第三章.創造原理 第五節 物場分析原理
物場分析原理是蘇聯學者根裏奇·阿奇舒勒（GenrikhAltshuller）於1979年在其著作《創造是一門精確的科學——解決發明課題的理論》中首先提出的一種概念新穎、技巧獨特的解決發明課題的方法。
阿奇舒勒的發明理論指出，解決發明課題的本質問題是消除課題的技術矛盾，而技術矛盾是由物理矛盾決定的。隻有消除物理矛盾，才能最終解決發明課題。因此，消除物理矛盾才是解決發明課題的核心所在。如何分析、消除物理矛盾，其直觀而又有效的方法，就是物一場分析方法。
物場分析的理論與方法，是在研究、分析、總結大量當代高水平發明專利的基礎上，對發明本質和措施加以概括和抽象、歸納而成的。當代的各種發明課題的解決，需要全部物理學的知識，但有些發明課題可能在物理學範圍之外的，用物場分析方法自然是不適宜的，這是該方法的局限性。
一、物場分析原理概述
1．係統與功能概述
物場分析理論與方法是指導創造與創新實踐活動的比較實用的理論與方法，為了更好地分析該理論，有必要對係統與功能的相關概念先行做簡單的介紹。
人類創造的任何人工自然產品都是一個係統，係統又是由不同層次的子係統組成的，其最基礎單位“功能元”按照係統相關特性依次有機結合而成。
功能是係統特性的根本，也是直接表現。所謂功能就是物體作用於其他物體並滿足某種期望的關係，功能與係統輸入、輸出的關係，可以用傳遞函數來表述，輸入與輸出之間的關係就是功能。
Y＝F（X1，X2，X3，……Xn）
式中Y輸出，X1，X2，X3，……Xn為輸入，F為功能。
一個完整的技術係統有總功能，各級子係統乃至功能元都有與其對應的獨立功能。總功能是由子功能有序綜合而不是簡單數學加和而成。任何功能的形成都是以功能原理為基礎的，並通過功能結構關係來實現的。
按照係統理論，任何係統都具有係統的功能結構，結構是可以分解的；最基礎的功能結構是功能元，功能結構具有以下基本組織特征
首先，所有功能結構至少可以分解為三個基本元素：作用對象、作用工具、能源。作用對象可以是工具、材料、器件、環境乃至人。能量是係統運動的動力源，可以是機械能、熱能、電能、磁動力、化學能、生物能。
其次，一個客觀存在的功能，至少由三個基本元素組成並以科學原理為依據，通過能量實現結構元素間的相互作用。
再次，係統功能按其作用特性可以分為理想功能、不足作用功能、有害作用功能、無功能（無功能的係統是相對的說法，即使是靜止的係統，當與環境發生作用時，也有重力作用、占用空間、阻隔氣流、熱交換等）。
不同性質的功能是由係統中內部矛盾產生的，解決矛盾問題功能性質也
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隨之發生變化，最小的功能結構可以用圖3-5表示。能源
2．技術矛盾和物理矛盾
發明課題產生於事實本身存在的矛盾。這種矛盾按其層次來說有：管理矛盾、技術矛盾和物理矛盾。物1
物2
管理矛盾。是需要做某一件事，又不知如何去圖3-5.最小的功能結構做。矛盾就擺在問題的表麵上，這種矛盾沒有提出應當向什麼方向去尋求答案，因此，沒有必要去特意揭示這種管理矛盾。
技術矛盾。是指當用已知的辦法去改善技術體係的一部分（或一個參數）時，該體係的其他部分（或其他參數）就要不可容忍地變壞的現象。這種矛盾存在於管理矛盾的深處。在發明課題的條件裏，常常已指出了技術矛盾，但技術矛盾的原有表達方法需經常加以修訂，因為正確地表達技術矛盾是具有一定的提示價值的。盡管技術矛盾的表述，並沒有指出具體的答案，但它卻能使我們放棄許多無用的解決方案，這是因為，所有那些因某一性質的改善而使另一性質惡化的方案，顯然都是不合適的，即都是不能解決問題的無用方案。
物理矛盾。是指對技術體係的同一部分提出了相互對立的要求。由於每一技術矛盾都是由具體的物理原因造成的，所以，物理矛盾就成為解決發明課題的本質所在。在物理矛盾中，互相對立的要求是極為尖銳的，有時乍看起來似乎是荒唐的、根本無法解決的矛盾。但是，物理矛盾的啟發力也正是在於矛盾走向了極端這一點上，因為物質的同一部分不可能存在兩種不同的狀態之中，那麼就隻剩下一種可能了，即用物理改造方法將矛盾的特性分開。
分析發明課題的技術矛盾和物理矛盾是運用物場分析的前提，這兩種矛盾的正確表述，有助於問題的解決。我們試舉例說明。
