第三章 研究方法
3.6 物-場分析
物-場分析法是基於 Altshuller 通過對功能的研究發現的定律：所有的功能都可 分解為 3 個基本要素：兩個物質和一個場。物-場分析法是使用圖形描述系統中的相 互作用或行為的符號語言，比文字語言更清楚直觀的描述系統的構成要素和構成要 素之間的相互聯繫。根據物-場模型來查找相對應問題的標準解和一般解，這些標準 解不依賴領域知識，具有很高的適用性[50]。
利用標準符號（表 3-11）建立物-場模型（圖 3-4），其表達的涵義為：場 F 通過 物質 S2作用於物質 S1並改變 S1。
S1－物質 1：是系統動作的接受者，也就是需要改變、實現的“目標”。
S2－物質 2：是控制的物體，也是實現必要作用的“工具”。
F－場：代表作用於物質 S1與 S2之間的“力”、“能量”，是實現兩個物質間的相互 作用、聯繫、影響。
表 3-11 物-場模型的符號含義說明[52]
類別 符號 符號含義
物質 , , 系統中的各個物質(n 為自然數）
場 ， ， 系統中的各個場(n 為自然數）
作用 有關聯的作用
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有效、定向的正常作用 有效、定向的相互作用 有效、定向、不足的作用
＋＋＋＋＋＋ 過度、定向的作用
有害、定向的作用
-?-?-?-?-?-? 缺乏資訊的作用
模型 變換
將初始技術系統模型轉換成新的技術系統 模型
( ) 在內部有添加物的組合 [ ] 在外部有添加物的組合
圖3-4 物-場分析的基本模型 Altshuller 將物-場模型分為 5 類[52]：
1. 有效完整系統
系統中的三要素都存在且有效，是設計者追求的模型。如圖 3-5(a)所示。
2. 不完整系統
系統中的三要素有部分組件不存在，需增加物質或場以構成有效完整系統。如 圖 3-5(b)所示。
3. 不足作用完整系統
系統中的三要素都存在，但設計者所追求的效能未完全實現，需進行改進以達 到要求。如圖 3-5(c)所示。
4. 過度作用完整系統
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系統中的三要素都存在，但設計者所追求的效能過度作用，需進行改進以達到 要求。如圖 3-5(d)所示。
5. 有害作用完整系統
系統中的三要素都存在，但產生與設計者所追求的效能相衝突因素，需清除有 害功能以達到要求。如圖 3-5(e)所示。
圖 3-5 物-場模型的類型圖[52]
物-場模型的一般解法，有表 3-12 的 5 種物-場轉換規則[54]:
表 3-12 物-場模型一般解法的 5 種轉換規則[54]
規則 1 不完整的物-場模型，針對所缺少的元素給予引入物質或引入場填補 空缺，使物-場模型有效完整。
規則 2 欲使完整的物-場更具效能，可延伸既有的物場與其他獨立的物場相 連結。
規則 3 對於偵測或量測的問題，可延伸產生兩個場，一個輸入，一個輸出。
規則 4 引入一個經過改良的元件(S3)，或增加另一個場(F2)，以消除有害的
、多餘的、不需要的物質或場。
規則 5 兩個必要的輸出場(F1)和輸入場(F2)間，應使用一個元件(S2)作為 F1
和 F2物理轉換的仲介物。
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表 3-13 物-場模型分類及一般解法[54]
分 類 解 決 方 法 1.有效且完整物場 不需額外解法
2.不完整物場 增加需要的元件，以完成物－場模型
3.有害作用完整物場 增加另一個場(F２)，以平衡產生有害效果的場
4. 不足作用完整物場
用另一個場 F2代替原來的場 F1。改用新的場(F２) 或場和物質(F２+S３)來代替原有的場(F１)或場和物 質(F１+S１)
增加一個新的場(F２)來增強需要的效果
增加物質（S３)並加上另一個場(F２)來強化有用效應 表 3-14 物-場轉換規則圖解[54]
S1 Ｆ
S1
S1 S2
規則 1 在空缺處引入新元件
Ｆ
S1 S2
不完整物場 有效完整物場
Ｆ
S1 S2
規則 2
延伸既有的物-場與其他 獨立的物-場相連結
F1 F2
S1 S2 S3
完整物場 獨立的物場
Ｆ
S1 S2
規則 3
延伸產生兩個場，一個 輸入，一個輸出。
F1 F2 S1 S2
F3
完整物場 兩個場
