材料维与九种创新法则的耦合分析

材料维与9种创新法则的耦合是指利用9种创新法则对系统（机器、产品或工程等）的材料维及其二级子维进行迭代变换和重构，使系统的材料维得以优化并形成多种创新路径。

1）材料维和分解与去除法则的耦合

材料维和分解与去除法则的耦合是指将系统（机器、产品或工程等）的材料维表征（如材料构成、材料相态等二级子维）解构为最小的单元，通过物质多维度化、去除、分离、抽取、抛弃与再生等方式优化系统的特性，以更好地满足系统对材料维创新的分解与去除特定要求。以材料维和分解与去除法则耦合形成的空心化原理为例。空心化原理是上述耦合形成的典型表现形式，即将构成系统的材料做成空心材料。其具体原理如图2-42所示。

材料维中二级子维和分解与去除法则的耦合，是指分别对系统材料维中的材料构成、材料相态等二级子维以某种方式组合与集成，以优化系统的材料维特性。

图2-42　材料维和分解与去除耦合形成的空心化原理

材料维中二级子维和分解与去除的耦合主要包括以下内容：

（1）材料构成子维和分解与去除法则的耦合

材料构成子维和分解与去除法则的耦合，是指通过分析系统的材料维构成，对材料进行分解，采用物质多维度化、分离、去除、抽取、抛弃与再生等方式重构系统，以改善系统的特性。

（2）材料相态子维和分解与去除法则的耦合

材料相态子维和分解与去除法则的耦合，是指通过分析系统的材料相态，对材料进行分解，采用物质多维度化、分离、去除、抽取、抛弃与再生等处理方式重构系统，以改善系统的特性。

2）材料维和组合与集成法则的耦合

材料维和组合与集成法则的耦合是指将系统（机器、产品或工程等）的材料维表征（如材料构成、材料相态等二级子维）按照优化系统特性的方式组合与集成，以更好地满足系统对材料维创新的组合与集成特定要求。

材料维和组合与集成法则耦合形成的创新路径主要包括以下内容：

（1）多孔材料原理

多孔材料原理是指使系统变为多孔系统或加入多孔物质（如多孔嵌入物或覆盖物）。如果系统已经是多孔结构，可在小孔中事先填入某种其他物质。其具体原理如图2-43所示。

（2）复合材料原理

复合材料原理是指将系统两种或两种以上的材料以某种方式或比例配成另一种新材料的过程。

图2-43　材料维和组合与集成法则耦合形成的多孔材料原理

（3）结构与体积排列原理

结构与体积排列原理是指基于系统特定的材料，经过结构或体积等方面的组合与排列形成新的材料，以有效提高材料的性能。

材料维中二级子维和组合与集成法则的耦合，是指分别对系统材料维中的材料构成、材料相态等子维要素以组合与集成的方式形成一个整体，共同构成另一种具有新功能和新性能的材料，以优化系统的材料维特性。

3）材料维和局部优化法则的耦合(www.xing528.com)

材料维和局部优化法则的耦合是指对系统（机器、产品或工程等）的材料维表征（如材料构成、材料相态等二级子维）进行局部优化，以更好地满足系统对材料维创新的局部优化特定要求。

材料维中二级子维与局部优化法则的耦合，是指分别对系统材料维中的材料构成、材料相态等二级子维要素进行局部优化处理，使系统在对应二级子维的参数局部达到最优状态，以优化系统的材料维特性。

4）材料维和替代法则的耦合

材料维和替代法则的耦合是指系统（机器、产品或工程等）的材料维表征（如材料构成、材料相态等二级子维）由其他要素所取代，以更好地满足系统对材料维创新的替代特定要求。以材料维和替代法则耦合形成的更换或替代廉价品原理为例。更换或替代廉价品原理是指用廉价材料替代昂贵材料，同时降低某些质量要求。其具体原理如图2-44所示。

图2-44　材料维与替代法则耦合形成的更换或替代廉价品原理

5）材料维和动态化法则的耦合

材料维和动态化法则的耦合是指赋予系统（机器、产品或工程等）随时间及各种内外部环境变化动态发生改变的能力，以更好地满足不同工况对系统材料维创新的动态化特定要求。

材料维中二级子维和动态化法则的耦合，是指分别对系统材料维中的材料构成、材料相态等二级子维要素进行动态化调整，使系统满足不同使用工况的要求。

6）材料维和自服务法则的耦合

材料维和自服务法则的耦合是指通过改变系统（机器、产品或工程等）的材料维表征（如材料构成、材料相态等二级子维）与部件之间的关系，或采取增加部件等措施，实现系统的自我服务、自我保护及自我维护，降低系统对外部资源的依赖度，以更好地满足系统对材料维创新的自服务特定要求。

材料维中二级子维和自服务法则的耦合，是指为了实现系统的自我服务、自我保护和自我维护，分别对材料维中的材料构成、材料相态等二级子维要素进行自服务化重构，以优化系统的材料维特性。

以材料维和自服务法则耦合形成的记忆材料为例，记忆材料须为具备吸收冲击力、记忆变形等特点的特殊材料，如记忆合金材料等。

7）材料维和友好化法则的耦合

材料维和友好化法则的耦合是指重构系统（机器、产品或工程等）的材料维表征（如材料构成、材料相态等二级子维）与人的交互关系，充分考虑人的生理、认知、行为以及人体适应特殊环境的能力与极限等属性特征及环境安全等因素，使材料维创新对人的伤害和生态环境的危害最小、占用的资源最少，实现人—机—环—管和谐共生，以更好地满足系统对材料维创新的友好化特定要求。

材料维中二级子维和友好化法则的耦合，是指为了使系统对人的伤害和生态环境危害最小、占用资源最少，实现人—机—环—管和谐共生，分别对材料维中的材料构成、材料相态等二级子维要素进行友好化重构，以优化系统的材料维特性。

8）材料维和柔性化法则的耦合

材料维和柔性化法则的耦合是指将系统（机器、产品或工程等）的材料维表征（如材料构成、材料相态等二级子维）进行平和化、渐进化处理，增强系统的适应性和可调节性，以更好地满足系统对材料维创新的柔性化特定要求。

材料维和柔性化法则耦合形成的创新路径包括表面改性原理、内部元素改性原理、热处理变形原理等。

材料维中二级子维和柔性化法则的耦合，是指分别对材料维中的材料构成、材料相态等二级子维要素进行柔性化处理，以优化系统的材料维特性。

9）材料维和智慧化法则的耦合

材料维和智慧化法则的耦合是指对系统（机器、产品或工程等）的材料维表征（如材料构成、材料相态等二级子维）进行传感、识别、存储、运算、控制等迭代变换和重构，使之具备感知、记忆与思维、学习与自适应和自主决策等能力，即对系统的材料维要素实施信息化、智能化升级改造，以更好地满足系统对材料维创新的智慧化特定要求。

材料维中二级子维和智慧化法则的耦合，是指应用现代通信与信息技术、计算机网络技术、智能控制等技术分别对材料维中的材料构成、材料相态等二级子维进行智慧化改造，以优化系统的材料维特性。