TRIZ理論在多功能化學實驗箱創新設計中的應用研究

□朱 團 張佳雨 陳志博 付佳利

21世紀正處于科技不斷創新發展大潮，人類所生活的空間正在逐步被新興科技創新所覆蓋，全世界正在發展著新型的科技革命，全社會已經走進了一個新興科技創新不斷出現的緊要時間。TRIZ理論結合很多學科領域的規則與原理為基礎提出的創新性理論方法，成為如今全世界普遍認同的最佳創新指導工具。TRIZ的翻譯成俄文的總稱為“發明問題解決理論”，G.S.Ahshuller以及他的同事們在通過對250萬件超高水平的發明專利進行了仔細研究與分析總結出了這個名字，其主要的內容有以下幾點：76個發明問題標準解決方法、矛盾沖突矩陣、39項技術特質、技術系統進化法則、發明問題解決算法(ARIZ)以及工程效應知識庫、40個發明創造原理、物質—場分析等。培養學生創新思維以及創新能力引用TRIZ理論是被TRIZ創新理論與實踐所證明了的。在大中專學校和科研院所的實驗室中經常發生儀器擺放凌亂，不能及時找到儀器，儀器很容易破損，外出不易攜帶等問題。本文針對這些問題，應用TRIZ理論對化學實驗箱進行創新設計，實驗箱中的各類實驗儀器可以自動存取、靈活方便、高效快速、綠色環保、安全實用，既適用于室內操作實驗，也適用于室外操作實驗，具有廣闊的市場前景。

一、現有儀器箱存在的問題

隨著科學的發展，效率非常重要，實驗員在實驗室經常為整理、準備實驗儀器而花費大量的時間，存放的儀器往往沒有保護措施，很容易打碎。同時會有更多的實驗要在室外完成，儀器不容易攜帶而且沒有實驗臺。目前在一些高校、科研院所和化工廠檢驗室偶爾會有化學儀器箱的配備。各種各樣的儀器放入儀器箱時都不易整理，儀器在箱里面也沒什么保護，容易碰碎，而且體積普遍較大，不易攜帶，具有一定的局限性，不適合推廣。針對目前實驗室中經常性發生實驗儀器不好找，實驗儀器應放置位置不妥而發生儀器打碎，外出實驗儀器不易攜帶以及外出進行一些簡單實驗測量而沒有便攜試驗臺等問題，人們應用TRIZ理論對多功能化學儀器箱進行了設計，并將多功能儀器箱進行了體積縮小化，并針對其用途還增加了額外的功能，也方便野外使用，使得實驗的效率等大大提高，應用前景很好，易于推廣，具有很大的發展潛力。

二、TRIZ分析過程

(一)功能分析。見表1。

表1 功能分析表

(二)資源分析。多功能化學實驗箱可使用的資源包括：便攜箱、防撞海綿、強力膠水、防水布料，其它的半微量玻璃儀器為已有資源。選擇資源的順序見表2、表3。

表2 選擇資源的順序

表3 資源分析表

許多大中專學校和科研院所外出檢測需要攜帶儀器，多功能化學實驗箱處于成長期和成熟期的交匯處，具有較大的發展前景。

(三)技術矛盾分析。多功能化學實驗箱為了增多工具的實用性及多用性，既要實現小型實驗臺在內的多種功能，又要使儀器箱要便攜，防震，易整理，構成多用性與結構穩定性之間存在矛盾。我們應用TRIZ理論中的分離法、多維運作法、、組合法、中介法使化學實驗箱易于拆分開，作為實驗臺來用。

多功能化學實驗箱經常要在野外進行，既要裝足夠的儀器又要簡單便于攜帶，構成了物體的形狀與體積之間存在矛盾。我們應用TRIZ理論中的局部質量改善法、性能轉化法、套疊法、曲面化法采用多層結構替代單層結構，將化學實驗箱分為多層。

