第层次物场变换。

第2层次物场变换框图如图5－74所示。主要针对3种问题物场的变换:作用不足的场、作用过度物场、有害作用物场。

图5－74　第2层次物场转换框图

不能实现功能的不完全物场，是具有两物一场的完整物场。之所以不能实现功能，有3个原因。

第1个原因:能力不足，也就是场的能力不足。如温度不够，速度不高，力量不大等，不能实现功能。这种物场也称之作用不足物场。

图5－75　能力不足的物场模型

例如，人在地面走路，地面很光滑，鞋底与地面的摩擦力很小，就不能实现走路的功能，这就是场的能力不足。能力不足的物场模型如图5－75，在两物之间的作用线用虚线表示。

第2个原因:能力过度，也就是场的能力过度。如温度过高，速度过快，力量过大等，产生有害作用，不能实现功能。这种物场也称之作用过度物场。

如烙饼，时间过长，锅的温度过高，饼烧糊了，就是一个作用过度物场。

第3个原因:有害作用，两物之间或物与场之间存在有害作用。这种有害作用是由于S2传递了有害场而造成的，有害的场产生了有害的作用，从而影响功能的实现。

例如，一块菜苗地。菜苗周围被空气包围，算是两物，还有一个场，就是空气的温度场。如果霜降来临，温度骤降，冷空气就会把菜苗冻死，这就是菜苗与空气两物之间的有害作用。它的根源是温度场的温度低，一个有害的场产生有害的作用。这3种问题物场的物场模型在前面已经画出。

下面分别研究这3种问题物场的转换方法。

1.能力不足物场

把能力不足不能实现功能的物场，转换成能实现功能的物场有两种转换方法。一是用更强的场置换原来的场;二是增加另外一个场，强化场的能力。

用另一个更强的场F2置换原来的场F，而F2总是要由另一S2产生的，实际上是用F、S2，置换了原来的F、S2。

再增加另一个场F2，同样，有时再加上产生场F2的物S3，以强化场的作用。

(1)能力不足物场变换案例。

例1:手工用铲子铲墙纸，很费劲，效率低。这是场的能力不足。要从众多的场中恰当地选择进行置换。这里用热蒸汽代替铲子铲，效率就会提高。物场模型的转换如图5－76。

图5－76　铲墙纸物场的转换
用F2、S3代替原来的F1、S2增强场的能力

例2:海面上的航道浮标，是一完整物场:F重力场、S1浮标、S2海水，还有F2风浪。但由于浮标重量不足，受风浪的冲击浮标摇摆非常利害。于是，往浮标中注入海水加大重量，提升重力场的能力，抵抗风浪，减少浮标摇摆。

例3:把两个物件用胶水粘贴在一起，怕胶水凝固前粘着力不足而脱开，于是用一个夹子把两件夹起来。夹子F3的夹持力就是增加的另一场F2。物场转换如图5－77。

图5－77　胶水粘接的物场转换

有时增加另一个场F2，会自动生成一个物质S3，从而提高有用作用。如，用过滤网过滤细小粒子时，效果并不理想。如果给过滤网加装一个电场，将细小粒子聚集成大颗粒子，过滤作用就可大幅提升。

例4:在纯铜电解生产过程中，少量的电解液会残留在铜板表面的微孔中。在存放过程中，电解液挥发出来形成氧化斑点，影响表面质量而降低价值。所以存放前要清洗铜板。一般用水冲洗，要去掉微孔中的残留电解液是很难的，能力不足。如何提高能力将微孔中的电解液清理出来?

