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——创新实例“排水用覆塑螺纹钢管”
苏有林
（黑龙江昕泰管业有限公司 155100）
摘 要：应用TRIZ理论的“提高理想度”法则，研究解决镀锌螺纹钢管的耐腐蚀、耐磨损问题和提高塑料管环刚度降低耗材问题；应用复合材料法制备塑钢复合板，再制成“排水用覆塑螺纹钢管”。
关键词：理想度；复合材料法；覆塑螺纹管
1 TRIZ的一个基本观点
——是“系统是朝着不断增加的理想状态进化的”。
技术系统理想状态包括3个方面内容：
一是系统的主要目的，是提供一定的功能；
二是任何系统都是朝着理想化方向发展的，也就是向着更可靠、简单有效的方向发展；
三是理想化意味着系统或子系统中现有资源的最优利用。
2 问题描述
——随着国家环境保护力度的加大，传统的水泥管正在逐步退出市场，上世纪90年代后期，新型替代产品--各类环保排水管材开始在工程上应用。
——在排污管道领域，应用较多是塑料管，如PVC双壁波纹管、PE双壁波纹管、HDPE缠绕结构壁管。近几年，采用欧洲瑞士与美国技术制作的镀锌螺旋钢管开始进入国内市场，广泛应用于通风，雨水管道系统中，由于受防腐性能限制，还没有大量进入污水管道工程。
——分析以上两类管材的性能差别，主要是由于材质不同，所以两类管材性能上具有的优势不同：
——镀锌螺旋钢管优点是环刚度较大，耗材较少，不足是防腐性能一般，并且不耐磨损；
——塑料管优点是耐腐蚀、耐磨损，但环刚度提高受限，耗材较多。
3 提高理想度
3.1 理想
——哲学解释是事物运动发展的一种形式，是“扬弃”后沿着螺旋线上升的状态，每一次回归都是更高水平的；
——经济学看理想是目标的达到，价值的实现；
——文学看理想是憧憬中的美好，是或有美好，如“嫦蛾奔月”；
——TRIZ解释说理想本身并不存在，但可以向理想靠近，提高理想度去接近理想。
3.2 提高理想度
3.2.1 米哈伊尔.奥尔洛夫教授在《发明问题解决基础》“发明战略”篇中说：
——“理想机器”（IM-ideal machine）这个概念在TRIZ理论中是一个有效比喻，如同“理想功能模式”和“最终理想结果”概念一样，似乎它将后者具体化。
——然而，这个比喻拥有非常基础性的依据，该依据首次在TRIZ理论中明确形成并得到建设性的应用。
3.2.2 定义表述
理想机器是这样一种解决方式：当达到理想结果时，机器本身并不存在。
或者
理想机器是这样一种解决方式：当主要有效功能达到时，花费为零。
3.2.3 技术系统的“理想化”增长是朝着下列战略方向发展的
——系统完成的功能数量增加。
——完成功能的质量提高，通常表现为主要“参数”的增长，例如：速度、功率、生产率等。
——降低生产和使用系统、使用期结束时（即在技术系统生命周期内）消除系统方面所有形式的开销。
——减少对环境系统和环境的消极作用。
3.2.4 污水管道系统要求管材具有较高的可靠性
——由于管材要承受静荷载、动荷载，所以要求管材要具有较高的环刚度；由于污水具有一定的酸碱度并拌有沙土等，所以要求管材既要耐腐蚀，又要耐磨损。
——从刚度角度讲，使用钢管有优势，但要耐腐蚀，必须增加管壁厚度，刚度与耗材料矛盾突出；从耐腐蚀耐磨损角度讲，使用塑料管有优势，但当口径超大到一定值时，刚度与耗材矛盾突出。
可靠性（刚度+耐腐蚀）
排污管的理想度 = 材料消耗+磨损+有害介质
——从提高理想度法则出发，在提高管材可靠性的同时，应降低材料消耗，减轻介质对管内壁的流动磨损和减少有害介质的浓度。
——从塑料材料力学方面考虑，要提高其弹性模量受限，只能另辟新径采用增强设计，但增强设计只是一个实现理想化的命题，究竟应采取怎样的设计方案并使之最接近理想解呢？
3.3 建立理想模型
——理想化是科学研究中创造性思维的基本方法之一。理想化方法最为关键的部分是思想实验，或称理想实验。
