TRIZ理論在解決溫室前屋面保溫問題中應用的探索

吳海峰

摘要

針對傳統溫室保溫方法中存在的問題與缺陷，應用TRIZ理論與方法，結合自己在溫室工程方面積累的知識與經驗，進行了系統分析，大膽地提出了兩種解決方案：①采用TRIZ理論中發明原理NO.31多孔材料得到的解決方案；②由發明原理NO.39惰性環境得到的解決方案。經驗檢，將泡沫塑料、海綿和珍珠綿等具有空、輕質、易卷曲的物體加入覆蓋材料中間并取代一部分原有的材料，從而達到既能提高保溫性又可以達到不會增加覆蓋材料重量的目的，是切實可行的。

關鍵詞溫室保溫；TRIZ理論；物理矛盾；科學效應

中圖分類號S214.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）24-309-02

一直以來，人們衡量一座溫室性能優劣的主要參數就是溫度，在不通風情況下，溫室前屋面是溫室散熱速度最快的部分，當前我國乃至世界普遍存在溫室建造后出現前屋面保溫性較差的情況。為了彌補這種缺陷，使溫室溫度能夠滿足作物生長需求，國內外科技人員致力于研究各種促使溫室溫度保持一定范圍的方法。目前常用的方法有：在前屋面覆蓋保溫被（圖1）、密集型草簾（圖2），還有在溫室中建造加熱系統（圖3），使用雙層或多層結構的采光面等。

不管是那種方式方法都是出于對保溫系統的簡單改進，而且原有的保溫方式普遍存在保溫系統運行時費時（保溫覆蓋材料不論是人工卷放還是動力系統卷放均需花費時間）、費力（人工卷放覆蓋材料）、費電（動力系統卷放及加熱系統運行）的現象，尤其是現有的動力卷放系統與加熱系統存在著系統比較復雜、安全性較低（動力卷放系統機械故障引發的安全事故）的情況，現有的各種系統日常運行維修也有不小的花費。

1TRIZ理論

TRIZ理論是前蘇聯發明家阿奇舒勒及其團隊自1946年以來通過對250萬份出色專利進行分析研究而獲得的方法論。該理論成功地揭示了創造發明中存在的內在規律和原理，著力于澄清和強調系統中存在的矛盾，其目標是完全解決矛盾，獲得最終的理想解。它不是采取折衷或者妥協的做法，而是基于技術的發展演化規律研究整個設計與開發過程，使研究工作不再是隨機的行為。TRIZ常用工具有沖突矩陣、76標準解、ARIZ、物質-場分析、科學效應等40個創新原理，39個通用工程技術參數，物理學、化學、幾何學等工程學原理知識庫等。實踐證明，運用TRIZ理論，可大大加快人們創造發明的進程而且能得到高質量的創新產品。

應用TRIA 理論解決問題的一般過程是首先將工程中遇到的問題進行抽象轉化為TRIZ標準問題，然后利用TRIZ工具得到通用解，再針對工程問題應用相關專業基礎知識和工程實踐經驗，將通用解轉變為解決工程問題的最終解。由于TRIZ理論的先進性和創新性，用該理論解決問題的比直接用專業基礎知識解決問題的效率和質量高很多。

2解決溫室前屋面的保溫問題

任何事物間矛盾是普遍存在的，沖突是矛盾的極端表現，只有不斷地發現并解決沖突，社會才能發展和進步。產品設計也具有同樣的規律，未克服沖突的設計不是創新設計。阿奇舒勒通過研究，總結出39個系統矛盾對立的通用工程技術參數，并且提煉出了解決矛盾的40個標準方法，進而由39個矛盾對立的通用工程技術參數和40個標準解組成了矛盾矩陣。利用TRIZ矛盾矩陣表，首先將特定的問題準確地描述后，應用39個技術參數，使其變為一般性質的問題；繼而，從表中的40個解中找到解決問題的一般方法；最后，結合實際工程情況，形成特定的解決方法。

2.1應用TRIZ定義沖突

技術沖突是指在一個技術系統中2個參數之間的矛盾，為了改善技術系統中的某個參數，而導致了該技術系統中的另一個參數惡化，因而這2個參數之間產生了矛盾。以采用保溫被或草簾覆蓋保溫為例，在原材料不變的情況下，要想提高覆蓋材料的保溫性能，就得增加單位面積上的厚度，即增加了物體的重量，這是39個通用工程參數中的第1個“運動物體的重量”。這樣的結果導致了由于重量的增加，覆蓋材料產生的有害因素就惡化了，比如材料成本的增加使性價比降低；安裝使用方便可大大節約用戶的使用成本，整體安裝合理也能提高保溫效果，但是重量的增加會導致安裝使用困難，整體安裝并不一定能夠合理；重量增加后卷簾機的負載勢必增加，也會發生卷不起覆蓋材料的情況（人工卷放草簾變得更加費力）；重量增加后覆蓋材料對骨架的壓力隨之增大，這是39個通用工程參數中的第31個“物體產生的有害因素”。

根據分析得出的通用工程參數No.1和No.31可以在沖突矩陣中找出推薦的發明原理為No.22變有害為有益，No.35參數變化，No.31多孔材料和No.39惰性環境。