增加一个物质S3并加上另一个场。经过选择，这个S3用蒸气，加上的场是压力场，也就是加入高压蒸气。高压水蒸气可以进入微孔内，充满微孔，形成对残留电解液的强烈爆炸冲击，强制将其彻底排出微孔。物场转换模型如图5－78。

图5－78　能力不足物场的变换

上面一例是增加一个物质S3并加上另一个场。也可以采用增加一个振动场(由振动机械产生振动源)，就是使铜板产生机械振动，使水的冲击更有效。画出物场变换模型。

增加场或物(场的载体)，是增强场的作用常用的方法，并使物场模型变得复杂而成为串联形式。

(2)能力不足物场变换练习。

练习1:一列火车货车已经满载超重(图5－79)，从平原向高原进发，不断爬坡，非常缓慢，显示火车头能力严重不足。画物场转换模型，根据物场理论，提出解决方案。

练习2:汽车在冰雪地里行驶，如图5－80，由于车轮对地面摩擦力大大减小，车轮在地面打滑，不能正常行驶。画物场转换模型，根据物场理论，提出解决方法。

练习3:手工打铁(图5－81)一般只能打小件。张铁匠接到要常年打大件的活，可这大件手工打不动，怎么办?画物场转换模型，根据物场理论，提出解决方案。

图5－79　列车满载超重爬行

5－80　在冰雪地里行驶打滑

练习4:解决烘干机效率低时间长的问题。

传统的箱式烘干机如图5－82所示，外壳是隔热层。这种烘干机应用广泛，适用于各种物料的干燥，但加热不均匀，干燥效率低，时间长;这是一个效应不足的物场，其物场模型如图5－82左所示;从两物一场3个方面考虑提高效应。

图5－81　手工打铁

图5－82　烘箱

练习5:解决过滤网细小颗粒堵塞的问题。

过滤网的作用是将尘埃颗粒挡住，不让通过，而让气体通过。但是细小颗粒会将过滤网孔堵塞，降低过滤效率，表现过滤能力不足。如何提高过滤效率?显然是要减少网孔堵塞;用什么方法减少网孔堵塞?如果把细小颗粒变成大颗粒，就能减少堵塞。如何把细小颗粒变大?

2.作用过度物场

把场的作用过度的物场，转换成能实现功能的物场的转换方法，就是加物加场，抵消场的过度作用。

例1:钉钉子，要用榔头打击钉子。如果钉子又细又长，一打就弯。这对钉子来说，打击力大了，就是场的效应过度。对要保护的部分钉子加物加场，抵制过度作用。具体方法就是用钳子夹住钉子，增加一物是钳子，增加一场是夹持力。物场模型如图5－83。

图5－83　作用过度加物加场的物场模型变换

例2:装了药水的玻璃瓶(图5－85)瓶口是用火焰密封的。火焰使玻璃瓶升温而影响药水的质量，火焰的高温对于药水就是过度作用。封口时如何使药水不升温呢?加物加场抵制火焰导致的升温。把玻璃瓶放到凉水中封口。这就加了水和水的温度场。物场模型变换如图5－84。

图5－84　作用过度加物加场物场模型变换

图5－85　安瓿瓶

效应过度与下面的有害效应的情况基本相同，所以，解决问题的方法基本相同。不同之点，效应过度是由于有用作用引起有害作用;而有害效应的有害作用就有两种情况，一种也是由有用作用引起有害作用，如摩擦力引起鞋底磨损;另一种却是纯粹的有害作用，如对幼苗的霜冻。

能力过度物场的练习。

砸核桃往往把核桃仁砸碎，这就是能力过度。生产核桃仁是不允许砸碎的。如何转换这个能力过度物场?画物场模型。

3.有害作用物场

有害作用物场的实质是场把它的有害作用，通过工具传递给了工件，在两个物之间形成有害作用。在两物之间存在有害作用，不能实现功能的完整物场，转换成能实现功能的物场，有两种情况，也就是有两种转换方法。第1种是两物可以分开的情况，可以增加第3种物质，隔断、阻止有害作用;第2种是两物不能分开的情况，就不能增加第3种物质了，就要增加另外一个相反的场，或相反的力，抵消引起有害作用的有害场的作用。

图5－86　加第3种物质S3隔断阻止有害作用

图5－87　菜苗地

(1)在两个物可以分开不接触的情况下，加入第3种物质S3，隔断、阻止有害作用。这第3种物质是原有的两种物质之一或其变种。其物场转换模型如图5－86。波折线表示有害作用。

