应用TRIZ创新理论解决法兰连接供水管道拆卸更换的问题

陆燕　魏世海　蔡延东

摘要：本文主要应用TRIZ技术创新理论与方法，简要概述了日常生产中，法兰连接生活供水管道拆卸更换的问题。

关键词：TRIZ 创新 法兰 管道

0 引言

水是生命之本、万物之源、生态之要。近年来，随着工业化、城镇化快速推进和全球气候变化影响加剧，我国水安全呈现出新老问题交织的严峻形势，水资源短缺、水灾害频发、水生态损害、水环境污染等问题愈加凸显，“节约水资源、保障水安全”，事关“四个全面”战略布局，事关民族永续发展，事关国家长治久安。生活供水管道是将生活饮用水输送到千家万户的重要工具，保障生活供水管道的安全可靠是保障水质安全的重要环节，法兰连接是管道连接的重要方式，通过技术创新实现法兰或法兰连接阀门的快速更换，可以大幅度提高工作效率和安全系数，有效保障供水安全。

1.法兰连接供水管道拆卸更换问题

将符合国家标准《GB5749-2006生活饮用水卫生标准》的生活饮用水从水厂输送到千家万户，需要经过生活供水管道，管道短则几公里，长则上百、上千公里，其中输送管道需要用法兰连接，法兰连接就是把两个管道、管件或器材，先各自固定在一个法兰盘上，然后在两个法兰盘之间加上法兰垫，最后用螺栓将两个法兰盘拉紧使其紧密结合起来的一种可拆卸的接头。

目前，在生活供水管道法兰更换，特别是用法兰连接的閥门检修更换时，由于受到管道自重和工艺误差，以及年久腐蚀结垢，使管道的法兰发生位移、间隙减小，更换阀门时不易拆装，操作员工只能用大榔头、撬杠等工具拆卸，操作时间长、效率低下、容易伤人。

2.TRIZ体系

创新的关键是解决发明问题。而TRIZ就是创新方法进化到高级阶段的产物，是专门解决发明问题的理论。TRIZ包含用于问题分析的分析工具、用于系统转换的基于知识的工具和理论基础。

TRIZ的理论基础就是技术系统进化模式，这些模式包含用于工程系统进化的基本规律。

TRIZ分析工具包括：冲突分析、物质-场分析、功能分析和ARIZ算法。这些工具用于问题模型的建立、分析与转换。

TRIZ基于知识的工具包括：40条发明原理、76个标准解和效应数据库。基于知识的工具与分析工具的不同之处在于：基于知识的工具指出解决问题的过程系统转换的方式，而分析工具用于改变问题的描述。

3. 应用TRIZ创新理论解决法兰连接供水管道阀门拆卸更换的问题

3.1 问题分析

根据TRIZ创新理论中的分析工具问题进行深入分析，找到问题产生的根本原因，确定问题区域，根据实际情况运用分析工具进行分析，然后选择合适的创新工具进行解题，得到建议方案，最后综合分析得到最优方案。

3.1.1 首先结合实际问题进行功能分析，建立功能模型如下（见图1）：

人是超系统，人操作工具，表现为不足作用；

工具是元件，工具拆卸螺母、螺栓，表现为不足作用；同时工具对螺母、螺栓进行敲击，会造成螺母、螺栓的磨损或变形，是一种有害作用；

螺母、螺栓是元件，螺母螺栓连接法兰，是一种有用作用；

环境是超系统，环境中存在空气、水及各种物质会对法兰、螺母、螺栓进行腐蚀，是一种有害作用。

3.1.2 冲突区域确定：依据根本原因和其相关问题元件及属性，最终确定问题区域，即问题关键所在。

问题关键点1：工具对于法兰拆卸的作用力不足。

问题关键点2：环境因素造成螺母、螺栓腐蚀生锈。

问题关键点3：平时拆装磨损导致螺母、螺栓变形。

3.1.3 理想解分析：（理想解分为最终理想解和次理想解，可以分别来确定。）

理想解：螺母、螺栓永远不生锈。

次理想解：螺母、螺栓即使生锈也能容易拆卸。

3.2 问题解决

应用TRIZ工具，得到所有创新解，并确立最终解。

3.2.1 冲突解决理论

物理冲突解决过程

①冲突描述：为了拧紧法兰使密封性好希望作用力大，但又为了在拆卸更换时方便，

希望作用力要小，即，作用力既要大又要小。

②选用4条分离原理当中的时间分离原理，依据No.10预操作发明原理“在操作开始前，使物体局部或全部产生所需的变化”，得到如下解决方案： 在拆卸法兰连接阀门过程中，加入一种法兰胀开器，在双螺纹螺母的带动下使左、右螺柱向两边位移，带动法兰片向两边移动，解决了法兰拆卸不易的问题，从而实现了法兰或法兰连接阀门的快速更换。

3.2.2 物质—场分析

① 建立问题的物质-场模型

② 根据所建问题的物质-场模型，应用标准解解决流程，确定问题的通解。

根据规则4：消除有害的、多余的、不需要的物质或场的最有效方法是引入第三种物质元件（S3）。

③ 依据选定的标准解，得到问题的解决方案；

方案一：依据1.1.2（No.2）标准解，得到问题的解如下： 组成合金，以改变铁内部的组织结构.把铬、镍等金属加入普通钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁制品的抗生锈能力。

方案二：依据1.1.3（No.3）标准解，得到问题的解如下：在螺母螺栓表面覆盖保护层以防止其生锈。或者在螺母螺栓表面用电镀、热镀等方法镀上一层锌、锡、铬、镍等不易生锈的金属。这些金属表面都能形成一层致密的氧化物薄膜，从而防止螺母螺栓和水、空气等物质接触而生锈。

4.结束语

“大众创业，万众创新”这是当代的一项基本国策，学习TRIZ创新理论和方法，可以有效提高大家的创新能力和积极性，本文就是应用TRIZ创新理论解决了日常生产中遇到的法兰连接供水管道阀门拆卸的问题，不仅提高了工作效率，重要的是提高了生产的安全性，保障了供水安全。