2.2應用TRIZ發明原理提出的解決方案

對沖突矩陣提供的4個發明原理進行綜合分析，提出了以下2種解決方案。

（1）由發明原理No.31多孔材料得到的解決方案。 TRIZ理論中發明原理No.31多孔材料是指①使物體變為多孔或加入多孔物體；②如果物體是多孔結構，在小孔中事先引入某種物質。在這里可以考慮采用加入多孔物體，由于人們主觀上希望覆蓋材料保溫、輕便、卷放自如，所以可以將泡沫塑料、海綿或者珍珠棉等有空、輕質、易卷曲的物體加入到覆蓋材料中間并取代一部分原有的材料，從而達到既能提高保溫性又不會增加覆蓋材料重量的目的。

（2）由發明原理No.39惰性環境得到的解決方案。TRIZ理論中發明原理No.39惰性環境是指①用惰性環境代替通常環境；②在真空中進行某過程。在真空中進行某過程在這里不適用，可以選擇用惰性環境代替常溫常壓環境。保溫被中填充惰性氣體在現實生產中不可能實現，由于塑料薄膜不透氣，因此可以考慮采用將塑料薄膜做成雙層的（類似氣墊床），溫室覆膜時在雙層中間填充惰性氣體可達到即透光又隔熱的作用。這樣做省去了保溫被及其配套設施的使用和管理費用大大節約了成本。

2.3應用物理矛盾解決方法解決問題

根據TRIZ理論，對溫室保溫被進行分析。一方面人們要求保溫被很厚實，從而增加保溫性，能夠解決溫室前屋面散熱的問題。隨之出現的不利因素，即由于保溫被變厚加重將會對塑料薄膜和骨架造成一定傷害；另外一面人們又希望保溫被很薄，減少整體重量，減少對塑料薄膜和骨架的壓力，又容易被卷起。這里就出現了一對物理矛盾。

通過查找TRIZ理論中物理矛盾的11種解決方法，發現第11種解決方法即通過物理作用及化學反應使物質從一種狀態過渡到另一種狀態的方法可以用來解決這個問題。即可以考慮采用微孔發泡技術，將保溫被中的保溫材料如毛氈、無紡布等進行發泡，使這些材料的結構發生變化，變成多孔結構。在保證保溫被厚度不變的情況下，中間保溫材料的質量變輕，而保溫性又得到了提高。

根據溫室工況要求溫室前屋面在天氣寒冷或外界溫度低的情況下保證溫室內熱量不要或較少地流失，并不一定需要使用保溫被。因此，可以考慮將溫室前屋面的塑料薄膜做成雙層可充氣的結構。在環境溫度低時，可以給其充入惰性氣體覆蓋在前屋面，即保溫又不影響透光，如環境溫度高了，可放掉充入的惰性氣體。這樣即方便使用，又節約了許多材料成本。

2.4應用科學效應解決問題

在TRIZ理論中，科學效應庫是解決問題的重要工具。效應是在特定條件下，在技術系統中實施自然規律的技術結果，是場（能量）與物質之間的互動結果。效應也能看作是一種功能，他使物質、場或兩種的組合，將輸入作用轉變為所需的輸出作用。通過選擇不同的效應、物質參數，可以控制效應的轉換效果?？傊?，科學效應是科學原理、現象、定理和定律的集中表現形式和實施的必然結果。科學效應和現象的應用，對解決技術創新問題具有超乎想象的、強有力的幫助和支持。

一級相變即在發生相變時，有體積的變化同時也有熱量的吸收或釋放。相變材料具有在一定溫度范圍內改變其物理狀態的能力。以固-液相變為例，在加熱到熔化溫度時，就產生從固態到液態的相變，熔化的過程中，相變材料吸收并儲存大量的潛熱；當相變材料冷卻時，儲存的熱量在一定的溫度范圍內要散發到環境中去，進行從液態到固態的逆相變。

根據這個科學效應，可以利用現有的新技術材料復合相變材料，在保溫被靠近前屋面的面層材料和保溫材料中添加一定量的復合相變材料，白天溫度高時復合相變材料吸收并儲存大量的潛熱，夜晚溫度低時保溫被覆蓋在前屋面，儲存的熱量在一定的溫度范圍內散發到溫室內部。這樣做不但起到了保溫被的保溫效果，也給溫室增加了一定的熱量。

2.5確定的最終解

根據TRIZ理論的相關知識，提出了解決溫室前屋面保溫問題的方案，這些方案從理論角度都是可行的，但是并沒有經過實踐檢驗。由發明原理No.31多孔材料得到的解決方案即將泡沫塑料、海綿或者珍珠綿等有空、輕質、易卷曲的物體加入到覆蓋材料中間并取代一部分原有的材料，從而達到既能提高保溫性又不會增加覆蓋材料重量的目的，經實踐檢驗是切實可行的。由此，確定了解決溫室前屋面保溫問題的理想解是在保溫被中填充多孔材料。

3結論

由上面解決問題的具體過程中可以強烈感受到TRIZ理論在實際應用中的巨大潛力。TRIZ理論具有鮮明的特點和優勢，他著力于澄清和強調系統中存在的矛盾，而不是逃避矛盾，其目標是完全解決矛盾，它能夠幫助研究者系統地分析問題情境，快速發現問題本質或者矛盾，能夠準確地確定問題探索的方向，突破思維障礙，打破思維定勢，以新的視覺分析問題，進行系統思維與創新。

參考文獻

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