TRIZ简介

1 TRIZ概述

1.1 TRIZ的概念及来源

TRIZ只是一个特殊缩略语，既不是俄文，也不是英文。TRIZ是由原俄文字母的缩写（Теория　Решения　Изобретательских），按照“ISO/R9-1968E”的规定，把俄文转换成拉丁字母（Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch），取其首字母缩写即TRIZ。TRIZ的英文同义语为“Theory of Inventive Problem Solving”，缩写为“TIPS”。由此，不管是拉丁文的TRIZ，还是英文的TIPS，说的都是同一个意思——“发明问题解决理论”。

“发明问题解决理论”有两个基本含义，表面的意思强调解决实际问题，特别是发明问题；隐含的意思是由解决发明问题而最终实现（技术和管理）创新，因为解决问题就是要实现发明的实用化，这符合创新的基本定义。

此外，TRIZ专家Savransky博士给出了TRIZ的如下定义：TRIZ是基于知识的、面向设计者的创新问题解决系统化方法学。这是目前专业领域内给出的最系统、最简洁的定义，得到了众多专家学者的肯定。该定义包括以下几点含义：

1．基于知识

TRIZ是创新问题解决启发式方法的知识。这些知识来自于对全世界范围内的专利的抽象，TRIZ仅采用为数不多的基于产品进化趋势的启发式方法。TRIZ大量采用自然科学及工程中的效应知识。TRIZ利用出现问题领域的知识。这些知识包括技术本身、相似或相反的技术或过程、环境、发展和进化等。

2．面向设计者而不是面向机器

TRIZ理论本身是基于将系统分为子系统、区分有用功能及有害功能的实践，这些分解取决于问题及环境，本身具有随机性。计算机软件仅能起支持作用，而不能完全代替设计者，需要为处理这些随机问题的设计者提供方法与工具。

3．系统化的方法

在TRIZ中，问题的分析采用了通用及详细的模型，该模型中问题的系统化知识非常重要。解决问题的过程系统化和结构化，可以方便应用已有的知识。

4．TRIZ是创新问题解决理论

为获得创新解，必须解决工程技术系统中的矛盾，TRIZ提供了结构化步骤。.未知的解可以被虚构的“理想解”所替代。“理想解”可以通过已知的系统进化趋势推断，并通过环境或系统本身的资源获得。

TRIZ的发明人根里奇•阿奇舒勒（G. S. Altshuller，1926－1998）是前苏联的一位天才发明家和创造创新学家，年仅14岁时，他就发明了从过氧化氢的水溶液中提取氧的技术，并用于海军潜艇的逃生装置。15岁时，阿奇舒勒申请到了第一项专利。1946年从苏联军事专科学院毕业后，由于其出色的发明，被苏联海军专利局录用为专职审查员，这为他从事对专利发明的研究，继而转向对创造发明规律的研究创造了极好的条件。

阿奇舒勒在创立TRIZ理论时明确指出：一旦我们对大量的好的专利进行分析，提炼出问题的解决模式，我们就能够学习这些模式，从而创造性地解决问题。正是基于这一思想，在阿奇舒勒的带领下，动用前苏联的1500多名专家，经过50多年对数以百万计的专利文献加以搜集、研究、整理、归纳、提炼和重组，建立起一整套体系化的、实用的解决发明问题的理论方法体系，这就是TRIZ的来源（图1-1）。

图1-1 TRIZ的来源及其主要内容

1.2 TRIZ理论体系框架

TRIZ理论包含着许多系统、科学并富有可操作性的创造性思维方法和发明问题的分析方法。经过半个多世纪的发展，TRIZ理论已经成为一套成熟的解决技术系统问题的经典理论体系，见图1-2。

图1-2 TRIZ理论体系框架

图1-3 TRIZ理论体系

2  40个发明原理 

阿奇舒勒通过对250万份发明专利的研究发现，大约只有20%左右的专利才称得上是真正的创新，许多宣称为专利的技术，其实早已经在其他的产业中出现并被应用过。阿奇舒勒认为发明问题的原理一定是客观存在的，如果掌握这些原理，那么就可将其应用于各个行业中。为此，阿奇舒勒对大量专利进行研究、分析、总结，提炼出最重要、最具有通用性的40个发明原理（见表3-1）。

