基于TRIZ解决木质微穿孔吸声板孔隙率和强度的冲突1)

陈广胜 郭禾苗 于海鹏 程如东

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

木质微穿孔吸声板具有吸声性能好、造型美观、色泽华贵、立体感强、材质轻、加工容易、组装简便等特点，因而它一出现就受到广大消费者的欢迎。但是现在市场上的木质微穿孔吸声板的产品种类比较单一，也存在一些有待于改进和发展的地方，不能满足顾客多样性的需求，为继续保持该产品的生命力和市场竞争力就要对现有的技术和产品进行改造升级，但其相关理论基础和技术积累相对薄弱，国内外对此的研究较少。

TRIZ理论提供了系统化解决冲突的方法和算法，其基本原理是技术系统在消除内部冲突的进化过程中遵循客观的规律。它有一个各种创新的统计数据，有非常具体的操作指南，并给出了确定的结果，以及丰富的实例，这就为创新带来了极大的便利。文中基于TRIZ冲突解决原理抽象出提高木质微穿孔吸声板穿孔率与板强度的物理冲突和技术冲突，并用技术冲突矩阵和分离原理分析孔隙率提高与强度降低的冲突，再通过查找专利数据库得出提高木质微穿孔吸声板孔隙率、但不降低其板强度的解决方案。

1 TRIZ相关理论基础

TRIZ是“创造性解决问题的方法”的俄文简称，英文简称“TIPS”(Theory of Inventive Problem Solving)。该理论是前苏联发明家阿奇舒勒基于人们在解决发明问题过程中，遵循科学原理和技术进化法则这一种客观存在的思想，与前苏联的科学家们一起，经过50多年对数以百万计的专利文献和自然科学知识的研究、整理和归纳，最终建立的一套系统化的、实用的、解决发明问题的理论和方法体系［1］。它是基于知识、面向人类系统化解决发明问题的方法学，其主要内容包括：产品进化理论、40条发明原理、39项工程参数、物理冲突矩阵、物质—场分析、76个发明问题标准解决方法、发明问题解决算法，以及科学技术成果数据库等。

TRIZ作为一种创新性解决问题的方法，其主要流程如图1所示。应用TRIZ的第1步是明确问题，对给定的问题进行分析，把实际问题转化为TRIZ问题，并应用冲突矩阵和发明原理去解决，或者应用物质—场分析法寻找标准解;第2步是通过标准解转化为实际解决方案;第3步是方案的实施［2］。

图1 TRIZ解决问题的一般流程

TRIZ中的冲突包括物理冲突和技术冲突，物理冲突主要采取分离原理。技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害2种结果，常表现为一个系统中2个子系统之间的冲突［3］。

对于技术冲突，TRIZ给出了描述技术冲突的39个工程参数，每一对技术冲突都可用39个工程参数中的2个来描述，而对于每一对技术冲突TRIZ都给出了几条创新解，这些创新解被归纳为40条发明原理。由39个工程参数和40条发明原理构成了TRIZ理论的技术冲突解决矩阵。该矩阵为39×39矩阵，矩阵的第1列为使系统进步的工程参数，第1行为使系统恶化的工程参数，行与列交叉处的数字是推荐采用的40条发明原理的序号［4-9］。

对于物理冲突，TRIZ理论提出4种分离原理来解决，即空间分离、时间分离、条件分离，以及整体与部分分离。TRIZ理论提出了解决物理冲突的分离原理和解决技术冲突的发明原理之间存在关系，对于每一条分离原理，可以有多条发明原理与之对应。

2 TRIZ在提高木质微穿孔吸声板孔隙率改进方案中的应用

2.1 问题描述

木质微穿孔吸声板是模拟亥姆霍兹共振器的一类吸声板，声音通过狭缝传入到木质微穿孔吸声板的基材中，在狭缝中震动，其中打孔措施对提高木质材料中、低频的吸声率有很大影响，在相同孔径、孔深时，吸声系数会随孔隙率的增大而提高，并且孔隙率的影响要大于孔径和孔深。但是孔隙率增加后，木质微穿孔吸声板的强度就会降低［10］。

