•Pascal Law •Resonance •Shock Wave •Spiral •Super Thermal Conductivity •Superfluidity •Surface Tension •Thermal Expansion of Subst. •Thermocapillary Effect •Thermomechanical Effect •Ultrasonic Capillary Effect •Ultrasonic Vibrations •Use of foam •Wetting
非中心对称晶体的转移产生电极化
机械应力使非中心对称介质晶体发生极化
2016/7/28
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天津大学精仪学 院朱险峰
压电效应的应用:压电控制气流
问题 机械式调节器控制气流。这些调节器通常包括一个膜片 来调节气流大小。但是调节器的设计不适用于电子界面， 因此需要一个简单的、电子控制的气体调节器装置。
2016/7/28
解决方案 （U.S. Patent. 5,710,558） 压电式交通传感器放置在路面上。传感器包括一根压电材料的电缆。当车辆 通过传感器时，汽车的重量使压电电缆变形。压电由于其内部电场的变化产生一个 电压，该电压用来检测通过车辆。 优势： 1. 寿命长；2. 可靠
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The piezoelectric voltage detects vehicle passage over a roadway
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天津大学精仪学 院朱险峰
解决方案 U.S. Patent. 5,222,713 该装置包括弹性间隔片（例如硅胶）和两个压电片组成，弹性间隔片位于两个压 电片直径之间。当施加电场时，压电片改变体积。 压电片体积上的改变与施加的电场强度成比例。压电片体积的膨胀压缩间隔片。 间隔片阻止气体通道。电场强度可以改变用来调整气流量或限定流量。
概念设计与科学效应库
天津大学精仪学 院朱险峰
OUTLINE
什么是系统的概念设计？ 概念设计解决什么问题？ 概念设计的常用方法与工具：
传统方法：专利与信息检索 头脑风暴 TRIZ科学效应库
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天津大学精仪学 院朱险峰
什么是概念设计？
概念设计是为了实现需求分析提出的对系统的 主要功能而提出的工作原理、工作方式、工作流程、 人机交互、操作方法、系统主要部件等的宏观的构 想。 概念设计过程表现为是一个由粗到精、由模糊 到清晰、由抽象到具体的、由原则到实体的设计过 程。
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隐藏在专利背后的规律
200,000
40,000



在不同的技术领域，相同的技术发展模式反复出现。 在不同的技术领域，相同的问题和解决方案被反复 使用。 科学效应在其所属领域之外被用来进行创新。
科学效应库的作用
涵盖了不同学科领域的科学原理和方法； 统一的功能性描述和查询方式，快速得出针对 问题的相关解决方案； 克服人的思维惯性，拓宽知识面。
The piezoelectric plates control the flow of gas
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压电效应的应用：压电检测通过车辆
问题
为了实现交通路面放置的接触式传感器，但是这些传感器寿命很短。因此需要耐用的传感器 来检测车辆。
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效应与原理解
功能依靠物理、化学或几何效应而存在。效应可 以实现功能，并通过确定几何的和物料的特征标志而发 生与作用关系之中，这一作用关系促使功能得以实现。
例如，如果物理学没有揭示出杠杆效应，那么， 要设计用于放大或缩小力的杠杆是不可能的。
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求的产品。
使钻石沿内部原有的微裂纹分割的发明， 上千个大气压 1972
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船用发动机冷却水 过滤器的快速清洁 系统，5-10个大气 压，1979年
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典型发明时间表
应用瞬间压力差原理产生的典型发明时间表
1945 迅速去除青椒籽和蒂的发明
1950 迅速剥除松子、葵花籽和花生的壳的发明 1972 使钻石沿内部原有的微裂纹分割的发明
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压电效应
1880年，由Pierre Curie和Jacque Curie兄弟发现 ► 非中心对称晶体变形（施加机械力）引起正负离子的相对转移。 ► 如果正负离子向相反方向发生转移，电矩就会在转移方向形成。 ► 电矩与粒子的位移（机械变形）成比例并随晶体方向和含晶细胞结 构而定。
科学原理列表
功能代码 实现的功能
测量温度
热膨胀（Thermal expansion） 热双金属片（Thermo-bimetals） 珀耳帖效应（Peltier effect） 汤姆逊效应（Thompson effect） 热电效应（Thermoelectric effect） 热电子发射（Thermoelectric emission） 热辐射（Heat radiation） 电阻（Electrical resistance） 热敏性物质（Heat-sensitive substances） 热磁效应（居里点）（Thermomagnetic effect） 巴克豪森效应（Barkhausen effect） 霍普金森效应（Hopkinson effect）
