TRIZ創(chuàng)新方法教學(xué)及應(yīng)用模式研究★

高文潔

(內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024005)

1 概述

發(fā)明問(wèn)題解決理論(TRIZ)是指導(dǎo)人們進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)新、解決工程問(wèn)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(guò)對(duì)250萬(wàn)件高水平發(fā)明專利進(jìn)行分析和提煉之后總結(jié)出來(lái)的。TRIZ創(chuàng)新方法的出現(xiàn)讓創(chuàng)新不再是頭腦的靈光乍現(xiàn)，而讓創(chuàng)新變得有章可循。那么如何將創(chuàng)新方法與專業(yè)的學(xué)習(xí)有效的融合在一起，讓創(chuàng)新更好的服務(wù)于專業(yè)的學(xué)習(xí)和發(fā)展。本文將從TRIZ的實(shí)際教學(xué)以及應(yīng)用方面做出以下說(shuō)明。

2 TRIZ理論的教學(xué)設(shè)計(jì)

1)TRIZ理論的教法——項(xiàng)目化教學(xué)(依托學(xué)生所學(xué)的專業(yè)課的實(shí)際項(xiàng)目講授TRIZ理論)。

TRIZ理論課的教授可以按照一個(gè)項(xiàng)目的解決順序來(lái)進(jìn)行教學(xué)。而且這個(gè)項(xiàng)目最好是采用與專業(yè)課緊密相連的一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目來(lái)講解，這樣學(xué)生對(duì)TRIZ理論理解起來(lái)會(huì)更加容易[1]。

2)TRIZ理論的講解順序——項(xiàng)目的解決順序。

a.問(wèn)題描述;b.系統(tǒng)分析;c.運(yùn)用TRIZ工具解決問(wèn)題;d.技術(shù)方案整理與評(píng)價(jià)。

3)TRIZ理論的學(xué)法——小組討論。TRIZ本身需要每個(gè)人不要被固有的思維束縛住，所以討論是最好的學(xué)法。將一個(gè)班級(jí)的學(xué)生按照5人一組劃分，針對(duì)于教學(xué)中老師講授實(shí)際遇到的專業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行分組討論得出各自的想法。然后小組之間進(jìn)行PK，推選出最好的想法，可獲得獎(jiǎng)勵(lì)。這樣的小組討論學(xué)習(xí)，既深刻又有積極性，效果良好。

4)TRIZ理論的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)機(jī)制——每人上交一份運(yùn)用TRIZ解決的實(shí)際問(wèn)題。

理論課在講授的過(guò)程中，就要求學(xué)生思考自己在專業(yè)的學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，并運(yùn)用TRIZ進(jìn)行解決，課程結(jié)束之后留出一周的專業(yè)課程設(shè)計(jì)時(shí)間，讓學(xué)生集中完成自己的實(shí)際項(xiàng)目。此成果占到整門(mén)課程的50%，過(guò)程考核為小組的每次打分，過(guò)程考核占到總成績(jī)的50%。

5)TRIZ理論的應(yīng)用——根據(jù)專業(yè)課程的不同開(kāi)設(shè)相應(yīng)的創(chuàng)新方法課程，讓專業(yè)課程與創(chuàng)新方法緊密相連。每一個(gè)學(xué)校都會(huì)有很多的專業(yè)課程，每一個(gè)專業(yè)課程都能應(yīng)用到TRIZ，講解TRIZ理論時(shí)，需要結(jié)合自己的專業(yè)講解相應(yīng)的實(shí)例，泛泛的講解一些與專業(yè)無(wú)關(guān)的實(shí)例，學(xué)生自己做項(xiàng)目時(shí)還是一頭霧水摸不著頭腦。學(xué)生也不會(huì)有太多的為難情緒。只要我們心中始終想著改變現(xiàn)狀，那么TRIZ就可以作為我們的工具被利用解決實(shí)際的問(wèn)題[2-4]。

3 TRIZ理論的講解舉例——以解決砂子篩分過(guò)程中篩孔堵塞的問(wèn)題為例

3.1 項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目來(lái)自于建筑材料試驗(yàn)中的砂子的篩分試驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題。系統(tǒng)名稱是砂子篩分系統(tǒng)(砂子通過(guò)篩分系統(tǒng)可分出大小不同的顆粒)如圖1所示。

