[科普中国]-分离原理

基本介绍

解决物理矛盾的核心思想是实现矛盾双方的分离。TRIZ理论在总结物理矛盾解决的各种研究方法的基础上，将各种分离原理总结为4种基本类型，即空间分离、时间分离、条件****分离和整体与部****分分离。

这4种分离方法的核心思想是完全相同的，都是为了将针对同一对象(系统、参数、特性、功能等)的相互矛盾的需求分离开，从而使矛盾的双方都得到完全的满足。它们的不同点在于，不同的分离方法通过不同的方向来分离矛盾的双方，在分离方法确认之后，可以使用符合这个分离方法的创新原理来得到具体问题的解决方案。以下我们对各种分离方法进行逐一介绍。1

空间分离原理所谓空间分离原理是将矛盾双方在不同的空间上分离，即通过在不同的空间上满足不同的需求，让关键子系统矛盾的双方在某一空间只出现一方，从而解决物理矛盾。1

以下是几个应用空间分离原理的例子。

(1) 利用轮船进行海底测量工作时，早期是将声呐探测器安装在船上某一部位，在实际测量中，轮船上的各种干扰会影响测量精度和准确性。解决问题的方法之一就是将声呐探测器单独置于船后千米之外，用电缆连接，使声呐探测器和轮船内的各种干扰在空间上得以分离．互不影响．可大大提高测试精度．实现了矛盾的合理解决。

(2) 早期自行车(见图1)的脚蹬子是与前轮连接成一体的，骑车人既要快蹬(脚蹬子)，提高车轮转速以提高白行车的速度，又希望慢蹬(脚蹬子)，不至于太累。链条、链轮及飞轮的发明就解决了这个物理矛盾，改进后的自行车如图2所示。在空间上将链轮(脚蹬子)和飞轮(车轮)分离，再用链条将它们连接起来，链轮直径大于飞轮，链轮只需以较慢的速度旋转就能使飞轮较快旋转．即骑车人通过较慢的速度蹬脚蹬子就可以使自行车的车轮以较快的速度旋转。

时间分离原理所谓时间分离原理是将矛盾双方在不同的时间段上分离．即通过在不同的时刻满足不同的需求．从而解决物理矛盾。

以下是几个应用时问分离原理的例子。

(1) 舰载飞机的机翼我们希望大一些，这样使飞机有更好的承载能力，大机翼提供更大的升力；但是我们又希望小一些，因为要在航空母舰有限的面积上多放些飞机。用时间分离可解决这个物理矛盾，在航母舰上飞机机翼可以折叠存放，在飞行时飞机机翼打开，如图3、4所示。

(2) 一般的自行车由于体积较大，不便于储存．采用折叠的方式，如图5所示．使自行车的体积可以在行走时变大．在储存时变小。行走与储存发生在不同的时间段．使用时间分离原理成功地解决了物理矛盾。

条件分离原理所谓条件分离原理是根据条件的不同将矛盾双方不同的需求分离，即通过在不同的条件下满足不同的需求，从而解决物理矛盾。

以下是几个应用条件分离原理的例子。

(1) 水射流可以当作软质物质，用于洗澡时按摩；也可以当作硬质物质，以高压、高射速流用于加工或作为武器使用。这取决于射流的速度条件或射流中有无其他物质。

(2) 在厨房中使用的水池箅子，对于水而言是多孔的，允许水流过；而对于食物而言则是刚性的，不允许食物通过。

整体与部分分离原理所谓整体与部分分离原理．是将矛盾双方在不同层次上分离．即通过在不同的层次上满足不同的需求来解决物理矛盾。

以下是几个应用整体与部分分离原理的例子。

(1) 自动装配生产线与零件供应的批量化之间存在着矛盾。自动装配生产线要求零部件连续不断地供应，但是．零部件从自身的加工车间或供应商处运到装配车间时，却只能批量地、间断地运来。我们可使用专用的转换装置．接受间断运来的批量零部件．但连续地将零部件输送到自动装配生产线。