表1-1 TRIZ的40个发明原理

2.1分割原理（segmentation）

分割原理主要体现在3个方面：

1．把一个物体分成相互的几个部分。

例如：① 在大项目中应用工作分解结构；② 用卡车加拖车的方式代替大卡车；③ 用个人计算机代替大型计算机；④ 用烽火传递信息（分割信息传递距离）。

2．把一个物体分成容易组装和拆卸的部分。

例如：① 组合式活动房屋；② 橡胶软管可利用快速拆卸接头连接成所需要的长度。

3．提高系统的可分性，以实现系统的改造。

例如：① 武器中的子母弹；② 用软的百叶窗帘代替整幅大窗帘。

【例1】为解决垃圾的分类问题，人们可把大垃圾箱分成几个较小的的垃圾箱，分别回收玻璃、纸、金属等垃圾，或是分为“可回收”和“不可回收”垃圾箱。“分类式垃圾箱设计”方便了人们处理垃圾（图3-5）。

【例2】挖掘机铲斗的唇缘是由钢板制成的。传统铲斗只要它的一部分磨损或毁坏，就必须更换整个铲斗，费力又费时。“可拆卸铲斗唇缘设计”将唇缘分割成的可分离的几部分，这样既方便快速将损坏或磨损的部分更换，同时又避免整个铲斗的更换，节约了成本（图3-6）。

图3-5 分类式垃圾箱设计                       图3-6 可拆卸铲斗唇缘设计

2.2抽取原理（extraction）

抽取原理主要体现在2个方面：

1．从物体中抽出可产生负面影响的部分或属性。

例如：① 冰箱除味剂；② 医学透析治疗。

2．仅从物体中抽出必要的部分和属性。 

例如：① 手机中的SIM卡；② 成分献血，只采集血液中的血小板；③微波滤波器。

【例1】民航飞行史上，鸟撞击飞机造成的事故是不容忽视的。鸟击飞机多发生在起降或起降前后的低空飞行阶段。所以，作为飞机起降场所的机场，鸟害防治也就成为一项重要的飞行安全保障工作。人们就在鸟的声音中提取了它们被俘的惨叫声或求救声，用此来刺激惊吓在机场飞行的鸟儿。“智能语音驱鸟器设计”正是抽取出了鸟声中鸟儿害怕听到的声音，有效的防止了鸟击飞机的事件（图3-7）。

【例2】雷电所形成的电流、高温和电磁辐射以及伴随的冲击波等，都对建筑物具有很大的破坏力。避雷针利用金属导电的原理，将可能对人和建筑物造成损害的雷电引入大地。“避雷针设计”抽出了雷电的负面影响，消除了雷电对建筑物的损害（图3-8）。

【例3】大厅内，照明灯的下方十分明亮，而墙角处却显得比较阴暗。我们可以利用光纤，把灯光从大厅的，均匀地引到大厅的四面八方。这既改善了光线分布的均匀性，也大大地节约了能源。

图3-7 智能语音驱鸟器设计               图3-8 避雷针设计

2.3局部质量原理（partial quantity）

局部质量原理主要体现在3个方面：

1．将物体、环境或外部作用的均匀结构，变为不均匀的。

例如：①对材料表面进行热处理、涂层、自清洁等处理，以改善其表面质量；② 增加建筑物下部墙的厚度使其能承受更大的负载；③ 凸轮机构。

2．让物体的不同部分，各具不同的功能。

例如：①计算机键盘；② 带橡皮插的铅笔，带起钉器的榔头。

3．让物体的各部分，均处于完成各自动作的最佳状态。

例如：超声波设备的中间层采用热传导率较好的材料，外层采用耐磨的材料，打孔时可以降低设备的温度。

【例1】菜刀如果都用好钢来制造成本太高，用一般钢制造使用时又不够锋利。我们如果将刀的材料改为不均匀的，刀刃用好钢，其他部分用一般钢。那么菜刀的质量得到保证的同时，成本也降低了，两全其美。

