TRIZ創新方法教學及應用模式研究★

高文潔

(內蒙古交通職業技術學院，內蒙古 赤峰 024005)

1 概述

發明問題解決理論(TRIZ)是指導人們進行發明創新、解決工程問題的系統化的方法學體系。它是蘇聯發明家根里奇·阿奇舒勒(G.S.Altshuller)為首的研究團隊通過對250萬件高水平發明專利進行分析和提煉之后總結出來的。TRIZ創新方法的出現讓創新不再是頭腦的靈光乍現，而讓創新變得有章可循。那么如何將創新方法與專業的學習有效的融合在一起，讓創新更好的服務于專業的學習和發展。本文將從TRIZ的實際教學以及應用方面做出以下說明。

2 TRIZ理論的教學設計

1)TRIZ理論的教法——項目化教學(依托學生所學的專業課的實際項目講授TRIZ理論)。

TRIZ理論課的教授可以按照一個項目的解決順序來進行教學。而且這個項目最好是采用與專業課緊密相連的一個實際項目來講解，這樣學生對TRIZ理論理解起來會更加容易[1]。

2)TRIZ理論的講解順序——項目的解決順序。

a.問題描述;b.系統分析;c.運用TRIZ工具解決問題;d.技術方案整理與評價。

3)TRIZ理論的學法——小組討論。TRIZ本身需要每個人不要被固有的思維束縛住，所以討論是最好的學法。將一個班級的學生按照5人一組劃分，針對于教學中老師講授實際遇到的專業項目進行分組討論得出各自的想法。然后小組之間進行PK，推選出最好的想法，可獲得獎勵。這樣的小組討論學習，既深刻又有積極性，效果良好。

4)TRIZ理論的學習效果評價機制——每人上交一份運用TRIZ解決的實際問題。

理論課在講授的過程中，就要求學生思考自己在專業的學習中遇到的問題，并運用TRIZ進行解決，課程結束之后留出一周的專業課程設計時間，讓學生集中完成自己的實際項目。此成果占到整門課程的50%，過程考核為小組的每次打分，過程考核占到總成績的50%。

5)TRIZ理論的應用——根據專業課程的不同開設相應的創新方法課程，讓專業課程與創新方法緊密相連。每一個學校都會有很多的專業課程，每一個專業課程都能應用到TRIZ，講解TRIZ理論時，需要結合自己的專業講解相應的實例，泛泛的講解一些與專業無關的實例，學生自己做項目時還是一頭霧水摸不著頭腦。學生也不會有太多的為難情緒。只要我們心中始終想著改變現狀，那么TRIZ就可以作為我們的工具被利用解決實際的問題[2-4]。

3 TRIZ理論的講解舉例——以解決砂子篩分過程中篩孔堵塞的問題為例

3.1 項目概述

本項目來自于建筑材料試驗中的砂子的篩分試驗中經常出現的問題。系統名稱是砂子篩分系統(砂子通過篩分系統可分出大小不同的顆粒)如圖1所示。

3.2 功能分析

3.2.1 功能模型

將組件之間的作用繪制成模型，組件之間的作用分為正常、不足和有害三種情況,如圖2所示。

3.2.2 裁剪

優化系統1：有害功能主要集中在篩面和砂子之間，所以裁剪掉篩面。既然裁掉了篩面，那么固定篩面的篩幫以及與篩子相關的組件如套篩、夾篩盤、滑動桿就一并裁掉了。裁剪后的組件只有電機、振擺儀、砂子、重力和空氣。裁剪后帶來的新問題是如何用振擺儀分級砂子，這時需要尋找解決方案。

方案1：設置自帶顆粒分級功能的振擺儀(原理是離心運動，越粗的顆粒離心越遠)。

優化系統2：繼續優化系統，裁剪掉振擺儀，同時裁掉電機，實現砂子由氣流分級。裁剪產生的問題是如何實現空氣對砂子的顆粒分級。

方案2：用篩蓋、4.75 mm～0.3 mm及篩底組成套篩，用搖篩機篩分，對于篩底的部分則選用氣流分級，來解決細篩篩孔堵塞的問題(錯流式分級原理)。

3.3 因果分析

逐級分析導致砂子堵塞篩孔的原因，繪制故障樹如圖3所示。

分析故障樹，找到了6個關鍵的缺點，針對關鍵缺點找到可能的解決方案同時與前面裁剪產生的兩個方案進行總體排序。

方案3：設計可以容易更換，價格便宜的篩面。

方案4：選用大的篩面。

方案5：做成可大可小的篩孔。

方案6：選用纖維質的篩面。

方案7：篩面換成有彈性的材料。

方案8：增加振擺儀的豎向振幅。

3.4 資源分析

分別從當前系統、子系統、超系統的過去、現在和未來尋找相應的6大資源(物質資源、能量資源、信息資源、時間資源、空間資源、功能資源)，如果找不到相應的資源也是客觀允許的，沒有必要每個系統都是6個資源齊全的。

