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1. 什么是TRIZ
TRIZ最初的意思来源于俄文，它的英文全称是Theory of Inventive Problem Solving，即“发明问题解决理论”。1946年苏联著名发明家阿奇舒勒及其合作者通过分析大量专利，总结提炼出各种技术发展进化遵循的规律模式及解决各种工程矛盾的创新原理和法则，提出了发明问题解决理论——TRIZ。TRIZ有两个基本的涵义，表面上强调解决实际问题，特别是解决发明问题；本质上是由解决发明问题而最终实现（技术和管理）创新，因为解决问题就是要实现发明的实用化。
2. TRIZ理论的核心
2.1. TRIZ理论的基本内容
TRIZ的理论体系庞大，包括了诸多内容，而且还在不断发展完善中。从目前来看，TRIZ的主要内容有两大部分：一是TRIZ的基本理论体系；二是TRIZ理论的解题工具体系。TRIZ理论体系主要可以分为以下6个主要方面：①创新的思考方法及问题分析手段。通过运用TRIZ理论可以系统的分析所需解决的创新问题。在解决复杂问题的分析时，包括科问题分析建模方法和物-场分析法，运用它可以迅速确认核心问题，发现问题潜在的根本矛盾。②技术系统的进化法则。在分析大量专利的基础上，针对技术系统进化演变的一般规律， TRIZ理论归纳出8个基本进化法则。我们可以利用这些进化法则，分析和确认产品目前的技术状态，预测产品技术在未来发展的趋势，从而开发具有竞争力的新产品。③技术矛盾的解决原理。阿奇舒勒指出不同的发明创造通常遵循共通的规律。TRIZ理论体系把这些共通的规律总结为40个创新原理。面对具体的技术矛盾，可以运用这些创新原理、结合工程实际得到具体的解决方案。④创新问题的标准解法。具体问题的物-场模型拥有不同的特征，TRIZ理论中分别对应有标准的模型处理方法，其中包含模型的转换、修正、物质与场的增添等。⑤发明问题的解决算法。算法重点针对情境复杂的问题和矛盾不明确的技术系统。算法的一般非计算性逻辑过程是对初始问题进行一系列变形及再定义，实现对问题进行逐步深入的分析，将问题转化，直至问题得到解决。⑥以化学、物理、几何学等工程学原理为基础而构建的知识库。
2.2. 技术系统的进化论
阿奇舒勒技术系统进化论中认为技术系统的进化不是随机的，而是遵循着一定的客观进化模型，所有的系统都趋向“最终理想化”进化。阿奇舒勒的技术系统进化论包括主八个进化法则，运用这些法则可以解决技术难题，预测技术系统的发展，同时还可以产生并加强创造性问题的解决。技术系统法则包括：1）向微观级和增加场应用的进化法则；2）增加集成度再进行简化法则；3）减少人工介入的进化法则；4）动态性和可控性进化法则；5）提高理想度法则；6）子系统协调性进化法则；7）技术系统的S曲线进化法则；8）子系统的不均衡进化法则。
2.3. TRIZ解决发明技术问题的方法
如何应用TRIZ理论解决问题呢？首先，要对一个实际问题进行细致地分析和准确地定义；然后，依照TRIZ理论提供的方法，把需要解决的实际问题归纳为一个类似的TRIZ标准问题模型；接着，针对不同的标准问题模型，应用TRIZ理论已终结、归纳出的类似的标准解决方案，找到对应的TRIZ标准解决方案模型；最后，将这些类似的解决方案模型，应用到具体的问题中，演绎得到问题的最终解决方法。
TRIZ理论将能够运行某个功能的事物定义成为技术系统。如果一个技术系统出现问题，其表现形式通常有许多，解决问题的方式也有很多，关键是要区分技术系统的问题属性和产生问题的根源。根据问题所表现出来的参数属性、结构属性和资源属性，TRIZ的问题模型共有4种形式：技术矛盾、物理矛盾、物-场模型、HOW TO模型。与之相对也，TRIZ的工具也有4中：矛盾矩阵、分离原理、知识库与效应库和标准解系统。
1) 创新原理和技术矛盾
在TRIZ理论中技术矛盾是技术系统的某个参数或特性得到改善的同时，导致另一个参数或特性发生恶化而产生的矛盾。TRIZ理论将导致技术矛盾的因素总结为39个通用工程参数，建立了矛盾矩阵表，提供了40个解决技术矛盾的创新原理。矛盾矩阵是40x40的矩阵，矩阵的第一行表示39个需要改进的技术参数，第一列表示39个引起恶化的技术参数，行与列的交叉处形成技术矛盾，并列有解决技术矛盾所推荐的创新原理序列号。
2) 物理矛盾和分离原理
物理矛盾是指对技术系统的同一个参数有相互排斥的、甚至截然相反的需求、解决物理矛盾的核心是实现矛盾双方的分离。40个创新原理中的分离原理可以用来解决物理矛盾。分离原理的主要内容是将矛盾双方分离，并将其分别构成不同的技术系统，以系统与系统之间的联系代替内部联系，从而将内部矛盾外部转化。
3) 标准解与物-场模型
TRIZ理论中拥有最小机能、可控技术系统的图形表现就被称为物质-场模型。物质-场分析可以将许多非常复杂的问题构建成和已有的技术系统相关的物质-场模型，并从76个标准解中找到最为接近的解决方案，简单有序的获得最终理想解。
4) HOW TO模型与知识库和效应库
