基于功能導(dǎo)向搜索在酒體檢測(cè)中的應(yīng)用

秦姝悅 馮林 王美霞 孫雪菁 李明波 袁綺晨 趙旭 趙玉平

摘要：該文對(duì)TRIZ創(chuàng)新思維方法中一個(gè)解決問(wèn)題的工具——功能導(dǎo)向搜索進(jìn)行展開探討，這是一種在專利數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行搜索，將先進(jìn)領(lǐng)域具有相似功能的成熟技術(shù)借鑒移植到當(dāng)前研究的系統(tǒng)，以找到新問(wèn)題在當(dāng)前系統(tǒng)的解決方案。將其與酒體檢測(cè)發(fā)展相結(jié)合，對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的檢測(cè)技術(shù)與目前已應(yīng)用的酒體檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)照總結(jié)，并運(yùn)用功能導(dǎo)向搜索逐步分析，預(yù)測(cè)出將先進(jìn)多維動(dòng)態(tài)成像技術(shù)引入成品酒檢驗(yàn)可能是未來(lái)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：TRIZ? 功能導(dǎo)向搜索 酒 多維動(dòng)態(tài)成像 檢驗(yàn)

中圖法分類號(hào)：TS262.6; G304? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper explores a problem-solving tool in TRIZ's innovative thinking approach— function-oriented search， which is a tool that searches patent database and borrows? mature technologies with similar functions in advanced fields and and migrates them to the current system under research to find solutions to new problems in the current system. This paper combines it with the development of wine body inspection，? compares and summarizes the detection techniques in various fields with the currently applied methods of wine body inspection， and uses the function-oriented search to analyze step by step， predicting that the introduction of advanced multidimensional dynamic imaging technology into the finished wine inspection might be the future development direction.

Key Words： TRIZ; Function-oriented search; Wine; Multidimensional dynamic imaging; Inspection

TRIZ是俄語(yǔ)中“發(fā)明問(wèn)題解決理論”的首字母縮寫，該理論是解決問(wèn)題和技術(shù)預(yù)測(cè)工具的集合。由前蘇聯(lián)發(fā)明家、教育家G.S.Altshuller（根里奇·阿奇舒勒）和他的研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)分析大量專利和創(chuàng)新案例總結(jié)出來(lái)。TRIZ理論成功地揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，著力于澄清和強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中存在的矛盾，其目標(biāo)是完全解決矛盾，獲得最終的理想解。它不是采取折中或者妥協(xié)的做法，是基于技術(shù)的發(fā)展演化規(guī)律研究整個(gè)設(shè)計(jì)與開發(fā)過(guò)程，而不再是隨機(jī)的行為。實(shí)踐證明，運(yùn)用TRIZ理論，可大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程而且能得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品。

ABRAMOV? O等人[1]通過(guò)大量實(shí)際案例總結(jié)分析得出，基于TRIZ的方法完全適用于分析和解決生物化學(xué)、微生物學(xué)、食品工業(yè)等中的問(wèn)題，它技術(shù)演進(jìn)的模式在各個(gè)行業(yè)中重復(fù)出現(xiàn)，TRIZ工具通常在這些領(lǐng)域中最有用的是流程分析、因果鏈分析和功能導(dǎo)向搜索。故本文通過(guò)功能導(dǎo)向搜索對(duì)酒體檢測(cè)方式進(jìn)行展開討論。

1 功能導(dǎo)向搜索

功能導(dǎo)向搜索是TRIZ中一個(gè)解決問(wèn)題的工具[2]，通過(guò)對(duì)所需要查找的功能進(jìn)行一般化處理，以改變問(wèn)題適應(yīng)性，嘗試從先進(jìn)領(lǐng)域?qū)ふ液徒梃b相似的功能應(yīng)用移植相對(duì)成熟的技術(shù)，把現(xiàn)有的解決方案使用功能方法進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，形成解決方案來(lái)解決當(dāng)前的問(wèn)題，如圖1所示。

