基于TRIZ解決木質微穿孔吸聲板孔隙率和強度的沖突1)

陳廣勝 郭禾苗 于海鵬 程如東

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

木質微穿孔吸聲板具有吸聲性能好、造型美觀、色澤華貴、立體感強、材質輕、加工容易、組裝簡便等特點，因而它一出現就受到廣大消費者的歡迎。但是現在市場上的木質微穿孔吸聲板的產品種類比較單一，也存在一些有待于改進和發展的地方，不能滿足顧客多樣性的需求，為繼續保持該產品的生命力和市場競爭力就要對現有的技術和產品進行改造升級，但其相關理論基礎和技術積累相對薄弱，國內外對此的研究較少。

TRIZ理論提供了系統化解決沖突的方法和算法，其基本原理是技術系統在消除內部沖突的進化過程中遵循客觀的規律。它有一個各種創新的統計數據，有非常具體的操作指南，并給出了確定的結果，以及豐富的實例，這就為創新帶來了極大的便利。文中基于TRIZ沖突解決原理抽象出提高木質微穿孔吸聲板穿孔率與板強度的物理沖突和技術沖突，并用技術沖突矩陣和分離原理分析孔隙率提高與強度降低的沖突，再通過查找專利數據庫得出提高木質微穿孔吸聲板孔隙率、但不降低其板強度的解決方案。

1 TRIZ相關理論基礎

TRIZ是“創造性解決問題的方法”的俄文簡稱，英文簡稱“TIPS”(Theory of Inventive Problem Solving)。該理論是前蘇聯發明家阿奇舒勒基于人們在解決發明問題過程中，遵循科學原理和技術進化法則這一種客觀存在的思想，與前蘇聯的科學家們一起，經過50多年對數以百萬計的專利文獻和自然科學知識的研究、整理和歸納，最終建立的一套系統化的、實用的、解決發明問題的理論和方法體系［1］。它是基于知識、面向人類系統化解決發明問題的方法學，其主要內容包括：產品進化理論、40條發明原理、39項工程參數、物理沖突矩陣、物質—場分析、76個發明問題標準解決方法、發明問題解決算法，以及科學技術成果數據庫等。

TRIZ作為一種創新性解決問題的方法，其主要流程如圖1所示。應用TRIZ的第1步是明確問題，對給定的問題進行分析，把實際問題轉化為TRIZ問題，并應用沖突矩陣和發明原理去解決，或者應用物質—場分析法尋找標準解;第2步是通過標準解轉化為實際解決方案;第3步是方案的實施［2］。

圖1 TRIZ解決問題的一般流程

TRIZ中的沖突包括物理沖突和技術沖突，物理沖突主要采取分離原理。技術沖突是指一個作用同時導致有用及有害2種結果，常表現為一個系統中2個子系統之間的沖突［3］。

對于技術沖突，TRIZ給出了描述技術沖突的39個工程參數，每一對技術沖突都可用39個工程參數中的2個來描述，而對于每一對技術沖突TRIZ都給出了幾條創新解，這些創新解被歸納為40條發明原理。由39個工程參數和40條發明原理構成了TRIZ理論的技術沖突解決矩陣。該矩陣為39×39矩陣，矩陣的第1列為使系統進步的工程參數，第1行為使系統惡化的工程參數，行與列交叉處的數字是推薦采用的40條發明原理的序號［4-9］。

對于物理沖突，TRIZ理論提出4種分離原理來解決，即空間分離、時間分離、條件分離，以及整體與部分分離。TRIZ理論提出了解決物理沖突的分離原理和解決技術沖突的發明原理之間存在關系，對于每一條分離原理，可以有多條發明原理與之對應。

2 TRIZ在提高木質微穿孔吸聲板孔隙率改進方案中的應用

2.1 問題描述

木質微穿孔吸聲板是模擬亥姆霍茲共振器的一類吸聲板，聲音通過狹縫傳入到木質微穿孔吸聲板的基材中，在狹縫中震動，其中打孔措施對提高木質材料中、低頻的吸聲率有很大影響，在相同孔徑、孔深時，吸聲系數會隨孔隙率的增大而提高，并且孔隙率的影響要大于孔徑和孔深。但是孔隙率增加后，木質微穿孔吸聲板的強度就會降低［10］。

