第九章 应用TRIZ解决创新问题的实例

二、问题描述

为了加工出各种形状的玻璃板，薄板玻璃在加工过程中必然会受到力的 作用，由于薄板玻璃无法承受该力的作用而发生破碎，从而增加了加工 过程的难度。
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第二节

薄板玻璃的加工
为了避免发生玻璃破碎的现象，工人们在加工过程中必须非常小心。因 此，在加工过程中，对薄板玻璃的加工操作就要进行严格的控制，保证 玻璃受力不超过极限，以达到加工成型玻璃板的目的。
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滚动直线导轨的集成化创新设计 计算机辅助创新设计简介
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第九章

应用TRIZ解决创新问题的实例
利用TRIZ理论解决发明问题时，可能使用到该理论的一个或多个工具， 图9-1所示为利用TRIZ理论解决问题的流程图，该图不仅描述了TRIZ理 论各工具之间的关系，也描述了产品创新设计问题的解决方法。在解决 发明问题时，首先是对给定的问题进行分析，包括系统的功能分析、理 想化目标分析以及可用资源分析等。若发现系统存在技术冲突，则利用 TRIZ理论提供的技术冲突矩阵加以解决;若所需解决的问题明确，但不 知道如何进行处理，则可通过功能分析应用效应知识库直接来解决;也可 对需要创新的技术系统进行进化过程的预测，并应用物场理论和76个标 准解法找到进化途径。当利用TRIZ理论的工具获得问题的解决方案后， 需对候选方案进行评估，包括理想化评估和系统特性评估，检验候选方 案是否满足系统目标要求，是否符合进化模式要求。
三、问题分析

பைடு நூலகம்
根据以上对问题的描述，发现加工过程的现状是:要生产出满足客户要求 的玻璃板，在制造过程中极容易出现玻璃破碎的情况;而要防止玻璃破碎， 需要增加玻璃厚度，可这又无法满足客户要求。分析得出薄板玻璃加工 过程中存在着一对技术冲突，即玻璃板的可制造性与制造流程的方便性 之间的冲突。
四、问题解决
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污水管材的创新设计



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中照 射易老化作用。 HDPE具有很好的抗冲击性、耐腐性，在埋地应用上备受欢迎，然而由 于它较低的弹性模量值，这使其在用于大口径管道时，遇到一个不可克 服的瓶颈——管的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增加一倍时，环刚度SN则相应地降低8倍。因而做2 000 mm口 径的管与做500 mm口径的管，在技术上的难度不可同日而语。

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第一节

污水管材的创新设计




在此问题中，管材的单位重量要提高，为恶化的参数。 2.根据得到的工程参数，确定解决间题需要的发明原理 根据得到的两个工程参数，改善参数14为强度，恶化参数1为运动物体 的重量，查阅阿奇舒勒技术冲突矩阵得到4个创新原理:1号、8号、15号、 40号。 (1) 1号分割原理的基本内容是:①将物体分成独立的部分;②使物体成为 可拆卸的; ③增加物体的分割程度。 (2) 8号质量补偿原理的基本内容是:①将物体与具有上升力的另一物体 结合以抵消其质量;②将物体与介质(最好是气动力和液动力)相互作用以 抵消其质量。

二、问题描述
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污水管材的创新设计
污水管道系统要求管材具有较高的可靠性，由于管材既要求承受静载荷 又要求承受动载荷，所以要求管材必须具有较高的环刚度。由于污水具 有一定的酸碱度并伴有沙土等，所以要求管材既要耐腐蚀，又要耐磨损。 分析塑料管及镀锌螺旋钢管的性能差别，主要是由于材质不同，而造成 两类管材性能上具有的优势不同。镀锌螺旋钢管的优点是环刚度较大， 耗材较少，不足是防腐性能一般，并且不耐磨损;塑料管的优点是耐腐蚀、 耐磨损，但是环刚度的提高受到限制，耗材较多。
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第二节
一、应用背景

薄板玻璃的加工
某企业需要生产大量的、各种形状的玻璃板。在玻璃板的加工过程中， 首先工人需要将玻璃板切成长方形，然后根据客户的要求，加工成一定 的形状。然而，在加工过程中，由于薄板玻璃受力时很容易断裂，容易 出现玻璃破碎现象，而且玻璃的厚度是客户订单上要求的，不能通过增 加玻璃厚度来达到防止玻璃破碎的目的。
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第二节