Ｆ
S1 S2
規則 4
引入改良元件(S3) 或增 加另一個場(F2)
F1
S1 S2 S3或 F2
有害作用完整物場 引入新的物場
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F1
F2
S1
規則 5 使用一個元件(S2)作為 F1和 F2物理轉換的仲介 物
F1 F2
S1 S2
不完整物場 仲介轉換的物場
3.7 76 個標準解
標準解是指不同領域發明問題，其標準條件與基本相同，因此可透過通用解法 有序的處理發明問題。物-場模型標準解可分為 5 個類別，18 個子系統，共 76 個標 準解。發明者首先識別問題的類型，然後選擇一個或多個相應的標準解，將選定的 標準解具體化為特定的解，即可得到問題的解答[52]。
為了避免從頭到尾逐個瀏覽找尋合適的標準解，可採用圖 3-6 所示標準解法系 統的一般應用流程，以減少標準解的瀏覽量，簡化問題求解工作。
圖 3-6 標準解法系統的一般應用流程[52]
物－場模型
判斷問題類型
測量和探測問題 需要改進系統
不完全模型
第 4 類標準解 據模型類型
有害作用模型 不足作用模型
S1.1 中標準解 S1.2 中標準解 第 2、3 類標準解
第 5 類標準解
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表 3-15 第一類：建立或完善物-場模型的標準解系統組成[52]
子系統（共 2 個） 標準解（共 13 個）
S1.1.完善物-場模 型
S1.1.1 (1) 建立完整的物-場模型
S1.1.2 (2) 引入附加物 S3構建內部合成的物-場模型 S1.1.3 (3) 引入附加物 S3構建外部合成的物-場模型 S1.1.4 (4) 直接引入環境資源，構建外部物-場模型 S1.1.5 (5) 構建通過改變環境引入附加物的物-場模型 S1.1.6 (6) 最小作用場模式
S1.1.7 (7) 最大作用場模式
S1.1.8 (8) 選擇性最小和最大作用場模式 S1.2.消除物-場模
型的有害效 應
S1.2.1 (9) 引入現成物質 S3
S1.2.2 (10) 引入已有物質 S1 (或 S2)的變形(或變種)
S1.2.3 (11) 在已有物質 S1 (或 S2)的內部(或外部)引入物質 S3 S1.2.4 (12) 引入場 F2
S1.2.5 (13) 採用退磁或引入一相反的磁場
表 3-16 第二類：強化物-場模型的標準解系統組成[52]
子系統（共 4 個） 標準解（共 23 個）
S2.1 向複合物-場 模型進化
S2.1.1 (14) 引入新物質向串聯式物-場模型進化 S2.1.2 (15) 引入新場向並聯式物-場模型進化
S2.2 加強物-場 模型
S2.2.1 (16) 使用更易控制的場替代
S2.2.2 (17) 分割物質 S1或 S2的結構，達到由宏觀控制向微觀 控制進化
S2.2.3 (18) 改變物質 S1或 S2，使成為具有毛細管或多孔的結 構
S2.2.4 (19) 增加系統的動態性
S2.2.5 (20) 構造異質場或持久場或可調節的立體結構場替代 同質場或無結構的場
S2.2.6 (21) 構造異質物質或可調節空間結構的非單一物質替 代同質物質或無組織的物質
S2.3 利用頻率協 調強化物-場模型
S2.3.1 (22) 場與物質 S1和 S2自然頻率的協調
S2.3.2 (23) 合成物-場模型中場 F1和 F2自然頻率的協調 S2.3.3 (24) 通過週期性作用來完成 2 個互不相容或 2 個獨立的
作用 S2.4 引入磁性添
S2.4.1 (25) 應用固體鐵磁物質，構建預-鐵-場模型 S2.4.2 (26) 應用鐵磁顆粒，構建鐵-場模型
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加物強化物 -場模型
S2.4.3 (27) 利用磁性液體構建強化的鐵-場模型 S2.4.4 (28) 應用毛細管(或多孔)結構的鐵-場模型 S2.4.5 (29) 構建內部或外部的合成鐵-場模型
S2.4.6 (30) 將鐵磁粒子引入環境，通過磁場來改變環境
，從而實現對系統的控制 S2.4.7 (31) 利用自然現象和效應
S2.4.8 (32) 將系統結構轉化為柔性的、可變的（或可自適應的）
來提高系統的動態性
