基于TRIZ 理論分析的層壓次級爐控制方案改進

劉明濤，張松林

（無錫深南電路有限公司，江蘇無錫 214142）

0 引言

節能降耗是公司比較關注的問題，壓機次級爐設備24 h 不間斷工作，即使待機狀態時候也沒有停止，能源耗費大，不利于綠色節能生產，存在較大優化空間。TRIZ 作為一種系統化的創新方法，它揭示的是創新發明內在遵循的原理和規律，目的在于從根本找出問題系統中存在的矛盾，它拋棄了傳統折衷或妥協的方法解決矛盾，其最終的目標是完全解決矛盾，獲得理想解。本文將TRIZ 理論引入到層壓次級爐控制方案改進中，通過分析現有層壓次級爐控制方案，確定改進目標，進而通過一系列TRIZ 工具進行分析對優化設計方案進行評價分析，確定出最優方案。

1 TRIZ 理論

TRIZ 理論起源于20 世紀60 年代的蘇聯，由根里奇·阿奇舒勒及其科研小組動用了數千名專家經過半個多世紀對數以百萬計的專利文獻加以搜集中、整理、歸納、研究、提煉和重建，建立的一整套、成體系、實用的解決發明問題的理論方法體系。TRIZ 基本思想是利用最少的資源，解決創新過程中遇到的矛盾或沖突，使系統朝理想化狀態發展。TRIZ 提供了系統化創新方法，使工程師在創新過程中不在依賴經驗、試錯、頭腦風暴，而直接采取系統化思維方式去解決問題。

TRIZ 的解題步驟：第一步，描述問題，定義問題，分析問題，建立TRIZ 分析模型，第二步選擇相應的問題解決工具，如發明原理，標準解，效應，功能導向，知識庫等工具。第三步，根據TRIZ 理論得出的方案進行驗證，確定結果是否符合預期要求，并選擇是否得出IFR，或繼續分析。在實際工程應用中，需將面對的實際技術問題，轉化為TRIZ 標準問題模型，之后利用TRIZ解題流程尋找理想解決方案。

2 運用TRIZ 理論尋找解決方案

2.1 問題描述分析

壓機加熱簡易過程：主爐—次級爐—壓機，介質使用煤油為熱載體提供加溫需求，中間環節次級爐使用15 kW 的循環泵與壓機實現熱交換，次級爐24 h 滿載滿頻運行，為壓機系統重點耗能單元，所以降低次級爐能耗可實現大幅節能需求，但壓機工作流程中為滿足工藝要求，對壓機升溫過程有一定的要求，要滿足升溫速率＞15 ℃/min，升溫段開始5 min，所有點溫差＜5 ℃，保溫段開始10 min，所有點溫差≤1 ℃，次級爐又為核心加溫單元，若降低功耗，很難滿足溫度要求。解決問題過程出現技術矛盾：降低能耗和升高溫度，解釋：為滿足低功耗要求，采取降頻降速方法，但升溫速度會降低，不滿足工藝要求；反過來要滿足溫度要求，就不可降頻降速實現節能降耗。轉化為TRIZ 理論標準理論模型即為：能量損失和溫度之間的矛盾沖突。

2.2 TRIZ 工具選擇和解決方案

針對分析中出現的矛盾沖突，根據TRIZ 理論的解題過程，選擇發明原理來解決出現的矛盾，將出現的技術矛盾查找39 個通用工程參數鎖定關鍵參數：能量損失和溫度，如圖1 所示。查詢阿奇舒勒矛盾矩陣，可以得到相應的TRIZ 發明原理，結果見圖2。

根據圖2 可知，惡化的工程參數17 和改善的工程參數22，對應的發明原理為19，38，7，查詢40 個發明原理表，可以得出對應的發明原理標準解，如圖3 所示。

圖1 39 個通用工程參數

圖2 阿奇舒勒矛盾矩陣簡表

圖3 40 個發明原理標準解

通過對原理解釋的分析，其中原理19 對問題解決具有啟發性。根據原理19 的解釋其一，用周期性動作或脈沖動作代替連續運動的啟示，分析壓機完整工作流程，整體分3 個階段，升溫、保持、降溫、待機，考慮每個階段對溫度的要求各不相同，把整個過程分割為4 個周期過程。根據原理19 的解釋其二，對周期性動作改變其運動頻率，得到啟示采取變頻控制，每個周期需求不同，頻率不同。兩者結合最終采取周期性變頻控制方案：升溫階段滿頻運行保證升溫速度，保持階段采取低頻運行保持溫度穩定，降溫、待機階段采取低頻運行降低消耗，以此完成節能需求。

3 成果及效益

基于TRIZ 理論的解題模型在對原有次級爐控制系統改進設計后，能夠滿足所有工藝條件的同時，解決了次級爐耗能大的問題，實現每年約125 萬元的節能降耗。

4 結束語

TRIZ 理論將難以琢磨的發明問題或技術難題通過一種系統性邏輯方法展現在人們眼前，使發明或技術問題解決得以簡化。基于TRIZ 理論的39 個工程參數、40 個發明原理、因果鏈分析等工具對現有次級爐控制系統進行改進設計，使得該控制方案在滿足工藝要求的基礎上，解決了壓機能耗問題，證明了TRIZ 理論在解決實際工程技術問題中的重要作用。因此，TRIZ理論是一種非常有效的程式化的創新設計方法。另外，TRIZ 的基礎就是方法論+知識庫，有方法的同時，更要不斷補充知識，獲取更多的探索，以高質量的解決更多問題。