運(yùn)用TRIZ理論提高過濾器的性能

王勇　曹美霞　張言　李正魁

摘 要：運(yùn)用TRIZ理論，對(duì)某化工廠的糖苷物料過濾器進(jìn)行組件功能分析、矛盾分析，并使用矛盾矩陣、分離原理等創(chuàng)新工具對(duì)問題進(jìn)行求解，最后給出解決方案。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論；過濾器；提高

某化工廠生產(chǎn)糖苷，糖和醇在反應(yīng)釜中反應(yīng)，生成糖苷及雜質(zhì)。為了獲得糖苷產(chǎn)品，需要對(duì)糖苷的產(chǎn)品純化，對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行過濾得到產(chǎn)品。由于糖苷產(chǎn)品中含有小粒徑的不溶性懸浮顆粒物雜質(zhì)，因此需要在物料純化的階段設(shè)置過濾裝置，用于除去雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)固液分離。在實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，物料進(jìn)入過濾器以后，在不銹鋼篩網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)固液分離，物料濾液從過濾器底部通過泵打入儲(chǔ)罐，固體雜質(zhì)留在濾網(wǎng)上。由于雜質(zhì)顆粒細(xì)小，容易堵塞濾網(wǎng)，導(dǎo)致過濾速度降低。過濾器在使用過程中需要頻繁拆卸，清洗濾網(wǎng)；物料中有揮發(fā)性的組分，會(huì)散發(fā)氣味，物料本身有一定溫度，氣味隨溫度的升高而增大；頻繁的拆卸清洗會(huì)浪費(fèi)大量的物料。因此，企業(yè)提出，希望對(duì)過濾裝置進(jìn)行技術(shù)改造。

1 TRIZ理論

TRIZ是發(fā)明問題的解決理論，是指導(dǎo)人們進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)新、解決工程問題的系統(tǒng)化的方法學(xué)體系。它是蘇聯(lián)發(fā)明家根里奇·阿奇舒勒（G.S.Altshuller）為首的研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)250萬件高水平發(fā)明專利進(jìn)行分析和提煉以后總結(jié)出來的。

TRIZ 的核心思想包括：（1）不同行業(yè)遇到的問題，采用相同的原理加以解決；（2）產(chǎn)品和技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展不是隨機(jī)的，而是按照一定的規(guī)律在發(fā)展和進(jìn)化。

TRIZ的核心是消除矛盾和技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化原理，并建立料基于知識(shí)消除矛盾的邏輯化方法，用系統(tǒng)化的解題流程來解決特殊問題或矛盾。

運(yùn)用TRIZ解決問題的一般流程是：首先將一個(gè)待解決的實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為問題模型；然后針對(duì)不同的問題模型，應(yīng)用不同的TRIZ工具，得到解決方案的模型；最后將解決方案模型應(yīng)用到具體的問題之中，得到問題的解決方案。

TRIZ的問題模型可劃分為四種形式：技術(shù)矛盾、物理矛盾、物場(chǎng)問題、知識(shí)使能問題。

TRIZ中的技術(shù)問題可以定義為技術(shù)矛盾和物理矛盾。技術(shù)矛盾是指為了改善系統(tǒng)的一個(gè)參數(shù)，導(dǎo)致了另一個(gè)參數(shù)的惡化。物理矛盾是針對(duì)系統(tǒng)的某個(gè)參數(shù)，提出了兩種不同的要求。在解決問題時(shí)，最有效的解決方案就是解決技術(shù)難題中的矛盾。

對(duì)于技術(shù)矛盾，阿奇舒勒給出了一個(gè)矛盾矩陣，矛盾矩陣是一個(gè)（40×40）的矩陣，其中第1列為39個(gè)可改善的工程參數(shù)，第1行為39個(gè)會(huì)導(dǎo)致惡化的工程參數(shù)，剩下的39行和39列形成一個(gè)矩陣，里面的數(shù)字對(duì)應(yīng)著解決矛盾的通用創(chuàng)新原理。對(duì)于物理矛盾，采用空間分離、時(shí)間分離、條件分離和系統(tǒng)級(jí)別分離等方法，并利用通用的40個(gè)發(fā)明創(chuàng)新原理加以解決[1，3]。

此外，TRIZ理論還有物場(chǎng)模型和標(biāo)準(zhǔn)解、知識(shí)庫、效應(yīng)庫等解決工具。

2 問題分析

2.1 問題模型

上述問題可以描述為：如何在保證濾液質(zhì)量的條件下，提高糖苷的過濾速度。

技術(shù)系統(tǒng)： 過濾器

如圖2所示，需要過濾的液體物料經(jīng)過濾器的入口進(jìn)入，依靠自身重力向下流動(dòng)，通過濾材，濾材由不銹鋼濾網(wǎng)或?yàn)V布構(gòu)成。液體經(jīng)濾網(wǎng)或?yàn)V布過濾后，雜質(zhì)顆粒被不銹鋼濾網(wǎng)過濾，過濾后的清液從下端出口排出。

