利用TRIZ理論解決液壓技術問題

作者簡介：王 明 42歲，工作單位：本鋼設備維檢修中心冷軋作業區 工程師

【摘要】簡要介紹了TRIZ理論的起源、發展和思想與理論體系，以及TRIZ解題工具，包括技術矛盾、物理矛盾、物場模型等。提出了利用TRIZ理論解決液壓技術問題的思路，并對TRIZ在液壓工程中的應用進行了研究，針對現實中出現的液壓技術問題分別采用“技術矛盾分析”、“物理矛盾分析”與“物場模型分析”給出了相應的解決方法.通過現場實踐，證明了TRIZ理論在解決液壓技術問題時簡便可行，并且取得了明顯效果，指出了將來TRIZ理論在液壓技術上的應用具有廣闊的前景。

【關鍵詞】TRIZ理論 、發展、TRIZ解題工具、工程案例、液壓技術

中圖分類號：TH47文獻標志碼：A

1.TRIZ基本理論

TRIZ理論是由蘇聯工程師、發明家阿奇舒勒提出的一套體系相對完整的系統化的技術創新方法論和發明問題求解理論。經典TRIZ規律包括：S曲線、進化法則、40個創新原理、76個標準解、11種分離方法、科學效應庫。

1.1 TRIZ的核心思想與理論體系

TRIZ的核心思想：技術系統進化過程是有客觀規律可以遵循，且這些規律在不同領域里可反復出現。它是以辯證法、系統論和認識論為哲學指導，以自然科學、系統科學和思維科學的分析、研究成果為根基和支柱，以技術系統進化法則為理論基礎，以技術系統、技術過程、矛盾、資源、理想化為四大基本概念，包括了解決工程矛盾問題和復雜發明問題所需的各種分析方法、解題工具和算法流程。

1.2 TRIZ中的解題工具

當一個技術系統出現問題時，雖然其表現形式可以多種多樣，但均可歸類到TRIZ理論中的四種問題模型之中，即：技術矛盾、物理矛盾、HOW TO模型、物場模型。與此相對應，TRIZ的解題工具也有四種，即：矛盾矩陣、分離方法、知識庫和標準解法系統。

使用TRIZ理論解決發明問題，其流程大致分為三步：首先將一個待解決的實際問題抽象轉化為問題模型，然后針對不同的問題模型，應用不同的TRIZ解題工具，得到解決方案模型，最后通過類比應用，得到問題的最終解決方案。

在本文中，主要應用了“技術矛盾分析”、“物理矛盾分析”與“物場模型分析”解題工具。

1.2.1 技術矛盾是指技術系統中兩個參數之間存在著相互制約，簡單地說，是兩個參數之間的問題，是在提高技術系統中的某一個參數（特性、子系統）時，而導致了另一個參數（特性、子系統） 的惡化而產生的技術矛盾。

矛盾矩陣是TRIZ理論中為了提高解決技術矛盾的效率，搞清楚在什么情況下使用哪些創新原理，創建的矛盾矩陣表，并將描述技術矛盾的39個通用技術參數與40個創新原理建立起的對應關系，很好地解決了創新過程中人們選擇發明原理的困惑。

1.2.2物理矛盾：阿奇舒勒定義了物理矛盾：對同一個對象的某個特性提出了互斥的要求。常見的物理矛盾可以是針對幾何參數、物理參數的，也可以針對功能參數。

為了解決物理矛盾，阿奇舒勒總結了11個分離原理，這11個分離原理可以概括為4種分離方法：時間分離、空間分離、條件分離、系統級別上的分離。利用分離方法解決物理矛盾，大致可以分為以下三個步驟：1）分析技術系統；2）定義物理矛盾；3）解決物理矛盾。

1.2.3物場模型：阿奇疏勒將技術系統簡化為以下形式：技術系統是由物質和場這兩種元所構成的集合體。物場模型就是從功能的角度對技術系統進行抽象和建模，利用物質和場的概念對技術系統進行分析，不僅可以找出技術系統中所包含的所有實體性對象，而且可以找出存在于這些實體性對象之間的作用關系，從而揭示出技術系統的作用機制。這種以技術系統為分析對象，以物質和場為基本分析要素，以揭示技術系統的作用機制為目的的分析方法，稱為物-場分析方法。

物質：指工程系統中包含的任意復雜級別的具體對象，可以是任何實質性的東西，例如：基本粒子，鉛筆，汽車等。場：在物理學中，人們把實現物質微粒之間相互作用的物質形式叫做場。按照可控性由低到高的順序，可以將場依次排列為：重力場--機械場--聲場--熱場--化學場--電場--磁場—輻射場。

