TRIZ案例

汽车中央闭锁系统的自动开启装置发布时间：2008-08-14初始的工况:中央闭锁系统已应用在汽车上。这种系统有以下两种运作模式：工作模式和备用模式。处于工作模式时，中央闭锁系统锁闭车门、关闭车窗并启动报警器。处于备用模式时，闭锁系统打开车门、车窗并关闭报警器。驾驶员可遥控中央闭锁系统。通常情况下，红外传感器用于遥控中央闭锁系统。驾驶员将传感器对准汽车内安置的红外接收器，并按下相应的按钮来改换运作模式。接收器探测到红外辐射电码形式的信号，将其发送到闭锁系统，以控制开启装置。实例描述:为了开启中央闭锁系统，驾驶员应当执行一定的动作，比如对准红外接收器上的传感器并按下按钮，这种操作并不方便。应用创新原理:应用等势原理。改变操作条件，以减少物体提升或下降的需要。将无线电辐射用作控制信号。这就无需传感器和接收器的相互定位。中央闭锁系统运作模式间的转换视驾驶员相对于汽车的运动方向而定。应用结果:汽车中央闭锁系统的自动开启装置。该装置在驾驶员靠近或远离汽车时启动闭锁系统。汽车开启装置由一无线电信标、一带有天线的接收器和一信号处理系统构成。驾驶员随身携带无线信标。接收器和处理系统安置于汽车内部。无线电信标持续发射电码无线电信号。接收器可在某一限定范围内探测到来自信标的信号。当驾驶员步入这一区域，接收器探测到信号，对信号进行解码处理，并打开汽车门。当驾驶员离开这一区域时，车门和车窗将自动闭锁。如何在不增加储能电容器尺寸的同时，提高其电容?发布时间：2008-07-24应用背景：在DRAM(DynamicRandomAccessMemory)设备中，信息是储存在MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)集成电路板的半导体电容器里。问题描述：目前随着设备尺寸的不断减小，电容器容量受到了限制。需要寻找一种方法，能在缩小电容器尺寸的同时，提高其电容量。解决方法：17号创新原理－一维变多维是矛盾矩阵推荐的方案之一。如图可以在电容器的两个电极间上按一定的间隔排列一些比电容器尺寸小的多的凹槽和突起。这样就大大增加了电极的表面积，所以电容量会大大增加，而且不会多占用半导体上的空间。运用提高理想度法则创新塑钢复合排水管材发布时间：2008-07-11黑龙江昕泰管业有限公司陈鸣苏有林摘要：本文从运用提高理想度法则为切入点，以塑料管、镀锌钢管为实例，提高理想度、建立理想模型、探求理想解，确定技术矛盾，使用矛盾矩阵表选择创新原则，再用专业技术理论进行方案设计。关键词：提高理想度解决技术矛盾塑钢复合理论污水管材1.前言TRIZ的一个基本观点是“系统是朝着不断增加的理想状态进化的”。技术系统理想状态包括3个方面内容：一是系统的主要目的，是提供一定的功能；二是任何系统都是朝着理想化方向发展的，也就是向着更可靠、简单有效的方向发展；三是理想化意味着系统或子系统中现有资源的最优利用。对于理想化，TRIZ理论还认为，发明创造是有级别的。高级别产品的发明不仅需要设计人员自身的素质，更需要行业以外或全人类的已有研究成果，企业要不断地吸收不同行业的知识创新成果，并在自己的产品中应用，以永远保持优质企业的市场竞争力。发明创造的理想状态是理想解的实现，尽可能使企业的产品接近于理想解是产品创新的指导思想。2.问题描述随着国家环境保护力度的加大，传统的水泥管正在逐步退出市场，上世纪90年代后期，新型替代产品--各类环保排水管材开始在工程上应用。在排污管道领域，应用较多是塑料管，如PVC双壁波纹管、PE双壁波纹管、HDPE缠绕结构壁管。近几年，采用欧州瑞士与美国技术制做的镀锌螺旋钢管开始进入国内市场，广泛应用于通风，雨水管道系统中，由于受防腐性能限制，还没有大量进入污水管道工程。分析以上两类管材的性能差别，主要是由于材质不同，所以两类管材性能上具有的优势不同，镀锌螺旋钢管优点是环刚度较大，耗材较少，不足是防腐性能一般，并且不耐磨损；塑料管优点是耐腐蚀、耐磨损，但环刚度提高受限，耗材较多。3.提高理想度3.1“理想机器”米哈伊尔.