【例2】如何将一把小刀的功能扩大，同时具备多种用途。“瑞士军刀设计”就成功地将圆珠笔、牙签、剪刀、平口刀、开罐器、螺丝起子、镊子等多种工具集于一身。只要将每个部分从刀身的折叠处拉出来，就可以使用（图3-9）。

【例3】冷、热食物和汤放在一个饭盒中会互相串味、混作一团。“多格餐盒设计”在不同的空间可放置不同的食物，不仅保证了不同食物的最佳状态，而且也避免了食物彼此串味（图3-10）。

图3-9 瑞士军刀设计                       图3-10多格餐盒设计

2.4增加不对称性原理（asymmetry）

增加不对称性原理主要体现在2个方面：

1．将对称物体变为不对称的。

例如：① 模具设计中，将对称位置的定位销设计成不同直径，以防安装或使用中出错；② 非对称容器或者对称容器中的非对称搅拌叶片可以提高混合的效果（如水泥搅拌车）；③ 将液化气罐底部设计成斜面，一旦燃气快用完时，燃气罐会自动发生倾斜。

2．增加不对称物体的不对称程度。

例如：① 将轮胎的外侧强度设计成大于内侧强度，以增加其抗冲击的能力；② 非圆截面的烟囱改变气流的分布；③ 将圆形的垫片改成椭圆形甚至特别的形状来提高密封程度。

2.5组合原理（consolidation）

组合原理主要体现在2个方面：

1．在空间上，将相同的物体或相关操作加以组合。

例如：① IC电子芯片中的多个门电路；② 将多层玻璃用水黏合在一起，便于磨削加工；③ 网络中的个人计算机。

2．在时间上，将相同或相关的操作进行合并。

例如：① 摄像机在拍摄影像时同期录音；② 安装在电路板两面的集成电路；③ 同时分析多项血液指标的医疗诊断仪器。

2.6多用性原理（universallity）

多用性原理主要体现在2个方面：

1．使一个物体具备多项功能。

例如：① 同时具备透明、隔热、透气功能的窗户；② 将汽车上的小孩安全座椅转变成小孩推车；③ 便携水壶的盖子同时也是水杯；④ 可作U盘使用的MP3。⑤ 机帆船：帆船上装上电池式推进器，沉重的电池在必要时可以起到压舱的作用，用帆航行时，通过推进器给电池充电，无风时电池可以使推进器工作。

2．消除了该功能在其他物体内存在的必要性后，进而裁减其他物体。

例如：① 机帆船装上沉重的电池可同时起必要的压舱作用。有时用帆船航行时，推进器给电池充电；无风时，电池使推进器工作；② 船上的压舱物，常规的是用水或沙子。但是渥伦哥尔却使用土作为压舱物。在土中种上可以生长的棕榈树，棕榈树又用来作为桅杆使用。