把這種先進(jìn)領(lǐng)域成熟應(yīng)用的解決方案移植到食品行業(yè)系統(tǒng)中來(lái)解決食品工程系統(tǒng)的問(wèn)題，這些方案一般已被專業(yè)技術(shù)人員和市場(chǎng)環(huán)境所檢驗(yàn)，是低風(fēng)險(xiǎn)低成本的，將其適當(dāng)轉(zhuǎn)化為我所用，值得應(yīng)用推廣。同時(shí)，食品行業(yè)建有行業(yè)知識(shí)庫(kù)，從知識(shí)庫(kù)搜索找到成熟的解決方法，即用老辦法解決新問(wèn)題。這種解決方案就既是全新的，又是成熟的，并且能夠更容易、更快速、更高效、更安全地規(guī)避部分專利，解決現(xiàn)有問(wèn)題。

2 技術(shù)遷移事例

通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，這種將先進(jìn)領(lǐng)域已成熟應(yīng)用的解決方案移植到酒體檢測(cè)系統(tǒng)中解決工程系統(tǒng)問(wèn)題的方式見表1[3-12]。

3 功能導(dǎo)向搜索預(yù)測(cè)酒體檢測(cè)發(fā)展方向

目前已廣泛應(yīng)用于酒體檢驗(yàn)方式為品酒師感官品評(píng)[13]以及提取檢測(cè)[14]，通過(guò)品評(píng)進(jìn)行總體評(píng)定、等級(jí)劃分的方式個(gè)人的主觀性較強(qiáng)，較易受各方面影響，不能科學(xué)、準(zhǔn)確地證實(shí)酒體品質(zhì)。所以一般采用提取檢測(cè)的方式判斷酒體質(zhì)量安全及物質(zhì)含量，但目前應(yīng)用的各提取檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)過(guò)程依舊較為繁瑣，為了尋找更高效準(zhǔn)確的檢測(cè)方式。通過(guò)TRIZ理論中功能導(dǎo)向搜索進(jìn)行分析[15]，總結(jié)酒體檢測(cè)應(yīng)用思路，對(duì)未來(lái)新型檢測(cè)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。

功能導(dǎo)向搜索通過(guò)分析組件與功能對(duì)象間的作用，而后在領(lǐng)先的領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行搜索，其具體步驟見圖2。

利用功能導(dǎo)向搜索解決成品酒直觀判斷其品質(zhì)的主要步驟如圖3所示。

（1）問(wèn)題識(shí)別，簡(jiǎn)潔明確描述需要解決問(wèn)題的定義——如何直觀判斷成品酒品質(zhì)。

（2）用功能性的語(yǔ)言描述關(guān)鍵問(wèn)題，從技術(shù)進(jìn)化的系統(tǒng)中辨析出功能載體、功能對(duì)象和功能作用，將系統(tǒng)功能作用和功能對(duì)象進(jìn)行一般化描述，明確其特定功能，將其轉(zhuǎn)化為功能化模型[16]，闡明將要改善的具體功能——對(duì)于如何使成品酒內(nèi)部物質(zhì)呈現(xiàn)，進(jìn)給系統(tǒng)的功能為——不破壞酒瓶不提取酒體，區(qū)分呈現(xiàn)酒體物質(zhì)分類及相應(yīng)含量，讓人們能直觀進(jìn)行判斷。

（3）確定所需要的參數(shù)，對(duì)于該問(wèn)題不僅僅需要酒的各項(xiàng)參數(shù)匯總，所含物質(zhì)分類與含量多少分布情況，因所需成像物質(zhì)是液態(tài)，其物質(zhì)運(yùn)動(dòng)較為劇烈且分散較快，可能影響數(shù)據(jù)結(jié)果，故需要考慮解決方法。