HOW TO模型指通过构建系统的抽象功能模型，明确系统所处的生命周期阶段、组成部分及相互作用，用功能模型全面的描述和理解系统。HOW TO模型的解法是查询知识库与科学原理效应库。效应是各领域的定律，它涵盖了多学科领域的原理。TRIZ通过对专利技术的研究分析，按照从技术到实现的原则，收集了1400多种效应。
5) ARIZ——发明问题解决算法
ARIZ（Algorithm for Inventive Problem Solving）被称为发明问题解决算法，它是解决发明问题的完整算法。在解决一些复杂问题时，由于不能分析出明显的矛盾，无法直接依靠矛盾矩阵和物质-场分析解决。ARIZ提供了独特的算法步骤，将复杂、模糊不清的问题情境转化为明确的发明问题。运用ARIZ提供的步骤流程，初始问题最根本的 冲突被清楚地显示出来，是否能够求解非常清晰。
3. 传统创新方法与TRIZ的比较
传统的创新方法例如头脑风暴法，它们抛开了不同领域中的基本知识，具有形式化的倾向，这使得在实际运用中会受到使用者经验、技巧和知识积累水平的限制。传统的创新方法过分依赖于非逻辑思维，其实际效果存在很大波动，具有较大的培训难度，这不利于在大范围中进行推广。由于这些限制使得运用传统方法解决创新问题时效率较低，而在面对较高级别发明问题时，也往往也无法使用传统的创新方法。
与传统的创新方法相比，TRIZ理论具有鲜明的特点和优势。它成功的为创新工作者揭示了创新发明的内在规律及原理，帮助我们快速的确认并解决系统中存在的矛盾。同时它是以技术发展进化规律为基础来研究整个产品的发展过程，因此，运用TRIZ理论可大大的加快发明创造的速度，并提升产品的创新水平。TRIZ理论为解决创新性问题、创新性矛盾提供更好的创意和更合理的结局方案。它帮助我们打破思维定势，激发创新思维，让我们可以从更广的视角看待问题。
4. 总结
21世纪以来TRIZ被认为是可以帮助人们挖掘和开发自己创造潜能、全面系统地阐述了发明创造和实现技术创新的理论，它帮助我们对问题的情境进行系统分析，快速地发现问题的本质，准确的定义创新性问题和矛盾。TRIZ理论被欧美等地的专家认为是“超级发明术”，在国内也有许多企业及大学开始重视和应用TRIZ理论。
参考文献
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关键词 残疾人；书架；TRIZ理论
中图分类号：G76 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2015）21-0039-03
1 TRIZ理论
TRIZ意译为发明问题的解决理论（theory of inventive
problem solving）。该理论是由苏联发明家Altshuller和他的同事们在研究了大量的发明专利后，于1946年提出的。它针对现有问题系统，运用TRIZ理论体系中的工具――IFR（Ideal Final Result，最终理想解）、39个通用参数和阿奇舒勒矛盾矩阵、40个发明原理与物场模型及76个标准解等方法，使新产品从开发过程到上市时间缩短50%；提升60%～70%的新产品开发效率；增加80%～100%的专利数量并提高专利的质量。目前，随着TRIZ理论的不断推广，其应用的范围从科技型小微企业管理创新、农业科技创新到机械制造业和产品专利规避等方方面面都得全面使用，证明TRIZ理论的可靠性、可实施性。
本次研究设计对象属于一种书架，尤其是指一种适合残疾人使用的书架。本次设计完全基于TRIZ理论的创新思维方法，为特殊人群提供方便。现有大多数书架不能满足残疾人取书便利快捷的要求，没有针对残疾人这类特殊群体而设计的书架。本实用新型提供一种旋转式残疾人书架，以解决目前书架不适合残疾人使用的问题。
2 将TRIZ理论应用于书架的整个设计流程
待解决的问题 对现有的残疾人书架进行进一步的优化处理，列举出当前书架存在的问题：
问题一：书架耗能量是否很大？
问题二：如遇突况，书架如何工作？
问题三：书架无法准确转到指定位置怎么办？
三轴分析法 通过TRIZ中的三轴分析法分析出当前系统存在问题的原因，如图1所示。
最后确定解决问题的入手点：
入手点一：书架由电动机提供旋转动力后，虽然完成了自动化的流程，但是在无人时也自转而消耗能量，如何实现有人时书架转，无人时书架停止转动呢？
入手点二：在电动机的带动下，书架可以正常运转，但是当供电设施不可用时，即当没有电源时，书架无法运作怎么办？
入手点三：书架无法准确转到指定位置怎么办？
入手点四：每次书架转的时候都是两侧书架同时转动，能否做到当书架的哪一侧有人时，哪一侧转动，无人那一侧不转动？
对系统提出的新要求 按照解决问题的思路，对当前系统提出一个新的改进方向，即对系统提出新要求：
1）方便残疾人取书放书的同时，考虑突况发生时，系统也能满足残疾人的需求；
2）提高系统自动化程度，尽量少些人工参与的环节；
3）尽量节省能源和成本，系统不宜太过复杂。
该系统的IFR：以最小的改动和成本使书架可自适应残疾人取放书。
该系统的次级IFR：系统可自主控制开关装置，适用性强，节省能源和成本，且对于停电问题的出现，可以有替代的装置出现。
3 基于TRIZ理论的残疾人旋转书架改进方案
