物理矛盾与分离原理

一、物理矛盾

当一个系统的某个参数同时具有相反的需求时，就出现了物理矛盾（Physical Contradictions）。例如，系统要求温度既要高，又要低；质量既要大，又要小；缝隙既要宽，又要窄等。

在物理矛盾中，系统的矛盾由某个参数导致，一方面要求该参数向正向发展，另一方面又要求该参数向负向发展，导致了矛盾的出现。这种矛盾看起来也许会觉得荒唐，但事实上在许多工作中都存在这样的矛盾。

【汽车的底盘设计】

为了便于加速并降低加速时的油耗，汽车的底盘应具有较小的重量。但为了保证高速行驶时的稳定性和安全性，汽车的底盘又应具有较大的重量。这种同时要求底盘既要重又要轻的情况，对于汽车底盘的设计来说就是物理矛盾，解决该矛盾是汽车底盘设计的一个关键。

【飞机机翼的设计】

为了容易起飞，飞机的机翼应具有较大的面积；但为了高速飞行，飞机的机翼又应具有较小的面积。这种既要求机翼面积大、又要求机翼面积小的情况，对于飞机机翼的设计来说就是物理矛盾，解决该矛盾是飞机机翼设计的一个关键。

物理矛盾通常有两种表现：一是系统有害性能降低的同时，导致该系统有用性能的降低；二是系统有用性能增强的同时，导致该系统有害性能的增强。

根据常用的物理参量，可将技术系统的物理矛盾分为三类：形状结构类、属性关系类、功能作用类。常见物理矛盾和相关参量参见表4－1。

表4－1　常见物理矛盾

（续表）

二、分离原理

针对系统出现的物理矛盾，可运用四大分离原理来解决。这四大分离原理分别是空间分离、时间分离、条件分离和层次分离，参见表4－2。

表4－2　解决物理矛盾的四大分离原理

（续表）

分离原理的基本思想就是将矛盾双方分离，避免矛盾双方针锋相对，以消除矛盾存在的必要条件。通过矛盾分离，使矛盾双方分别构成不同的技术系统，用系统与系统间的联系代替内部联系，将内部矛盾外部化。

1.空间分离

所谓空间分离，是将矛盾双方在不同空间上分离开来，避免让它们同时在同一空间出现，以获得问题的解决或降低解决问题的难度。

使用空间分离前，应先分析矛盾双方在整个空间各处的出现情况。当在某一空间只出现矛盾一方时，可以运用空间分离来解决问题。例如，使物体的一部分表现为一种特性，而另一部表现为另一种特性，确保在不同空间实现相反需求。

【手机显示屏与键盘的优化设计】

◆物理矛盾　在手机表面积一定的情况下，为了便于观看信息，要求显示屏大些；但为了便于操作，要求键盘大些，从而又要求显示屏小些。对手机显示屏的设计具有大、小两个相反方面的要求，产生了手机设计的物理矛盾。传统解决方法是采用折中法，使显示屏和键盘各占恰当比例。

◆解决方案　在手机表面积一定的情况下，实施显示屏和键盘的空间分离。一种方案是将手机设计成滑盖式，使手机表面的显示屏最大化，而键盘做成隐藏式的，使用键盘时可以从显示屏下抽出。滑盖式手机解决了手机显示屏与键盘设计时的物理矛盾，同时满足了显示屏和键盘的最大化。

2.时间分离

所谓时间分离，是将矛盾双方在不同时间段上分离开来，避免让它们在同一时间出现，以获得问题的解决或降低解决问题的难度。

使用时间分离前，应先分析矛盾双方在整个时间段的出现情况。当在某一时间段只出现矛盾一方时，可以运用时间分离来解决问题。例如，使物体在某一时间段表现为一种特性，而在另一时间段表现为另一种特性，确保在不同时间段实现相反需求。

【伸缩式起落架】

◆物理矛盾　飞机在起飞和降落过程中需要起落架，以支持飞机在地面的滑行；在飞行过程中又不需要起落架，以免增加飞行阻力。

◆解决方案　伸缩式起落架。在起降时伸出机体外，在飞行过程中缩回机体内。由于飞机起降和飞行发生在不同时间段，伸缩式起落架的设计采用了时间分离原理。

【折叠式自行车】

◆物理矛盾　自行车在骑行时要求体积较大以便载人，在停放或携带时要求体积较小以便节省空间。

◆解决方案　折叠式自行车。在骑行时展开，停放或携带时折叠。由于自行车骑行和停放发生在不同时间段，其设计采用了时间分离原理。图4－1为一款新型折叠式自行车。

图4－1　一款折叠式自行车

3.条件分离

所谓条件分离，是将矛盾双方在不同条件下分离开来，避免让它们在同一条件出现，以获得问题的解决或降低解决问题的难度。

使用条件分离前，应先分析矛盾双方在各种条件下的出现情况。当在某一条件下只出现矛盾一方时，可以运用条件分离来解决问题。例如，使物体在某一条件下表现为一种特性，在另一条件下表现为另一种特性，确保在不同条件下实现相反需求。

【水的刚与柔】

水在静止或慢速流动时具有柔性，在高压条件下喷射时具有刚性。将水增压至100～400兆帕后，经节流小孔喷出，流速可达900毫米每秒，用这种高速密集的水射流可进行金属、非金属等各种材料的切割。

4.层次分离

所谓层次分离，是将矛盾双方在不同层次、不同系统级别下分离开来，避免让它们在同一层次、同一级别出现，以获得问题的解决或降低解决问题的难度。

使用级别分离前，应先分析矛盾双方在各个层次、各个级别的出现情况。当在某一层次、级别上只出现矛盾一方时，可以运用层次分离来解决问题。例如，使物体在某一层次上表现为某种特性，在另一层次上表现为另一种特性；或整体具有一种特性，而部分具有相反的特性，确保在不同层次上实现相反需求。

【无绳电水壶】

无绳电水壶在烧水时，壶体置于底座上与底部电源相连；在倒水时，壶体从底座上移去，确保与电源分离。该设计具有使用方便和防触电、防漏电功能，增加了电水壶使用时的安全性。