3.2 功能分析

3.2.1 功能模型

將組件之間的作用繪制成模型，組件之間的作用分為正常、不足和有害三種情況,如圖2所示。

3.2.2 裁剪

優(yōu)化系統(tǒng)1：有害功能主要集中在篩面和砂子之間，所以裁剪掉篩面。既然裁掉了篩面，那么固定篩面的篩幫以及與篩子相關(guān)的組件如套篩、夾篩盤(pán)、滑動(dòng)桿就一并裁掉了。裁剪后的組件只有電機(jī)、振擺儀、砂子、重力和空氣。裁剪后帶來(lái)的新問(wèn)題是如何用振擺儀分級(jí)砂子，這時(shí)需要尋找解決方案。

方案1：設(shè)置自帶顆粒分級(jí)功能的振擺儀(原理是離心運(yùn)動(dòng)，越粗的顆粒離心越遠(yuǎn))。

優(yōu)化系統(tǒng)2：繼續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)，裁剪掉振擺儀，同時(shí)裁掉電機(jī)，實(shí)現(xiàn)砂子由氣流分級(jí)。裁剪產(chǎn)生的問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)空氣對(duì)砂子的顆粒分級(jí)。

方案2：用篩蓋、4.75 mm～0.3 mm及篩底組成套篩，用搖篩機(jī)篩分，對(duì)于篩底的部分則選用氣流分級(jí)，來(lái)解決細(xì)篩篩孔堵塞的問(wèn)題(錯(cuò)流式分級(jí)原理)。

3.3 因果分析

逐級(jí)分析導(dǎo)致砂子堵塞篩孔的原因，繪制故障樹(shù)如圖3所示。

分析故障樹(shù)，找到了6個(gè)關(guān)鍵的缺點(diǎn)，針對(duì)關(guān)鍵缺點(diǎn)找到可能的解決方案同時(shí)與前面裁剪產(chǎn)生的兩個(gè)方案進(jìn)行總體排序。

方案3：設(shè)計(jì)可以容易更換，價(jià)格便宜的篩面。

方案4：選用大的篩面。

方案5：做成可大可小的篩孔。

方案6：選用纖維質(zhì)的篩面。

方案7：篩面換成有彈性的材料。

方案8：增加振擺儀的豎向振幅。

3.4 資源分析

分別從當(dāng)前系統(tǒng)、子系統(tǒng)、超系統(tǒng)的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)尋找相應(yīng)的6大資源(物質(zhì)資源、能量資源、信息資源、時(shí)間資源、空間資源、功能資源)，如果找不到相應(yīng)的資源也是客觀允許的，沒(méi)有必要每個(gè)系統(tǒng)都是6個(gè)資源齊全的。

資源分析形成的方案如下：

方案9：將砂子烘干減少篩孔堵塞。

方案10：細(xì)篩的篩面可以完成二次振動(dòng)。

方案11：利用不同粒徑，在水中下落高度相同。根據(jù)砂子的下落時(shí)間區(qū)分細(xì)料的粒徑。

方案12：細(xì)料單獨(dú)進(jìn)行多次篩分，減少堵塞。

方案13：篩子的側(cè)面加設(shè)篩孔。

3.5 技術(shù)矛盾分析

1)定義技術(shù)矛盾。

技術(shù)矛盾1：如果增大篩孔，那么減少了篩孔堵塞，但是細(xì)顆粒砂子的分級(jí)受到影響。

技術(shù)矛盾2：如果減小篩孔，那么細(xì)顆粒分級(jí)良好，但是增加了篩孔的堵塞。

按照矛盾1查詢矛盾矩陣得:28—機(jī)械系統(tǒng)代替；33—均質(zhì)性；23—反饋；26—復(fù)制

2)技術(shù)矛盾分析形成的方案。

方案14：根據(jù)不同顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中撞擊物體表面發(fā)出的聲音不同，可將不同的顆粒進(jìn)行分級(jí)。