2.7嵌套原理（nesting）

嵌套原理主要体现在2个方面：

1．把一个物体嵌入另一个物体，然后将这两个物体再嵌入第三个物体，以此类推。

例如：① 液压起重机；② 伸缩式天线。

2．让某物体穿过另一物体的空腔。

例如：① 滑行门、推拉门；② 汽车安全带卷收器。

2.8重量补偿原理（anti-weight）

重量补偿原理主要体现在2个方面：

1．将某一物体与另一能提供上升力的物体组合，以补偿其重量。

例如：① 救生圈；② 在一捆原木中加入泡沫材料，使之更好地漂浮。

2．通过与环境（利用空气动力、流体动力或其他力等）的相互作用，实现物体的重量补偿。

例如：① 潜水艇；② 飞机机翼的形状可以减小机翼上面空气的密度，增加机翼下面空气的密度，从而产生升力；③ 根据阿基米德定律，水中的轮船可获得承重千吨的浮力

2.9预先反作用原理（prior counteraction）

预先反作用原理主要体现在2个方面：

1．事先施加机械应力，以抵消工作状态下不期望的过大应力。

例如：① 钉马掌；② 给枕木渗入油脂来阻止腐朽。

2．如果问题定义中，需要某种相互作用，那么事先施加反作用。

例如：① 在浇注混凝土之前对钢筋进行预应力处理；② 给畸形的牙带上矫正牙套。

2.10预先作用原理（prior action）

预先作用原理主要体现在2个方面：

1．预先对物体（全部或至少部分）施加必要的改变。

例如：① 不干胶纸；② 邮票打孔；③ 在电子表面贴装制造工艺中，在印制电路板上预先印刷上锡浆。

2．预先安置物体，使其在最方便的位置，开始发挥作用而不浪费运送时间。

例如：① 灌装生产线中使所有瓶口朝一个方向，以增加灌装效率；② 停车位的咪表（电子计时表）；③ 手机预设单键拨号功能。

2.11事先防范原理（cushion in advance）

事先防范原理主要体现在：

采用事先准备好的应急措施，补偿物体相对较低的可靠性。

例如：① 消防设施；② 电闸盒里的保险丝；③ 超市中的商品印上磁条可以防止被盗；④ 降落伞；⑤ 在路的急转弯处放上旧轮胎以防止事故（图3-22）。

2.12等势原理（equipotentiality）

等势原理主要体现在：

改变操作条件，以减少物体提升或下降的需要。

例如：① 三峡大坝的船闸；② 千斤顶；③ 工厂中与操作台同高的传送带。

2.13反向作用原理（inversion）

反向作用原理主要体现在3个方面：

1．用相反的动作，代替问题定义中所规定的动作。

例如：① 为了松开粘连在一起的部件，不是加热外部零件，而是冷却内部零件；② 制定最坏状态的标准，而不制定最理想状态的标准。

2．把物体上下或内外颠倒过来。

例如：① 将杯子倒置，以便从下面喷水清洗；② 通过翻转容器的方式将谷物倒出。

3．让物体或环境，可动部分不动，不动部分可动。

例如：① 加工中心中，将工具旋转变为工件旋转；② 电梯上升，电梯动，人不动。

2.14曲面化原理（spheroidality）

曲面化原理主要体现在3个方面：

1．将物体的直线或平面部分用曲面或球面替代，变平行六面体或立方体结构为球形结构。

例如：① 建筑中采用拱形或圆屋顶来增加强度；② 结构设计中，用圆角过渡避免应力集中；③ 跑道设计成圆形，就不会再受长度的。

2．使用滚筒及球状、螺旋状结构。

例如：① 圆珠笔的球状笔尖使得书写流利，而且提高了使用寿命；② 古代用原木运输重物。

3．改直线运动为螺旋运动，应用离心力。

例如：宾馆使用旋转门代替推拉门，能更好地保持大厅的温度。

2.15动态特性原理（dynamicity）

动态特性原理主要体现在3个方面：

1．调整物体或环境的性能，使其在工作的各阶段都达到最优状态。

例如：①可调节的汽车方向盘；② 形状记忆合金；③ 自调节海绵床垫，可均匀托起身体的各个部位。

2．分割物体，使其各部分可以改变相对位置。

例如：① 链条。

3．如果一个物体整体是静止的，使之移动或可动。

例如：① 医疗检查所使用的胃镜和结肠镜；② 吸管具有柔性的自适应结构，可以随意弯折出合适的角度。

2.16未达到或过度的作用原理（partial or excessive actions）

未达到或过度的作用原理主要体现在：

如果所期望的效果难以百分之百实现时，稍微超过或稍微小于期望效果，会使问题大大简化。

例如：① 印刷时，喷过多的油墨，然后再去掉多余的，使字迹更清晰；② 为电参数设计适当的安全富裕量；③ 汽车钢套的网状淬火，以提高使用寿命；④ 浇注用料，要稍微多于实际铸件的重量；⑤ 在装修房子处理墙壁时，往往要给毛坯墙上多抹一些腻子，用其将墙上小孔填平。然后打磨光滑除去多于部分，最终方可喷上漂亮的墙漆。