2.2 理想解

较大的孔隙率，较高的强度，实现木质微穿孔吸声板最优的吸声性能。

2.3 建立冲突矩阵和探寻发明原理

应用TRIZ理论解决上述冲突，首先要确定木质微穿孔吸声板冲突的双方，一个是吸声性能的提高要增加孔隙率;另一个是孔隙率增加后木质微穿孔吸声板的强度会降低。欲改善参数是：木质微穿孔吸声板孔隙率的增加，即第26个通用工程参数“物质的量”;防恶化参数是：木质微穿孔吸声板强度降低，即第14个通用工程参数“强度”。明确了二者在冲突矩阵中的对应关系，通过查冲突矩阵表可找到发明创新的原理 14、35、34、10(表1)。

表1 解决孔隙率提高与强度降低冲突的4条发明原理

另外，考虑物理冲突，即孔隙率既要大又要小，通过查找分离原理和发明原理的关系，找到整体与部分分离原理，即将冲突双方在不同的层次分离，以解决问题或降低解决问题的难度。

2.4 查找专利库和应用发明原理

根据木质吸声板的技术冲突查找矛盾矩阵表得到4条发明创新原理，以及物理冲突中的整体与部分分离原理。通过查找中华人民共和国国家知识产权局的专利数据库，发现了一些专利符合发明创新原理，并可能对解决这个冲突有借鉴意义。

国家实用新型专利200720127248.6X“微穿孔蜂窝夹层吸声装饰板”，介绍了一种微穿孔的蜂窝夹层板(图2)，该板包括面板、芯层、背板，芯层呈蜂窝状结构，密度低，质量轻，耐潮湿;刚性好，表面平整，机械性能高，便于装配化施工;具有装饰、吸声双重功能［11］。

图2 木质微穿孔吸声板

受专利200720127248.6X的启示，结合创新原理35，可以采用蜂窝状夹层代替原产品的芯层，使板的机械强度提高，从而可在提高木质微穿孔吸声板孔隙率的同时确保其强度不降低;同时穿孔后该板从结构上更加符合亥姆霍兹共振器的形式，对于其特征频带的吸声效果更佳(图3)。

图3 微穿孔蜂窝状夹层吸声装饰板

国家实用新型专利200320119033.5X“加强式蜂窝状夹层复合板”，介绍了1种带有加强根的蜂窝夹层复合板，它包括面板、底板和夹层，所述夹层是蜂窝状夹层，其中可设置加强根，该加强根可以是一维或二维空间直线或曲线分布延伸。该板美观大方、坚固耐用，兼装饰和吸声双重功能［12］。

受专利200320119033.5X的启示，结合创新原理10，可以在中间的蜂窝状夹层3中事先加入加强根4，使复合板的强度有所提高，从而可在提高木质微穿孔吸声板孔隙率的同时确保其强度不降低(图4)。

国家发明专利200710027607.X“可调节吸声功能的板结构”，公开了1种具有可调节吸声功能的板结构。该发明在两平行布置的装饰板材间形成一槽型间隙，槽型间隙里依间隙的长度和宽度架设一带通孔的并可相对于固定板的上面设置不少于1块带通孔的并可相对于固定板纵向或横向滑动的活动板。通过在两平行布置的装饰板材间的槽型间隙设有可相对纵向或横向移动的带孔板来实现吸声功能的灵活调节。本发明兼提高孔隙率和可调节吸声功能双重优点，综合性能优良，并且具有明显的复合改良效应［13］。

图4 加强式蜂窝状夹层复合板

受专利200710027607.X的启示，结合创新原理14以及整体与部分分离的原理，可通过移动孔隙率较高的带孔板灵活调节吸声功能，使木质微穿孔吸声板的吸声性能得到提高，这样就可以使该冲突得到一定程度的解决(图5)。

图5 可调节吸声功能的板结构

2.5 冲突解决可选方案分析

通过上述分析，可以得到解决提高孔隙率和防止板强度降低这一对矛盾的可选解决方案(表2)。

表2 解决提高孔隙率与板强度降低冲突的可选方案

3 结语

基于TRIZ冲突解决原理抽象出提高木质微穿孔吸声板孔隙率的物理冲突和技术冲突，并用技术冲突矩阵和分离原理解决孔隙率提高与板强度降低的冲突，再通过查找专利数据库得出提高木质微穿孔吸声板孔隙率的3种可参考的解决方案，即采用微穿孔蜂窝状夹层吸声装饰板、加强式蜂窝状夹层复合板和可调节吸声功能的板结构。

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