1)有害作用物场加入第3种物质的案例。

例1:前面的一个例子，霜降来临，气温骤降，菜苗(图5－87)会被冷空气冻死。这就是空气与菜苗之间的有害作用。解决这个物场矛盾，就是在霜冻到来之前，加入第3种物质，给菜苗喷上一层泡沫S3，把菜苗与冷空气隔开。泡沫算是空气的变种。这是在破坏原有物场(图5－88)。

图5－88　菜苗防冻物场模型

例2:浴室窗玻璃是透明的，在光线照射下，窗外的眼睛可以看见窗内的隐私，这就是眼睛与隐私之间的有害作用，根源在光线这个有害场。解决这个物场矛盾，加入第3种物质，在窗上贴不透明的玻璃纸S3，进行隔断。也是破坏原有物场(图5－89)。

图5－89　浴室的物场模型转换

例3:输油管输送了一种油之后接着输送另一种油，两种油在压力作用下就会相混，怎么办?

根据变换原理，要在两种油之间加入第3种物质。它应该是一种油或油的变种，如果加水，不行，水和油还会相混。经过选择，加氨水，就不会和油相混，而且，输送到目的地之后，放出来可以自行挥发。

画出物场转换模型如图5－90。

图5－90　输油管物场变换模型

例4:数控机床上切削刀具的安装锥柄，装进座子上的锥孔之后，为提高安装刚度，端面和锥面都应该接触。由于有加工误差，事实上这是办不到的，总会出现间隙。如图5－91所示，不是在端面接触，就是在锥面接触。这就是锥体和锥孔之间有间隙的有害作用，使刚度降低。采用加入第3种物质，消除有害作用的方法。作为第三者，在锥体与锥孔之间加入塑料珠子，在轴向力的作用下，通过珠子的变形，使端面与锥面都发生接触。成为一个完善的物场。

图5－91　锥体出现间隙及间隙消除

画出物场转换模型如图5－92。

图5－92　锥孔锥体配合的物场转换模型

例5:有一根塑料弯管，用于在气流的驱动下传送钢珠(图5－93)。钢珠撞击弯头，过一段时间就会将管壁打穿，就要停工换管子。

这里的两物是钢珠和管子，一场是气流场。存在的有害作用是钢珠打穿管壁。要在两物之间引入第3种物质进行隔断阻止。管中只有钢珠，就用钢珠作第3种物质，让它附在管壁上，挡住直接撞击。如何能把钢珠吸附在管壁上呢?在弯头的外侧附加了一块磁铁以吸附钢珠(图5－94)。这里的要求，管子不是钢铁的。如果是钢管，对磁力线有屏蔽作用，磁铁就吸不上钢珠;如果输送的不是钢珠，而是玉米，没有磁性，磁铁也没有用。如果用的是钢管，也是会打穿的，原则还是要用钢珠进行隔离，具体方法是在管子拐弯的地方加一个容器，容纳一些钢珠(图5－95)。

图5－93　钢珠打破管壁的物场转换模型

图5－94　磁铁吸住钢珠

例7:解决飞机隐身的问题。

飞机的隐身问题，就是不让雷达探测到飞机的存在。然而飞机的外形比较复杂，有许多部分会强烈反射雷达波，如发动机的进气口喷气口、突出物、外挂物等。所以，为了消除反射，隐身技术就是对飞机的外形和结构进行较大的改动，于是出现的隐身战斗机如美国的F117，外形十分独特(图5－96);带来的问题是，空气动力性能不好，飞行不稳定，机动性能差，飞行速度低，作战能力低下等等。