针对入手点一 书架由电动机提供旋转动力后，虽然完成了自动化的流程，但是在无人时也自转消耗能量，如何在有人时书架转，无人时书架停止转动呢？提取一对技术矛盾：改善参数为自动化程度，恶化参数为能量损失。通过查找矛盾矩阵，对应的发明原理为：
23.反馈原理：在系统中引入反馈；
28.机械系统替代原理：用声学系统替代机械系统。
利用反馈原理形成方案一，如图2所示；利用机械系统替代原理形成方案二。
方案一：应用反馈原理，将红外感应开关和电动书架旋转开关相结合。
方案二：安装声控装置，有声音时就接通（电阻变小），没有声音时就断开（电阻变的很大）；再通过电路和芯片做个延时，就可以使有声音时，电路接通一段时间。
针对入手点二 在电动机的带动作用下，书架可以正常运转，但是当供电设施不可用时，即当没有电源时，书架无法运作怎么办？
提取一对物理矛盾：改善参数为操作方便性，恶化参数也为参座方便性。
运用条件分离―时间分离：
10.预先作用原理：预先对物体施加必要的改变；
11.事先防范原理：采用事先准备好的应急措施，补偿物体相对较低的可靠性。
当有电时，电机带动减速齿轮组进行系统运转；当停电时，利用脚踏板/手摇杆通过连杆带动曲轴转动，从而带动整个系统的运作，最终形成方案三和方案四。
针对入手点三 书架无法准确转到指定位置怎么办？
建立物场模型，如图3所示。
不充分作用：控制力不足，书架没有转到指定位置或转过指定位置。
通过查找得知解决此模型应用第2类增强物场模型中“S 2.1.1 链式物场模型”，间歇性传动装置如图4所示。
针对入手点四 每次书架转的时候，都是两侧书架同时转动，能否做到当书架的哪一侧有人时，哪一侧转动，无人那一侧不转动？
提取一对技术矛盾：改善参数为适用性通用性，恶化参数为系统复杂性。
通过查找矛盾矩阵找到其对应的发明原理为：
15.动态特性原理：如果一个物体整体是静止的，使之移动或可动；
28.机械系统替代原理；
29.气压和液压结构原理；
37.热膨胀原理。
运用动态特性原理形成方案六，如图5所示。
综合以上方案，得到一个全新的旋转式残疾人书架，如图6所示。其工作原理：电机通过减速齿轮组带动链条运动，链条带动大齿轮二转动，小齿轮二再通过另一根链条带动大齿轮一转动，齿轮一带动槽轮运作；这时根据取书者所面对的书架某侧，通过电磁铁将槽轮吸到此面，然后槽轮带动花键轴一或花键轴二转动，从而带动书框一或书框二转动；当所需书夹转动到面前时，取下书夹，再取出其中的书，并放回书夹。当停电时，需通过脚踏板的上下踩动，带动连杆和曲轴运动，由于曲轴上的圆盘通过轴连接在两个书架外框之间，所以圆盘只能转动，从而通过曲轴上的圆盘外侧的外齿轮带动齿轮二转动。
4 设计小结
本书架的优点是针对残疾人的人性化设计点与书架自身属性所需提高的因素，通过机械结构的设计巧妙地融合，不仅仅是单纯地为残疾人的取书方便提供了条件，也满足了书架自身性能的提高。且结构新颖，通过间歇性自锁装置，解决了旋转书架的旋转弊端，通过旋转式取书的新颖结构，实现方便于残疾人的取书模式，更好地优化了残疾人看书取书的过程，服务于残疾人等特殊群体。
参考文献
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何为“TRIZ”
TRIZ是什么？它是俄文缩写转换为拉丁文字，其意义为“发明问题解决理论”，也有中国专家给它取了一个中国化的名字叫“萃智”理论。
“举个例子，要让干果、种子的外壳和果实分开不是一件容易的事，但是专家对许多物理现象和发明专利进行研究后发现，通过缓慢加压（大气压）然后瞬间减压，就可以使紧贴在一起的物理性状不同的物质分离开。掌握了这个规律，许多问题就触类旁通了。TRIZ就是这样一门研究发明创造背后的规律、培养创新思维的理论。”创造学专家张武城教授说。
据介绍，TRIZ理论是前苏联学者阿奇舒勒历经50多年，对数以百万计的专利文献加以整理、归纳、提炼和重组，建立起的一整套实用的理论方法体系。
在前苏联，以TRIZ为核心的创新方法学的教育非常普及，TRIZ是理工科本科生和研究生的必修课。
目前美国、韩国、日本和北欧及西欧一些国家，不仅在高校开设TRIZ相关课程，还面向不同年龄青少年开展相关创新教育。
在我国，以TRIZ理论为基础的创新教育刚刚起步。高校开展的TRIZ理论教育培训，都选择了与目前市场上唯一的专业咨询服务机构---亿维讯科技有限公司合作。该公司创新产品业务部总经理林岳，就是中国第一位专门研究TRIZ理论的博士。
创新理论应用成效明显
“TRIZ是解决发明创新问题最有力的理论工具，而CAI（计算机辅助创新）是解决发明创新问题最有力的信息化工具，二者的结合解决了无数的工程难题，也为高校创新教育提供了现实路径。”林岳说。
目前国内已经有北京理工大学、北京化工大学、北京工业大学、天津大学、东北林业大学、西南交通大学等30多所高校与安世亚太公司合作，引人TRIZ和CAI开展创新教育。目前，我国高校中开展的TRIZ理论相关教育，主要有两种形式：一是开设选修课或与高校开设的设计类课程相结合，选修课一般32个学时，学生修完可获得2-3个学分；另一种形式是以TRIZ理论为指导，结合CAI，辅助学生进行毕业设计，或辅助有课题的在校师生进行创新设计。
