应用TRIZ理论求解机械问题的探讨

郑敏（福建红旗股份有限公司，福建　漳州　363000）

应用TRIZ理论求解机械问题的探讨

郑敏
（福建红旗股份有限公司，福建漳州363000）

论文首先介绍了TRIZ的含义及解决问题的方法。再以打包机易损件的，压紧刀头和止退刀头的改进为例，阐述了如何提取技术矛盾、确定矛盾参数、通过查找矛盾矩阵表，找出表中推荐的发明原则，进行分析筛选，最后求解出多种改进方案。可以为技术人员的创新改进提供快速有效的思路，在产品设计和解决问题中有很好的应用价值。

TRIZ；发明原则；技术矛盾；矛盾矩阵；改进

0　引言

TRIZ的意义是 “发明性问题解决的理论”，是俄文字首的缩写，是由苏俄发明家和其研究团队分析了超过250万件专利所提出的系统性创新方法。它有别于传统的头脑风暴，不是天马行空和灵光一现式的跳跃思考，而是有章可循，依据一定的程序与步骤，有效突破自己思考的惯性，运用理论的工具帮助设计人员快速的产生创造性的概念方案，加快创新发明的速度。

1　用TRIZ理论解决问题的方法

1.1TRIZ是解决问题的理论工具

TRIZ将所有发明创造中遇到的问题，给予分析归类，总结出了39个工程技术参数，如：移动物体的重量、长度，固定物体的重量、长度等物理特性方面的参数，还有易制造性、适应性、生产力等加工实践方面的参数，每个参数都做了说明定义，便于对应查找。

TRIZ的研究团队根据专利分析，总结出了40个发明原则，至今已分析上百万件的专利，但所有的专利都没有超出这40个发明原则，也就是这40个发明原则包含了目前所有发明专利的理论方法，为我们创新技术找到理论的依据。每个发明原则都有说明方法思路，并编好了固定的序号。

据此，TRIZ创造了一个重要的解决问题的理论工具，就是矛盾矩阵表，表中行1~行39分别是39个技术参数表示要改善的参数，列1~列39也是同样的39个技术参数但表示的是恶化的参数。以行、列两个维度，构成矩阵的方格共1521个，多数方格中有1～4个数字，这数字就是40个发明原则的序号。

我们先要提出自己需要改善的参数（可多选）和可能会恶化的参数（可多选），找到对应的行和列的交叉的方格里，就是相应的发明原则的序号，可能有多个解，但结合现实条件，可以得出适合自己的参考办法。通过这样一个矛盾矩阵表，可以查出推荐的解决相应技术矛盾的发明原则，从而给我们提供最有效的解决思路和方向，避免无方向的随意联想，从而大大缩短了发明创造的时间周期。

1.2利用TRIZ中的矛盾矩阵表解决问题的步骤

（1）要准确的描述和定义遇到的问题。

（2）在矛盾矩阵表中，在“改善的参数”列中，选择要改善的工程参数（可多选）。

（3）在矛盾矩阵表中，在“恶化的参数”行中，选择要避免恶化的工程参数（可多选）。

（4）在矛盾矩阵表中查找出对应的发明原则，可能有多个选项，可按出现的频率高低排列，便于筛选。

（5）根据所选出的发明原则，分析或类比得出能够消除系统技术矛盾的可行方案。

2　TRIZ理论分析运用实例

以包装机械中的一个部件的改进设计为例，来说明利用39个工程技术参数、40个发明原则，如何在矛盾矩阵中求解的过程。

2.1问题描述

图1是半自动和全自动打包机捆扎货物工作示意图。

图1　打包机工作示意图Fig.1 Schematic diagram of working priciple of strapping machine

捆扎带由储带盘经过收送带机构送出，通过夹紧刀头中的方孔，穿过止退刀头与上滑板之间，再绕过要捆扎的物体，从上滑板下方与夹紧刀头的间隙中穿过，送到位置后，夹紧刀头自动上升将捆扎带压住，必须压紧防止带拉紧时松脱。然后捆扎带再由收送带机构将带回拉，至设定的捆扎力后，止退刀头上升将带压紧，之后才进行带的粘合、切断等操作。

打包机常用于打包较大或较重的各种纸箱包装的货物，可避免物体散落，有半自动与全自动两种，因简单快捷，包装可靠，全自动打包机还可与流水线配套，使用范围广泛，而且平均每天要重复打包动作有上千次，因此如何使机器上的易损件尽量延长使用寿命，减少更换频率是值得研究的问题。上图中的的压紧刀头和止退刀头就存在这样的问题。刀头与上滑板局部图见图2。

为防止带子松脱，刀头上有一个尖顶凸起，对应的上滑板上也有个三角形凹槽，这样在刀尖部分承受很大的应力，容易磨损需经常更换，而且刀尖还容易将捆扎带表面压坏、起毛，甚至纤维断裂，需要改进。

