TRIZ理论在多功能化学实验箱创新设计中的应用研究

□朱 团 张佳雨 陈志博 付佳利

21世纪正处于科技不断创新发展大潮，人类所生活的空间正在逐步被新兴科技创新所覆盖，全世界正在发展着新型的科技革命，全社会已经走进了一个新兴科技创新不断出现的紧要时间。TRIZ理论结合很多学科领域的规则与原理为基础提出的创新性理论方法，成为如今全世界普遍认同的最佳创新指导工具。TRIZ的翻译成俄文的总称为“发明问题解决理论”，G.S.Ahshuller以及他的同事们在通过对250万件超高水平的发明专利进行了仔细研究与分析总结出了这个名字，其主要的内容有以下几点：76个发明问题标准解决方法、矛盾冲突矩阵、39项技术特质、技术系统进化法则、发明问题解决算法(ARIZ)以及工程效应知识库、40个发明创造原理、物质—场分析等。培养学生创新思维以及创新能力引用TRIZ理论是被TRIZ创新理论与实践所证明了的。在大中专学校和科研院所的实验室中经常发生仪器摆放凌乱，不能及时找到仪器，仪器很容易破损，外出不易携带等问题。本文针对这些问题，应用TRIZ理论对化学实验箱进行创新设计，实验箱中的各类实验仪器可以自动存取、灵活方便、高效快速、绿色环保、安全实用，既适用于室内操作实验，也适用于室外操作实验，具有广阔的市场前景。

一、现有仪器箱存在的问题

随着科学的发展，效率非常重要，实验员在实验室经常为整理、准备实验仪器而花费大量的时间，存放的仪器往往没有保护措施，很容易打碎。同时会有更多的实验要在室外完成，仪器不容易携带而且没有实验台。目前在一些高校、科研院所和化工厂检验室偶尔会有化学仪器箱的配备。各种各样的仪器放入仪器箱时都不易整理，仪器在箱里面也没什么保护，容易碰碎，而且体积普遍较大，不易携带，具有一定的局限性，不适合推广。针对目前实验室中经常性发生实验仪器不好找，实验仪器应放置位置不妥而发生仪器打碎，外出实验仪器不易携带以及外出进行一些简单实验测量而没有便携试验台等问题，人们应用TRIZ理论对多功能化学仪器箱进行了设计，并将多功能仪器箱进行了体积缩小化，并针对其用途还增加了额外的功能，也方便野外使用，使得实验的效率等大大提高，应用前景很好，易于推广，具有很大的发展潜力。

二、TRIZ分析过程

(一)功能分析。见表1。

表1 功能分析表

(二)资源分析。多功能化学实验箱可使用的资源包括：便携箱、防撞海绵、强力胶水、防水布料，其它的半微量玻璃仪器为已有资源。选择资源的顺序见表2、表3。

表2 选择资源的顺序

表3 资源分析表

许多大中专学校和科研院所外出检测需要携带仪器，多功能化学实验箱处于成长期和成熟期的交汇处，具有较大的发展前景。

(三)技术矛盾分析。多功能化学实验箱为了增多工具的实用性及多用性，既要实现小型实验台在内的多种功能，又要使仪器箱要便携，防震，易整理，构成多用性与结构稳定性之间存在矛盾。我们应用TRIZ理论中的分离法、多维运作法、、组合法、中介法使化学实验箱易于拆分开，作为实验台来用。

多功能化学实验箱经常要在野外进行，既要装足够的仪器又要简单便于携带，构成了物体的形状与体积之间存在矛盾。我们应用TRIZ理论中的局部质量改善法、性能转化法、套叠法、曲面化法采用多层结构替代单层结构，将化学实验箱分为多层。

