基于TRIZ裁剪法的產(chǎn)品簡化設(shè)計

柏長升 張培德

摘要：TRIZ理論中的裁剪法結(jié)合功能分析、資源分析、物場分析等多種工具，來分析和解決技術(shù)問題，是降低成本、簡化系統(tǒng)的重要工具。本文在討論裁剪法的基礎(chǔ)上，結(jié)合電壓力鍋沸騰模式的創(chuàng)新設(shè)計，闡明裁剪法的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：TRIZ；裁剪法；簡化設(shè)計；降低成本

引言

降低成本是每個設(shè)計人員必須面對的課題，本文回顧了依據(jù)裁剪法流程對電壓力鍋沸騰模式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的過程，其方案已應(yīng)用到產(chǎn)品上，降低了成本，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

1 功能分析

功能：某組件（或子系統(tǒng)）改變或者保持另外一個組件（或子系統(tǒng)）的某個參數(shù)或狀態(tài)的行為。

功能分析是從完成功能的角度分析系統(tǒng)，對研究對象的功能進(jìn)行分解，分析系統(tǒng)和超系統(tǒng)組件的功能、特點及其成本。

2 裁剪法

裁剪：將一個或多個組件去掉，而將其執(zhí)行的有用功能利用系統(tǒng)或者超系統(tǒng)中的剩余組件來替代；其目的是提高系統(tǒng)理想度。

3 資源分析

資源：指問題所處環(huán)境中存在的物體、信息、能源或者材料的屬性。TRIZ特別強調(diào)被忽視的免費或廉價資源的利用。尋找資源的順序：系統(tǒng)內(nèi)部資源--系統(tǒng)外部環(huán)境的資源--超系統(tǒng)的資源。

4案例分析

4.1 問題分析

4.1.1、項目基本信息

（1）系統(tǒng)實現(xiàn)的功能：高壓煮飯

（2）系統(tǒng)存在的問題：全密閉系統(tǒng)，米飯不沸騰而發(fā)灰（不夠亮白）

（3）問題出現(xiàn)的條件和時間：煮飯過程中有壓力的那段過程

（4）現(xiàn)有方案及其缺點：用電磁鐵驅(qū)動限壓閥間歇排氣，成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且要連線到鍋蓋，導(dǎo)致鍋蓋不可拆洗

（5）對系統(tǒng)的要求：簡單可靠成本低

（6）系統(tǒng)的工作原理：鋼蓋扣合外鍋并與內(nèi)鍋、密封圈組成密閉系統(tǒng)，發(fā)熱盤加熱內(nèi)鍋使水蒸發(fā)而產(chǎn)生壓力，壓力驅(qū)使外鍋產(chǎn)生彈性形變，驅(qū)動壓力開關(guān)（位移傳感器）來停止加熱而控制壓力。

4.2、功能分析

4.2.1 系統(tǒng)定義：

考慮到我們的目標(biāo)是如何控制壓力、實現(xiàn)沸騰，把系統(tǒng)的范圍縮小為“蒸煮壓力控制系統(tǒng)”，與蒸煮壓力控制相關(guān)的組件是系統(tǒng)組件，其他組件是超系統(tǒng)組件。

研究系統(tǒng)的狀態(tài)：設(shè)定在鍋內(nèi)有壓力的狀態(tài)，內(nèi)鍋的上方充滿水蒸汽。

4.2.2 目標(biāo)定義

本課題設(shè)定電壓力鍋是用來蒸煮米飯的，其目標(biāo)是米飯的前身：米水混合物；

要實現(xiàn)的功能是讓米水混合物沸騰翻滾，同時與大氣連通，達(dá)到米飯亮白的效果。

4.2.3 組件分析，列結(jié)構(gòu)表，如下表1：

4.2.4 組件相互作用分析，分析是否接觸（是否發(fā)生作用），列示意圖，如下圖2

4.3 創(chuàng)新設(shè)計

4.3.1、裁剪

裁剪掉導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜、成本高的電磁鐵和

頂部感溫包，再從系統(tǒng)內(nèi)部或超系統(tǒng)尋找

能替代其功能的組件；

4.3.2、資源分析法

水蒸汽驅(qū)動限壓閥的功能不足，是水蒸汽的壓力不夠；

該系統(tǒng)里對限壓閥的作用力有重力、鋼蓋的支撐力、水蒸汽壓力；

根據(jù)受力分析，重力是向下的力，鋼蓋的支撐力和水蒸汽壓力是向上的力，只有向上的力大于向下的力，才能把限壓閥抬起來，限壓閥離開鋼蓋而排氣；鋼蓋的支撐力是改變不了的，只有提高水蒸汽壓力；