方案15：設(shè)置篩孔堵塞程度的顯示器，選擇篩孔可調(diào)整，增大篩孔，及時(shí)清理掉堵塞的顆粒。

方案16：用0.3 mm篩篩出細(xì)小的顆粒，采用特殊的措施，將砂中細(xì)小的顆粒按照一定的比例放大，這樣就可以選用粗篩進(jìn)行篩分。

方案17：用0.3 mm篩篩出細(xì)小的顆粒，采用氣流，讓細(xì)小顆粒運(yùn)動(dòng)起來(lái)，利用運(yùn)動(dòng)的圖像反映顆粒的組成。

3.6 物理矛盾分析

1)定義物理矛盾。

物理矛盾的參數(shù)選用篩孔。希望篩孔又大又小。

2)物理矛盾分析形成的方案。

解決物理矛盾選用的分離原理有時(shí)間分離、空間分離、條件分離和系統(tǒng)級(jí)別分離。

運(yùn)用條件分離：

方案18：篩絲選用柔性空心可充液體的，通過(guò)改變液壓，改變篩孔尺寸。

方案19：篩絲選用可充空氣的柔性材料，通過(guò)加熱篩片，清理掉堵塞的沙粒。

運(yùn)用系統(tǒng)級(jí)別分離：

方案20：增加細(xì)篩的篩幫高度，以增大細(xì)料的自身的動(dòng)能，提高通過(guò)率。

3.7 物場(chǎng)分析

1)明確問(wèn)題，尋找場(chǎng)。

由因果分析得出問(wèn)題點(diǎn)：篩孔太小，一部分砂子通過(guò)了篩孔，一部分砂子堵塞了篩孔。從而繪制物場(chǎng)模型，如圖4所示。

2)分析標(biāo)準(zhǔn)解。

應(yīng)用S1.2的標(biāo)準(zhǔn)解：可以插入第三種新物質(zhì)或者另外一種場(chǎng)，來(lái)消除有害的物質(zhì)，如圖5所示。

解決方案21：引入一種新的物質(zhì)，反向吹空氣，將細(xì)砂吹落。

3.8 S曲線+進(jìn)化路徑

運(yùn)用S曲線+進(jìn)化路徑的分析過(guò)程是：首先確定主要指標(biāo)；其次是收集數(shù)據(jù)，確定曲線；第三是對(duì)應(yīng)S曲線的位置；第四是確定主要進(jìn)化路徑；最后構(gòu)造方案。

當(dāng)前系統(tǒng)的主要參數(shù)是分計(jì)篩余百分率(篩余量除以總量)能夠滿足誤差要求，所以當(dāng)前系統(tǒng)能正常工作，處于成長(zhǎng)期，對(duì)應(yīng)的進(jìn)化法則是提高理想度法則；動(dòng)態(tài)性進(jìn)化法則；子系統(tǒng)不均衡進(jìn)化法則。根據(jù)進(jìn)化法則尋找解決方案，本例中根據(jù)進(jìn)化法則并沒(méi)有形成新的方案。

3.9 方案匯總及評(píng)價(jià)

將所有的方案從成本、復(fù)雜性、可靠性三方面進(jìn)行分析綜合打分從中選出最優(yōu)的方案。

方案評(píng)價(jià)中的方案5為最優(yōu)方案。加入一種場(chǎng)——電磁場(chǎng)，采用兩層完全一樣的篩片，一層固定、一層可動(dòng)(篩絲只有一個(gè)方向的)垂直疊合，清理細(xì)篩時(shí)，去掉磁場(chǎng)，取掉一層即可。并對(duì)方案的經(jīng)濟(jì)效益、生產(chǎn)效益、社會(huì)效益進(jìn)行分析。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)論是把TRIZ應(yīng)用到生活還是教學(xué)都會(huì)產(chǎn)生全新的解決方案。如果把專業(yè)教學(xué)中遇到的常見(jiàn)問(wèn)題，應(yīng)用創(chuàng)新方法理論來(lái)解決，把這樣的案例應(yīng)用到教學(xué)中，學(xué)生會(huì)更加容易理解和接受創(chuàng)新理論，更能深刻的體會(huì)到創(chuàng)新給我們帶來(lái)的實(shí)惠[5]。