物場模型至少應該包含以下三個元素：

第一種物質（S1）--作用的承受者（或稱為產品）

第二種物質（S2）--作用的施加者（或稱為工具）

場（F）--存在于作用施加者與作用承受者之間的作用。

最基本的完整的物場模型應該是一個三角形結構，如圖1所示：

圖1 基本的完整的物場模型

2.工程案例

液壓系統具有結構緊湊、慣性小、重量輕、傳動平穩、易于實現過載保護和無級變速、標準化程度高等優點，而在冶金行業中得到廣泛應用。隨之而來的是出現大量的液壓工程技術問題需要解決。實際工作中，采用TRIZ理論解決了很多液壓技術問題，現介紹幾個典型的案例。

2.1利用技術矛盾原理解決多級油缸活塞桿安裝問題

案例：三級油缸中，一級活塞桿與兒級活塞桿、二級活塞桿與三級活塞桿之間采用橡膠密封圈密封。為保證密封可靠性，密封圈材質較硬，且外徑大于下一級油缸缸筒內壁約3-4mm，導致活塞安裝困難。

一 確定技術矛盾

工作目的：快速的安裝油缸。目前使用的方法：錘擊或用壓力機將活塞壓入油缸缸筒。

目前方法的優點：用簡單的方法完成安裝任務。目前方法的缺點：費時費力，且易損壞密封和活塞桿。

二 表達技術矛盾

技術矛盾 改善的參數惡化的參數

為保證密封可靠性，活塞桿密封圈材質較硬，且外徑大于下一級活塞桿筒內壁約3～4mm， 導致下一級活塞桿筒安裝困難。27可靠性34可維修性

三 解決技術矛盾

查70版矛盾矩陣表

惡化的參數

可維修性

可靠性1，11

分析TRIZ通解得領域解

創新原理提示思考

1分割原理由于分割密封和活塞桿會導致設備性能下降，且易損壞。因此，決定采用預補償原理。

11 預補償原理

答案：做一個導向鋼套，鋼套內壁呈錐形，大口內徑和密封圈外徑相近，小口內徑與下一級活塞桿筒內徑相同。鋼套套上活塞及密封圈，小口對準缸筒安裝，既不損壞密封和活塞桿，又省時省力。

2.2利用物理矛盾原理解決密封安裝問題

案例：安裝液壓缸V型密封時，密封需先經過活塞外壁然后嵌入活塞槽內，活塞外壁直徑大于活塞槽。V型密封硬度高、內徑小，導致安裝困難。

一 分析技術系統

確定技術系統組成元素：V型密封、活塞。

問題根源：為了保證油缸密封性能良好，就要使V型密封具有足夠的硬度和較小的內徑，這導致安裝困難。關鍵參數：密封硬度、密封內徑。

二 定義物理矛盾

油缸工作時，密封應該硬、內徑小，以保證良好的密封性能。密封安裝時，密封應該軟，內徑大，以保證安裝方便且不損傷密封。

三 解決物理矛盾

相反特性的時間分離：在不同的時間實現對同一個參數的不同要求。

密封硬度低、內徑大 密封硬度高、內徑小

安裝時 工作時

15動態化原理 9預先反作用原理

答案：事先將密封加熱，受熱后，密封膨脹內徑變大，硬度降低，便于安裝。工作時，溫度降低，內徑和硬度恢復正常，確保油缸密封良好。

2.3利用物質-場標準解法處理步進梁升降不同步問題

案例：步進梁升降由液壓系統控制的入口、出口油缸完成，油缸的速度通過伺服閥調節。有時，入、出口油缸不同步，造成步進梁傾斜。

模型屬于“完整但存在有害作用”類型，對應標準解1.2.1、1.2.2 、1.2.4、1.2.5分析物質 —— 場，得標準解1.2.1，引入外部物質，消除有害作用。

答案：在步進梁的入口和出口處安裝編碼器，監控步進梁位置，并將信號傳至液壓控制系統。如果步進梁發生傾斜，則調整伺服閥的開口大小，進而控制入、出口步進梁的速度，使步進梁平衡。

通過以上實例可知：應用TRIZ理論，將待解決的問題轉化為問題模型，且通過查詢矛盾矩陣和建立物場模型，運用“物理矛盾”和“技術矛盾”、“物場模型分析”等，有效地解決了液壓技術問題。

通過應用TRIZ理論解決液壓技術問題，可以深深地體會到，技術創新不僅有方法、有規律可循，而且有原理、有工具。可以借助TRIZ的這些方法、規律、原理和工具，達到解決問題的目的。我們相信，隨著時間的推移和社會的發展，TRIZ理論在液壓技術上的應用將會具有非常廣闊的前景。

參考文獻：

[1]. 成大先.《機械設計手冊》. 化學工業出版社，2010.

[2]. 張磊 陳榕林.《實用液壓技術》.機械工業出版社，1988.

[3]. 李海軍 丁雪燕. 《經典TRIZ通俗讀本》.中國科學技術出版社，2009.