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压电效应的应用：压电元件向纸张供应墨水
问题： 喷墨打印机要连续向纸张供应墨水，打印头设计复杂。
解决方案（U.S. Patent. 5,696,545; U.S. Patent. 5,594,475）： 打印机头压力室的侧壁是由压电元件组成的，电场使压电元件发生弯曲，压力室的 体积减少，在室内的压力增加，增加的压力以液滴形状向压力供应墨水。电场关闭 后压电元件又回复到最初的形状，压力室再次充满墨水。这 样压电元件周期性地向纸张供应墨水。
TRIZ推荐的科学原理
F01
效应库的应用步骤
1. 定义出解决此问题所要实现的功能； 2. 根据功能从“功能代码表”中确定与此功能相对 应的代码，此代码是F1~F30中的其中一个； 3. 从“科学原理列表”中查找此功能代码下TRIZ所 推荐的科学效应和现象，获得TRIZ推荐的科学效 应的名称； 4. 筛选所推荐的每个科学效应，优选出适合于本问 题的科学效应； 5. 查找优选出来的每个科学效应的详细解释，并应 用于问题的解决，形成解决方案。
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The time between the electrical pulses of the piezoelectrics measures the vehicle speed
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效应收集过程
• Altshuller及其领导的研究人员从1969年开始系统地收集效应； • 1979年发表了一本关于物理效应的手册； • 1981－1982年科技杂志（Tehnikai nauka）上发表了一系列关于效应 的文章； • 1988年Salamatov出版了一本关于化学效应的著作； • 1989年Vikentjev 和Jefremov发表了一篇将几何效应用于发明的论文。 所有这些效应都是以论文格式发表的，并且是俄语； • 1992年Invention Machine 公司就以计算机的形式并且采用英文发布了 这些效应。 • Goldfire Innovator 的IMC科学效应库已经收集了9000多个科学效应 及应用
1979 船用发动机冷却水过滤器的快速清洁系统
应用该原理产生的 发明已多达200多种
安徽 合肥 东北大学 赵 新军 2009.06.09
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什么是科学效应EFFECT?
科学效应是自然界中原因和结果的必然关系。这种必然 联系往往可以用数学语言来描述。 科学效应的发现往往伴随科学上的重大发现。 我们熟知的科学效应有：热胀冷缩、电磁感应、欧姆定 律、压电效应等等。 效应可以通过将有关的量互相联系起来的定律来描述， 即按照定律规定的原理将输入量转化为输出量，实现相应的功 能。
TRIZ的效应库的组织结构，便于发明者对效应的应用。 TRIZ理论基于对世界专利库的大量的专利的分析，总结了大 量的物理、化学和几何效应，每一个效应都可能用来解决某 一类问题。 TRIZ理论中，按照“从技术目标到实现方法”的方式组 织效果库，发明者可根据TRIZ的分析工具决定需要实现的 “技术目标”，然后选择需要的“实现方法”，即相应的科 学效应。
它山之石，可以攻玉！
效应库组织结构
30个功能
F01 F02 F03 F04 F05 F06 F07 F08 F09 F10 F11 F12 F13 F14 F15 测量温度 降低温度 提高温度 稳定温度 探测物体的位置和运动 控制物体的运动 控制液体及气体的运动 控制浮质(悬浮颗粒)的流动 搅拌混合物，形成溶液 分离混合物 稳定物质位置 产生(或控制)力 控制摩擦力 破坏(解体)物体 积蓄机械能和热能 F16 F17 F18 F19 F20 F21 F22 F23 F24 F25 F26 F27 F28 F29 F30 传递能量 建立移动物体与固定物体间的相互作用 测量物体的尺寸 改变物体的尺寸 检查表面的状态和性质 改变表面的性质 检查物质容量的状态和特征 改变物体空间性质 形成要求的结构，稳定物体结构 探测电场和磁场 探测辐射 产生辐射 控制电磁场 控制光 产生及加强化学变化
应用科学效应解 决问题的流程
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2016/7/28
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效应库的威力
How many ways can YOU think of to “MOVE A LIQUID”? •Acoustic Cavitation •Acoustic Vibrations •Archimedes’ Principle •Bernoulli’s Theorem •Boiling •Brush Constructions •Capillary •Condensation •Capillary Evaporation •Capillary Pressure •Coanda Effect •Condensation •Coulomb’s Law •Deformation •Electrocapillary Effect •Electroosmosis •Electrophoresis •Electrostatic Induction •Ellipse •Evaporation •Ferromagnetism •Forced Oscillations •Funnel Effect •Inertia •Ionic Exchange •Jet Flow •Lorentz Force •Magnetostriction •Mechanocaloric Effect •Osmosis