基于廢酸液問題的TRIZ物—場模型分析

萬侖侖 陳笑康

摘要：現在提倡既要綠水青山，又要金山銀山，因此對于輸送廢酸液的管路來說，如果廢酸液不能得到完美處理的話，那么會嚴重污染我們的生態環境。采取頭腦風暴等方式來設計方案往往不能達到預期的效果，這個強大的TRIZ方法論能解決好多工廠上難以解決的問題，物-場模型分析也是TRIZ中一個非常實用的工具，它能針對廢酸液問題規劃出很多解決方案，當然最后我們也可以從中篩選出最理想的解決方案。

關鍵詞：廢酸液；TRIZ；物-場模型分析

1.TRIZ理論的發展軌跡

TRIZ理論是由根里奇·阿奇舒勒在1946年于蘇聯所創立，阿奇舒勒及其弟子一同對于數以萬計的專利文獻及自然科學知識進行梳理，歸納與總結，發現工業和科學中存在相似的技術演變模式，提取了大量發明中運用到的規律方法，建立起一系列以解決發明問題為主要目標的方法與理論體系。

TRIZ理論主要經歷了創立階段，傳播階段，應用階段。1986年以前是創立階段，1986年是經典TRIZ理論和現代TRIZ 理論的分水嶺，由于1991年蘇聯解體，TRIZ理論逐漸在全世界范圍內普及和推廣，所以1986 年以后的為現代TRIZ理論，2005年之前為傳播階段，在這之后，世界知名公司引入TRIZ理論并且在公司推廣，使得TRIZ理論的影響力不斷的擴大，逐漸進入到了應用階段。

2.物質和場

物質-場模型是TRIZ方法論的一個強大的工具，其中物質是指具有凈質量的對象，可以是整個系統，也可以是系統內的子系統，甚至可以是環境，取決于實際情況。物質之間依靠場來連接。場是指完成某種功能所需的場。它是指完成某種功能所需的手法或手段，通常是一些能量形式，如：磁場、重力場、電能、熱能、化學能、機械能、聲能、光能等等。如圖1所示，S指的是物質，包括材料、工具、零件、人、環境等。其中S1是工具（作用發出者），S2是作用對象（作用承受者）F是場（物質間的相互作用）。

3.物質-場模型與76個標準解

物質-場模型包括這幾個系統，有效完整系統；不完整系統（需要補充物-場模型中缺少的某個要素）；作用不足完整系統（需要改進以得到期望效果）；有害完整系統（需要清除有害作用）。在物質-場模型的應用當中，由于分析的問題的難度和廣度，阿奇舒勒等人在1975年至1985年為物質-場模型的使用提供了76個標準解，它被分為五大類：1.物-場的構建和拆解（包含13條標準解）；2.改進系統物-場（包含23條標準解）；3.系統轉換（包含6條標準解）；4.檢測與測量（包含17條標準解）；5.簡化與改進的策略（包含17條標準解）。

以下是運用物-場模型和標準解解決問題的步驟：1.確定所考慮情形中的所有的物質和場。2.描繪此情形下的物質-場模型，確定物質之間的相互作用，以及表達出對這些相互作用的意見，是否這些作用是成功的。3.根據物-場模型類別找到相應的標準解類別。4.確定可以解決工程問題的標準解。5.利用第4步中標準解的推薦方案，建立解決方案的物-場模型。6.根據第5步中物-場模型的提示產生具體的解決方案。7.對各個解決方案進行評估，確定最佳適用于本問題的解決方案。

4.廢酸液問題的解決

對于輸送廢酸液管路問題，第一步確定情形中的物質和場。物質：廢酸液，輸送管路。場：空氣場（廢酸液流動的能量），化學場，重力場。第二步是建立物質-場模型。如圖2是有用功能，如圖3是有害功能。第三步是找到相應的標準解類別。根據系統的物-場模型存在的問題選擇標準解類別。在本例中，模型存在有害作用，即廢酸液腐蝕，溶解輸送管道。對于有害的物-場模型，可以從第一類“建立或拆解物-場模型”中第二子類，“拆解物-場模型”中尋找合適的標準解。第四步是確定標準解。在第一類標準解第二子類中，有的標準解提示需要加入新的物質或者犧牲品，或者加入場。在本例中，引入新的場比較困難一點，因此選擇引入第三種物質（S3）。第五步是建立解決方案的物場模型（如圖4）。第六步是提出具體的解決方案。有害作用是由廢酸液與金屬管道內表面發生化學反應引起的，因此化學場是產生有害作用的根源。引入的新物質S3應能消除廢酸液與金屬管道的化學場，消除此化學場比較簡易的方法是S3事先與廢酸液發生化學反應以消耗廢酸液的反應能力。容易想到的S3可以是：金屬，水，堿等。第七步是確定最佳解決方案。其中金屬：可先于管道內表面與酸進行反應進而保護管道，如在管道內表面涂金屬保護層，效果可行，但成本很高，不采納。水：大量的水或污水可稀釋廢酸液，但給后續的處理增加困難，不采納。堿性物質：堿性添加物，廢堿液等，其中廢堿液是具有負價值的，因此應用廢堿液采取以毒攻毒的方式是最合適的。

5.小結

物質-模型與76個標準解是阿奇舒勒及其弟子們提出的經典TRIZ理論的重要組成部分，是一個很強大的解決問題的工具，不僅完美解決了輸送廢酸液管路問題，也為大量的工廠里面的難題提供了理想的解決方案。

參考文獻：

[1]高洋.基于TRIZ的產品綠色創新設計方法研究[D].合肥工業大學，2012.

[2]孫永偉，伊克萬科.TRIZ：打開創新之門的金鑰匙.I[M].北京：科學出版社，2015.

作者簡介：萬侖侖（1995-），男，漢族，河南潢川人，碩士研究生，鄭州大學，研究方向：機械設計及理論.