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干货 | 物理矛盾应用浅析

时间:2018-09-21

与技术矛盾不同,物理矛盾则是单一参数的矛盾,即在一个系统内对同一个参数具有不同的需求。其成因是为了满足某种需求,一个系统或物体应该具有某种参数特性,但为了满足别的需求,系统或物体又要具有另一种参数特性,于是产生了物理矛盾。常用解决物理矛盾的方法有空间分离、时间分离、关系分离和系统级别分离。

以下通过一个案例,帮助我们了解使用物理矛盾解决工程问题的基本思路。

案例:钢管调质处理在工业中具有广泛应用,常用工艺为外淋+内喷工艺。如下图所示:

钢管外淋+内喷淬火工艺

在调质处理时,钢管制造企业经常遇到的问题是淬火过程中钢管出现淬火裂纹,尤其在处理合金含量较高钢种时,淬火裂纹更易出现,工艺或设备运行一旦出现问题,就会造成批量废品,由于裂纹不可修复,所以造成的损失极其惨重。

究其原因是由于淬火时快速冷却,在钢管内产生较大的热应力和组织应力,当应力大于材料本身的强度极限时,就会在钢管表面产生裂纹缺陷。其中,由于管端存在有应力集中,所以一旦应力过大,很多情况下裂纹会优先在管端形成,并向管体中间迅速扩展。

此时,我们可以定义物理矛盾1

钢管冷却速度需要快,因为可以达到所需要的力学性能;

但是

钢管冷却速度需要慢,因为要避免应力过大,管端裂纹。

此时,我们判断矛盾的需求属于不同的空间,因此可以通过空间分离来解决。

生成概念方案:

管端不进行冷却或加热,管体正常冷却,此时在淬火过程中就可以减少管端应力集中的出现,从而避免管端淬火裂纹。

我们还可以定义物理矛盾2

钢管需要淬火液进行淬火,因为可以大大减少应力,减少裂纹

但是

钢管需要使用水进行淬火,因为可降低生产成本。

此时,我们判断矛盾的需求仍属于不同的空间,因此还可以通过空间分离来解决。

 

生成概念方案:

管端使用淬火液淬火,管体使用水进行淬火,从而既不明显提高成本又可避免管端应力裂纹。

通过以上案例,我们对TRIZ中物理矛盾的解题模式有了初步的认识,在TRIZ理论体系中物理矛盾工具简单易学,但却可以帮助我们解决非常复杂的工程问题,所以非常实用强大。