薄板玻璃的加工


2.根据得到的工程参数，确定解决间题需要的发明原理 查找阿奇舒勒技术冲突矩阵，从矩阵表查找第32列和第33行对应的方格， 得到方格中推荐的发明原理序号共4个，分别是2号、5号、13号、16号 与前面的发明原理序号对应，得到4条发明原理及其解释如下: (1) 2号分离原理:①将物体中“负面”的部分或特性抽取出来;②只从物 体中抽取出必要的部分或特性。 (2) 5号合并原理:①合并空间上的同类或相邻的物体或操作;②合并时间 上的同类或相邻的物体或操作。 (3) 13号反向作用原理:①颠倒过去解决问题的方法;②使物体的活动部分 改变为固定的，让固定的部分变为活动的;③翻转物体(或过程)。
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污水管材的创新设计
再与镀锌钢板采用熔融粘贴的工艺制成塑钢复合板材，再以塑钢复合板 材为原材料，在专用成管设备上制成复合螺旋波纹管材，如图9-2所示。
五、结论

将研究对象理想化是自然科学的基本方法之一。理想化是对客观世界中 存在物体的一种抽象，这种抽象客观世界既不存在，又不能通过实验验 证。理想化的物体是真实物体存在的一种极限状态，对于某些研究起着 重要的作用。在TRIZ中理想化是一种强有力的工具，在创新过程中起着 重要的作用。
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第九章

应用TRIZ解决创新问题的实例
在对候选方案进行评估后，若候选方案达到满意的要求，则进行后续的 设计工作;反之，需要利用TRIZ对问题进行反复循环的分析，直到找出 解决问题的最终可行方案。由此可见，利用TRIZ理论解决问题的关键是 应用之前的前处理和应用之后的后处理。 TRIZ作为解决发明问题的比较实用的创新理论，更应强调其在科研和生 产实践中的应用，强调由应用而给企业带来的实际效益。下面通过一些 实例，介绍TRIZ理论在科研和生产中的应用情况。
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第二节

薄板玻璃的加工
(4) 16号未达到或超过的作用原理:主要体现在现有的方法难以完成对象 的100% ,可用同样的方法完成“稍少”或“稍多”一点，使问题简化。 综合分析以上4条发明原理的解释，其中2号分离原理、13号反向作用原 理、16号未达到或超过的作用原理对问题彻底解决的贡献有限，而5号 合并原理对问题的彻底解决贡献最大，是最有价值的发明原理。 3. TRIZ解的类比应用得到间题的最终解 由5号合并原理的解释“合并空间上的同类或相邻的物体或操作”，想 到将多层薄板玻璃叠放在一起，从而形成一叠玻璃，而且事先在每层玻 璃面上洒一层水或涂一层油，以保证堆叠后的玻璃可以形成足够强的豁 附力。一叠玻璃的强度会远大于单层玻璃的强度，在加工中就可以承受 较大的力的作用，从而改善了薄板玻璃的可制造性。
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污水管材的创新设计


(3)15号动态化原理的基本内容是:①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;②将物体分成彼此相对移动的几个部分;③ 使不动的物体成为动的。 (4) 40号复合材料原理的基本内容是:用复合材料代替单一材料。 综合分析以上4条发明原理，其中1号分割原理、8号质量补偿原理、15 号动态化原理对该问题的彻底解决指导意义不大，而40号复合材料原理 是解决该问题最有价值的发明原理。 3. TRIZ解的类比应用得到间题的最终解 高密度聚乙烯(HDPE )的物理性能:密度为0. 941 ~ 0. 970 g/cm3，熔点 为131℃。
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四、问题解决
污水管材的创新设计
1.将一般领域间题描述转换成39项工程参数中的两项，即转换为TRIZ标 准间题 无论是塑料管还是镀锌螺旋钢管，若要提高其环刚度，就要增加耗材， 技术冲突是既要提高管材强度，同时管材的单位重量还要下降。根据对 技术冲突的描述，将该技术冲突转换为39项工程参数中的两项: (1)工程参数14号强度:强度指物体受到外力作用时，抵制使其发生变化 的能力;或者在外部影响下的抵抗破坏(分裂)和不发生形变的性质。在此 问题中，管材强度要提高，为改善的参数。 (2)工程参数1号运动物体的重量:运动物体的重量指重力场中的运动物体 作用在阻止其自由下落的支撑物上的力，重量也常常表示物体的质量。
三、问题分析