(四)最终理想解。见表4。

表4 最终理想解分析表

三、应用TRIZ理论在化学实验箱创新设计中的优势

与一般的创新方法有很大的不同，具有非常明显优势的TRIZ理论以其优异的系统性、实用性和操作性在世界创新领域占据着特殊的地位。TRIZ理论是一门科学的创造方法学，它是基于技术系统演变的客观规律对问题进行逻辑分析，引导人们去创新和发明创造。大量实践证明，运用TRIZ理论，能够帮助人们打破思维定式、开阔思路、及时准确查找存在的问题，运用创新思维，研究设计出突破性的解决方案，使得人们创造与发明的进程不断加快，研制出高质量的创新产物，同时还能根据科技进步的规律，合理预测技术发展的趋势，帮助人们解决在不同领域遇到的难题。TRIZ理论最早成功应用于工程技术领域，现在在自然科学、社会科学、管理科学、生物科学等领域发展也较多，用于指导各领域遇到问题的解决，应用范围越来越广。因此，针对仪器摆放凌乱，容易破损，不易外出携带等问题，我们应用TRIZ创新原理对存在的问题进行系统分析，对多功能化学仪器箱进行创新设计，找出最理想的解决方法，实现多种功能，来达到实用安全、环保节能、快速高效、操作简便的目的，市场前景广阔。

四、TRIZ理论在化学实验箱创新设计中的应用

TRIZ理论提供了系统分析问题的科学方法，帮助人们快速确认核心问题，实现对问题的深入分析，快速找到具体的解决方案，系统、实用、操作性强，有利于促进人们发明与创造的进程，发明的成效和速度大大提高，同时还可以帮助人们突破限制和障碍，不断地对产品进行创新，与时俱进。

应用TRIZ理论中的TRIZ技术系统八大进化法则、最终理想解(IFR)、40个原理、39个工程技术参数、矛盾矩阵、物—场模型、发明问题的标准解法、发明问题解决算法(ARIZ)、科学知识库等创新原理和方法对化学实验箱进行多功能设计，提供丰富的方案支持技术创新，不断改进和完善设计方案，使化学实验箱的设计更加科学、合理、规范，不断提高科技含量。应用TRIZ理论创新设计的化学实验箱，从整体来说就是一个科学技术系统，把多种功能有机结合在一起，设计方案如下：运用一种翻盖的三层的箱子，长、宽、高约为50cm、40cm、30cm。每一层都有开关，取每一层仪器时其它层要关闭，第一层比较薄，放一些各种试纸、滤纸、火柴及一些不易打碎的仪器。第二层可单独作为试管架使用，而第三层放上用海绵制作的各种仪器的卡槽，用来放置玻璃仪器。仪器箱有手提的地方，也有背的背带，可依据在不同的情况下以使用不同的方式携带。此外，该仪器箱的整体骨架亦可作为铁架台进行使用，实现了一物多用。另外，设计的这种化学仪器箱，还增加了一个功能：拆卸组装成一个小型的、适合在野外进行实验的实验台。从外观看，这是一个普通的仪器箱，没什么特别之处，但是，在需要之时可将其拆卸组装为一个小型实验台，可在上边进行一些简单的，对实验台没有特殊要求的实验。此仪器箱可以收集、整理仪器，也可以作为便携式小型试验台、可拆卸式铁架台、试管架等使用，来达到实用安全、环保节能、快速高效、操作简便的目的，最终效果理想，市场前景十分广阔。

五、结语

基于TRIZ创新理论设计完成的多功能化学实验箱，易携带，易整理，能防震，保护仪器，能改做小型实验台，方便任何条件下的使用,能够有效地解决仪器容易破损，不易外出携带等实际问题，使设计科学合理、方便实用、结构紧凑、价格便宜。所以，我们应用TRIZ理论创新设计的多功能化学实验箱,采用充分利用空间的办法减小了仪器箱的体积，使其便于携带，又在仪器箱里为仪器用海绵做了专门的卡槽，既使仪器有了固定的位置，便于整理，又保护了仪器。而且其制作成本低廉易于推广，具有十分重要的研究价值和广阔的市场发展前景。