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黑龙江省生产力促进中心 崔文韬
TRIZ英文全名为“Theory of Inventive Problem Solving”，中文含义为：发明问题解决理论，或者简称为“萃思”、“萃智”。TRIZ是哲学，是系统化的思考方式，是解决问题的工具。
TRIZ理论基于工程知识和科学知识，追求优化合理、以小胜多或奇思妙想。通过TRIZ理论可以得到意识的引导和概念的启示。TRIZ来源于专利又回归于专利，适用于2级、3级和部分4级发明，不适用于5级发明。换句话说TRIZ适用已有技术系统改进的创新问题，不适用从无到有创造性问题。TRIZ不能代替科学研究，也解决不了世界难题。TRIZ是能力的放大器，在价值上不是给予而是增值，收获多少，本钱是关键。
TRIZ包括两种工具，一种是分析工具，一种是解决工具。分析工具核心是功能，解决工具的核心是资源。TRIZ从功能的角度描述技术系统，站在功能的角度去看待全局，同时明确技术系统的边界和目标，分析可利用资源。通过描述和定义，避免思考者落入思维定势，帮助思考者“见树又见林”。用TRIZ解决问题前，首先将问题分清主次，将问题聚焦到一个点上，就像相机镜头变焦一样，将眼光聚焦在主要问题上。
ARIZ为发明问题解决算法俄文缩写，英文名全名“Algorithm For Inventive Problem Solving ”,英文缩写为AIPS。最初由根里奇·阿奇舒勒（Genrich S.Altshuller）于1977年提出，ARIZ是用来解决十分复杂问题所发展出来的问题解决工具，它以严谨的条例的程序步骤帮助分析，界定问题，建立问题模型、拆解问题，最后来解决问题。以下是作者通过实际案例应用TRIZ理论工具和ARIZ-85-C启发下得到解题思路。
一、工况介绍：
喷灌机是由喷嘴、喷头、水泵、吸水管、发动机和机箱等按一定方式组合配套具有整体性的喷灌机械。喷灌机的主要功能是喷水。发动机提供水泵吸力，吸水管把水引吸入水泵，水泵将水引导入喷头后，喷嘴将水流击散成水滴喷射出去，水滴落在土壤上，经过土壤被植物吸收。喷灌机受风的影响较大，水滴在大气下落过程中，如果有风会吹散水滴，飘移损失增大，使水灌溉率降低。
本项目研究解决的问题是如何避免喷灌机喷出的水滴受到风的影响？采用新技术的喷灌机能够喷出需要的水滴，并且不受环境不利因素的影响。
二、系统分析:
1、功能组件
图 1
2、关系矩阵
图 2
3、功能分析
图 3
 
图 4 图 5
4、三轴分析
⑴因果轴
图 6
⑵操作轴和系统轴
图 7
5、资源方案
超系统组件：人、空气
物质—水、沙子
能量—光能、热能、重力场
信息—温度、风速、风向
子统组件：喷嘴
物质—内部空气、水
能量—压力场、重力场、张力场
信息—压力值、喷水量
6、技术矛盾分析
技术矛盾定义为：
需要改善的参数为作用物体的有害因素；不能恶化的参数为物质的损失。
Step 1：问题是什么？
从水滴的损耗入手
Step 2：现在有什么解决办法？
改善了运动物体的体积
Step 3：上述的方法有什么缺点？
导致了水滴的损失量
图 8
需要改善的参数为作用物体的有害因素；不能恶化的参数为物质的损失。通过矛盾矩阵得到创新原理：28号机械系统代替原理；27号廉价替代品原理；3号局部质量原理；18号机械振动原理。
7、物理矛盾分析
物理矛盾：既要水滴很大，又要水滴很小
⑴空间分离
Step 1 ：定义物理矛盾
参数：水滴大小
要求1：喷出水滴体积大
要求2：喷出水滴体积小
Step 2 ：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么空间得以实现？
在喷嘴到地面的空间，既要求水滴很大；
在土地到植物根系的空间又要求水滴很小。
通过空间分离的方法得到构思1。
构思1：
采取渗灌技术，喷头插入土壤对植物根系直接进行喷灌。水利用率高。此方案缺点是喷头容易堵塞，堵塞后喷灌系统基本报废，并且造价成本高。
 
图 9 图 10
⑵时间分离
Step 1 ：定义物理矛盾
参数： 水滴大小
要求1：喷出水滴体积大
要求2：喷出水滴体积小
Step 2 ：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么空间得以实现？
在水滴从喷嘴到地面下落时间内，要求水滴很大；
水滴落在地面的一瞬间又要求水滴很小。
Step 3 ：以上两个时间区域是否交叉？
时间区域衔接，但不交叉。没有很好思路尝试采用其他分离方法。
⑶条件分离
Step 1 ：定义物理矛盾
参数：水滴大小
要求1：喷出水滴体积大
要求2：喷出水滴体积小
Step 2 ：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间/空间得以实现？
在空气静止的时候，要求水滴很小
在空气流动的时候，要求水滴很大
Step 3 ：以上两个时间/空间是否交叉？
在空气的静止和流动在时间上是不交叉的。考虑尝试用条件分离的方法，得到构思2。
构思2：
在喷灌机上安装测风反馈装置，在无风时可以自动喷水，在有风时停止喷水。缺点：该方案增加了系统的复杂程度。