根据以上对问题的描述，从承受载荷、提高刚度的角度讲，镀锌螺旋钢 管本身强度好，使用镀锌螺旋钢管具有明显的优势，但其本身不耐腐蚀、 不耐磨损，可靠性下降，致使其使用寿命降低。
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第一节

污水管材的创新设计
因此，若要改善镀锌螺旋钢管的耐腐蚀、耐磨损性能，提高其可靠性， 就要增加镀锌层的钢板厚度，使运动物体重量增加，提高刚度与消耗钢 材之间形成一对明显冲突;从耐腐蚀、耐磨损角度讲，使用塑料管有一定 的优势，但当管道直径超过一定值时，塑料管承受载荷加大，其工作可 靠性降低，提高刚度与消耗管材之间也形成一对明显冲突。 在提高管材可靠性的同时，应降低材料消耗，减轻介质对管道内壁的流 动磨损和减少有害介质的浓度。从材料力学的角度考虑，当通过提高材 料弹性模量受限时，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，究竟应采用怎样的设计方案能够解决提高刚度与减 少材料之间的冲突，从而设计生产出一种新型管材，使其既具有钢管的 高刚度性能，又具有塑料管的耐腐蚀、耐酸碱性能呢?
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污水管材的创新设计
因为直径D增加了4倍使得环刚度减少了64倍。若要求保持环刚度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 径增加对环刚度产生的影响。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，工艺技术必然遇到难以实现的问题。故必须同时在提升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。表9-1是钢与HDPE的弹性模量的比较。 可见在长期条件下，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。 以TRIZ理论中40号复合材料原理用复合材料替代单一材料为指导，采用 二层共挤技术复合压延工艺，制成塑料(PVC , PE , PP )膜。
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污水管材的创新设计
塑钢复合螺旋波纹钢管与塑料管材相比，管材刚度大幅度提高;与镀锌螺 旋钢管相比抗腐蚀性、耐磨损性能提高。以镀锌板材作基体材料连续成 型为骨架内管，以塑料片层为防腐抗磨材料，使管材的抗压强度指标、 耐腐蚀性、耐磨损性能都得到保证。以TRIZ理论为基础研发的污水管材 既具备钢管的高刚度性又有塑料管的高防腐性，因此该产品填补了国内 同时具备高刚度性和高防腐性的钢管的空白。
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一、应用背景
污水管材的创新设计
随着国家对环境保护力度的加大，传统的水泥管正在逐步退出市场。20 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，应用较多的是塑料管，如PV C双壁波纹管、PE双壁 波纹管、高密度聚乙烯(HDPE)缠绕结构壁管等。近年来，采用欧洲瑞 士与美国技术制作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，由于受防腐性能的限制，还没有大量在污水管道工程 中使用。
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第二节

薄板玻璃的加工
1.将一般领域间题描述转换成39项工程参数中的两项，即转换为TRIZ标 准间题 “既要保证玻璃板能加工成型又要避免玻璃的破碎”，从待解决问题的 文字叙述中，试着找出问题是由哪些互相矛盾冲突的属性所引起，将文 字叙述转换成39项工程参数中的两项: 工程参数32号可制造性:可制造性指物体或系统制造过程中简单、方便 的程度。这是欲改善的特性，以此作为改善的参数。 工程参数33号操作流程的方便性:操作流程的方便性指在操作过程中， 如果需要的人数越少，操作步骤越少，以及所需的工具越少，同时又有 较高的产出，则代表方便性越高。这是被恶化的特性，以此作为被恶化 的参数。
第九章
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应用TRIZ解决创新问题的实例
第一节 污水管材的创新设计
第二节 薄板玻璃的加工 第三节 减少热处理过程中的烟雾污染 第四节 宝马汽车的外形设计 第五节 飞机机翼的进化
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第九章
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应用TRIZ解决创新问题的实例
第六节
第七节 第八节 第九节
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破冰船的创新设计