增加柔性与移动性的优化解决方案

第二类标准解的特点是通过对描述系统物质-场模型的较大改变来改善系统。

1.转化成复杂的物质-场模型

（1）向链式物质-场跃迁的常规形式 将单一的物质-场模型转化为链式模型，转化的方法是引入一个S₃，让S₂产生的场F₂作用于S₃，同时，S₃产生的场F₁作用于S₁。

【例7-21】人们用锤子（S₂）砸石头（S₁），完成分解巨石的功能，为了增强分解的功能，可以通过在锤子和石头之间加入錾子（S₃）。锤子的机械场（F_Me）传递给錾子，然后錾子的机械场传递给石头，如图7-8所示。

图7-8 锤子-錾子-石头模型

（2）向双物质-场跃迁 双物质-场模型，现有系统的有用作用F₁不足，需要进行改进，但是又不允许引入新的元件或物质，这时，可以加入第二个场F₂来增强F₁的作用。

【例7-22】用电镀法生产铜片，在铜片表面会残留少量的电解液（S₁），用水（S₂）清洗（F_Me1）的时候，不能有效地除掉这些电解液。解决方案是增加一个场，在清洗的时候，加入机械振动（F_Me2）或在超声波清洗池中清洗铜片，如图7-9所示。

图7-9 铜板清洗模型

2.增强物质-场模型

（1）向具有可控场的物质-场跃迁 用更加容易控制的场，来代替原来不容易控制的场，或者叠加到不容易控制的场上，可按以下路线取代一个场，重力场→机械场→电场或者磁场→辐射场。

【例7-23】在一些外科手术中，最好采用对组织（S₁）施加热作用（F₂）的激光手术刀（S₃）取代对组织施加机械作用（F₁）的钢刀片式手术刀（S₂）。

（2）向带有工具分散物质-场跃迁 提高完成工具功能的物质分散（分裂）度。

【例7-24】设计一个支撑系统将重力（F_G）均匀地分布在不平的平面（S₁）上，而充液胶囊（S₂）可以实现这个功能。工具功能的物质分散度提高（Smicro）。

（3）向具有毛细管多孔物质-场跃迁 改变S₂成为允许气体或液体通过的多孔的或具有毛细孔的材料，具体做法是，固体物质→带一个孔的固体物质→带多个孔的固体物质（多孔物质）→毛细管多孔物质→带有限孔结构（和尺寸）的毛细管多孔物质。

【例7-25】建议采用多孔硅（S_2’）的毛细管多孔结构代替一组针状电极（S₂），作为平面显示器（S₁）的阴极。改变S₂使其成为允许气体和液体通过的多孔或毛细孔的物质。

（4）向动态化物质-场跃迁 如果物质-场系统中具有刚性、永久和非弹性元件，那么就尝试让系统具有更好的柔韧性、适应性、动态性，来改善其效率。

【例7-26】给风力发电站的风轮机安装铰链机构（S₃），有助于风轮机（S₁）在风（S₂）的作用下随时保持顺风方向。

【例7-27】汽车变速器无论是标准（S₂）的，还是自动的，其速比（S₁）都是定数，液压变速系统（S₃）的速比在一定范围内连续。

（5）采用结构化的场向物质-场跃迁 用动态场替代静态场，以提高物质-场系统的效率。

【例7-28】利用驻波（F_SW）来固定液体（S₂）中的颗粒（S₁）。

（6）向结构物质-场跃迁 将均匀的物质空间结构，变成不均匀的物质空间结构。

【例7-29】从均质固体切割工具（S₂）向多层复合材料的自动化切削工具（S₃）跃迁，可增加加工零件成品（S₁）的数量和质量。

3.频率的协调

（1）向具有作用F^#_l匹配频率和产品固有频率的物质-场跃迁 将场F的频率与物质S₁或者S₂的频率相协调。

【例7-30】振动破碎机（S₂）的振动频率必须与被破碎材料（S₁）的固有频率（f₀）一致，如图7-10所示。

图7-10 振动破碎机破碎材料模型

（2）向有作用F₁和F₂匹配频率的物质-场跃迁 让场F₁与场F₂的频率相互协调与匹配。

【例7-31】机械振动通过产生一个与其振幅相同但是方向相反的振动来消除。

（3）向具有合并作用物质-场跃迁 两个独立的动作，可以让一个动作在另一个动作停止的间歇完成。

【例7-32】当信息由两个频道F₁和F₂在同一频带内经发射器（S₂）向接收器（S₁）传输时，一个频道的传输发生在另一个频道的停顿时间。

4.利用磁场和铁磁的材料(www.xing528.com)