例：
在拋光光學玻璃時，必須向拋光模供給冷卻液（例如拋光模是樹脂製成的），如在拋光模上打些眼孔，雖可使冷卻液很好地通過（一個因素改善），但“有窟窿的”拋光模會降低了磨光玻璃的能力（另一個因素變壞），相反，拋光模的硬的部分能磨光玻璃，但卻不能使冷卻液通過。因此，為了磨光玻璃，拋光模的表麵應當是硬的；為了通過冷卻液，它又應當是空的。由於這種物理矛盾，對同一拋光模提出了兩個相互對立的要求。正是這種相互對立的要求：要使拋光模的全部表麵都是連片的窟窿，同時又是連片的固體，該怎樣解決才好？這種矛盾似乎是根本不能解決的，但它的提示力也正是在於矛盾已尖銳到了極端。假如拋光模是由冰和凍在那裏的磨料所組成，冰在拋光時由於摩擦生熱而會融化，這樣就保證了所要求的相結合的性質。
3．物場的概念
物場是“物質”與“場”兩個詞的新組合，有它自身的特定含義。
任何一種發明課題都涉及某種物體。這種物體應同外界環境或其他物體相互作用。作用中的任何一個變化，都會伴隨著能量的放出、吸收，或者轉變。在解決問題過程中，一般都應有兩個物體和一個場，並且它們實現著物體間的相互作用、聯係和影響。這就是物場的概念、物場的特定含義及其內容。
在引進物場這一概念時，使用了物體、場、相互作用這樣三個術語。這些術語也有其一定的含義。
對於“物體”，應當理解為它是一種與任何結構、功能、形狀、材質等各種複雜性無關的物體。冰與破冰船，纜繩與重物，螺栓與螺帽等等都是這裏所指的“物體”。在物場分析中，盡管研究的對象都是具體的物體，但稱謂上統指“物”。
“場”的概念則更為廣泛些，它包括了物理學所定義的實現物質微粒之間的相互作用的各種物質形式的場，如電磁一場、引力場、強相互作用場和弱相互作用場。此外，還包括泛指一個每一點都對應著一定大小的標量或矢量的空間。類似這樣的場，經常是與一定大小的標量或矢量的攜帶者的物質相聯係的，即所謂的“技術”場，比如：熱場（溫度場）、機械場、聲場、離心力場，等等。在物場分析中，技術場與物理學上的場具有同等作用與地位。
相互作用是指物體或現象，在它們的相互變化中所實現的所有形式的聯係。恩格斯清晰地指出了相互作用的特征：“當我們以現代自然科學的觀點，從整體上觀察運動著的物質時，相互作用是在我們麵前最先出現的東西。我們看到一係列的運動形式，機械運動、熱、光、電、磁、化學的化合和分解、聚集狀態的轉變、有機的生命，這一切，如果我們現在還把有機的生命除外，都是互相轉化、互相製約的，在這裏是原因，在那裏就是結果……”a 在物場分析表達式中，通常隻寫出起始場和終端場。也就是說，要求表達出的場是按課題給出的條件，能夠直接進行控製的場—引進、發現、改變、測量方麵的場。
a 恩格斯《自然辯證法》【M】北京：人民出版社，1971年：第209 頁
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3．物場是最小而完全的技術體係
對照功能結構和物場概念，就會發現物場結構與功能結構的相似性及其
作用關係的一致性。因此，可以說物場分析是以功能分析為基礎和前提條件的。
為了討論這個問題，我們先從兩個實際的發明課題來分析：
發明課題1
需要迅速而準確地發現冷凍機密封不嚴處的方法。在充有氟利昂、潤滑
油的冷凍機（主要是家用電冰箱）中密封不嚴處會滲出微量的液體（氟利昂、
潤滑油、液氮等）。其特征是，為了提高偵測滲漏處的準確性，將摻有熒光粉
的潤滑油注入冷凍機，在暗室裏用紫外光照射冷凍機，根據通過密封不嚴處
滲漏出的潤滑油中熒光粉發出的光來確定滲漏部位。
這個課題條件中給出了物質（液滴），在答案中引進了第二種物質（熒光粉）
和場（紫外輻射）。事實上很清楚，沒有能發現微小的氟利昂或潤滑油那種液
滴的場。可是，紫外輻射卻能發現微量元素的熒光粉—紫外光照射下，熒光
粉發出閃光。於是，在答案中就引進了兩種東西：場（紫外輻射）和將場與
第一種（起始的）物質聯係起來的第二種物質（熒光粉）
我們用F表示場，S1表示第一種物質，S2表示第二種物質，用箭頭代表
它們之間相互聯係。這樣，可將課題1 的答案表述為一種示意圖：
F S1 . S1 → S2
發明課題2
需要設計容易拔出的楔子。含有楔子和襯墊的楔入裝置，也很好地滿足
了研發目標。其特征是，為使楔子容易拔出，襯墊由兩部分組成，其中之一
是易熔的。