2.17空间维数变化原理（shift to new dimension）

空间维数变化原理主要体现在5个方面：

1．将物体变为二维（如平面）运动以克服一维直线运动或定位的困难，或过渡到三维空间运动以消除物体在二维平面运动或定位的问题。

例如：① 螺旋楼梯可以减少所占用的房屋面积；② 波浪形的屋顶材料，不但刚度高而且质量轻；③ 用三角形改进框架结构的强度及稳定性。

2．单层排列的物体，变为多层排列。

例如：① 多碟CD机；② 多用途建筑，如购物中心。

3．将物体倾斜或侧向放置。

例如： 原木直立排列存放。

4．利用照射到临近表面或物体背面的光线。

例如：在暖房的上方放置一个大的太阳能反射器，可以强化暖房的效果。

5．利用给定表面的反面。

例如：在集成电路板的两面都安装电子原件。

2.18机械振动原理（mechanical vibration）

机械振动原理主要体现在5个方面：

1．使物体处于振动状态。

例如：① 电动剃须刀；② 振动棒的有效工作可避免水泥中的空穴。

2．如果已处于振动状态的物体，提高其振动的频率（直至超声振动）。

例如：① 通过振动分选粉末；② 振动送料器。

3．利用共振现象。

例如：① 利用超声共振消除胆结石或肾结石；② 利用共鸣腔加热氢燃料实现火箭自动点火。

4．用压电振动代替机械振动。

例如：① 压电微振传感器，进行微动测量；② 石英晶体振动驱动的高精度电子表。

5．超声波振动和电磁场耦合。

例如：在高频炉中可以更好地混合合金。

2.19周期性作用原理（periodic action）

周期性作用原理主要体现在3个方面：

1．用周期性动作或脉冲，代替连续动作。

例如：① 松开生锈的螺母时，用间歇性大作用力比持续作用力更有效；② 脉冲淋浴要比连续喷水淋浴省水。③ 警车的警笛按照一定的节奏周期性鸣叫，避免了噪音过大，使人对其更加敏感。

2．如果周期性的动作正在进行，改变其运动频率。

例如：① 可任意调节频率的电动按摩椅；② 用变幅值与变频率的报警器代替脉动报警器；③ 使用AM（调幅）、FM（调频）、PWM（脉宽调制）来传输信息。

3．在脉冲周期中，利用暂停来执行另一有用动作。

例如：① 打鼓的鼓点和套路；② 在心肺呼吸（cardio-pulmonary respiration,CPR）中,每压迫胸部5次，呼吸1次。

2.20有效作用的连续性原理（continuity of useful action）

有效作用的连续性原理主要体现在2个方面：

1．物体的各个部分同时满载持续工作，以提供持续可靠的性能。

例如：① 工厂里的倒班制；② 对电梯运行状态连续在线检测——可以较好的优化售后服务职责。

2．消除空闲和间歇性动作。

例如：① 快速干燥油漆；② 建筑或桥梁的某些关键部位必须连续浇注水泥，一气呵成；③ 喷墨打印机的打印头在回程也执行打印操作，避免空转，消除了间歇性动作；④ 当车辆停止运行时，飞轮或液压蓄能器储存能量，使发动机处在一个优化的工作点。

2.21减少有害作用的时间原理（rushing through）

减少有害作用的时间原理主要体现在：

将危险或有害的流程或步骤在高速下进行。

例如：① 牙医使用高速电钻，避免烫伤口腔组织；② 用X射线拍骨片；③ 快速切割塑料，在材料内部的热量传播之前完成，避免变形；④ 闪光灯是加强曝光量的方式之一，尤其在昏暗的地方，打闪光灯有助于让景物更明亮。强光很容易灼伤眼睛，相机闪光灯通过高速闪烁，避免了对人眼的伤害。