(2) 自行车链条应该是柔软的．以便精确地环绕在传动链轮上，它又该是刚性的．以便在链轮之间传递相当大的作用力。因此，系统的各个部分(链条上的每一个链接)是刚性的，但是系统在整体上(链条)是柔性的．如图6所示。

如何实现矛盾双方的分离如何实现矛盾双方的分离．是解决物理矛盾的关键。对同一个物理矛盾运用不同的分离原理可以得到不同的问题解决方法，为了让读者容易理解4个分离原理解决物理矛盾的过程．这里举两个例子。

例1 设计十字路口的物理矛盾

为了建设城市交通路网，必须在道路上设置许多交叉的十字路口。设计十字路口遇到的问题让很多人感到左右为难——道路应该有十字路口，以便让车辆驶向目的地；道路又不得有十字路口，以避免车辆相撞。那么，怎样设计十字路口才能兼顾两方面的需求呢?让我们看看如何利用4个分离原理来解决这个难题。

(1) 运用空间分离原理解决十字路口问题：采用高架桥、深槽路和地下通道(消除十字路口)，如图7所示。

(2) 运用时间分离原理：使用红绿灯，让车辆分时通过，如图8所示。

(3) 运用条件分离原理：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。其所遵循的条件是，遇到该去的路口就右转弯，否则就逆时针绕着转盘行驶，如图9所示。另外，如图10所示的类似于北京西单路口的“平面立交”的设计，也是运用条件分离原理的一个例子，每个方向车辆在通过路口时只能直行。另外在十字路口的四个角各修建一条小型环路，如同将一座立交桥放到平面上，汽车转弯必须经过路口旁边的环路实现——右转弯的车辆在十字路口前面提前拐弯，左转弯的车辆在直行通过十字路口后连续三个右转弯，彻底消除了最容易引起拥堵的左转弯现象．让车辆各行其道，互不干涉。车辆“只能直行，转弯走环路”就是实现分离的条件。

(4)运用整体与部分分离原理：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．加大与另外一个方向的避让距离，如图11所示。

例2 如何让眼镜具备两种屈光度。

有些人的视力兼有近视和老花眼的问题。因此，在看近处的时候，需要屈光度高(老花)；看远处的时候，需要屈光度低(近视)。如何让眼镜至少具备两种屈光度来同时满足以上的要求?

(1)运用空间分离原理解决两种屈光度的问题：双光眼镜(双焦点眼镜)是指在同一个镜片上有两种屈光度数(近视与老花)．矫正远距离视力的屈光度数通常在镜片的上方，矫正近距离视力的屈光度数则设在镜片的下方。由于同一镜片上同时包括远及近的屈光度数．交替看远及近时不需换眼镜。双光眼镜的缺点是看远部分和看近部分之间有明显的分割线，而且老花镜片的部分相对较小，因此视野范围受到一定的限制。

(2)运用时间分离原理：准备两副眼镜，一副是近视眼镜，一副是老花眼镜。其优点是解决问题的方式简单，使用现成的产品，无须对产品做任何创新与改进；缺点是需要两副眼镜，两个眼镜盒，还需要采回更换眼镜，十分不便。

(3)运用条件分离原理：科学家最近已经发明了一种更加人性化的“动态”双光眼镜，这种镜片可以通过轻按一个开关，眼镜就能从“远距离”模式转换为“近距离”模式。这是因为在眼镜的两层玻璃中间夹了很薄的一层液体结晶，并缚上了一个电极环。其优点是，根据所施加的电压高低的条件．当电极环打开的时候，无论是近距离还是远距离视角，电极都能重新调配镜头的调焦功率．使得整个镜片在一瞬间达到最理想的近视或者远视的效果，而且视野范围不受限制；其缺点是由于有电极环、导线和开关等零部件的加入，眼镜整体结构趋于复杂．现阶段成本比较高。

(4)运用整体与部分分离原理：将一片镜片分成两片镜片(凹透镜和凸透镜)，来进行组合使用。当单镜片(凹透镜)使用时起到近视眼镜的作用；当另一个镜片(凸透镜)叠加上来的时候，眼镜就变成了老花眼镜。其优点是视野范围不受限制；缺点是镜片结构复杂了一些．需要加入一定的机械结构，造成轻便性不够。1