TRIZ作为一种舶来品，能否与中国教育顺利嫁接？林岳介绍说，前苏联国家的TRIZ教育重在数理分析，而中国高校在开展TRIZ培训时，弱化推理而强调兴趣引导，注重生活案例和工业案例分析。
在开设TRIZ课程或进行毕业设计时，教师要求学生提交具体问题，在学习期间运用TRIZ理论获得解决方案。在此过程中，学生的创新思维被激发，一大批成果脱颖而出。2007年4月，北京联合大学在毕业设计中引入CAI高校解决方案，学生全部顺利完成毕业论文撰写和答辩，其中机械工程及自动化专业学生刘峰完成的“手机电池弹片塑料热熔焊接机设计”目前正在申请专利；天津工业大学2004年下半年开始在创造学课程中开展创新能力拓展培训，20余名大学生在校期间就申请了专利；东北林业大学31名博士、教授在TRIZ师资培训的过程中，申请了两项专利。
与此同时，一大批接受TRIZ培训的学生在全国创新设计大赛中获奖。
创新教育需进一步拓展范围
创新理论教育要想在高校中产生更大影响，尚需进一步拓展范围。在日前举办的一场创新教育论坛上，与会专家认为，TRIZ理论培训的核心是培养学生的创造性思维，它是一种思想武器和“方法论”，不仅仅适合理工科学生，而是具有一定的普适性。据了解，复旦大学正计划将TRIZ理论引入艺术人才的培养领域。
以培养应用型技能人才为宗旨的高职院校，已经意识到加强创新教育的重要性。在一次高职高专院校的会议上，70多所高职院校的领导表示希望引人TRIZ理论培训。将创新理论教育与高职的实践教学紧密结合起来，培养的人才不仅具有较强的动手能力，而且头脑思维灵活，富有创意。
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【关键词】TRIZ 液压与气压 教学模式 创新教学
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2012）22-0008-02
液压与气压传动技术是机械设备中发展速度最快的技术之一，与机械传动、电气传动并列为三种主要传动方式。液压与气压传动课程是机械类专业必修的专业基础课，是一门理论性和实践性都很强的课程，其教学质量和学习效果直接影响学生的专业素质和专业能力的培养。
液压与气压传动课程教学中，主要存在学生重视程度不够、理论性较强、理解困难、考核方式单一及作业枯燥等问题，使得学生学习兴趣不高，疲于应付，学习效果不理想。为了提高教学质量，培养学生的学习兴趣，提高学生分析问题和解决问题的能力，在液压与气压传动教学中引入创新理论和创新方法教学是一种有效的途径。
TRIZ理论是一种发明问题的解决理论，其理论体系主要包括技术系统进化法则、40条创新原理、技术矛盾矩阵、物理矛盾的分离方法等。TRIZ理论已经广泛应用于机械、电子、管理、教育教学等各个领域，并且取得了较好的效果。在液压与气压传动教学中融入TRIZ理论，有助于提高学生发现问题、解决问题的能力及创新能力。
一 构建基于TRIZ理论的课程教学模式
液压与气压传动的教学环节主要包含理论教学和实践教学两大教学环节，实际操作中又可以划分为课堂教学、课后作业、实验教学和课程设计四部分。课堂教学主要以传授理论知识为主，注重学生对基础知识的掌握程度；课后作业重在对课堂教学的复习和预习，以巩固理论知识为主要目的；实验教学往往以理论教学的辅助手段出现，对于多数学生来说，还是为了加深对理论知识的了解；课程设计主要是培养学生对知识的综合运用能力。传统的教学模式更注重于各教学环节之间的融合，侧重学生学习能力和动手能力的培养，往往忽略了学生创新能力的培养。
创新能力是新世纪人才必须掌握的一种能力，创新人才的培养必须贯穿于高等教育全过程，在课程教学中融入创新能力的培养，在教学环节中增加创新教学环节是高校培养创新人才的重要组成部分。
创新教学环节以创新能力培养为主，重在培育学生的创新意识，提升开展研究性学习的创新素质。创新教学环节是理论教学与实践教学的深化与提高，有利于培养学生的创新精神，提高学生的创新能力。基于理论教学、实践教学和创新教学的课程教学模式，共同支撑起整个高校人才培养体系，贯穿于高校教育教学的全过程（见下图）。
二 TRIZ理论在液压与气压传动教学中的应用
1.TRIZ理论在课堂教学中的应用
在课堂教学中引入TRIZ理论，将TRIZ理论融合在课堂教学的各个环节中，有利于改善课堂教学环境，活跃课堂气氛，提高学生思考问题的能力。
技术系统进化论是TRIZ理论的重要理论之一，认为产品和生物系统一样是按照一定的规律在发展和进化的，与生物进化论和社会进化理论并称为三大进化理论。TRIZ理论总结处理了完备性法则、能量传递法则、动态性进化法则、提高理想度法则、子系统不均衡进化法则、向超系统进化法则、向微观和场应用进化法则及协调性法则等技术系统进化法则。
在教学中引导学生应用技术系统进化法则分析问题，可以帮助学生更好地了解产品及其技术系统的进化规律，预测产品未来的法则趋势。例如，在介绍液压与气压传动系统组成的时候引入完备性法则（一个完整系统必须由能源机构、执行机构、传动部件和控制装置组成，缺少一部分的系统是不完整系统，会被竞争者的产品所替代而不能长久地生存下去），进而提出“根据完备性法则，液压与气压传动系统能够由哪几部分组成”的问题，引导学生思考液压系统的组成并确定各组成元件。
