基于功能导向搜索在酒体检测中的应用

秦姝悦 冯林 王美霞 孙雪菁 李明波 袁绮晨 赵旭 赵玉平

摘要：该文对TRIZ创新思维方法中一个解决问题的工具——功能导向搜索进行展开探讨，这是一种在专利数据库中进行搜索，将先进领域具有相似功能的成熟技术借鉴移植到当前研究的系统，以找到新问题在当前系统的解决方案。将其与酒体检测发展相结合，对各个领域的检测技术与目前已应用的酒体检测方法进行对照总结，并运用功能导向搜索逐步分析，预测出将先进多维动态成像技术引入成品酒检验可能是未来的发展方向。

关键词：TRIZ  功能导向搜索 酒 多维动态成像 检验

中图法分类号：TS262.6; G304        文献标识码：A

Abstract： This paper explores a problem-solving tool in TRIZ's innovative thinking approach— function-oriented search， which is a tool that searches patent database and borrows  mature technologies with similar functions in advanced fields and and migrates them to the current system under research to find solutions to new problems in the current system. This paper combines it with the development of wine body inspection，  compares and summarizes the detection techniques in various fields with the currently applied methods of wine body inspection， and uses the function-oriented search to analyze step by step， predicting that the introduction of advanced multidimensional dynamic imaging technology into the finished wine inspection might be the future development direction.

Key Words： TRIZ; Function-oriented search; Wine; Multidimensional dynamic imaging; Inspection

TRIZ是俄语中“发明问题解决理论”的首字母缩写，该理论是解决问题和技术预测工具的集合。由前苏联发明家、教育家G.S.Altshuller（根里奇·阿奇舒勒）和他的研究团队，通过分析大量专利和创新案例总结出来。TRIZ理论成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解。它不是采取折中或者妥协的做法，是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程，而不再是随机的行为。实践证明，运用TRIZ理论，可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。

ABRAMOV  O等人[1]通过大量实际案例总结分析得出，基于TRIZ的方法完全适用于分析和解决生物化学、微生物学、食品工业等中的问题，它技术演进的模式在各个行业中重复出现，TRIZ工具通常在这些领域中最有用的是流程分析、因果链分析和功能导向搜索。故本文通过功能导向搜索对酒体检测方式进行展开讨论。

1 功能导向搜索

功能导向搜索是TRIZ中一个解决问题的工具[2]，通过对所需要查找的功能进行一般化处理，以改变问题适应性，尝试从先进领域寻找和借鉴相似的功能应用移植相对成熟的技术，把现有的解决方案使用功能方法进行工程设计，形成解决方案来解决当前的问题，如图1所示。

把这种先进领域成熟应用的解决方案移植到食品行业系统中来解决食品工程系统的问题，这些方案一般已被专业技术人员和市场环境所检验，是低风险低成本的，将其适当转化为我所用，值得应用推广。同时，食品行业建有行业知识库，从知识库搜索找到成熟的解决方法，即用老办法解决新问题。这种解决方案就既是全新的，又是成熟的，并且能够更容易、更快速、更高效、更安全地规避部分专利，解决现有问题。

2 技术迁移事例

通过查阅相关文献发现，这种将先进领域已成熟应用的解决方案移植到酒体检测系统中解决工程系统问题的方式见表1[3-12]。

3 功能导向搜索预测酒体检测发展方向

目前已广泛应用于酒体检验方式为品酒师感官品评[13]以及提取检测[14]，通过品评进行总体评定、等级划分的方式个人的主观性较强，较易受各方面影响，不能科学、准确地证实酒体品质。所以一般采用提取检测的方式判断酒体质量安全及物质含量，但目前应用的各提取检测技术、检测过程依旧较为繁琐，为了寻找更高效准确的检测方式。通过TRIZ理论中功能导向搜索进行分析[15]，总结酒体检测应用思路，对未来新型检测方法进行预测。

功能导向搜索通过分析组件与功能对象间的作用，而后在领先的领域内进行搜索，其具體步骤见图2。

利用功能导向搜索解决成品酒直观判断其品质的主要步骤如图3所示。

（1）问题识别，简洁明确描述需要解决问题的定义——如何直观判断成品酒品质。

（2）用功能性的语言描述关键问题，从技术进化的系统中辨析出功能载体、功能对象和功能作用，将系统功能作用和功能对象进行一般化描述，明确其特定功能，将其转化为功能化模型[16]，阐明将要改善的具体功能——对于如何使成品酒内部物质呈现，进给系统的功能为——不破坏酒瓶不提取酒体，区分呈现酒体物质分类及相应含量，让人们能直观进行判断。

（3）确定所需要的参数，对于该问题不仅仅需要酒的各项参数汇总，所含物质分类与含量多少分布情况，因所需成像物质是液态，其物质运动较为剧烈且分散较快，可能影响数据结果，故需要考虑解决方法。