S2.4.9 (33) 引入鐵磁粒子，使用異質的或結構化的場代替同質 的非結構化場
S2.4.10 (34) 協調系統元素的頻率匹配來加強預-鐵-場模型或 鐵 -場模型
S2.4.11 (35) 引入電流，利用電磁場與電流效應，構建電-場模 型
S2.4.12 (36) 對禁止使用磁性液體的場合，可用電流變流體來 代替
表 3-17 第三類：向雙、多、超級或微觀級系統進化的標準解系統組成[52]
子系統（共 2 個） 標準解（共 6 個）
S3.1 向雙系統或 多系統進化
S3.1.1 (37) 系統進化 1a：創建雙、多系統 S3.1.2 (38) 改進雙、多系統間的連接
S3.1.3 (39) 系統進化 1b：加大元素間的差異性 S3.1.4 (40) 雙、多系統的進化
S3.1.5 (41) 系統進化 1c：使系統部分與整體具有相反的特性 S3.2 向微觀級系
統進化
S3.2.1 (42) 系統進化 2：向微觀系統進化
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表 3-18 第四類：測量與檢測的標準解系統組成[52]
子系統（共 5 個） 標準解（共 17 個）
S4.1 間接方法
S4.1.1 (43) 改變系統，使檢測或測量不再需要 S4.1.2 (44) 應用複製品間接測量
S4.1.3 (45) 兩次檢測來替代 S4.2 建立測量的
物-場模型
S4.2.1 (46) 建立完整有效的測量物-場模型 S4.2.2 (47) 建立合成測量物-場模型
S4.2.3 (48) 檢測或測量由於環境引入附加物後產生的變化 S4.2.4 (49) 檢測或測量由於改變環境而產生的某種效應的變化 S4.3
加強測量物-場模型
S4.3.1 (50) 利用物理效應和現象
S4.3.2 (51) 測量系統整體或部分的固有震盪頻率
S4.3.3 (52) 測量在與系統相聯繫的環境中引入物質的固有震盪 頻率
S4.4 向鐵-場測量 模型轉化
S4.4.1 (53) 構建預-鐵-場測量模型 S4.4.2 (54) 構建鐵-場測量模型 S4.4.3 (55) 構建合成鐵-場測量模型 S4.4.4 (56) 實現向鐵-場測量模型轉化
S4.4.5 (57) 應用與磁性有關的物理現象和效應 S4.5 測量系統的
進化方向
S4.5.1 (58) 向雙系統和多系統轉化
S4.5.2 (59) 利用測量時間或空間的一階或二階導數來代替直接 參數的測量
表 3-19 第五類：應用標準解的策略與準則[52]
子系統（共 5 個） 標準解（共 17 個）
S5.1 引入物質
S5.1.1 (60) 間接方法
S5.1.2 (61) 將物質分裂為更小的單元 S5.1.3 (62) 利用能“自消失”的添加物
S5.1.4 (63) 應用充氣結構或泡沫等“虛無物質”的添加物 S5.2 引入場
S5.2.1 (64) 首應用物質所含有的載體中已存在的場 S5.2.2 (65) 應用環境中已存在的場
S5.2.3 (66) 應用可以創造場的物質
S5.3 相變
S5.3.1 (67) 相變 1：變換狀態
S5.3.2 (68) 相變 2：應用動態化變換的雙特性物質 S5.3.3 (69) 相變 3：利用相變過程中伴隨的現象
S5.3.4 (70) 相變 4：實現系統由單一特性向雙特性的轉換 S5.3.5 (71) 應用物質在系統中相態的變換作用
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S5.4 利用自然現 象和物理效應
S5.4.1 (72) 應用由“自控制”實現相變的物質 S5.4.2 (73) 加強輸出場
S5.5 通過分解或 結合獲得物質粒 子
S5.5.1 (74) 通過分解獲得物質粒子 S5.5.2 (75) 通過結合獲得物質粒子
S5.5.3 (76) 兼用 S5.5.1 和 S5.5.2 獲得物質粒子
應用標準解法系統的正確方法是：從第一類到第三類得到問題標準解方法後，
或解決第四類檢測測量問題後，要再回到第五類去解。因為從第一類標準解到第四 類標準解的求解過程中，引入新的物質或場可能導致系統複雜化。第五類標準解是 簡化系統的方法，以保證系統的理想化結果。
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