奥尔洛夫教授在《发明问题解决基础》“发明战略”篇中说：制造人工（技术）系统、子系统、组件、零件、元件和材料都是为了完成有效（积极）功能（PF-positivefunction）。其中的一个功能可能称作主要功能（MPF-mainpositivefunction），它决定整个系统（子系统、组件、零件、元件、材料）的任务。其它有效功能属于补充或辅助功能。系统中有不良（消极）功能（NF-negativefunction），相应的还有主要消极功能（MNF-mainnegativefunction），这是系统发展途中的主要障碍。消极功能NF会降低系统完成有效功能的程度，或者出现其它不良效应，比如，对于环境系统来说。技术系统发展中的一个主要指标是系统尺寸大小的变化情况。这种发展可能朝向两个方向：增加的方向和减少的方向。例如，对于许多交通和加工机械，最典型的就是增加尺寸（步进式挖掘机、油船-干货船或石油运输工具、民航飞机或货运飞机等）。检测测量仪器、通信工具、电脑等则相反，它们具有最小化的趋势。这种现象在TRIZ理论中也指出并分析过，并引导出一个极具建设性的概念“理想机器”。“理想机器”（IM-idealmachine）这个概念在TRIZ理论中是一个有效比喻，如同“理想功能模式”和“最终理想结果”概念一样，似乎它将后者具体化。然而，这个比喻拥有非常基础性的依据，该依据首次在TRIZ理论中明确形成并得到建设性的应用。用最敏锐及比喻的方式，对定义表述如下：理想机器是这样一种解决方式：当达到理想结果时，机器本身并不存在。或者：理想机器是这样一种解决方式：当主要有效功能达到时，花费为零。这里指的是：机器应当为零重量，零尺寸、零价值、能量的零需求、零排废等等。当然，TRIZ理论中的最终理想结果并不是什么随意的魔幻结果，它是一种完全明确而坚决的要求，即在不用毫无根据地使用附加资源、贵重资源或很难得到的资源的前提下得到需要的有效功能模式。这里应当指出，效率概念本身就不庸俗。而且效率是一个复杂的概念进化系统。但是，尽管效率评价方法不同，技术系统的“理想化”增长是朝着下列战略方向发展的：1.系统完成的功能数量增加。2.完成功能的质量提高，通党表现为主要“参数”的增长，例如：速度、功率、生产率等。3.降低生产和使用系统、使用期结束时（即在技术系统生命周期内）消除系统方面所有形式的开销。4.减少对环境系统和环境的消极作用。现在我们来研究一下技术系统中和TRIZ理论中采用的效率评价公式：E=积极效应总和/消极效应总和对系统生命周期内系统目的、用途的任何评价都属于积极效应（因素）。取得积极效应所用开支，以及环境或其它系统受到损害都属于消极效应（因素）。效应E-评价结果的能用办法。如果达到目的的开支很大，那么这种解决办法是低效方法。目的达到且开支可以接受的解决方法，属于有效或至少是过得去的方法。如果在达到目的的同时，又得到了额外的、之前未预料到的好处，这种解决方法被认为是高效方法。额外的好处在TRIZ理论中被称作“超效”正是这种解决方法被称之为发明方法。也正是这样的解决方法首先引起了我们的兴趣。3.2提高理想度污水管道系统要求管材具有较高的可靠性，由于管材要承受静荷载、动荷载，所以要求管材要具有较高的环刚度；由于污水具有一定的酸碱度并拌有沙土等，所以要求管材既要耐腐蚀，又要耐磨损。从刚度角度讲，使用钢管有优势，但要耐腐蚀，必须增加管壁厚度，刚度与耗材料矛盾突出；从耐腐蚀耐磨损角度讲，使用塑料管有优势，但当口径超大到一定值时，刚度与耗材矛盾突出。污水管材的理想度=可靠性（刚度+耐腐蚀）/材料消耗+磨损+有害介质从提高理想度法则出发，在提高管材可靠性的同时，应降低材料消耗，减轻介质对管内壁的流动磨损和减少有害介质的浓度。从塑料材料力学理论考虑，要提高其弹性模量受限，只能另辟新径采用增强设计，但增强设计只是一个实现理想化的命题，究竟应采取怎样的设计方案并使之最接近理想解呢？3.3建立理想模型理想化是科学研究中创造性思维的基本方法之一。理想化方法最为关键的部分是思想实验，或称理想实验。