在介绍液压与气压传动优缺点的时候，先引入向微观和场应用进化法则，讲解机械传动、流体传动、电气传动三种传动方式的进化发展，再引入能量传递法则（技术系统的进化应该沿着能量流动路径缩短的方向发展，以减少能量损失），与机械传动和电气传动相比较，引导学生分析液压与气压传动的优点。
2.TRIZ理论在课后作业中的应用
课后作业是课程教学中的重要组成部分，加深了学生对理论知识的掌握程度。但高校绝大部分学生对于课后作业有一种抵触情绪，认为是课堂教学的翻版，枯燥无味。在课后作业中引入TRIZ理论，鼓励学生结合创新方法开展课后作业，增加课后作业的多样性、趣味性，有利于提高学生的积极性，获得更丰富的知识。例如，在介绍液压与气动技术的发展过程中，要求学生完成“依据TRIZ理论八条技术系统进化法则，结合相关资料分析液压与气动技术未来的发展趋势”的作业，注重学生资料查询、理论应用等方面能力的培养。
在介绍液压泵、液压马达和液压控制阀过程中，引入基于技术系统进化法则的产品成熟度预测理论，要求学生分组以中国知识产权局专利库为基础进行产品技术成熟度预测，并且以论文的形式提交作业。既拓展了学生的知识面，又有助于学生培养检索能力，同时在分析专利的过程中，帮助学生了解产品的结构原理和产品未来的发展趋势。有效解决了传统课后习题作业枯燥乏味的问题。
3.TRIZ理论在课程设计中的应用
课程设计作为液压与气压传动课程必不可少的组成部分，是课程教学过程最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节，主要考查学生对理论知识的综合分析和应用能力。在课程设计从选题、开题、结题到答辩的整个过程中，融入创新设计的理论方法有助于培养学生的创新能力和创新精神。
选题是整个课程设计过程中的首要环节，是做好课程设计的前提和基础，对课程设计的质量有直接的影响。鼓励学生应用创新方法参与选题，对提高学生的积极性有重要的帮助。如在选题中可以引导学生应用TRIZ理论的技术进化定律和需求进化定律，针对目前企业对液压与气压传动的要求进行选题，要求学生应用信息交合法拓展选题的多样性等。
在学生确定课程设计题目之后，可以鼓励学生应用TRIZ理论的功能模型分析系统所能实现的功能，研究系统中存在的诸如生产率和价格、物体产生的有害因素和装置的复杂程度等矛盾问题，并且用TRIZ解决矛盾的解决方法研究此类问题，以实现创新设计，提高课程设计的整体质量。
4.TRIZ理论在实验教学中的应用
实验教学是实践性教学环节中的重要组成部分，通过课程实验，可加深学生对课本概念和理论的理解与掌握，更重要的是培养学生发现问题、分析问题和解决实际问题的能力。
液压与气压传动课程的实验教学主要存在着实验教学内容和教学模式陈旧等问题，在实验教学中引入TRIZ理论有利于优化教学内容、改进教学方法。例如，在实验设计过程中，结合TRIZ理论的需求原理、进化原理和创新原理，讲解“组合式液压与气压传动综合教学实验台”的研制原理，鼓励学生在此基础上，根据传统的奥斯本检核表法和TRIZ理论的组合创新原理进行实验设计，并且用解决技术矛盾和物理矛盾的方法分析实验过程中出现的矛盾问题，寻找解决问题的方案。在实验教学中引入TRIZ理论，对培养学生的实践和创新精神具有巨大的促进作用，从根本上改变了液压实验课的教学方式，为培养复合型、创新型人才打下了坚实基础。
三 结论
TRIZ理论已经广泛应用于高等教育的各个领域，在高校创新人才培养、课程改革中起到了巨大的推动作用。以TRIZ理论为基础，把TRIZ理论的创新理论和创新方法引入到液压与气压传动课程教学的各个环节中，探索TRIZ理论在各教学环节中的应用，为学生提供思考的空间，让学生真正参与到教学过程的设计中来，为创新人才的培养提供了一种有效途径。构建的基于TRIZ理论将创新教学和理论教学、实践教学相融合的课程教学模式，可以推广到其他课程改革中，对整个机械类专业课程体系的改革具有重要的指导意义。
参考文献
[1]许福玲、陈晓明.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2004
[2]韩彦良.基于TRIZ理论的创新人才培养模式研究[J].大众科技，2011（11）
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[关键词]TRIZ理论；釜用机械密封；弹簧
Abstract： The good seal performance of mechanical seal is very important on the reaction kettle. But the seal parts were always failure due to wear. The study is to investigate spring modified options with TRIZ to improve the sealing performance and life time.