图2　刀头与上滑板局部图Fig.2 Partial diagram of slide plate and the head of block

2.2提取技术矛盾从使用要求可以看出，刀头需要对捆扎带有足够的压力，捆扎带在拉紧时才不会打滑，但是刀尖部分要不易损耗，不能增加太多成本，结构应简单，容易制造。

2.3确定技术参数

根据TRIZ技术系统中39项工程参数的定义，先选择需要改善的参数为 “11——系统的张力或压力：单位面积承受之力”；在改善 “系统的压力”这个参数的同时，零件的结构、形状、材料有可能变化，难度加大，会相应的增加设备、工装的要求，因此根据39项工程参数的定义，选择恶化的参数为 “参数32——易制造性：在制造或建构中，方便、舒适、容易程度”。

2.4查找TRIZ矛盾矩阵表

从TRIZ矛盾矩阵表中按横列和纵列分别找到改善的参数 “11——张力或压力”和恶化的参数为 “参数32——易制造性”，两参数对应小方格中有3个数字分别是：1、35、16。也就是推荐的发明原则的序号，这3个发明原则分别是：1—分割、35—参数改变、16—不足或过多作用。

2.5发明原则分析

具体分析每个原则的内容，是否对本案的改进有作用，提取可利用的发明办法。

原则1为分割，又细化分为3种实现的方法：①分割物体成为几个独立的部分；②使物体成为区段、区块或模块化（容易组装与拆卸）；③增加物体分割的程度。

分析：原顶头只有一个凸起的尖角，可以考虑多增加几个，该原理对优化设计有用。

原则35为参数改变，又分为6种参数改变：①改变物理状态（气态、液态、固态）；②改变浓度或密度；③改变弹性；④改变温度或体积；⑤改变压力；⑥改变其它参数。

分析：出于目前技术考虑，暂不可能改变物理状态，还是用固体；浓度或密度和本案没有多大关系可不考虑。可以参考改变的参数有：弹性、体积、压力及其它参数。

原则16为不足或过多作用，解释是：如果很难完成100%的理想效果，则使用 “较多一点”或 “较少一点”的作法去简化问题。

分析：这个原则对本案不能提供帮助，不考虑。

3　求解后的几种设计与优化方案

根据TRIZ理论给出的创新原理的启示和现实情况分析，我们可以得出下列几种设计方案供参考：

方案A：利用分割的原则，在原有宽度范围内将刀头部分分成几个凸起，增加与带的接触面，可以增加压力，而对应的上滑板原有的一个凹槽考虑取消，这样没有增加成本，而且没有了较深的凹槽，捆扎带不被折弯，不容易起毛、断带。结构见图3。

方案B：如果担心对带的抓力不够，可以再改进，上滑板开几个较浅的圆弧槽，槽数增加与刀头的凸起对应，见图4。

图3　方案AFig.3 Plan A

图4　方案BFig.4 Plan B

方案C：利用弹性的原则，改用弹性材料，以增加压力。目前弹性材料的应用越来越广泛，技术也更加成熟，刀头部分可用弹性塑料，可直接铸出需要的形状，省去机械加工的工序。从所处工作条件看，刀头仅承受压力而没有冲击力，因此与金属本体的连接可用粘接、过盈配合，或者整体注塑，都较容易实现，粘接示意图见图5。

当然以上的原则还可以做其它的发挥，也许有更好的办法。还有体积、压力的原则，也可根据这个提示，做其它的改进设计。随着科学技术的不断进步，发明原则35中所说的改变物理状态也不是不可能的，改用液态压紧，则更加柔性，包容性更强，能够更好的控制压力的大小。

图5　方案CFig.5 Plan C

4　结束语

本文主要通过打包机配件的改进实例，来说明根据TRIZ理论的发明原则求解方法的基本过程，可以为机械技术人员的创新改进提供快速有效的思路，在产品设计和解决问题中有很好的应用价值。

［1］成思源，周金平.技术创新方法［M］.北京：清华大学出版社，2014.

［2］周署玲，方乌糖.TRIZ理论在优化产品结构设计及及中的作用［J］.机电技术，2014，1.

Discussion of Solving Machinery Problem Using TRIZ Theory

ZHENG Min
（Fujian Hongqi Co.，Ltd.，Zhangzhou Fujian 363000，China）

Firstly，this paper introduces the definition of TRIZ and the method to solve the problem using TRIZ.Secondly，it introduces an example of improving Pressed Tip and Return Tip in packing machine and illustrates how to extract technical contradiction，determine contradiction parameter，find out invention principle recommended in the table by searching contradiction matrix，then perform analysis screening，and finally bring out many kinds of improving schedule，which can provide fast and effective ideas for innovation or improvement of technical personnel.The TRIZ has a good application value in product design and solving problem.

TRIZ；Invention principle；technical contradiction；contradiction matrix；improving

TH122

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.009

1002-6673（2015）05-022-03

2015-04-29

郑敏（1975-），女，福建莆田人，工程师。主要研究方向：针织机械关键零部件设计及制造。在国内专业期刊已发表论文两篇。