2.22变害为利原理（convert a harm into a benefit）

变害为利原理主要体现在3个方面：

1．利用有害的因素（特别是环境中的有害效应），得到有益的结果。

例如：① 炉渣砖；② 各种疫苗；③ 处理垃圾得到沼气或发电。④用火烧掉一部分植物，使之不再有害；⑤ 用有毒的化学物质保护木材不受昆虫的袭击，且不腐；⑥ 城市废纸多种多样，如旧报纸、旧书、包装纸、办公废纸等等，它们对环境产生了一定的影响。用废纸做原料生产“再生纸”，即利用了垃圾又保护了环境。⑦ 在炸毁旧房子之前，为降低振动带来的灾害，先在房子周围挖一道深沟。爆炸时，振动波到达深沟即被反射回来从而抵消冲击波。

2．将两个有害的因素相结合，进而消除它们。

例如：① 在腐蚀性的溶液中添加缓冲剂；② 城市垃圾焚烧发电装置；当液体通过管道时，会在管道内壁留下沉积物；③当酸性液体通过管道时会腐蚀管道内壁。让液体和酸性液体轮流从管道通过，就会同时解决两种问题。

3．增大有害性的幅度，直至有害性消失。

例如：①“以火攻火”是森林灭火的方法之一。在林火区的外围放火，利用燃烧的林火产生的内吸力，使所放的火扑向林火方向烧去，把林火向外蔓延的火路烧断，以达到灭火的目的。② 在潜水中使用氮氧混合气，即消除氮气引起的昏迷，也消除空气或其他硝基混合物带来的氧中毒；③ 砂或碎石在冷天运输时会凝固变硬，加入液态氮使它过度凝固从而使它变脆而可倾倒灌注。

2.23反馈原理（feedback） 

反馈原理主要体现在2个方面：

1．在系统中引入反馈。

例如：① 声控灯；② 加工中心红外自动检测装置。

③ 用于探测火与烟的热、烟传感器。

2．如果已引入反馈，改变其大小或作用。

例如：① 在机场5英里范围内，改变自动驾驶仪的灵敏度；② 电饭煲根据食物的成熟度来自动加温或断电。

2.24借助中介物原理（mediator）

借助中介物原理主要体现在2个方面：

1．使用中介物实现所需动作。

例如：① 木匠的冲钉器（图3-43），用在榔头和钉子之间；② 机械传动中的惰轮；③集邮时倘若直接用手拿取邮票，即容易使邮票损伤也容易污染邮票，镊子成为集邮爱好者的好帮手，通过这个中介物，拿取邮票变得干净、简单；

2．把一物体与另一容易去除的物体暂时结合。

例如：① 捆扎物品的包装绳；② 管路绝缘材料；③ 化学反应中引入催化剂；④ 失蜡铸造法中的蜡模。

2.25自服务原理（self-service）

自服务原理主要体现在2个方面：

1．物体通过执行辅助或维护功能，为自身服务。

例如：① 自补充饮水机；② 汽车使用有修复缸体磨损作用的特种润滑油；③ 不倒翁玩具。

2．利用废弃的能量与物质。

例如：① 利用热电厂余热供暖；② 太阳能、地能、水能的利用。

2.26复制原理（copying）

复制原理主要体现在3个方面：

1．用经过简化的廉价复制品，代替不易获得的、复杂的、昂贵的、不方便的或易碎的物体。

例如：① 虚拟驾驶游戏；② 仿真实验。

2．用光学复制品（图像）代替实物或实物系统，可以按一定比例放大或缩小图像。

例如：①地图是地形地貌的纸面复制。②医生用立体镜观察病人的三维图象，用CT图像代。③ 通过测量物体阴影的长度计算物体的高度。

3．如果已使用了可见光拷贝，用红外线或紫外线替代。

例如：① 用B超代替X光对病人进行检查，防止X射线对人体的伤害；② 红外报警系统。

2.27廉价替代品原理（disposable objects）

廉价替代品原理主要体现在：

用若干便宜的物体代替昂贵的物体，同时降低某些质量要求（例如，工作寿命）。

例如：① 一次性餐具；② 一次性医疗用品；③ 用一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料制成的“一次性可降解饭盒”。