（4）將功能進(jìn)行一般化處理，明確行為和對(duì)象，使用一般的術(shù)語(yǔ)表示，例如：特定的動(dòng)作詞“判斷”更改為“呈現(xiàn)”，特定的對(duì)象“酒體”更改為“液體”。把握技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵功能，限定實(shí)際問(wèn)題的范圍，進(jìn)一步明確問(wèn)題——清晰、直觀的看到物體內(nèi)部各個(gè)組分，該問(wèn)題需要解決的動(dòng)詞是“看、呈現(xiàn)”，要“保持物質(zhì)原狀識(shí)別物質(zhì)內(nèi)部動(dòng)態(tài)組分”；目前進(jìn)給系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確形成物質(zhì)區(qū)分呈現(xiàn)且不用提取物質(zhì)，通過(guò)技術(shù)進(jìn)化法則預(yù)測(cè)出進(jìn)給系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)可向掃描物質(zhì)形成動(dòng)態(tài)全面成像發(fā)展，需要在不提取出酒液，不開封包裝的基礎(chǔ)上使其進(jìn)行一個(gè)準(zhǔn)確成像。

（5）識(shí)別領(lǐng)先領(lǐng)域，搜索其他相關(guān)或者不相關(guān)領(lǐng)域中，執(zhí)行有關(guān)準(zhǔn)確全面成像的先進(jìn)領(lǐng)域技術(shù)方案功能的技術(shù)，通過(guò)與不同專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行充分交流，了解各行業(yè)可能存在的類似功能。確定這些領(lǐng)域中可以適應(yīng)目標(biāo)應(yīng)用的技術(shù)或解決方案。目前已有報(bào)道在醫(yī)學(xué)上為了更好地進(jìn)行治療，無(wú)法從人體的外觀判斷內(nèi)部問(wèn)題。在成熟應(yīng)用三維重建影像可視化技術(shù)[17]的基礎(chǔ)上也有了四維動(dòng)態(tài)成像[18]。

（6）領(lǐng)先領(lǐng)域解決方案，先對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行文獻(xiàn)和專利查詢，對(duì)查詢到的專利進(jìn)行整理，得到功能導(dǎo)向搜索最終結(jié)果。在領(lǐng)先領(lǐng)域中選擇最合適的能夠改善這個(gè)功能的技術(shù)，解決方案。目前醫(yī)學(xué)上已開展3D-slicer醫(yī)學(xué)影像處理分析[19]及四維多幀重建技術(shù)[20]，前者可以透過(guò)腦顱對(duì)腦內(nèi)部的物質(zhì)進(jìn)行3D成像，后者可將運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)進(jìn)行對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)化呈現(xiàn)，對(duì)此可以推測(cè)不久的將來(lái)隨著相應(yīng)血液組織液等的液體檢測(cè)也會(huì)迅速發(fā)展成熟，即可將醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)?yīng)液體掃描檢測(cè)技術(shù)遷移到酒體檢測(cè)中。

（7）引入這種技術(shù)所帶來(lái)的次級(jí)問(wèn)題，例如：其掃描技術(shù)的輻射掃描可能會(huì)使酒中物質(zhì)受到改變，對(duì)酒的品質(zhì)帶來(lái)影響等。

這種方式就是把非該領(lǐng)域的技術(shù)移植過(guò)來(lái)，完成對(duì)該領(lǐng)域問(wèn)題的解決，由于并非照搬專利技術(shù)，且適用范圍不同，因此，這是專利規(guī)避[21]中的主要模式。對(duì)功能導(dǎo)向搜索得到的解決方案進(jìn)行功能分析，得出基本原理、所需組件，該方案遷移到該領(lǐng)域所需解決的問(wèn)題，最終得出初始解。功能導(dǎo)向搜索通過(guò)借鑒其他行業(yè)現(xiàn)有的成熟解決方案，進(jìn)行不同應(yīng)用領(lǐng)域的遷移，在概念開發(fā)階段具有一定的作用[22]。在后期進(jìn)行實(shí)際技術(shù)遷移，并運(yùn)用到功能裁剪[23]，這不僅能規(guī)避其他專利，避免專利侵權(quán)，在概念解開發(fā)階段也可以用來(lái)規(guī)避自身，提高最終解決方案的價(jià)值，防止被其他專利規(guī)避。