2.2 矛盾分析

技術(shù)矛盾：

（1）問題分析：a.雜質(zhì)堵塞濾網(wǎng)；b.壓力不足，過濾速度慢；c.料液有刺激性氣味。

過濾需要使用濾網(wǎng)，濾網(wǎng)被雜質(zhì)堵塞，導(dǎo)致過濾速變慢，需要頻繁拆卸清洗，料液產(chǎn)生刺激性氣體，同時(shí)物料損失。

（2）現(xiàn)有的解決方案是： 過濾時(shí)加壓；靜置物料；拆卸過濾器清洗；高溫封閉過濾；改變?yōu)V網(wǎng)的孔徑。

（3）現(xiàn)有解決方案的缺點(diǎn)：過濾時(shí)需要增大壓力；靜置物料需要花費(fèi)時(shí)間；過濾器拆下清洗麻煩，浪費(fèi)物料，氣味刺激；需要加溫；需要增大孔徑。

由TRIZ理論分析技術(shù)矛盾，如表1所示。

如果要獲得好的過濾效果，就必須減小濾網(wǎng)的孔徑；同時(shí)就導(dǎo)致了過濾速度的降低。反之，增大濾網(wǎng)的孔徑，細(xì)小尺寸的顆粒不會(huì)堵塞濾網(wǎng)，過濾速度提高；但是會(huì)導(dǎo)致過濾的精度不符合要求，濾液不能達(dá)到產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于系統(tǒng)中的參數(shù)——過濾器濾網(wǎng)的孔徑，提出了兩種不同的要求：要求孔徑較小，以滿足過濾效果的要求；同時(shí)要求孔徑大，以滿足過濾速度的要求。根據(jù)TRIZ理論，上述問題構(gòu)成一對(duì)物理矛盾。對(duì)于物理矛盾，通常采用分離原理加以解決。

3 技術(shù)矛盾獲得的解決方案

由技術(shù)矛盾根據(jù)TRIZ矛盾矩陣表獲得創(chuàng)新原理，如表2所示。

根據(jù)獲得的TRIZ 創(chuàng)新原理，由創(chuàng)造性聯(lián)想獲得解決方案，如表3所示。

4 物理矛盾獲得的解決方案

物理矛盾的解決是實(shí)現(xiàn)矛盾雙方的分離，分離的方法有空間分離、時(shí)間分離、條件分離、系統(tǒng)級(jí)別分離，糖苷過濾過程矛盾產(chǎn)生的原因是固體懸浮顆粒與液體運(yùn)動(dòng)的方向一致，固體要求過濾的孔徑小，液體要求過濾的孔徑大。 如果能使固液雙方在不同的空間上分離，使固體液體分別不同向運(yùn)動(dòng)，可以解決問題。

根據(jù)TRIZ創(chuàng)新原理，分離方法和發(fā)明原理的對(duì)應(yīng)關(guān)系，空間分離可采用的創(chuàng)新原理有分割原理、抽取原理、增加不對(duì)稱性原理、曲面化原理、借助中介物的原理等。可采用曲面化的原理，改直線運(yùn)動(dòng)為曲面化運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用離心力。可以得到如下的思路：（1）將原過濾器水平放置，（2）過濾器旋轉(zhuǎn)；（3）濾網(wǎng)的功能被筒壁取代；料液進(jìn)入過濾器后，呈螺旋運(yùn)動(dòng)，固體和液體的運(yùn)動(dòng)方向垂直?？梢宰龅焦桃悍蛛x速度快，同時(shí)分離效果好。

5 結(jié)束語

用TRIZ創(chuàng)新原理，由問題描述定義技術(shù)系統(tǒng)，分析技術(shù)矛盾和物理矛盾，由矛盾矩陣查找創(chuàng)新原理。根據(jù)創(chuàng)新原理的提示，可以得到解決問題的思路，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)制定解決問題矛盾的技術(shù)方案。本項(xiàng)目根據(jù)TRIZ創(chuàng)新原理獲得了10種以上的解決方案。證明TRIZ創(chuàng)新原理來源于大量的發(fā)明專利和工程實(shí)踐，又能夠解決工程實(shí)踐中的問題，具有科學(xué)性和高效性。

參考文獻(xiàn)

[1]林岳.創(chuàng)新方法教程（初級(jí)）[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]梁成剛.運(yùn)用TRIZ 理論實(shí)現(xiàn)過濾器效率提高的技術(shù)改造[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2014（15）：69-70.

[3]發(fā)明問題的解決理論[M].江蘇鳳凰教育出版社，2013.