基于TRIZ創(chuàng)新理論課程中的工程案例分析

王珊 王志新 嚴(yán)軍 朱波

摘要：利用TRIZ創(chuàng)新理論解決工程實際問題的方法，是克服思維慣性，系統(tǒng)化的解決問題的方法，適用于各種工程難題。以光伏清潔裝置為例，套用TRIZ 理論提出的各種方法，類推所要解決問題的最終方案，對荒漠地區(qū)光伏電站的清潔維護(hù)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：清潔裝置 技術(shù)沖突 小人法 裁剪法

0 引言

“創(chuàng)新理論”是1912年由美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家約瑟夫·熊彼得（J.A.Schumpeter）在《經(jīng)濟(jì)發(fā)展理論》中首次提出的[1]。目前，國內(nèi)外傳統(tǒng)創(chuàng)新方法有試錯法、頭腦風(fēng)暴法、形態(tài)分析法、特性列舉法等，但隨著科技的進(jìn)步，這些方法具有一定的局限性，而TRIZ創(chuàng)新思維克服各種思維慣性，以全新的視角去思考和解決問題[2]，更適合解決高水平、復(fù)雜的問題。

青海省的大型光伏發(fā)電站位于荒漠地帶，光伏電池板上的灰塵作為影響光伏發(fā)電效率的一個重要因素，嚴(yán)重制約著光伏電站的發(fā)展。由于清潔手段相對落后，荒漠地區(qū)，大面積光伏電池板陣列的清潔，水源和人工費(fèi)用均存在問題。綜合各方面因素，光伏陣列定期清理的工作難度較大。

1 問題分析

灰塵顆粒粘附在電池板表面不能夠自由移動，只要清除作用力大于灰塵顆粒粘附作用力時，微顆粒就會在電池板表面產(chǎn)生運(yùn)動，并從清洗表面脫離，完成清洗作用[3]。目前，光伏電站較為普遍的方式是采用人工水管噴淋方式進(jìn)行清洗，利用水射流使附著在電池板表面的灰塵在剪切力的作用下被除去，但用水過多會造成地基沉降，導(dǎo)

致電池陣列支架大量變形電池板破裂，嚴(yán)重影響電站安全。

在電池板清潔裝置上加裝水箱，水可以潤濕刷子，改善清潔效果提高可操作性；但水箱水量多會使清潔設(shè)備移動速度變慢。采用5why分析法對其進(jìn)行分析，找到問題的真正原因是光伏電池板陣列較長。

水箱為刷子供水，潤濕后的刷子可以清潔表面灰塵。問題為水箱加裝在清潔裝置的支架上，使滑輪在軌道上運(yùn)動減慢甚至難以移動。該問題模型圖如下，問題發(fā)生的區(qū)域就是水箱與清潔裝置之間的作用。

理想解決方案是移動清潔裝置運(yùn)動靈活，水箱水量充足，達(dá)到預(yù)期清潔效果。

2 問題求解

2.1 技術(shù)沖突

創(chuàng)新就是解決問題中的矛盾，包括物理矛盾與技術(shù)矛盾。對于技術(shù)矛盾的解決方案是將矛盾中具體的改善和惡化參數(shù)分別轉(zhuǎn)化為通用工程參數(shù)，查沖突矩陣表找到對應(yīng)表格中的發(fā)明原理[4]。

在電池板清潔裝置問題中，水箱的水可以使刷子潤濕積灰，改善清潔效果提高可操作性；但水箱水量多會使清潔設(shè)備移動速度變慢。從39個標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)中確定改善的參數(shù)為速度，惡化的參數(shù)為運(yùn)動物體的質(zhì)量和體積。查表得方案一：通過分離原理中的“將一個物體中的干擾部分分離出去”，得到在電池板頂部安裝水管、噴頭，在清潔裝置運(yùn)行前開啟對電池板進(jìn)行噴淋。方案二：通過拋棄與修復(fù)原理中的“立即修復(fù)一個物體中所損耗的部分”，得到安裝循環(huán)水管，及時補(bǔ)給水箱用水。

2.2 小人法

智能小人法是一種極好的工具，打破了技術(shù)或?qū)I(yè)術(shù)語導(dǎo)致的思維定勢，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的某些組件不能完成其必要的功能，并表現(xiàn)出相互矛盾的情況時，可以用一組小人來代表這些不能完成特定功能的部件，通過使用能動的小人，實現(xiàn)預(yù)期的功能，并根據(jù)小人模型對結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計[5]。

按照TRIZ創(chuàng)新思維方法中的小人法，圖2所示。在水箱中添加適量的清潔劑，能夠削弱灰塵在光伏電池板表面的粘附力，毛刷小人對灰塵小人的去除力明顯增強(qiáng)，既降低用水量又保證清潔效果。

2.3 功能裁剪

裁剪法的思想和傳統(tǒng)的系統(tǒng)改進(jìn)方法不同，當(dāng)找到系統(tǒng)中價值最低的組件時，將該組件直接裁剪掉，同時把它的有用功能提取出來，讓系統(tǒng)中存在的其他部件去完成這個功能。這樣，即消除了該部件產(chǎn)生的有害功能，同時它所執(zhí)行的有用功能依舊存在[5]。

利用功能裁剪解決問題，圖3所示。當(dāng)刷子被裁剪掉以后，刷子的附屬裝置水箱也失去原來的作用也一樣被剪掉，水箱超載這一有害作用將不再對系統(tǒng)構(gòu)成危害，可以去除。

模型失去了刷子清潔電池板的功能，屬于問題模型。查找關(guān)系矩陣得到應(yīng)用局部質(zhì)量發(fā)明原理中第三條“使組成物體的每一部分都最大限度地發(fā)揮作用”，應(yīng)用這一原理可以得到為使清潔裝置移動靈活，將水箱去除。用吸水海綿代替刷子，固定在支架上，在清潔前將海綿潤濕，進(jìn)行移動清潔。裁剪工具的應(yīng)用去除了原有刷子及水箱附屬結(jié)構(gòu)，大大簡化了系統(tǒng)，圖4所示。

3 結(jié)論

利用TRIZ創(chuàng)新課程工具中的技術(shù)沖突、功能裁剪以及小人法，以工程實際問題光伏電池板移動清潔裝置為例進(jìn)行分析。不僅加深了對理論知識的理解，更對清潔裝置的改進(jìn)提出了多種方案，各種方案各有優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)工作現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行選擇和調(diào)整。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱文靜.基于TRIZ理論的企業(yè)創(chuàng)新研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2013.

[2]曹福全.淺談基于TRIZ理論的創(chuàng)新教育[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報，2009，25（04）：30-31.

[3]居發(fā)禮.積灰對光伏發(fā)電工程的影響研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2011.

[4]蔣濤，孫毓韜，李英利.利用TRIZ創(chuàng)新理論提高創(chuàng)新能力的方法[J].廣州化工，2012，40（2）：138-139.

[5]張士運(yùn)，林岳.TRIZ創(chuàng)新理論研究與應(yīng)用[M].北京：華齡出版社，2010.

基金項目：

科技部創(chuàng)新方法工作專項項目（項目編號：2012IM020800）；青海省科技廳項目（項目編號：2012-G-Y25A-4）；2013年度青海大學(xué)中青年基金項目（項目編號：2013-QGY-15）；青海省財政廳2014年重點(diǎn)學(xué)科及重點(diǎn)實驗室專項資金“卓越人才培養(yǎng)計劃”建設(shè)項目。

作者簡介：

王珊（1983-），女，河北定州人，青海大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，講師，碩士，研究方向：太陽能電池板表面清潔技術(shù)。