4 多維動(dòng)態(tài)成像在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

具有強(qiáng)大的建模、影像配準(zhǔn)等功能的多維成像技術(shù)，能夠做到精確定位，還能用于精確估算同等物質(zhì)的體積，并且可將不同物質(zhì)用不同顏色進(jìn)行標(biāo)記，又因計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作[24]具有可拓展性，操作者通過(guò)選擇和添加功能模塊，可對(duì)圖像進(jìn)行通透的深層次的處理[25]。經(jīng)過(guò)全方位掃描，通過(guò)利用影像學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬影像融合，對(duì)物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)及分布情況進(jìn)行生動(dòng)直觀的多維度動(dòng)態(tài)重現(xiàn)[26]，強(qiáng)化變質(zhì)部分，進(jìn)而將圖像數(shù)據(jù)擬合為直觀、易懂的立體成像，還可對(duì)于有害物質(zhì)進(jìn)行清除，對(duì)其效果進(jìn)行評(píng)估。多維呈現(xiàn)的應(yīng)用，改善了以往檢測(cè)的不可視性和精度差的缺點(diǎn)，耗時(shí)長(zhǎng)的不足。多維動(dòng)態(tài)成像利用掃描識(shí)別不同物質(zhì)范圍，并且進(jìn)行多重建，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算求和得到各類物質(zhì)體積，同時(shí)此方法不受區(qū)域部位物質(zhì)含量不同的影響。未來(lái)若對(duì)酒體使用多維成像技術(shù)進(jìn)行可視化檢測(cè)能讓人們更好地識(shí)別以及了解抽象的復(fù)雜的酒體，讓研究者們能夠更好地進(jìn)行目標(biāo)性抽取以及分析辨別物質(zhì)。

5? 進(jìn)行技術(shù)遷移存在的問(wèn)題

因目前已有的多維成像技術(shù)鑒別物質(zhì)含量存在如下問(wèn)題。（1）成像需要這些物質(zhì)密度差異較大才能鑒別。（2）掃描過(guò)程中床面要從靜止到快速運(yùn)動(dòng)會(huì)造成酒中液體晃動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。（3）酒中礦物質(zhì)和重金屬密度比其他物質(zhì)大，在不晃動(dòng)的情況下可以進(jìn)行區(qū)分，但其他化合物較難區(qū)分。（4）目前能鑒別聚集程度比較高的物質(zhì)，但互溶性化合物鑒別效果不理想。（5）目前可用CT雙能模式掃描看物質(zhì)成像的能譜曲線。

故可針對(duì)以上等問(wèn)題進(jìn)行后續(xù)研究，改善存在的技術(shù)問(wèn)題，使檢測(cè)更為完善。

6? 結(jié)語(yǔ)

隨著食品質(zhì)量監(jiān)管要求的提高，以及消費(fèi)者對(duì)食品安全的透明化的追求，優(yōu)化、更新檢測(cè)方式勢(shì)在必行。該文通過(guò)對(duì)已有的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行舉例，證明功能導(dǎo)向搜索這一工具對(duì)酒體檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展有很大幫助，為了推進(jìn)酒體檢測(cè)新技術(shù)的發(fā)展，基于TRIZ思維創(chuàng)新方法展開探討，通過(guò)TRIZ創(chuàng)新方法中功能導(dǎo)向搜索的系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)方法，基于TRIZ的系統(tǒng)問(wèn)題的求解流程進(jìn)行分析，提出了對(duì)酒體使用多維成像技術(shù)進(jìn)行可視化檢測(cè)的創(chuàng)新研究思路。推測(cè)未來(lái)使用這種新型的演示模式，以科學(xué)的視角，能透明、直觀地幫助人們拉近與食品安全的距離。

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作者簡(jiǎn)介：秦姝悅（1999—），女，碩士在讀，研究方向?yàn)槠咸丫漆勗臁?/p>

通信作者：趙玉平（1964—），男，博士，教授，研究方向?yàn)榘l(fā)酵與食品飲料。E-mail：water15689@163.com。