图5－95　在拐弯处加一容器

图5－96　F117隐形战机

这是从消除雷达反射波的方向解决问题。1999年3月27日，一架F117误入敌方的探测和攻击范围，结果被老式的萨姆导弹击落，随后另一架F117也被击伤。

如果从物场矛盾、物场分析的角度解决飞机的隐身问题，或许会得到更理想的结果。

雷达探测飞机(图5－97)的物场模型如图5－98所示。

雷达通过发射微波到飞机表面，再检测到反射回来的微波，就可以探测到飞机的存在，所以，雷达的微波对于飞机是一个有害作用，这是一个有害作用物场;根据物场分析原理，要消除有害作用，就要在两物之间加入第3种物质进行隔离，这第3种物质是两物之一或其变种。显然这里要加的物质不能反射微波，相反，要求它能把微波吸收掉，当然就不会反射微波了。什么物质会吸收微波?这种物质可能不只一种，要求是要适合飞机飞行的条件。研究的结果，在飞机与雷达之间，也就是在飞机周围，加入的第3种物质是等离子体云，就可以将雷达的微波吸收，而将飞机隐身。将飞机周围空气电离就可以形成等离子体(图5－98)，一个具体方法是利用放射性同位素发射的α粒子，就可将空气电离。这里采用物场矛盾、物场分析的原理，解决飞机隐身问题，采用等离子体云进行隔离，即可使飞机隐身，飞机的外形结构不受任何影响，因而避免了很多缺点。

图5－97　雷达探测飞机

图5－98　飞机隐身的物场模型转换

图5－99　火车相撞

2)有害作用物场加入第3种物质的练习:

练习1:1919年冬天，为抵御寒冷，莫斯科航空技校的学生们干脆在教室里生起了一个炉子。当时儒科夫斯基(苏联航空之父)在那里上课。但是，炉子并不能使整个教室都暖和起来。因此，有人在炉子上放了一桶水，以储热放热。还真顶用，只是冒气冒得利害，影响上课。于是，儒科夫斯基出了一个小点子，一照办，就不冒气了。是个什么点子?画出物场转换模型。

练习2:举出几个日常生活中加入第3种物质，隔断、阻止有害作用的例子。

练习3:如何防止两辆火车相撞(图5－99)?

练习4:坦克通过任何路面其履带的尖齿都将会对路面产生破坏(图5－100)。在一些重要的路面上这是不允许的，这是坦克设计制造应该考虑的问题，应该如何解决?画物场模型图。

练习5:解决排放废酸管道腐蚀的问题。

工厂废酸排放中，废酸腐蚀并损坏管道，发生废酸泄漏事故。如何解决这个废酸腐蚀管道的问题。

练习6:如何解决纸浆磨损管道的问题。

造纸厂输送纸浆的管道会受到纸浆的磨损。如何防止磨损?

练习7:高台跳水(图5－101)。

高台跳水，特别是在训练之初，动作不熟练，姿势不对，落下时不是垂直入水，而是以水平的体位拍到水面上，由于水有一定的硬度，会使运动员受到伤害。这是水通过重力对身体的有害作用，物场模型如图。如何破坏这个有害物场，防止运动员受伤?提出方案并画出物场模型。

图5－100　坦克

图5－101　高台跳水

图5－102　窗玻璃双面擦板

练习8:窗户双面擦板(图5－102)。

双面擦板上都装有磁铁，隔着玻璃吸在一起。吸力比较大，摩擦力比较大，移动时外面的擦板跟不上，容易脱落;吸力不足也容易脱落。这里是两物一场，只是两物之间发生有害作用，按照物场原理，将如何解决这个问题，并画出物场转换模型。

图5－103　防护X光机伤害人体

练习9:如何减少X光机对病人的伤害(图5－103)。

医用X光机的X射线，应该只照射病人需要检查的部位;但是X射线管产生的是一束很宽的X光束，这就会使病人身体不该受到照射的部位受到伤害，其物场模型如下。该如何减少X射线对不该照射部位的伤害。

练习10:一块较大的菜苗地，刚长出幼嫩的菜苗。突然收到近日有霜冻的天气预报。如果不采取措施，幼苗就会被冻死。冷空气对于幼苗就是有害作用，其物场模型如下。解决这个问题就是要在空气与幼苗之间，加入第3种物质或两物的变种，以隔离低温。当然可以在幼苗之上覆盖塑料薄膜，但耗时较长，成本较高。可否想到更简便、更经济的方法解决这个问题?画出物场模型。