——理想化方法的另一个关键部分是如何设立理想模型。理想模型建立的根本指导思想是最优化原则，即在经验的基础上设计最优的模型结构，同时也要充分考虑到现实存在的各种变量的容忍程度，把理想化与现实性结合起来。
——理想中的优化模型往往具有超前性，这是创新的标志。但是超前性只有在现实条件所容许的情况下，其模型的构造才具有可行性。
——建立理想模型：一种管材，既具有钢管的高刚度性能，又具有塑料管的耐腐蚀、耐磨损性能。
4 解决技术矛盾
4.1 以塑料管为例
——塑料管要提高环刚度，就要增加耗材，技术矛盾是既要提高管材强度，单位重量还要下降。
——以强度为改善的参数，以运动物体的重量为恶化的参数，交叉之处有4个创新原则--即1号、8号、15号、40号可供选择。
——分析后，选择40号创新原则—复合材料法。
4.2 以镀锌钢管为例
——镀锌螺旋钢管本身强度好，但不耐腐蚀，不耐磨损，可靠性下降，至使使用寿命降低，因此要改善耐腐蚀、耐磨损性能，即提高可靠性，就要增加镀锌层和钢板厚度，使运动物体重量向恶化方向发展。
——技术矛盾为可靠性与运动物体重量，查技术矛盾基本特性参数表，可得出3号、8号、10号、40号创新原则供选择。
——分析后，选择40号创新原则—复合材料法。
5 专业技术原理分析
5.1 塑钢复合理论依据
——钢与HDPE的弹性模量比较表
材料 短期弹性模量Eb 长期弹性模量Ebl
HDPE（PE63） 758MPa 110Mpa
钢 20700MPa 20700MPa
--可见长期条件下，钢的弹性模量是HDPE的近200倍。钢的这一卓越性能是钢塑复合的理论基础。
5.2 关键技术实现依据
——以金属材料与高分子材料复合理论为指导，采用二层共挤技术复合压延工艺，制成塑料（PVC、PE、PP）膜；
——与热镀锌钢板采用熔融粘贴的工艺制成塑钢复合板；
——再以塑钢复合板材为原材料，在专用成管设备上制成塑钢复合螺旋波纹管材——“排水用覆塑螺纹钢管”。
5.3 覆塑钢板
1 热镀锌铝合金钢板 2 塑料片层 3 黏结层
6 创新成果
6.1 管材成型技术（如下图）
成型后的覆塑螺纹钢管
——塑钢复合螺旋波纹钢管与塑料管材相比，管材刚度大幅度提高；与镀锌螺旋钢管相比抗腐蚀性、耐磨损性能提高。
——以镀锌钢板作基体材料连续成型为骨架内管，以塑料片层为防腐抗磨材料，使管材的抗压强度指标得到保证，耐腐蚀性、耐磨损性得到保证。
——由于管材同时具备钢管的高刚度性、塑料管的高防腐性于一身，此项技术工艺为国内领先，产品填补国内空白。
6.2 申请发明专利
——2007年申报2项发明专利：“一种可用与金属和非金属粘接的特殊聚乙烯膜制做方法”、“一种具有聚乙烯锌铝合金复合涂层耐蚀钢板的制作方法”，受理号分别为200710072193.1、200710072194.6，已通过初审公布。
6.3 科技成果鉴定
本项目产品通过黑龙江省建设厅的科技成果鉴定，鉴定结论为：该产品经检测，其性能符合企业标准Q/HXT001—2008的要求，技术水平为国内领先。
6.4 企业标准备案与行业标准申报
——2008年完成产品技术标准编制、企业标准省级备案。
——2009年进行行业标准申报，目前已完成网上申报和纸件送达，建设部标准定额司已经受理，等待立项。
6.5 获奖与推广
——评为“2008～2009年度国家重点新产品”，证书号2008GRB20018。
——获建设部“十一五”全国建设行业科技成果推广证书，证书号2008039。
——评为2009年“黑龙江省科学进步三等奖”。
7 创新体会
——把所研究的对象理想化是自然科学的基本方法之一。理想化是对客观世界中所存在物体的一种抽象，这种抽象客观世界既不存在，又不能通过实验验证。
——理想化的物体是真实物体存在的一种极限状态，对于某些研究起着重要作用，如物理学中的理想气体、理想液体、几何学中的点与线等。
——在TRIZ中理想化是一种强有力的工具，在创新过程中起着重要作用。
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