理想化方法的另一个关键部分是如何设立理想模型。理想模型建立的根本指导思想是最优化原则，即在经验的基础上设计最优的模型结构，同时也要充分考虑到现实存在的各种变量的容忍程度，把理想化与现实性结合起来。理想中的优化模型往往具有超前性，这是创新的标志。但是超前性只有在现实条件所容许的情况下，其模型的构造才具有可行性。建立理想模型：一种管材，既具有钢管的高刚度性能，又具有塑料管的耐腐蚀、耐磨损性能。4.解决技术矛盾4.1以塑料管为例塑料管要提高环刚度，就要增加耗材，技术矛盾是既要提高管材强度，单位重量还要下降。以强度为改善的参数，以运动物体的重量为恶化的参数，交叉之处有4个创新原则--即1号、8号、15号、40号可供选择。4.1.1创新原则分析与选用1号分割原则：⑴将物体分成独立的部分。⑵使物体成为可拆卸的。⑶增加物体的分割程度。8号反重量原则：⑴将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消基重量。⑵将物体与介质（最好是气动力和液动力）相互作用以抵消其重量。15号动态原则：⑴物体（或外部介质）的特性的变化应当在每一工作阶段都是最佳的。⑵将物体分成彼此相对移动的几个部分。⑶使不动的物体成为动的。40号复合材料原则：用复合材料替代单一材料。4.1.2分析后，选择40号创新原则—复合材料法。4.2以镀锌钢管为例镀锌螺旋钢管本身强度好，但不耐腐蚀，不耐磨损，可靠性下降，至使使用寿命降低，因此要改善耐腐蚀、耐磨损性能，即提高可靠性，就要增加镀锌层和钢板厚度，使运动物体重量向恶化方向发展。技术矛盾为可靠性与运动物体重量，查技术矛盾基本特性参数表，可得出3号、8号、10号、40号创新原则供选择。4.2.1创新原则分析与选用3号局部性质原则:⑴从物体或外部介质（外部作用）的一致结构过渡到不一致结构。⑵使物体的不同部分具有不同的功能。⑶物体的每部分均应具备最适于它工作的条件。8号反重量原则：⑴将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消基重量。⑵将物体与介质（最好是气动力和液动力）相互作用以抵消其重量。10号预先作用原则：⑴预先完成要求的作用（整个的或部分的）。⑵预先将物体安放妥当，使它们能在现场和最方便地点立即完成所起的作用。40号复合材料原则：用复合材料替代单一材料。4.2.2分析后，选择40号创新原则—复合材料法。5.专业技术原理分析5.1塑钢复合理论依据高密度聚乙烯（HDPE）性状:密度为0.941～0.970g/cm3，熔点131℃，有较好的耐磨性、耐寒性、透气性、不透水性、耐化学药品性、电气绝缘性、耐应力开裂性、硬度和机械强度，较高的结晶度，软化点和使用强度，在室温下几乎不溶于任何有机溶剂。在空气中加热或在日光照射易老化作用。HDPE具有很好的抗冲击性、耐腐蚀性在埋地应用上倍受欢迎，然而由于它较低的弹性模量值，使其在用于大口径管道时，遇到一个不可克服的瓶颈--管环刚度无法提升到符合要求。按照ISO的定义，环刚度由下式表述：SN=EI/D3当直径D增加1倍，环刚度SN要降低8倍。因而做2000㎜口径的管与做500㎜口径的管技术上的难度不可同日而语。因为直径D增加了4倍使得环刚度减少64倍。若要保持环刚度SN不变，必须通过增加截面惯性矩I或材料弹性模量E至相当倍数，以抵消直径增加的影响。而单靠增加I值是不现实的，因为几十倍I值的增加，意味着材料成本成数十倍的增加，同时当I值增加到一定程度时工艺技术必遭遇难以实现的问题。故必需同时在提升E值方面做文章，才能实现SN值的保持。钢材的高弹性模量刚好使它能够担此重任。以下是钢与HDPE的弹性模量比较。钢与HDPE的弹性模量比较表材料短期弹性模量Eb长期弹性模量EblHDPE（PE63）758MPa110Mpa钢20700MPa20700MPa可见长期条件下，钢的弹性模量是HDPE的近200倍。钢的这一卓越性能是钢塑复合的理论基础。5.2关键技术实现依据以金属材料与高分子材料复合理论为指导，采用二层