。在分开的铸模的孔洞中预先加染料套(甚至预先将染料注入塑料中)。普通的印刷油墨(具有成型胶片样的流动性)就可以这样应用。合模后注入塑料。零件的颜料具有较好的豁附性，因为颜料扩散到了表面内部。

十一、预补偿原理

采用预先准备好的应急措施补偿可靠性相对较低的物体。如飞机上的降落伞，航天飞机的备用输氧装置。

第二节

发明创新原理及应用

例4-8 汽车安全气囊(见图4-8)。如果碰撞发生在车前部，安全带可以保护驾驶员。然而，安全带对侧面碰撞不起作用。建议使用侧面安全气囊紧缩的气囊放在座位的后面。侧面碰撞时，气囊因充气而膨胀，这样可以避免乘客受伤。

十二、等势性原理改变工作条件，使物体不需要被升起或降低。如与冲床工作台高度相同的工件输送带，将冲好的零件输送到另一工位。例4-9 汽车旋转装置(见图4-9)。如果要到汽车下面修理汽车，汽车必须停放在敞开的隧道上，或固定到液压平台上。而且进行修理时，机修工必须在头顶上操作，这样既不方便也不安全。

第二节

发明创新原理及应用

建议使用等势原理，将汽车固定在一个环形的旋转装置上，这样汽车就能够随意旋转甚至可以倒置，从而很好地改善了修理条件。

十三、反向原理(1)将一个问题中所规定的操作改为相反的操作。 (2)使物体中的运动部分静止，静止部分运动。 (3)使一个物体的位置倒置。如为了拆卸处于紧配合的两个零件，采用冷却内部零件的方法，而不采用加热外部零件的方法;机械加工中使工件旋转，而使刀具固定;为了有效地训练运动员，可以使用健身器材中的跑步机;通过将一个部件或机器总成翻转，以便于安装紧固件。

第二节

发明创新原理及应用

十四、曲面化原理

(1)将直线或平面部分用曲线或曲面代替，立方体用球体代替 (2)采用辊、球和螺旋 (3)用旋转运动代替直线运动，采用离心力。例4-10 当土豆收割机的滚筒运动时，它的形状会和变化的地面始终保持相应的一致(见图4-10) 。滚筒可以成为一个旋转的双曲面体，这个双曲面由两个直立的盘子组成，用木棍通过圆周上的点互相连接起来。两个盘子可以相对旋转，通过机械轴可以将这两个盘子和收割机连接起来。当盘子相对旋转时，滚筒外部的轮廓就会随着地形的改变而改变。

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第二节

发明创新原理及应用

十五、动态化原理

(1)使一个物体或其环境在操作的每一阶段自动调整，以达到优化的性能。 (2)把一个物体划分成具有相互关系的元件，元件之间可以改变相对位置。 (3)如果一个物体是静止的，使之变为运动的或可变的。例4 -11 螺旋角可变的螺杆输送机(见图4-11)。传送矿物或化学药品之类的松散材料，传统的装置是螺杆输送机为了更好地控制材料的输送速度和相对于不同密度的材料进行调节，希望输送机螺杆的螺旋角是可调的。建议使用变参数原理和动态原理设计输送机。螺杆的表面使用如橡胶之类的弹性材料制成。两个螺旋弹簧控制螺旋的形状。弹簧沿着旋转轴的伸长/压缩可控制螺杆的螺旋角，从而控制松散材料的传送速度。

第二节

发明创新原理及应用

十六、未达到或超过的作用原理要想100%达到所希望的效果是困难的，而稍微未达到或稍微超过预期的效果将大大简化问题。如缸筒外壁需要刷涂料时，可将缸筒浸泡在盛涂料的容器中完成，但取出缸筒后，其外壁粘涂料太多，通过快速旋转可以甩掉多余的涂料。

十七、维数变化原理(1)将一维空间中运动或静止的物体变成二维空间中运动或静止的物体，将二维空间中的物体变成三维空间中的物体。 (2)将物体用多层排列代替单层排列。 (3)使物体倾斜或改变方向。如自卸车。

第二节

发明创新原理及应用

(4)利用给定表面的反面。如叠层集成电路。例4-12 矿车进入垂直面(见图4-12)。当空矿车和负载矿车在矿井中需要对调时，通过增加隧道宽度来解决是不理想的。因为隧道宽度的增大会使隧道顶部安全性降低。建议应用维数变化原理、动态原理和分离原理来解决。可以通过垂直面来重新排列矿车，如图4-12所示将空车抓到负载车的上面，负载车向前行，在合适位置将空车放下。这样矿车队列变得更为动态化，此过程中所有矿车就像一堆纸牌一样易操作。通过这种方法，可以大大改善矿井工人的安全。

十八、振动原理(1)使物体处于振动状态。如电动雕刻刀具具有振动刀片、电动剃须刀。 (2)如果振动存在，增加其频率，甚至可以增加到超声。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/uyxq.html

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