2.28机械系统替代原理（replacement of mechanical system）

机械系统替代原理主要体现在4个方面：

1．用光学系统、声学系统、电磁学系统或影响人类感觉的系统，代替机械系统。

例如：① 洗手间红外感应开关；② 用声音栅栏替代实物栅栏（如光电传感器控制小动物进出房间）；③ 在天然气中掺入难闻的气味给用户以泄露警告，而不用机械或电子的传感器。

2．使用与物体相互作用的电场、磁场、电磁场。

例如：① 静电除尘；② 火警系统报警时，该系统所控制的电磁装置打开门。

3．用运动场代替静止场，时变场代替恒定场，结构化场代替非结构化场。

例如：① 居住者能调节房间彩色光线的系统。

4．把场与场作用和铁磁粒子组合使用。

例如：铁磁催化剂，呈现顺磁状态。

2.29气压和液压结构原理（pneumatics or hydraulic construction）

气压和液压结构原理主要体现在1个方面：

1．将物体的固体部分，用气体或流体代替，如充气结构、充液结构、气垫、液体静力结构和流体动力结构等。

例如：① 液压电梯代替机械电梯；② 充气床垫；③ 木工使用的气动钉钉（压缩空气驱动）；④ 减缓玻璃门开关速度的缓冲阻尼器。

2.30柔性壳体或薄膜原理(flexible “shells”or thin films）

柔性壳体或薄膜原理主要体现在2个方面：

1．使用柔性壳体或薄膜代替标准结构。

例如：① 充气儿童城堡；② 使用膨胀的（薄膜）结构作为冬天里网球场上空的遮盖。

2．使用柔性壳体或薄膜将物体与环境隔离。

例如：① 充气外衣；② 超市里包裹蔬菜和食品的保鲜膜。

2.31多孔材料原理（porous materials）

多孔材料原理主要体现在2个方面：

1．使物体变为多孔或加入多孔物体（如多孔嵌入物或覆盖物）。

例如：① 蜂窝煤；② 泡沫材料；③ 机翼用泡沫金属。

2．若物体已是孔结构，在小孔中事先填入某种物质。

例如：① 医用药棉；② 用多孔的金属网吸走接缝处多余的焊料。

2.32颜色改变原理（change the color）

颜色改变原理主要体现在2个方面：

1．改变物体或环境的颜色。

例如：① 用不同的颜色（如红、黄、蓝、绿等）表示不同警报；② 在冲洗照片的暗房中使用红色暗灯。

2．改变物体或环境的透明度。

例如：① 随光线改变透明度的感光玻璃；② 确定溶液酸碱度的化学试纸。

3．在难以看清的物体中，使用有色添加剂或发光物质。

例如：① 利用紫外光识别伪钞；② 研究水流试验中，给水加入颜料；③交通的警服通常添加明显标志和荧光粉，有利于在黑暗环境中的醒目和安全。

4．如果此种添加剂已被使用，可再运用发光追踪元素。

2.33均质性原理（homogeneity）

均质性原理主要体现在：

存在相互作用的物体，用相同材料或特性相近的材料制成。

例如：① 使用与容纳物相同的材料来制造容器，以减少发生化学反应的机会；② 用金刚石制造的钻石切割工具；③ 电源插头与插座外壳基本都使用塑料，便于绝缘，防止漏电伤人。  

2.34抛弃或再生原理（rejecting and regenerating parts）

抛弃或再生原理主要体现在2个方面：

1．采用溶解、蒸发等手段，抛弃已完成功能的零部件，或在系统运行过程中，直接修改它们。

例如：① 火箭点火起飞后逐级分离抛弃；② 利用可降解作为支撑体培养生物；③ 药物胶囊的外壳起到包裹药粉的作用，进入体内后自行溶解掉；④ 制造大型橡胶球的方法：用粉笔和水的混合物做成球体，球体外覆盖橡胶。放入烤箱中烘烤后将粉笔溶化。