练习11:在炼铁炉熔化矿石的过程中，会产生矿渣—一种镁和氧化钙的混合物。把温度高达1000°C的熔化矿渣倒进大吊桶里，由铁路轨道运送到别处的工厂里再进行加工处理。熔化的矿渣是制造建筑材料非常好的原料。但冷却的矿渣就不是好原料，将它重新熔化又不经济。开始时桶里的矿渣是液体，但在运输过程中由于冷却形成坚硬的外壳，需要用特大的装置来打碎它。即使这样，矿渣壳会使桶内残留一些矿渣，结果只有2/3的液体矿渣得到应用，其余的当作垃圾倒掉，而且还要用很多的人力清除桶内的矿渣形成的硬壳，以及从地面清除废渣。给吊桶加一个盖子怎么样?因为热量主要是从灼热的矿渣和空气接触的地方损失的。这个吊桶有一间房子那么大，可想这个盖子该有多大，要用吊车盖上或取下，费时费工，不是好办法。这是一个有害物场。该怎样解决这个问题才好呢?这里要提示一点的是，解决问题要研究、要充分利用系统内外的资源，这往往是解决问题的关键。

3)对有害作用物场两物可以分开的情况，除加入第三者隔离有害作用之外，还应该作如下补充。

有害作用是场通过工具S2对工件S1产生有害作用。加入第三者隔离有害作用是有效的，但在某些情况下无效，隔离不了有害作用。譬如，救火车冲到十字路口嘎然而止，红灯亮了!救火车与红光这个场发生矛盾。用一块纸板把红光挡住能解决问题?显然不行。对于这种两物可以分开的情况，就不能采用加入第三者的方法解决问题，必须改变场的属性，把红光变成绿光。这就不是增加一个物，而是要增加一个场，把红光变成绿光。要注意这里是要改变原有场的属性!具体方法是在救火车顶上装有一个摇控器。在距十字路口适当的距离发生红外控制信号，这就是一个场。红绿灯接收信号后就会锁定绿灯，让救火车通过。

所以，对于两物可以分开的情况，有时是加第三者隔离，有时要加一个场改变原有场的属性。

(2)在两个物必须接触不可分开的情况下，增加另一个场F2，抵消场F引起的有害作用。

物场转换模型如图5－104所示。

图5－104　增加F2抵消F的有害作用

1)有害作用物场加场抵消有害场的案例。

例1:在车床上车细长轴，车刀顶在细长轴上，径向切削力使细长轴发生偏移退让，致使切下的金属减少，中间位置退让最大，两头由于有支承退让最小，所以，车出的细长轴中间粗两头细(图5－105)。这就是切削力这个有害场，引起车刀与细长轴之间产生的有害作用。解决这个物场矛盾，就是要另外加一场F2，抵消原来场F的有害作用(图5－106)。具体方法是在车刀的对面长轴的另一侧，安装一个跟着车刀一起走的跟刀架，顶住细长轴不让退让，也就是加了一个力F2，顶住长轴，不让它变形，抵消车刀的径向切削力，消除车刀与细长轴之间的有害作用。

图5－105　切削力使工件退让车成鼓形

例2:玻璃药瓶装药水之后要用火焰封口，如图5－107所示。很高的温度由玻璃瓶传递给药物，就会影响药物的质量。对药物来说，这是温度场F通过瓶子传来的有害作用。如何消除温度对药物的有害作用?因为瓶子和药水是不可分开的，所以，这里要用一个相反的场来抵消高温的有害作用。首先画物场模型如图5－108。

图5－106　车细长轴物场变换模型

图5－107　药瓶火焰封口

这里要选择一个反作用的温度场，其实就是给瓶子降温。有哪些方法呢?譬如吹风、喷水、把瓶子放在流动的水里。显然把瓶子放在水里这个方案可取。这个问题也曾在前面作为过度作用的案例。

图5－108　保护药水的物场变换模型

例3:等离子弧切割机(图5－109)电极的保护。

图5－109　等离子弧切割机

等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属部分或局部熔化(和蒸发)，并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。等离子喷头的工作原理如图5－110所示。电极接直流负极，工件接直流正极，并有空气或水蒸气流进喷头，在电场作用下，喷头内部喷嘴(阴极)与工件(阳极)间产生电弧，使其间的湿气发生电离，从而达到等离子的状态。此时电离的蒸气受内部产生的压强以等离子射束的形式喷出喷头，其温度为8000°С左右。借此对材料进行切割，焊接，熔焊等热处理加工。