2.2 理想解

較大的孔隙率，較高的強度，實現木質微穿孔吸聲板最優的吸聲性能。

2.3 建立沖突矩陣和探尋發明原理

應用TRIZ理論解決上述沖突，首先要確定木質微穿孔吸聲板沖突的雙方，一個是吸聲性能的提高要增加孔隙率;另一個是孔隙率增加后木質微穿孔吸聲板的強度會降低。欲改善參數是：木質微穿孔吸聲板孔隙率的增加，即第26個通用工程參數“物質的量”;防惡化參數是：木質微穿孔吸聲板強度降低，即第14個通用工程參數“強度”。明確了二者在沖突矩陣中的對應關系，通過查沖突矩陣表可找到發明創新的原理 14、35、34、10(表1)。

表1 解決孔隙率提高與強度降低沖突的4條發明原理

另外，考慮物理沖突，即孔隙率既要大又要小，通過查找分離原理和發明原理的關系，找到整體與部分分離原理，即將沖突雙方在不同的層次分離，以解決問題或降低解決問題的難度。

2.4 查找專利庫和應用發明原理

根據木質吸聲板的技術沖突查找矛盾矩陣表得到4條發明創新原理，以及物理沖突中的整體與部分分離原理。通過查找中華人民共和國國家知識產權局的專利數據庫，發現了一些專利符合發明創新原理，并可能對解決這個沖突有借鑒意義。

國家實用新型專利200720127248.6X“微穿孔蜂窩夾層吸聲裝飾板”，介紹了一種微穿孔的蜂窩夾層板(圖2)，該板包括面板、芯層、背板，芯層呈蜂窩狀結構，密度低，質量輕，耐潮濕;剛性好，表面平整，機械性能高，便于裝配化施工;具有裝飾、吸聲雙重功能［11］。

圖2 木質微穿孔吸聲板

受專利200720127248.6X的啟示，結合創新原理35，可以采用蜂窩狀夾層代替原產品的芯層，使板的機械強度提高，從而可在提高木質微穿孔吸聲板孔隙率的同時確保其強度不降低;同時穿孔后該板從結構上更加符合亥姆霍茲共振器的形式，對于其特征頻帶的吸聲效果更佳(圖3)。

圖3 微穿孔蜂窩狀夾層吸聲裝飾板

國家實用新型專利200320119033.5X“加強式蜂窩狀夾層復合板”，介紹了1種帶有加強根的蜂窩夾層復合板，它包括面板、底板和夾層，所述夾層是蜂窩狀夾層，其中可設置加強根，該加強根可以是一維或二維空間直線或曲線分布延伸。該板美觀大方、堅固耐用，兼裝飾和吸聲雙重功能［12］。

受專利200320119033.5X的啟示，結合創新原理10，可以在中間的蜂窩狀夾層3中事先加入加強根4，使復合板的強度有所提高，從而可在提高木質微穿孔吸聲板孔隙率的同時確保其強度不降低(圖4)。

國家發明專利200710027607.X“可調節吸聲功能的板結構”，公開了1種具有可調節吸聲功能的板結構。該發明在兩平行布置的裝飾板材間形成一槽型間隙，槽型間隙里依間隙的長度和寬度架設一帶通孔的并可相對于固定板的上面設置不少于1塊帶通孔的并可相對于固定板縱向或橫向滑動的活動板。通過在兩平行布置的裝飾板材間的槽型間隙設有可相對縱向或橫向移動的帶孔板來實現吸聲功能的靈活調節。本發明兼提高孔隙率和可調節吸聲功能雙重優點，綜合性能優良，并且具有明顯的復合改良效應［13］。

圖4 加強式蜂窩狀夾層復合板

受專利200710027607.X的啟示，結合創新原理14以及整體與部分分離的原理，可通過移動孔隙率較高的帶孔板靈活調節吸聲功能，使木質微穿孔吸聲板的吸聲性能得到提高，這樣就可以使該沖突得到一定程度的解決(圖5)。

圖5 可調節吸聲功能的板結構

2.5 沖突解決可選方案分析

通過上述分析，可以得到解決提高孔隙率和防止板強度降低這一對矛盾的可選解決方案(表2)。

表2 解決提高孔隙率與板強度降低沖突的可選方案

3 結語

基于TRIZ沖突解決原理抽象出提高木質微穿孔吸聲板孔隙率的物理沖突和技術沖突，并用技術沖突矩陣和分離原理解決孔隙率提高與板強度降低的沖突，再通過查找專利數據庫得出提高木質微穿孔吸聲板孔隙率的3種可參考的解決方案，即采用微穿孔蜂窩狀夾層吸聲裝飾板、加強式蜂窩狀夾層復合板和可調節吸聲功能的板結構。

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