用物场分析解决发明问题
技术系统一直处于发展和进化的状态，通常技术系统中存在许多问题，例如，在汽车系统中，汽车排出的尾气对环境有害、普通轿车的最大载人数为五人，载客量不足等。从物质-场分析的角度，对技术系统存在的问题进行分析，可以有新的思路，即要考虑物质之间和物场之间的作用关系，据此，可将技术系统中存在的问题分为以下四类：
(1)如果一个系统中缺少物质或场，不能构成一个完整的物质-场模型，故不能实现系统的功能，则称此类问题为不完整功能型问题；
(2)如果一个系统中的物质或场可以构成一个完整的物质-场模型，并且可以有效完成系统应有的功能，则称为有效完整功能型物质-场模型。在这种状态下，系统不存在问题，即为人们想要达到的状态；
(3)如果一个系统的物质-场模型是在结构上是完整的，但其不能实现应有的功能，则称此类问题为非有效完整功能型问题；
(4)如果一个系统的物质-场模型是在结构上是完整的，但其对自身的物质、场或者系统外的物质、场有害，则称此类问题为有害功能型问题。
应用物质-场分析方法时，首先建立系统的物场模型。一个系统往往包含多个功能，需要建立每个功能的模型。建立模型时需要利用一些基本的符号，物场分析常用的符号如图7-3所示。
系统复杂程度不同，对应的基本物质-场模型的个数也不一样，但是基本物质-场模型的形式却只会是四种形式。在分析系统的问题时，建立系统的物场模型后，逐个分析基本物场模型，通过物场模型中箭头的形式，确定有问题的物场模型。四种基本物场模型如下：
(1)有效完整的物场模型，三个要素齐全，S2与S1之间的作用有效，且能够达到系统所期望的要求，说明具有有效完整功能，这是设计者追求期望的效应。
图7-3 物场分析常用的符号
(2)不完整物场模型，即存在不完整功能，组成功能的三个要素中部分要素不存在，需要增加要素来实现有效完整功能或用新功能代替。
(3)效应不足的物场模型，即存在不足功能，或者说非有效完整功能。功能中的三个要素都存在，但设计者所追求的效应未能完全实现。如产生的力不足够大、温度不足够高等，需要改进以达到要求。
(4)有害效应的物场模型，即存在有害功能。功能中的三个要素都存在，但产生与设计者所追求的效应相冲突的效应。
通过建立系统的物质-场模型，解决复杂的技术问题就变成了改善问题的基本物场模型。通过模型的变换可以将有问题的物场模型向完整有效的物场模型转换。该过程既是实现技术系统预设功能的过程，也是消除物场模型系统矛盾的过程，还是技术系统进化的过程。归纳起来，物场问题模型有6种一般解法，具体如下。
第一，针对不完整模型，有以下1种解法。
解法1：按照两个物质一个场的原则补齐要素(增加场或物质，以凑够数量)，如图7-4所示。
图7-4 解法1示意图
第二，针对无效(效应不足)的完整物场模型，即模型的三个要素都在，但需要的效果不足，有以下3种解法。
解法2：用另一个场F2，代替原来的场F1。或引入一个物质S3代替原有物质S2，或引入一个物质S3并加上另一个场F2来代替原有的物质和场，如图7-5所示。
解法3：增加另外一个场F2，来强化有用效应，如图7-6所示。
图7-5 解法2示意图
图7-6 解法3示意图
解法4：引进的物质S3和场F2，若无法替换原来的，则与原有的串联，以提高有用效应，如图7-7所示。
图7-7 解法4示意图
例如，人穿着普通鞋子在冰上行走，因得不到冰面足够的摩擦力，容易滑倒，这说明普通的鞋子对冰面存在有效的、定向的、不充分的作用。按照解法2，引入另一个物质代替原有物质，于是想到换上带钉的鞋。或者按照解法3，利用增加一个场的办法，事先给这双普通鞋底加适当热量，这样物质没有变，增加了一个热场，走路时候对冰的摩擦就大了。
第三，针对有害效应的完整物场模型，即模型的三个要素都在，但产生的效果是有害的，有以下2种解法。
解法5：加入第三种物质(S3)来阻止或隔绝有害作用。第三种物质应该是原来两种物质之一的变种，如图7-8所示。
解法6：引入另外一个场(F2)来抵消原来场F的有害效应，如图7-8所示。
例如，生产钢珠的企业要使用管道运送钢珠(金属颗粒)，将钢珠从管道的一端用高速空气送入管道，钢珠在管道中被空气从另一端送出。但是，由于空间限制，在管道的90°转弯处，钢丸总是频繁撞击管道壁，管道容易损坏，而在弯管部分添加保护层的办法，效果不好，该如何解决这个问题呢?
注：钢珠、钢砂统称为金属磨料，主要用于铸造、锻造、造船、集装箱、钢结构、汽车配件、钢板、钢管表面的清砂、除锈、强化。具有粒度均匀、硬度适中、内部组织严密、弹性好、抗疲劳、耐磨等特点。
按照物质与场系统关联法，首先对上述问题进行物场分析：系统相关的元素有物质S1—管道，物质S2—钢珠，场F—机械场。钢丸在机械场的作用下经管道被输送，是有用功能，但对转弯部分的管道壁造成了磨损，是一个有害功能。从上述6种解法中选择，最后发现解法5和解法6比较有效，即加入第三种物质S3和引入另一个场F2。具体解决方案：引入S3，使S2与S1无法直接接触，即钢珠无法与管壁发生碰撞，则可消除有害作用。
如何实现呢?可以设想在弯管外放置一块磁铁，将飞行中的钢珠吸附在弯管的内壁，形成保护层，即S3=S2，这里所加入的第三种物质S3是通过S2改变而来的，往往是第二种物质的“变种”，如图7-9所示。
图7-8 解法5示意图
图7-9 管道运送钢珠新办法