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周期性作用原理——TRIZ试解
发表时间:2013-06-07

 

 

周期性作用原理是TRIZ(发明问题解决理论)40条创新原理的第19条。TRIZ对周期性作用原理的解释是:“改变一种作用的执行方式,以获得某种所需的结果”。它着眼于用周期或脉冲作用代替连续作用,或对原有周期作用的频率进行调适,或对脉冲的间歇加以利用。我们可以通过喷射水流与机枪的对比来认识这个问题。前者是一种连续作用.而后者就是周期性作用。不能说这两种作用方式孰优孰劣,完全视客观需要而定。如果在一个电路中串入电源、开关和电磁铁(或蜂鸣器).则电磁铁会随着开关的闭合而吸台。本来这种吸台是连续作用,但如果我们把它改为脉冲作用,使开关间歇导通.那么电磁铁就会断续地吸合。如果使电磁铁的吸合时间有长短之分,并给这种长短的组台赋予一定的含义,于是我们看到,通过连续与脉冲的变换,莫尔斯电码诞生了。从此,电不仅可以传送功率.也可以传输信号。

有一个经典的故事。爱迪生是最早涉足电领域的先驱者之一,他的电力照明公司提供直流电,即稳恒电流,而同时代的威斯汀豪斯与特斯拉经营的电力公司则输出交流电,即周期变化的电流,双方出于商业竞争的需要,就直流电与交流电的优劣展开了一场艰苦的论战,其激烈程度为技术界所罕见,其间不但广泛调动传媒,甚至还掺杂种种实验演示。一个无法回避的事实是.爱迪生的直流电难以实现远距

离传输。辩论挽救不了事实上的劣势,其结果以爱迪生的失败告终。

应该说直流电与交流电各有各的用处。例如,绝大多数的电子电路是以直流供电为基础的,再如.电化学过程必须用直流。但是大约在上世纪60年代,人们又有了一项新发现.即在电镀过程中周期性地改变电流方向可以取得更好的效果。当然这种周期换向只能是非对称的,否则将会什么也镀不上。而且其换向的周期也远大于交流电的周期。比如正向镀8秒。反向退镀2秒,具体数值视被镀金属和工艺而定。当正向镀时,被还原的金属分子依次在其晶格的空间点阵上就位,但难免有个别分子发生错位,这就为镀层的宏观特性埋下隐患,导致其不致密、不平整、机械强度降低。而当反向退镀时。恰恰是那些错位的分子最容易被退掉,这就使镀层的质量得到保证。再有,镀层附着在基体上下不一定很平整.难免有微观的凸起,而这些凸起恰恰导致电流线局部密集.而较高的电流密度又使它更凸出.最终成为毛刺。当退镀时由于凸起部电流线密集,使得这部分金属更易溶解,于是宏观上保证了镀层的平整光滑。但绝不能因此而认为周期换向对所有的电化学过程全都有利,例如电化学抛光就只能用直流。

机械方面的一个周期性作用的例子是汽车的ABS防抱死技术。本来刹车是一个连续过程: 脚踩下去,直至停车。为什么它又和周期作用扯上关系呢?实践经验使然。本来轮胎橡胶对柏油路有较大的摩擦系数,这个摩擦系数乘以车的重力就是刹车时的对地摩擦力。然而实际情况并没有这么简单。在刹车的最初瞬间刹车系统的表现确实符台我们的预期.但情况很快发生了变化。巨大的摩擦力使轮胎橡胶急剧发热.高温下橡腔发生变性,导致摩擦系数迅速降低,刹车效果恶化.刹车距离变长,这显然是我们所不希望的。有经验的司机在实践中摸索出这样一条经验:如果把一个刹车动作分解成一连串的“点刹”,效果要好得多。道理何在呢?当刹车的第一瞬间过去,刹车效果刚要变坏,立即稍稍释放轮毂,使它转过一个很小的角度,把刚刚变热的轮胎放过去,让一段新的冷橡胶摩擦地面.很快,再把这段放过去,这样一来就解决了高温变性橡胶摩擦力下降的问题。有鉴于此,ABS防抱死系统靠机构代替人工,把一次刹车化解成每秒830次点刹,不但改善了刹车效果而且能避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑。

关于对脉冲间歇的利用,我们不妨看看雷达和声纳。雷达的天线不断向观测目标发射微波脉冲,但是在两个发射脉冲的间歇.发射天线切换成了接收天线.接收来自目标的回波,通过发射脉冲和回波的间隔就可以计算出目标的距离。声纳的情形与此相似.只足把天线改成了换能器,发射和接收的不再是电磁波,而是声脉冲。

我们看.连续与周期作用,这种转换在技术上往往不难实现,取得的效果不是很神奇吗?但究竟哪些情况适用这种转换,还需视具体情况而定。

 

周期性作用原理——TRIZ试解

作者: 李正桐

作者单位:

刊名: 家电科技

英文刊名: Household Appliance Technology

年,卷() 2011(7)

 

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