根據(jù)氣體方程PV=nRT，要提高壓力，必須提高溫度；

又根據(jù)壓力計算公式F=P*S，G=mg，F(xiàn)>G才能把限壓閥抬起來排氣，實現(xiàn)鍋內(nèi)沸騰，這樣可以計算出所需要的壓力P沸，然后設(shè)定沸騰模式：在壓力開關(guān)跳斷后再加熱一定的時間，讓鍋內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定的P沸，實現(xiàn)排氣沸騰；一段時間后停止加熱，因發(fā)熱盤的熱慣性，電壓力鍋沸騰一段時間后停止沸騰，然后再繼續(xù)加熱到P沸，如此循環(huán)，直到沸騰時間結(jié)束。

4.4 概念驗證

4.4.1、問題測試：

按上述方案測試，電壓力鍋沸騰煮飯時主要存在不沸騰或沸騰過度而噴水的問題，情況如下：

（1）在2杯以上4杯以下米量煮飯時，過程有噴氣；5杯以上不噴氣；

（2）在1-2杯米煮飯時，有噴水現(xiàn)象；

4.4.2、問題分析：

先排除假故障，確定是否設(shè)計問題：即分析實際組件參數(shù)是否符合設(shè)計要求：

包括限壓閥重量、壓力開關(guān)跳斷時壓力、感溫包精度、程序控制模式是否復(fù)合設(shè)計要求。

經(jīng)測試，僅程序控制模式有問題：沸騰階段要求排氣5分鐘，實際排氣14分鐘。

4.5次級問題改進(jìn)

4.5.1、明確問題：

出現(xiàn)在沸騰階段，小米量時沸騰過度導(dǎo)致噴水，大米量時沸騰不夠，導(dǎo)致米飯不均勻。

4.5.2、問題分析：

這顯然不是技術(shù)矛盾，也不是物理矛盾，是系統(tǒng)可控性不足；

查表，采用76個標(biāo)準(zhǔn)解中的2.4.7，利用自然現(xiàn)象或物理效應(yīng)，來增強物場模型；

4.5.3、資源分析

在電壓力鍋煮飯沸騰階段，存在的物理效應(yīng)資源有：

（1）負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：溫度越高，電阻越小

（2）水的飽和水蒸汽壓與溫度有對應(yīng)關(guān)系，如下表3：

4.5.4、方案思路：

飽和蒸汽壓與溫度有一一對應(yīng)關(guān)系，在100-120℃范圍內(nèi)，1 ℃ 大致對應(yīng)5kPa（因為溫度精確到1 ℃ 已能滿足電壓力鍋溫度精確控制要求，所以取1 ℃ 對應(yīng)5kPa 是可行的）。

目前產(chǎn)生的設(shè)計問題是沸騰控制不足，是因為采用固定的再加熱時間（壓力開關(guān)斷開后再加熱一段時間），這樣難以滿足不同的米水量和不同的環(huán)境溫度，因為不同的米水量在壓力開關(guān)跳斷時其溫度是不一樣的，發(fā)熱盤的熱慣性對不同米水量的影響也是不一樣的，但把限壓閥頂起的壓力（溫度）是一樣的；因此，增加溫度場信息，利用現(xiàn)有底部感溫包，優(yōu)化方案如下：

在壓力開關(guān)跳斷時，檢測此時的底部感溫包溫度T，在此基礎(chǔ)上再加熱到（T+ 8 ℃），就停止加熱，底部感溫包溫度下降到（T+ 4 ℃）時，再恢復(fù)加熱，如此循環(huán)，直到沸騰時間結(jié)束。

分析：壓力開關(guān)的跳斷壓力是55-60kPa，限壓閥的排氣泄壓壓力為90±10kPa，這樣兩者之間最小壓力差為20kPa，等效為4 ℃，最大壓力差45kPa，等效為9 ℃，但為了防止感溫包精度偏差，取8 ℃。

4.6落地驗收

煮飯測試結(jié)果：有效沸騰，沒有噴水現(xiàn)象；經(jīng)批量驗證，均復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

然后申請專利，申請?zhí)枮镃N201510992062.X

5小結(jié)

在實際運用中，為解決降低成本、簡化產(chǎn)品的技術(shù)難題，首先要進(jìn)行功能分析，建立功能模型，然后用裁剪法，裁剪掉成本高、復(fù)雜的組件，再結(jié)合資源分析、矛盾理論、物場分析及標(biāo)準(zhǔn)解等工具，其中最密切相關(guān)的是資源分析法，因為裁剪法要求裁剪組件后，將其執(zhí)行的有用功能利用系統(tǒng)或者超系統(tǒng)中的剩余組件來替代，從而必須用到資源分析法，尋找可以替代的組件；初學(xué)者是在問題分析前就列出系統(tǒng)內(nèi)外資源，這樣未必能列全，有些資源也未必有用，如果在問題分析和裁剪后，針對要實現(xiàn)的功能，再去有針對性地挖掘資源，效果更佳。

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