图 11
⑷系统级别分离
Step 1 ：定义物理矛盾
参数：水滴大小
要求1：喷出水滴体积大
要求2：喷出水滴体积小
Step 2 ：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间/空间得以实现？
当喷嘴大小固定式，水泵压力大时，水滴很大；
水泵压力消失，水滴很小。
Step 3 ：以上两个时间/空间是否交叉？
水泵压力大小是相对概念，时间是相对不交叉的，从系统级别分离角度考虑得到构思3。
构思3：
采用滴灌技术，将喷头与技术系统分离，将系统组件简化，可以在地表面铺设管道，缩短水滴下落距离，管道上留有小孔，水滴靠自身重力下落进行喷灌。优点：省水、节能；缺点：不适宜大范围喷灌。
图 12
8、物场分析
图 13
构思4：
雾化的液滴由许多细小的水滴组成，因此，他们会在地球引力的作用下缓慢地降落，而且风会吹奏他们。为了把工作效果差的物场模型，变成效果较好的物场模型，应该把水滴做成大的。所以构思把液体放入胶囊里（外部符合场）。重力场对液体有很好的作用效果（它们快速地飞落到地面），而且风的有害作用消失了。但是问题只解决了一半，为了在近地面时让水滴变小，必须使它们变成细小的飞沫，这样才会更好地分布在地面上。水珠（胶囊）应该在接近地面时爆裂。解决思路是在水中加入易挥发的物质，并且会发物质不污染环境。胶囊在空气中摩擦产生热场，易挥发的物质在水中达到沸点，使水囊在接近地面时变成小水滴。喷灌器起到像火炮发射的作用，是一次只能发射一个水囊。可以消除风的因素，达到提高水利用率。
图 14
三、ARIZ求解
1、现有问题分析
Step1.1 描述最小问题
系统的名称是：防风喷灌机
系统的功能是：喷水
系统的组成部分有： 吸水管、水泵、喷头、喷嘴、发动机、机箱、水
定义系统存在的技术矛盾TC1和TC2
TC1： 喷出水滴体积大，水滴下落损失小，喷灌不均匀，出现径流的现象。
TC2：喷出水滴体积小，水滴下落损失大，喷灌均匀。
在对系统改动最小的情况下，希望达到的目标是：
要在系统做最小改动的情况下喷出符合要求的水流，而不受任何不利因素的影响，提高水利用率。
Step1.2 揭示并定义出技术矛盾的组件
工具是：喷头
作用对象是：水滴
Step1.3 建立TC1和TC2的示意模型图
图 15 大喷头喷水，水滴下落损失小，喷灌不均匀。
图 16 小喷头喷水，水滴下落损失大，喷灌均匀
Step1.4 从2个技术矛盾模型中选取一个
技术系统的主要目的：要在系统做最小改动的前提下喷出符合要求的水流，而不受任何不利因素的影响，提高水利用率。
图 17 喷嘴很小、水滴小，雾化效果好，但受风影响大，水量损失大。
Step1.5 加大矛盾冲突
通过描述所选矛盾中组件的极限状态或作用。
纳米级的喷头喷出水分子。
Step1.6 建立问题模型，引入一个X单元
X组件使喷嘴很小、水滴小，雾化效果好，并且不受风的影响，水量不损失。
Step1.7 应用标准解法
尝试应用标准解，建议用ARIZ继续分析。
Step2.1 定义操作区域
操作区域：喷嘴到地面的空间
Step2.2 定义操作时间
空气开始流动到结束的时间
Step2.3 描述物质－场资源
2、问题模型分析
表1
3、描述问题的最终理想结果（IFR）和物理矛盾
Step3.1 描述最终理想结果IFR-1
X单元的的引入不会复杂化系统，在均匀喷水的同时，在刮风的情况下，水量不会有损失。
Step3.2 夸大最终理想解IFR-1
通过添加限制条件来增强IFR-1：不允许往系统中引入新的物质和场，只许利用已有的SFR。
X组件引入不会使系统复杂，也不会产生任何有害的效应，在均匀喷水的同时，自行消除在刮风时下产生的有害作用。
Step3.3 从宏观上描述物理矛盾
为了实现水滴损失小，有风的时候在喷嘴喷出的水滴应该很大；而为了水滴喷灌均匀，在如让表面的水滴又应该很小。
Step3.4 从微观上描述物理矛盾
喷头微粒在有风条件下，在喷嘴位置使水滴很大，下落损失小，同时喷头微粒又可以在土壤表面使水滴很小，喷灌均匀。
Step3.5 描述最终理想解IFR-2
喷头的颗粒在喷嘴到土壤表面的空间应该能够自身实现喷出需要的水滴，不受风的影响导致的飞散损失。
Step4.1 用“小人法”模拟
图 18
Step4.2 从最终理想解折回
加入一种超系统的物质可以使，水滴根据空气变化而变化
Step4.3 利用物质+物质的组合资源
水+易于会发的物质
加入一种超系统的物质，可以让水滴根据空气变化而变化
Step4.4 利用空间或空间+物质的组合资源
缩短喷嘴与地面的空间
Step4.5 利用派生资源
构思5：
把水滴冷冻成冰晶形成雪花，雪花在下降与空气摩擦融化，变成水滴浇灌土地。
Step4.6 应用电场
构思6：
使水滴带电，并且在地面加载反向的电荷。
图 19
Step4.7 应用场和对场有感应的物质
构思7：
在水滴中加入铁元素，由于地球磁场，加速水滴下落速度。
2.5 运用TRIZ信息库
构思8：
根据专利库中超声波案例，采用使用超声波喷洒可以减少水的浪费程度。
图 20
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