（1）向原铁磁场跃迁 在物质-场中加入铁磁物质和磁场。

【例7-33】为了将海报（S₂）贴在表面（S₁）上，采用铁磁表面（S₃）和小磁铁（S₄）代替图钉或者透明胶带。

【例7-34】移动磁场推动轨道车辆，如图7-11所示。

图7-11 磁悬浮车模型

（2）向铁磁场跃迁 将标准解法2.（1）应用更可控的场与4.（1）应用铁磁材料结合在一起。利用铁磁材料和磁场，增加场的可控性。

【例7-35】橡胶模具（S₂）的刚度，可以通过加入铁磁物质（S₃），即通过磁场（F_M）来进行控制，这样在产品（S₁）进行冲模时可以有效保护模具。

（3）从低效铁磁场向基于铁磁流体铁磁场跃迁 利用磁流体可以加强铁磁场模型。磁流体是一种有铁磁顺位的胶质溶液，如煤油、硅脂、水等。

【例7-36】计算机电动机的多孔旋转轴承中，用铁磁流体（S₃）替代纯润滑剂（S₂），可使其保留在轴（S₁）和轴承支架之间的缝隙中，同时还可以提供毛细力。

【例7-37】为减小管道中的压强，在贴近管壁（S₁）处形成一层低黏度液体，降低流动液体（S₂）的能量消耗，应用磁流体（S₃），并沿管道放置磁铁。

（4）向基于磁性多孔结构的铁磁场跃迁 应用包含铁磁材料或铁磁液体的毛细管结构。

【例7-38】过滤器的过滤管（S₂）中，填充铁磁颗粒（S₃），形成毛细多孔一体材料，利用磁场可以控制过滤器内部的结构，从而更好地过滤过滤物（S₁）。

（5）向在S₁和/或S₂中引入添加物的外部复杂铁磁场跃迁 转变为复杂的铁磁场模型，如果原有的物质-场模型中，禁止用铁磁物质代替原有的某种物质，可以将铁磁物质作为某种物质的内部添加物而引入系统。

【例7-39】为了让药物分子（S₂）到达身体需要的部位（S₁），在药物分子上附加铁磁微粒（S₃），并且在外界磁场（F_M）的作用下，引导药物分子转移到特定的位置。

（6）向环境中铁磁场跃迁 在标准解法（5）的基础上，如果物质内部也不允许引入铁磁添加物，可以在环境中引入，用磁场（F_M）改变环境（S_supe-system）的参数。

【例7-40】将一个内部有磁性颗粒的橡胶垫（S₃）摆放在汽车（S₁）的上方，这个垫子可以保证在修车时，工具（S₂）能被吸附住，这样就不用人们在汽车外壳内填入防止工具滑落的铁磁物质了，如图7-12所示。

图7-12 磁性垫模型

（7）向使用物理效应的铁磁场跃迁 如果采用了铁磁场系统，应用物理效应可以增加其可控性。

【例7-41】磁共振影像是利用调频振动磁场探测特定细胞核（S₁）的振动，所产生影像的颜色说明某些细胞集中的程度。如肿块的含水密度不同于正常组织，所以其颜色也不同，因此就可以探测出来。

（8）向动态化铁磁场跃迁 应用动态的、可变的（或者自动调节的）磁场。

【例7-42】将表面有磁性颗粒的弹性球体（S₂）放在不规则空心物体内部（S₁）来测量容器壁厚，通过放在外部的感应器来控制这个“磁性球”，使其与待测空心物体的内壁紧紧地贴合在一起，从而达到精确测量的目的。

（9）向有结构化场的铁磁场跃迁 利用结构化的磁场来更好地控制或移动铁磁物质颗粒。

【例7-43】为了在塑料垫子表面形成某种图案，在塑料液体内加上铁磁粒子，用结构化的磁场拖动铁磁粒子形成所需要的形状，一直到液体凝固，如图7-13所示。

图7-13 表面形状形成模型

（10）向节律匹配的铁磁场跃迁 铁磁场模型的频率协调，在宏观系统中，利用机械振动来加速铁磁颗粒的运动。在分子或者原子级别，通过改变磁场的频率，测量对磁场发生响应的电子的共振频率谱来测定物质的组成。

【例7-44】微波炉加热食品的原理为微波炉使水分子在其自然频率处振动。

（11）向电磁场跃迁 应用电流产生磁场，而不是应用磁性物质。

【例7-45】常规的电磁冲压中金属部件采用了强大的电磁铁（S₄），该磁铁可产生脉冲磁场（F_M），脉冲磁场在坯板（S₃）中产生涡电流，其磁场排斥使它们产生感应的脉冲磁场，排斥力足以将坯板压入冲模（S₁）。

【例7-46】通电线圈通电产生电流，从而使吸盘产生磁场来代替带有永久磁铁的吸盘，对海底的金属物品进行打捞。

（12）向采用电流变液体的电磁场跃迁 通过电场，可以控制流变体的黏度。

【例7-47】在动力减振器中，通过改变电场来允许或者禁止流变体溶液的流动，从而改变流变体的阻尼系数，实现动力减振器在不同环境下具有不同的减振效果。