这里有一个重要的物场，是电极与电弧以及它们之间的温度所构成的完整物场。电弧的温度高达8000°С，电弧接触到电极，就会将电极烧损，缩短电极的寿命，这是电弧对电极的有害作用。这里不可能在它们之间加一个物进行隔离，按照原理，只能增加一个场，作用在电弧上，把电弧向下推，不让它与电极接触，从而使电极受到保护。应该增加一个什么场与电弧产生作用呢?这要了解电弧的属性，电弧是带电粒子，所以只有用电磁场。结构上比较简单的方法，就是在电极上套了一个线圈，如图5－111所示。给线圈通电，就在轴向产生一个磁场作用在电弧上，并向下推动电弧，不与电极接触，保护电极。其物场模型如图5－112。

图5－110　喷头工作原理图

图5－111　增加一个螺管线圈电磁场

图5－112　保护电极的物场变换模型

图5－113　永久磁铁起重机

例4:永久磁铁起重机。

永久磁铁起重机结构简单(图5－113)，用一块永久磁铁吸住要起吊的工件，由起重机把它吊到该去的地方放下。于是就出了一个问题，放下以后，两者应该脱开，可是磁铁依然紧紧吸住工件不放松，这时磁铁与被吊物之间产生有害作用，是一个有害物场，而且两者不可分开，必须要增加另外一个场，以克服永久磁铁的吸力。增加一个什么场呢?这里自然会想到再增加一个能起相反作用的永久磁铁，算是第二个永久磁铁，在要放松工件的时候，操作这个永久磁铁，克服第一个永久磁铁的吸力，放松工件。具体结构如图5－114所示，有上下两组多段组合的磁铁，上面的磁铁1相对于下面固定的磁铁2可以平移。当上下两磁铁处于吻合位置时，两磁场的磁力线一顺穿过工件3，将工件牢牢吸住，如图5－114左所示，进行起吊搬运，搬运到位之后要松开工件，如图5－114右所示，操作一个手柄，使上磁铁相对下磁铁移动一个距离，使得两磁铁的磁力线闭合在两磁铁的体内，对工件失去了吸力，将工件松开。松开工件物场变换的物场模型如图5－114所示。

图5－114　放松工件的物场变换模型

2)有害作用物场加场抵消有害场的练习。

练习1:车间有一台不间断工作的独立设备，发出的噪声刺耳。这就是设备与人耳之间的有害作用。如何消除这个有害作用?是增加一物，还是增加一场?都可以一试?画物场转换模型。

练习2:布袋除尘器(图5－115)。

是工业用环保设备，结构简单，靠布袋阻挡粉尘，让其落下，让空气通过，起到过滤作用。问题是细小的粉尘会逐渐集结在布袋上，降低布袋的过滤能力。这就是粉尘与布袋之间的有害作用，而且是两者在一起。如何提高布袋的过滤能力?画物场模型。

练习3:救火车呼啸而来，冲到十字路口红灯亮了，不得不停了下来(图5－116)。这就耽误了时间。红灯就是一个有害作用的场。怎么能保证救火车能畅通无阻地通过?画出物场模型。

练习4:永久磁铁起重机(图5－117)。

上面例3介绍了永久磁铁起重机如何松开被吸住的东西的方法，是用了两组永久磁铁。除此之外，请再用别的方法松开被吸住的东西，并画物场变换模型。

图5－115　布袋除尘器

图5－116　消防车遇到了红灯

图5－117　永久磁铁起重机

练习6:给花实施人工授粉遇到的困难。

使用强气流给花实施人工授粉，是要将花粉喷进花瓣之中。但是，强风会使花瓣闭合而影响授粉。强风对花瓣产生有害作用，是一个有害物场。如何消防这个有害作用，也就是使花瓣不发生闭合。

上面讲了物场分类表第2层次，把不能实现功能的完整物场，转换成能实现功能的物场。其中两种是场的能力不足或过度的情况，另一种是有害场通过两物产生有害作用的情况。所以，第2层次就是解决3种典型问题物场的转换。下面进入第3层次，把不完善物场转换成完善物场。