keywords： TRIZ， reaction kettle mechanical seal， spring
1、引言
机械密封是一种功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长的旋转轴密封，在泵、反应釜、压缩机上已经大量使用[1]。反应釜是综合反应容器，反应过程中产生的压力对容器的密封要求极高。在一般中等压力或抽真空情况都会使用机械密封，而机械密封的密封效果将直接影响反应釜的运行，严重的将造成停产、安全事故及环境污染等不可估量的损失[2]。
本文利用TRIZ理论分析问题和解决问题的方法对机械密封中的弹簧断裂失效进行了分析及改进，旨在有效改善反应釜的密封性能，提高其可靠性和使用寿命。
2、TRIZ理论简介
TRIZ理论是发明问题解决理论的俄文缩写，是前苏联发明家根里奇・阿奇舒勒（G.S.Altshuler）及其领导的一批研究人员，自1946年开始，花费1500人/年的时间，在分析研究世界各国250万件专利的基础上所提出的一套发现问题解决问题的发明理论。在TRIZ中提出了用39个通用工程参数来描述技术矛盾，用40条发明创造原理来指导设计人员的创新设计，并且建立了对应关系，即矛盾矩阵。
应用矛盾矩阵解决实际问题时，须将设计中的特定问题预先处理，即用TRIZ的39个工程参数描述矛盾，并且要对使用矛盾矩阵得到的原理解进行后处理，即把原理解转化为领域解，以得到需要的特定解。
3、基于TRIZ的设计过程
3.1问题描述
搪瓷釜由釜体和搅拌系统组成，釜体和搅拌系统之间由机械密封进行密封。机械密封由紧固螺丝在压盖作用下压紧弹簧座，弹簧座固定弹簧，弹簧压紧动环，动环压紧静环起到密封的作用[3]。由于搪瓷釜搅拌系统没有固定支撑，在启动和搅拌过程中压盖和弹簧座存在扭动，晃动大，容易造成弹簧断裂，从而造成了泄漏。
3.2确定技术参数
存在的问题是：弹簧在工作中受到了额外大的扭转力发生了断裂损坏。如果在搅拌系统中增加固定支撑，使得搅拌轴晃动减少，从而可以改善弹簧的受力状况，减少弹簧的断裂几率。可是增加固定支撑会增加系统的复杂性。故选择“参数10-力”作为改善的参数，“参数36-系统的复杂性”作为恶化参数。
3.3查找矛盾矩阵
与发明原理序号对应的是：10预先作用原理，18机械振动原理，26复制原理，35物理或化学参数改变原理。
3.4发明原理分析
原理10为预先作用。此原理体现在二个方面：（1）预先对物体（全部或部分）施加必要的改变；（2）预先安置物体，使其在最方便的位置发挥作用而不浪费运送的时间。根据此原理，可能采用的方法有：在压盖和动环之间安装定位销，阻止压盖和动环之间发生扭动。
原理18为机械振动原理。此原理体现在五个方面：（1）使物体处于振动状态；（2）如果已处于振动状态，提高振动频率；（3）利用共振现象；（4）用压电振动代替机械振动；（5）使用超声波和电磁场振动耦合。根据此原理，可能采用的方法有：采用磁力密封代替机械密封。
原理26为复制原理。此原理体现在三个方面：（1）用简化的廉价复制品代替；（2）用光学复制品（图像）代替实物或实物系统；（3）如果已使用可见光拷贝，用红外线或紫外线代替。此原理对问题的解决贡献有限。
原理35为物理或化学参数改变。此原理体现在改变物体的物理或化学状态，如聚集态、浓度、密度、柔性和温度等。根据此原理，可能采用的方法有：采用刚度更好的弹簧。
4、基于TRIZ的设计方案完善
综合以上分析，形成了3个方案。
方案1：在压盖和动环之间预先安装定位销，使得连接的弹簧不易发生扭动。该方案简单易行，单独实施后，弹簧的寿命增加了近3倍。但是搅拌时物料除了作水平回转流动，还产生上下方向的循环流动，使得搅拌轴有径向摆动和轴向窜动，在这种工况的持续作用下还是不能保证弹簧的较长寿命。
方案2：采用磁力密封。该方案能进一步提升密封效果，免去弹簧断裂的几率，只是成本会稍微增加。
磁力密封技术是指初始闭合力来自磁性力，利用磁体能够吸引铁磁性物质的性质或者相同磁性之间的排斥力，通过轴向的补偿，使密封端面紧密贴合，来达到密封目的。它延用机械密封的工作模式，采用全新的浮动式设计理念，使密封结构更简单，功能更完善，有较好的密封效果，较长的使用寿命，基本不会损坏旋转轴外表面。对旋转轴在工作工程中产生的振动、偏摆、偏斜等不敏感，密封效果不会受到明显的影响。节省能耗同时又能保证设备的安全运行，适用于多种工况条件[4]。