（4）将功能进行一般化处理，明确行为和对象，使用一般的术语表示，例如：特定的动作词“判断”更改为“呈现”，特定的对象“酒体”更改为“液体”。把握技术系统的关键功能，限定实际问题的范围，进一步明确问题——清晰、直观的看到物体内部各个组分，该问题需要解决的动词是“看、呈现”，要“保持物质原状识别物质内部动态组分”；目前进给系统需要实现快速准确形成物质区分呈现且不用提取物质，通过技术进化法则预测出进给系统的发展趋势可向扫描物质形成动态全面成像发展，需要在不提取出酒液，不开封包装的基础上使其进行一个准确成像。

（5）识别领先领域，搜索其他相关或者不相关领域中，执行有关准确全面成像的先进领域技术方案功能的技术，通过与不同专业的技术人员进行充分交流，了解各行业可能存在的类似功能。确定这些领域中可以适应目标应用的技术或解决方案。目前已有报道在医学上为了更好地进行治疗，无法从人体的外观判断内部问题。在成熟应用三维重建影像可视化技术[17]的基础上也有了四维动态成像[18]。

（6）领先领域解决方案，先对该领域进行文献和专利查询，对查询到的专利进行整理，得到功能导向搜索最终结果。在领先领域中选择最合适的能够改善这个功能的技术，解决方案。目前医学上已开展3D-slicer医学影像处理分析[19]及四维多帧重建技术[20]，前者可以透过脑颅对脑内部的物质进行3D成像，后者可将运动的物质进行对应动态化呈现，对此可以推测不久的将来随着相应血液组织液等的液体检测也会迅速发展成熟，即可将医学领域对应液体扫描检测技术迁移到酒体检测中。

（7）引入这种技术所带来的次级问题，例如：其扫描技术的辐射扫描可能会使酒中物质受到改变，对酒的品质带来影响等。

这种方式就是把非该领域的技术移植过来，完成对该领域问题的解决，由于并非照搬专利技术，且适用范围不同，因此，这是专利规避[21]中的主要模式。对功能导向搜索得到的解决方案进行功能分析，得出基本原理、所需组件，该方案迁移到该领域所需解决的问题，最终得出初始解。功能导向搜索通过借鉴其他行业现有的成熟解决方案，进行不同应用领域的迁移，在概念开发阶段具有一定的作用[22]。在后期进行实际技术迁移，并运用到功能裁剪[23]，这不仅能规避其他专利，避免专利侵权，在概念解开发阶段也可以用来规避自身，提高最终解决方案的价值，防止被其他专利规避。

4 多维动态成像在医学中的应用

具有强大的建模、影像配准等功能的多维成像技术，能够做到精确定位，还能用于精确估算同等物质的体积，并且可将不同物质用不同颜色进行标记，又因计算机进行操作[24]具有可拓展性，操作者通过选择和添加功能模块，可对图像进行通透的深层次的处理[25]。经过全方位扫描，通过利用影像学数据进行计算机模拟影像融合，对物质分子运动及分布情况进行生动直观的多维度动态重现[26]，强化变质部分，进而将图像数据拟合为直观、易懂的立体成像，还可对于有害物质进行清除，对其效果进行评估。多维呈现的应用，改善了以往检测的不可视性和精度差的缺点，耗时长的不足。多维动态成像利用扫描识别不同物质范围，并且进行多重建，利用计算机系统计算求和得到各类物质体积，同时此方法不受区域部位物质含量不同的影响。未来若对酒体使用多维成像技术进行可视化检测能让人们更好地识别以及了解抽象的复杂的酒体，让研究者们能够更好地进行目标性抽取以及分析辨别物质。

5  进行技术迁移存在的问题

因目前已有的多维成像技术鉴别物质含量存在如下问题。（1）成像需要这些物质密度差异较大才能鉴别。（2）扫描过程中床面要从静止到快速运动会造成酒中液体晃动检测数据不准确。（3）酒中矿物质和重金属密度比其他物质大，在不晃动的情况下可以进行区分，但其他化合物较难区分。（4）目前能鉴别聚集程度比较高的物质，但互溶性化合物鉴别效果不理想。（5）目前可用CT双能模式扫描看物质成像的能谱曲线。

故可针对以上等问题进行后续研究，改善存在的技术问题，使检测更为完善。

6  结语

随着食品质量监管要求的提高，以及消费者对食品安全的透明化的追求，优化、更新检测方式势在必行。该文通过对已有的相关应用进行举例，证明功能导向搜索这一工具对酒体检测技术的发展有很大帮助，为了推进酒体检测新技术的发展，基于TRIZ思维创新方法展开探讨，通过TRIZ创新方法中功能导向搜索的系统改进设计方法，基于TRIZ的系统问题的求解流程进行分析，提出了对酒体使用多维成像技术进行可视化检测的创新研究思路。推测未来使用这种新型的演示模式，以科学的视角，能透明、直观地帮助人们拉近与食品安全的距离。

参考文献

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基金项目：2020年科技部创新方法专项《创新方法高等教育人才培养研究与示范》（项目编号：2020IM030100）；烟台大学教材建设重大基金项目《食品科学与工程类创新方法学》（项目编号：JC-2022-0102）。

作者简介：秦姝悦（1999—），女，硕士在读，研究方向为葡萄酒酿造。

通信作者：赵玉平（1964—），男，博士，教授，研究方向为发酵与食品饮料。E-mail：water15689@163.com。