這個課題與前一個課題基本相同。課題條件同樣是給出了物質（楔子），
引進了S2（襯墊）和場（熱場）。它們的解答示意圖也基本一樣。課題2與前
一個課題稍有不同的是，場的作用方向改變了，因為易熔物質要通過熱場來
加熱，使之熔化，才能拔出楔子，而另一個課題則是由S2 作用於場才能表現
出來的。
這些發明課題屬於不同的技術部門，表達的情況也不盡一致，每一個課
題都有自身的困難。所有這些發明課題都含有技術矛盾和物理矛盾，但各課題本身的矛盾是各不相同的：課題1要求迅速而準確地發現滲出的微小液滴，“迅速”與“準確”是相矛盾的；課題2會使人立刻就想到安裝在楔子裏的各
種機構，但其技術矛盾十分明顯，為使拔出楔子省勁方便，就會使楔子的構造複雜化，增加加工製作的成本。
為了進一步說明這個問題，我們試把課題的給出條件與物場分析過程，統一用表3-1 來進行比較：
從表中可以明顯看出，盡管發明課題的內容不同，但在物場分析中，卻有著類似的分析內容和結果表達形式。從每個課題得到的結果看，當給定一種物質時，都必須加入（引進）第二種物質和場，其目的是為了使場通過第二種物質作用於第一種物質；或者相反，使第一種物質通過第二種物質，讓攜帶信息的場表現出來。
表3-1.課題給出條件與物場分析過程
過程、課題 發明課題1 發明課題2
技術矛盾 迅速與準確 要使拔楔子省勁，就必然使結構複雜起來
給定物質 S1（液滴） S1（楔子）
引進物質 S2（熒光粉） S2（襯墊）
引進場 場F（紫外輻射） 場F（熱場）
物場表達式 F S2S1S1→. F S2S1S1→.
從這些課題的答案中還可看出，每個物場都包括三個“角色”：S1，它能被改變、加工、移動、發現、檢查等；S2，它是實現必要作用的“工具”；場，它給出能量、力量，也就是保證S1和S2的作用，或它們間的相互作用。因為場本身和物質本身不產生任何需要的作用，為了對物做點什麼事，需要“工具”S2和能量（場）。而任何涉及某種發明課題物體，這個物體本身不能實現所要求的作用，它應與外界環境（或其他物體）互相作用。這樣，如果任何一個有了變化，那麼都將伴隨著能量的放出、吸收或者轉變。不難發現，為了得到發明課題所需要的答案，這三個“角色”在數量上是足夠的，在作用上是必需的。因此，兩個物質和一個場，對於形成所謂的物場這樣一個技術體係來說，是必須和足夠的了。因而，物場是最小的而又完全的技術體係。
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也可以認為是最基本係統的“功能元”。
4．物場表達式
構成物場的三要素是兩個物質和一個場。所以，物場的一般形式為：
F
S1 S2
在物場分析中，經常要以物場表達式的形式，來簡明地表達出物質、場及其相互作用的關係。為此，首先要熟悉物場表達式所采用的符號語言及其含義。這些符號語言是：
△——物場的一般形式；
——作用或相互作用。它是一般形式的作用，沒有具體化；
→——作用；
←→——相互作用；
有害作用；
— — — —→——不足作用；
·
·····——按課題條件應引進的作用（或者相互作用）；
～～——不滿意的作用（或者相互作用）。按課題條件它應當被改變；
F →——起始場：場的作用；
→ F—終端場：場很好地承受作用（被改變，被發現，被測量）；
F′——起始場的狀態；
F″——同一場的終端處的狀態（參數有變化，但場的性質未變）；
Si 一場中的物質，i＝ 1，2，…；
S′——起始處的物質狀態；
S″——終端處的物質狀態；
S′ -S″——“過渡狀態的”物質，它時而處於S′狀態，時而處於S″
狀態（例如在過渡場的作用下）；
~
F——過渡場；
——表示從“給定”到“得到”。
在寫出物場表達式時，應注意以下兩點：
（1）在物場的表達式中，物質應寫在同一行，而場則寫在橫排的上下方位置。例如，課題1 的物場表達式寫成：
F S1 . S1 → S2
這樣，可更加直觀地反映出場對物質的作用，明確而一目了然，能避免錯亂。
（2）在物場的表達式中，常隻寫出起始場和終端場。因為這些場是按課題給出的條件，能夠直接進行控製（如引進；發現、改變、測量等）的場；對無須控製的中間作用場，則不必表述出。例如，課題答案中，熱場作用於物，改變了物與物之間的機械相互作用（機械場），則沒有表示出來：