图1所示为一种典型的磁力密封装置结构图，图2是磁力密封的实物图。其主要由静环、动环和密封圈组成。其中，静环为磁性材料，由高剩磁铝镍合金材料制成，其表面光滑，具有良好的热稳定性，且耐磨性好；动环为石墨，耐磨性和性能好，镶嵌在磁性金属材料的动环座里；O型圈对径向配合进行密封，防止泄漏[5]。
方案3：采用刚度更好的弹簧。可选的有蝶形弹簧，斜圈弹簧等。
蝶形弹簧简称碟簧，它是一种由钢板冲压成碟形的薄板弹簧，体积小、承载能力大、加压均匀、缓冲和减震能力强。采用不同的组合（叠合或对合）可以得到不同刚度的变性特性曲线，最显著的优点是能在很小的变形条件下，承受范围变化很大的载荷，广泛应用于钻机、模具、液压件、制动器及军工中[6]。
此处可采用稍作改进的对合组合碟簧，见图3，即在一对蝶形弹簧之间加一垫片，将一对蝶形弹簧隔开，蝶形弹簧的锐角作用在垫片的平面上，与垫片平面全部接触，克服了蝶形弹簧失稳、扭曲变形的状态，提高了蝶形弹簧的强度。
斜圈弹簧，该弹簧的横截面为椭圆，受压时斜圈弹簧短轴方向受压。斜圈弹簧沿轴向绕制时上升和下降两个过程交替进行，同时具有正圈弹簧的升角和渐变的倾角，这种结构类型使斜圈弹簧具有优良的连接特性和力学性能。在饶性偏差较大的情况下，斜圈弹簧仍能保持恒定的力，该特性能够减小弹簧的变形量，并能最大程度的补偿表面不平及公差的影响。此外，斜圈弹簧能够承受一定的压缩变形，能够在震动、冲击等恶劣工作环境下正常运作。目前主要用于电力连接件和高温动密封件上[7]。
斜圈弹簧根据压缩变形方向可分为径向和轴向，此处作为密封件可以选用轴向斜圈弹簧，见图4。斜圈弹簧在压缩的过程中，每个线圈的受力和变形几乎都是独立的，可以很好地适应压缩面间的平整度误差，如图5所示。
为了使斜圈弹簧机械获得较好的密封性能和较长的使用寿命，要选择合适的斜圈弹簧的压缩量，保证斜圈弹簧始终处于 10%～35%的压缩位置。由于受到轴向力平衡的影响，斜圈弹簧也在不断变化，因此，在设计斜圈弹簧机械密封时，应高度重视介质压力对端面比压的影响。
5、结束语
TRIZ理论在解决实际工程问题上具有不可替代的优势。它不但能够帮助我们系统地分析问题的情境，快速地发现问题的本质和矛盾所在，而且它能够帮助我们打破思维定势，以一个全新的视角看待问题，促进产品的创新设计，提高产品在市场上的竞争力。
参考文献
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[6]王晓波.碟形弹簧的力学性能研究（硕士论文）[D].郑州大学，2007
[7]张旭龙.斜圈弹簧在机械密封中的应用研究（硕士论文）[D].长安大学，2013
triz理论论文范文6
关键词 传感器效应；量纲分析；创新设计
中图分类号TP212 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）78-0194-02
产品的功能设计、原理设计和结构设计是概念设计的核心内容，创新设计的核心是要在概念设计阶段产生有竞争力的工作原理。对于仪器的创新设计也不例外，仪器的创新设计的核心就是要通过功能—原理—结构的映射及相应的逻辑推理产生全新的工作原理。工作原理通常包含两个方面的内容：物理效应和功能载体。物理效应泛指自然界一切现象经研究得出的普遍规律性的结果，包括各学科领域的定理、定律和法则；功能载体是指实现物理效应的物理实体。物理效应可将仪器工程问题与科学中的定理定律紧密的联系起来。作为实现功能的原理，效应是原理设计的关键。可以运用本领域特别是其他领域的有关定律解决设计中的问题，物理效应可以通过将有关的量的互相联系起来的定律来描述，即按照定律规定的原理将输入量转化成输出量，实现相应的功能。
曹国忠根据事物的产生、成长、消亡的过程，将功能分解成产生、移动、结合、分离、变化、稳定、检测、保持、存取、消除十类，并把输入量输出量分解成物质、能量与信息，通过效应及其关联实现输入量到输出量的转化。
本文针对仪器创新设计的核心过程，利用量纲分析技术，研究仪器中的物理量和典型物理效应间的映射关系和关联，提出一种全新的利用量纲分析方法搜索物理效应的仪器原理创新设计方法。
1 量纲分析基础
量纲分析是一种在物理领域中建立数学模型的方法。将仪器设计问题所涉及的物理量按属性进行分类，找出不同类物理量间的相互关系，进而找出某些物理量与另外一些物理量间的因果关系。
