物理矛盾的解决

（1）物理矛盾的概念及描述。

TRIZ理论中，当系统要求一个参数向相反方向变化时，就构成了物理矛盾。例如，系统要求温度既要升高，也要降低；质量既要增大，也要减小；缝隙既要窄，也要宽等。这种矛盾的说法听起来也许会觉得荒唐，但事实上在多数工作中都存在这样的矛盾。例如现在手机制造要求整体体积设计得越小越好，以便于携带，同时又要求显示屏和键盘设计得越大越好，便于观看和操作，所以对手机的体积设计要求具有大、小两个方面的趋势，这就是手机设计的物理矛盾。

一般来说，相对于技术矛盾，物理矛盾显得更加尖锐和明显，并且技术矛盾的存在往往隐含着物理矛盾，有时物理矛盾的解决比技术矛盾的解决更容易，如表4.7所示。如果最终能够准确确定物理矛盾，那么该问题就能够较为容易地解决。在解决实际创新设计问题时，应当努力把问题中所面临的物理矛盾和技术矛盾分析清楚，然后运用相应的解决原理和方法，对症下药，一一解决，最终获得问题的最优解。

表4.7　物理矛盾和技术矛盾的主要区别

物理矛盾一般来说有两种表现：一是系统中有害性能降低的同时导致子系统中有用性能的降低；二是系统中有用性能增强的同时导致子系统中有害性能的增强。对于物理矛盾的解决，TRIZ提供了空间分离、时间分离、条件分离、整体与部分分离四种分离原理。

（2）分离原理1——空间分离。

对同一个参数的不同要求在不同的空间实现，就是进行空间隔离。

如何实现空间分离？可用分割原理、抽取原理、局部质量原理、嵌套原理、增加不对称性原理、一维变多维原理，等等。如水杯用杯垫隔离（内热、外凉）、声呐探测器置于船后千米之外（相互不干扰）、分体式空调（向外散热）等。空间分离原理的运用如图4.61所示。

图4.61　空间分离原理的运用

（3）分离原理2——时间分离。

对同一个参数的不同要求在不同的时间段实现，就是进行时间隔离。

如何实现时间分离？可用动态特性原理、抛弃或再生原理、预先作用原理、预先反作用原理、事先防范原理，等等。如可折叠式雨伞（用时撑开，不用时缩小）、可折叠式飞机机翼（用时增加升力，不用时减少空间）等。时间分离原理的运用如图4.62所示。

图4.62　时间分离原理的运用

（4）分离原理3——条件分离。

对同一个参数的不同要求在不同的条件下实现，就是进行条件隔离。

如何实现条件分离？可用复合材料原理、多孔材料原理、改变颜色原理、局部质量原理、周期性作用原理、空间维数变化原理等。

如　跳水运动员保护系统：

水——跳水时（速度快）——硬的（障碍物）

——玩水时（速度低）——软的（柔软物）

打磨钢管内部：

状态——打磨时——刚性材料（固态）

——冲洗时——柔性材料（液态）

条件分离原理的运用如图4.63所示。

图4.63　条件分离原理的运用

（5）分离原理4——整体与部分分离。

将对同一个参数的不同要求在不同的系统级别（超系统或子系统）上实现，就是进行层次隔离。

如何实现系统级别分离？可用分割原理、组合原理、同质性原理、等势原理等。

如《水浒传》中卢俊义的藏头诗：

芦花丛里一扁舟，

俊杰俄从此地游，

义士若能知此理，

反躬逃难可无忧。

图4.64为卢俊义。

图4.64　卢俊义

（6）案例分析。

①问题情景描述。

在建设城市交通网络时，必然遇到交叉的十字路口，使人左右为难——道路应该有十字路口，以便让车辆驶向目的地；同时道路又不得有十字路口，以避免车辆相撞。由此，同一事物产生两种不同的需求，这是一个典型的物理矛盾。那么，怎样设计十字路口才能兼顾两个方面的需求呢？让我们看看如何利用分离原理来解决这个问题。图4.65为某城市交通图。

图4.65　某城市交通图

②解决问题方案。

运用空间分离原理解决，如采用高架桥（立交桥）、地下通道来消除十字路口。如图4.66所示。

图4.66　空间分离原理解决实例

运用时间分离原理解决，如十字路口设置红绿灯，或者交警现场指挥，让车辆分时通过，互不相撞。如图4.67所示。

图4.67　时间分离原理实例

运用条件分离原理解决，如在十字路口中心使用转盘，四个方向的车流到达路口后，均进入转盘，形成减速和分流。其遵循的条件是，遇到该去的路口就右转弯，否则就逆时针绕着转盘行驶。或采用“平面立交”方式。如图4.68所示。

图4.68　条件分离原理实例

运用级别分离原理解决，如将十字路口设计成两个丁字路口，延缓一个方向的行车速度，加大与另一个方向的避让距离。如图4.69所示。

图4.69　丁字路口级别分离原理实例

通过上文分析可知矛盾分析的重要性。首先，矛盾分析是TRIZ的一个重要支点。一方面TRIZ不回避矛盾，而是积极发现和准确地定义矛盾，以矛盾为突破口着手解决问题；另一方面TRIZ不折中处理矛盾，而是求得矛盾双方能同时改善实现“双赢”。其次，TRIZ理论认为技术系统存在技术矛盾和物理矛盾两类矛盾。技术矛盾是两个参数之间的改善与恶化的矛盾，而物理矛盾是一个为满足参数自身需求正向与反向的矛盾，前者用创新原理解决，后者用分离原理解决，但分离原理的落脚点还是创新原理。两类矛盾既区别又关联，并且可以相互转化。最后，创新原理是解决技术发明最基本的方法和规律，在实际生活中可以大量运用。TRIZ通过39个通用工程参数构建的矛盾矩阵提供了解决技术问题最常见的创新原理，可以采用类比的方式提出解决实际问题的可行方案。