(四)最終理想解。見表4。

表4 最終理想解分析表

三、應用TRIZ理論在化學實驗箱創新設計中的優勢

與一般的創新方法有很大的不同，具有非常明顯優勢的TRIZ理論以其優異的系統性、實用性和操作性在世界創新領域占據著特殊的地位。TRIZ理論是一門科學的創造方法學，它是基于技術系統演變的客觀規律對問題進行邏輯分析，引導人們去創新和發明創造。大量實踐證明，運用TRIZ理論，能夠幫助人們打破思維定式、開闊思路、及時準確查找存在的問題，運用創新思維，研究設計出突破性的解決方案，使得人們創造與發明的進程不斷加快，研制出高質量的創新產物，同時還能根據科技進步的規律，合理預測技術發展的趨勢，幫助人們解決在不同領域遇到的難題。TRIZ理論最早成功應用于工程技術領域，現在在自然科學、社會科學、管理科學、生物科學等領域發展也較多，用于指導各領域遇到問題的解決，應用范圍越來越廣。因此，針對儀器擺放凌亂，容易破損，不易外出攜帶等問題，我們應用TRIZ創新原理對存在的問題進行系統分析，對多功能化學儀器箱進行創新設計，找出最理想的解決方法，實現多種功能，來達到實用安全、環保節能、快速高效、操作簡便的目的，市場前景廣闊。

四、TRIZ理論在化學實驗箱創新設計中的應用

TRIZ理論提供了系統分析問題的科學方法，幫助人們快速確認核心問題，實現對問題的深入分析，快速找到具體的解決方案，系統、實用、操作性強，有利于促進人們發明與創造的進程，發明的成效和速度大大提高，同時還可以幫助人們突破限制和障礙，不斷地對產品進行創新，與時俱進。

應用TRIZ理論中的TRIZ技術系統八大進化法則、最終理想解(IFR)、40個原理、39個工程技術參數、矛盾矩陣、物—場模型、發明問題的標準解法、發明問題解決算法(ARIZ)、科學知識庫等創新原理和方法對化學實驗箱進行多功能設計，提供豐富的方案支持技術創新，不斷改進和完善設計方案，使化學實驗箱的設計更加科學、合理、規范，不斷提高科技含量。應用TRIZ理論創新設計的化學實驗箱，從整體來說就是一個科學技術系統，把多種功能有機結合在一起，設計方案如下：運用一種翻蓋的三層的箱子，長、寬、高約為50cm、40cm、30cm。每一層都有開關，取每一層儀器時其它層要關閉，第一層比較薄，放一些各種試紙、濾紙、火柴及一些不易打碎的儀器。第二層可單獨作為試管架使用，而第三層放上用海綿制作的各種儀器的卡槽，用來放置玻璃儀器。儀器箱有手提的地方，也有背的背帶，可依據在不同的情況下以使用不同的方式攜帶。此外，該儀器箱的整體骨架亦可作為鐵架臺進行使用，實現了一物多用。另外，設計的這種化學儀器箱，還增加了一個功能：拆卸組裝成一個小型的、適合在野外進行實驗的實驗臺。從外觀看，這是一個普通的儀器箱，沒什么特別之處，但是，在需要之時可將其拆卸組裝為一個小型實驗臺，可在上邊進行一些簡單的，對實驗臺沒有特殊要求的實驗。此儀器箱可以收集、整理儀器，也可以作為便攜式小型試驗臺、可拆卸式鐵架臺、試管架等使用，來達到實用安全、環保節能、快速高效、操作簡便的目的，最終效果理想，市場前景十分廣闊。

五、結語

基于TRIZ創新理論設計完成的多功能化學實驗箱，易攜帶，易整理，能防震，保護儀器，能改做小型實驗臺，方便任何條件下的使用,能夠有效地解決儀器容易破損，不易外出攜帶等實際問題，使設計科學合理、方便實用、結構緊湊、價格便宜。所以，我們應用TRIZ理論創新設計的多功能化學實驗箱,采用充分利用空間的辦法減小了儀器箱的體積，使其便于攜帶，又在儀器箱里為儀器用海綿做了專門的卡槽，既使儀器有了固定的位置，便于整理，又保護了儀器。而且其制作成本低廉易于推廣，具有十分重要的研究價值和廣闊的市場發展前景。