1822年Fourier将量纲从几何学推广到物理学范畴；1883年O.Reynolds运用量纲分析研究层流与紊流判据，将多个影响因素综合为一个无量纲的比值，提出了无量纲数雷诺数Re，以此作为判断同一问题中出现不同现象的准则；L.Reyleigh在流体力学、声学等领域中运用量纲分析，创立了瑞利法，做出了开创性的贡献；二十世纪初E.Buckingham提出了П定理：每一个物理定律都可用几个零量纲幂次的量表述，形成了模型试验以及当今普遍应用的数值模拟所应遵循的原则，奠定了现代量纲分析理论基础。目前，量纲分析法已发展为通过研究物理量的量纲关系进而揭示其内在规律的重要方法，在物理学、工程领域、经济学和运筹学等方面得到了广泛应用。
原理设计是仪器创新设计的重要环节，涉及大量的物理效应；通过量纲分析，利用物理定律的量纲齐次原则，可以正确分析确定各物理变量、效应之间的关联关系，寻找全新物理作用原理的某些规律和线索。因而，量纲分析可以作为仪器中的效应一般化建模、创新的重要工具。
2 效应量纲图表的建立及分析
效应是输入、输出之间的关系，是指采用物理、化学、生物、数学、电子等领域中的原理解决设计中的创新问题。人类目前已总结出大量的物理效应、化学效应、生物效应和数学效应，每一个效应都可能是一个创新设计的解决方案。对于仪器的创新设计，其原理主要涉及物理效应。用量纲分析的方法来分析各物理变量、效应，同时参照其测量对象的物理量及相应的传感方式予以分类，可建立出基本传感器效应的量纲图表。
表1包含了仪器创新设计中常用的基本传感器效应，这些效应按照其工作原理及输入和输出进行分类，并将其输入和输出用量纲表达。
仪器都有对应的效应原理，每一个新效应的产生都意味着可能会有新的应用。仪器的创新往往会使用新的效应，或者效应的新的应用。因此，怎样去寻找新的效应对仪器的创新有重大意义。
表1所列基本传感器效应的输入输出已由量纲表达。例如，压电效应的输入为LMT-2，输出为L2MT-3I-1。由表中所列效应输入输出的量纲，可以找出各效应之间的关系，根据输入输出量纲可对效应进行全新组合，从而形成全新的效应。由各效应输入输出量纲的关系，可容易找出它们的关联效应模式，连成新效应链。例如，压电效应的输入为LMT-2，输出为L2MT-3I-1；电磁效应的输入为L2MT-3I-1，输出为MT-2I-1。可以看出压电效应的输出和电磁效应的输入量纲相同，即LMT-2—压电效应—L2MT-3I-1—电磁效应—MT-2I-1，则可以将两个效应结合起来，形成新的效应链，应用此新效应链，有可能开发出新的仪器。
3 基于量纲分析的仪器创新设计过程模型
基于量纲分析的仪器创新设计模型应用的一般过程是在创新求解过程中建立的。当设计者得到设计要求后，进行功能分析，按照其功能确定输入输出量纲，进一步在传感器效应量纲表中找出相应效应，进行结合形成新的效应链，开发出新的仪器。
基于量纲分析的仪器创新设计流程如图1所示。
4 应用实例
输液治疗是现在医疗工作中常用的一种治疗手段，当医护人员不能及时换药或拔掉针头，则有可能出现医疗事故。针对此情况，开发输液自动报警器。输液自动报警器需要在药液将近输完时及时报警提醒护士或病人，进行换药或拔针头。首先，对输液自动报警器进行功能分析，在药液重量达到报警点时，需对此信号进行转化，最终转化为报警器的报警声。其次，确定输入输出及其量纲。药液重量可用应变片通过感受其重力的变化进行检测，即输入为力的变化LMT-2，输出为电阻的变化L2MT-3I-2，效应选择为压阻效应。报警器即小喇叭的原理是电流的变化影响磁场变化产生声音，效应为电磁效应，输入为电阻变化L2MT-3I-2，输出为磁场强度变化MT-2I-1。新效应链为LMT-2—压阻效应—L2MT-3I-2—电磁效应—MT-2I-1。由此新效应链即可开发出仪器——输液自动报警器。
5 结论
仪器的创新设计属于多域系统设计问题，仪器原理设计过程不能仅囿于在某一特定领域知识空间的简单搜索，本文针对现代仪器的特点，采用进化设计思想，研究仪器效应与物理参数量纲的映射关系，分析基于效应链的新效应产生方法和基于量纲分析的仪器新效应生成方法，建立了基于量纲分析和传感器效应的仪器原理创新设计的系统化设计模型，为提高仪器产品的创新水平和效率提供理论和技术支撑，对仪器行业的创新发展具有参考价值。
参考文献
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