資源分析形成的方案如下：

方案9：將砂子烘干減少篩孔堵塞。

方案10：細篩的篩面可以完成二次振動。

方案11：利用不同粒徑，在水中下落高度相同。根據砂子的下落時間區分細料的粒徑。

方案12：細料單獨進行多次篩分，減少堵塞。

方案13：篩子的側面加設篩孔。

3.5 技術矛盾分析

1)定義技術矛盾。

技術矛盾1：如果增大篩孔，那么減少了篩孔堵塞，但是細顆粒砂子的分級受到影響。

技術矛盾2：如果減小篩孔，那么細顆粒分級良好，但是增加了篩孔的堵塞。

按照矛盾1查詢矛盾矩陣得:28—機械系統代替；33—均質性；23—反饋；26—復制

2)技術矛盾分析形成的方案。

方案14：根據不同顆粒運動過程中撞擊物體表面發出的聲音不同，可將不同的顆粒進行分級。

方案15：設置篩孔堵塞程度的顯示器，選擇篩孔可調整，增大篩孔，及時清理掉堵塞的顆粒。

方案16：用0.3 mm篩篩出細小的顆粒，采用特殊的措施，將砂中細小的顆粒按照一定的比例放大，這樣就可以選用粗篩進行篩分。

方案17：用0.3 mm篩篩出細小的顆粒，采用氣流，讓細小顆粒運動起來，利用運動的圖像反映顆粒的組成。

3.6 物理矛盾分析

1)定義物理矛盾。

物理矛盾的參數選用篩孔。希望篩孔又大又小。

2)物理矛盾分析形成的方案。

解決物理矛盾選用的分離原理有時間分離、空間分離、條件分離和系統級別分離。

運用條件分離：

方案18：篩絲選用柔性空心可充液體的，通過改變液壓，改變篩孔尺寸。

方案19：篩絲選用可充空氣的柔性材料，通過加熱篩片，清理掉堵塞的沙粒。

運用系統級別分離：

方案20：增加細篩的篩幫高度，以增大細料的自身的動能，提高通過率。

3.7 物場分析

1)明確問題，尋找場。

由因果分析得出問題點：篩孔太小，一部分砂子通過了篩孔，一部分砂子堵塞了篩孔。從而繪制物場模型，如圖4所示。

2)分析標準解。

應用S1.2的標準解：可以插入第三種新物質或者另外一種場，來消除有害的物質，如圖5所示。

解決方案21：引入一種新的物質，反向吹空氣，將細砂吹落。

3.8 S曲線+進化路徑

運用S曲線+進化路徑的分析過程是：首先確定主要指標；其次是收集數據，確定曲線；第三是對應S曲線的位置；第四是確定主要進化路徑；最后構造方案。

當前系統的主要參數是分計篩余百分率(篩余量除以總量)能夠滿足誤差要求，所以當前系統能正常工作，處于成長期，對應的進化法則是提高理想度法則；動態性進化法則；子系統不均衡進化法則。根據進化法則尋找解決方案，本例中根據進化法則并沒有形成新的方案。

3.9 方案匯總及評價

將所有的方案從成本、復雜性、可靠性三方面進行分析綜合打分從中選出最優的方案。

方案評價中的方案5為最優方案。加入一種場——電磁場，采用兩層完全一樣的篩片，一層固定、一層可動(篩絲只有一個方向的)垂直疊合，清理細篩時，去掉磁場，取掉一層即可。并對方案的經濟效益、生產效益、社會效益進行分析。

4 結語

無論是把TRIZ應用到生活還是教學都會產生全新的解決方案。如果把專業教學中遇到的常見問題，應用創新方法理論來解決，把這樣的案例應用到教學中，學生會更加容易理解和接受創新理論，更能深刻的體會到創新給我們帶來的實惠[5]。