2．在工作过程中，迅速补充系统或物体中消耗的部分。

例如：① 水循环系统；② 割草机采用自动割草尼龙放松装置；③ 自动铅笔。

2.35物理或化学参数改变原理（transform the physical╱chemical state）

物理或化学参数改变原理主要体现在4个方面：

1．改变聚集态（物态）。

例如：① 将氧气液化，以减小体积便于运输；② 粘接代替机械铰接方法。

2．改变浓度或密度。

例如：① 采用不同粘度的润滑油；② 改变合成水泥的成分可变其性能。

3．改变柔度。

例如：① 链条锁使用更方便；② 用电流变可调减振器代替轿车中不可调减振器；③ 硫化橡胶改变了橡胶的柔性和耐用性。

4．改变温度。

例如：① 为了保护动物标本，需将其降温；② 通过升高温度来加工食物（改变食物的味道、香味组织、化学性质等）；③ 烧制陶瓷。

2.36相变原理（phase transformation）

相变原理主要体现在：

利用物质相变时产生的某种效应，如体积改变、吸热或放热。

例如：① 工业采用冰盐制冷；② 用干冰所产生的二氧化碳蒸汽制造舞台的烟雾效果。

【例1】利用相变材料吸热特性做成的降温服——选择合适的相变材料加入衣料中，将这些材料包裹在直径平均500纳米的微行胶囊内，放在衣物上，天气炎热的时候能将热能吸收，转冷的时候能放热，冬暖夏凉。

2.37热膨胀原理（thermal expansion）

热膨胀原理主要体现在2个方面：

1．利用材料的热膨胀或热收缩。

例如：① 加热外部件使之膨胀，装配完成后恢复。

② 将热收缩薄膜包在产品外面，然后加热，薄膜遇热收缩而紧包产品，充分显示产品的外观；③ 当办公楼内起火时，自动喷淋系统顶端装有乙醚的玻璃顶针就会因受热而胀裂，让水自动喷出。

2．组合使用不同热膨胀系数的几种材料。

例如：① 记忆合金，在一定温度下恢复到“原始形状”。

② 双金属片合叶能根据室内温度自动调节窗户的开口量；③热敏开关，两条粘在一起的金属片，由于两片金属的热膨胀系数不同，对温度的敏感程度也不一样，温度改变时会发生弯曲，从而实现温度控制。

2.38强氧化剂原理（strengthen oxidation）

强氧化剂原理主要体现在4个方面：

1．用富氧空气代替普通空气。

例如：为了获得更多的热量，焊里通入氧气，而不是用空气。

2．用纯氧代替空气。

例如：使用氧气—乙炔火焰做高温切割。

3．将空气或氧气进行电离辐射。

例如：空气过滤器通过电离空气来捕获污染物。

4．使用臭氧代替氧气。

例如：臭氧溶于水中去除船体上的有机污染物。

2.39惰性环境原理（inert environment）

惰性环境原理主要体现在2个方面：

1．用惰性环境代替通常的环境。

例如：① 用氩气等惰性气体填充灯泡，做成霓虹灯；② 为防止炽热灯丝的失效，让其置于氩气中；③ 用泡沫隔离氧气，起到灭火的作用；④ 将阻燃材料添加到泡沫状材料构成的墙体中。

2．使用真空环境。

例如：悬挂系统中的阻尼器。

2.40 复合材料原理（composite materials）

复合材料原理主要体现在：

用复合材料代替均质材料。

例如：① 复合的碳素纤维高尔夫球杆更轻，强度更好，而且比金属更具有柔韧性；② 玻璃纤维制成的冲浪板更轻，更容易控制，与木制品相比更容易做成各种不同的形状；③ 用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，可用来替代木制产品作托盘、包装箱、建筑材料等。

附录 阿奇舒勒矛盾矩阵表