TRIZ理論在企業中的應用研究

張頎 陳富軍 馬駿

【摘 要】本文從創新概念出發，通過分析TRIZ理論體系，TRIZ理論應用一般流程，通過減少廢材系統磨損的案例，來說明在企業生產中TRIZ理論體系如何應用，達到提高生產力，降低成本的目的。

【關鍵詞】TRIZ;廢材;磨損

阿奇舒勒和他的團隊通過把全球發明專利和解決問題的過程進行分析，以及對自然科學知識的分析、總結、歸納形成了TRIZ的基本理論。其核心內容就是技術進化原理。根據這一原理，技術系統一直處于進化之中，解決矛盾是其進化的推動力。

1、TRIZ理論

1.1 TRIZ理論體系

TRIZ理論的主要內容包括：技術系統八大進化法則、40個發明原理、39個工程參數、四大分離原理、物質一場模型分析和76個標準解、科學效應和現象知識庫。

1.2基于問題導向的TRIZ理論應用一般流程

TRIZ解決問題的一般過程被劃分為四個步驟：

（1）分析。分析是TRIZ的工具之一，是解決問題的一個重要階段。功能分析的目的是從完成功能的角度而不是從技術的角度分析系統、子系統、部件。確認哪些使系統不能處于理想化的元件是使創新成功的關鍵。設計過程中從一起點向理想解過渡的過程稱為理想化過程。可用資源分析是要確定可用物品、能源、信息、功能等。這些可用資源與系統中的某些元件組合將改善系統的性能。沖突區域的確定是要理解出現沖突的原因。區域既可指時間，又可指空間。假如在分析階段問題的解已經找到，可以移到實現階段。假如問題的解還沒有找到，而該問題的解需要最大限度的創新，則基于知識的三種工具：原理、預測、效應等都可采用。

（2）原理。原理是獲得矛盾解的方法。有技術與物理兩種矛盾解決原理。TRIZ引導設計者挑選能解決特定矛盾的原理，其前提是要按標準參數確定矛盾。有40條原理。

（3）預測。預測又稱為技術預報。TRIZ確定了8種技術系統進化的模式。當模式確定后，系統、子系統及部件的設計應向高一級的方向發展。

（4）效應。效應指應用本領域，特別是其他領域的有關定律解決設計中的問題。如采用數學、化學、生物等領域中的原理，解決設計中的創新問題。

評價該階段將所求出的解與理想解進行比較，確信所作的改進不僅僅滿足了技術需求而且推進了技術創新。相對于傳統的創新方法，TRIZ理論具有鮮明的特點和優勢。它成功地揭示了創造發明的內在規律和原理，快速確認和解決系統中存在的矛盾，而且它是在技術的發展進化規律及整個產品發展過程的基礎上運行的。

1.3企業中推廣TRIZ理論的方式方法

在企業中運用TRIZ理論可以大大加快發明創造進程，提高產品創新速度。具體來說它可以幫助我們：對問題情境進行系統的分析，快速發現問題本質，準確定義創新性問題和矛盾;對創新性問題或者矛盾提供更合理的解決方案和更好的創意;打破思維定勢，激發創新思維，從更廣的視角看待問題;基于技術系統進化規律準確確定探索方向，預測未來發展趨勢，開發新產品;打破知識領域界限，實現技術突破。

2、廢材系統的問題分析

2.1玻璃廢材處理系統的缺陷與需求

當前面板行業，玻璃廢材的處理逐漸向半自動化、自動化方式轉變，部分廠區已開始采用廢材處理系統方案來實現廢材的處理，該方案是將人、機、系統聯動，綜合實現廢材的收集、攪碎、運輸的整套流程。在該方案中，機器產生的玻璃廢材會自動掉落至中轉盒內，中轉盒收集一定數量的廢材后，作業員通過中轉小車將中轉盒運送至廢材處理系統，系統中的翻轉臺自動完成翻轉下料使廢材掉落至架橋機構，架橋機構翻轉對廢材進行第一次破壞，再通過攪碎刀組進一步攪碎，攪碎后的廢材會通過傳送螺傳送至廠區外部。

其主要問題點：

（1）攪碎時有可能因負載過高造成攪碎刀組卡死，導致系統癱瘓影響產品出貨

（2）傳送機構易磨損，造成系統癱瘓、漏料，增加維修頻率及維修成本，影響生產節奏

市場大環境下，客制化產品向多元化發展，產量需求的增大使廢材數量同步上升，目前所使用的廢材處理系統不夠穩定，難以應對實際生產需要，新系統改良勢在必行;綠色、安全、環保一直是生產制造的主要基調，因此漏料及揚塵急待改善。

2.2項目描述

項目描述為玻璃廢材處理系統，該系統集成了下料、攪碎以及運輸功能，是一種通過系統控制自動處理廢材的設備。

2.2.1問題發生的條件

（1）中轉盒集中收集的模式，可能出現廢材單次裝載過多，導致搬運過程中發生掉落，并在攪碎時加重了攪碎刀組負載，造成系統癱瘓;

（2）傳送螺旋的軸承座及螺旋末端易發生機械磨損，軸桿逐步脫離軸心位置并掉落，掉落的軸桿接觸并磨穿保護蓋，造成漏料及系統癱瘓;

（3）傳送螺旋的葉片會與玻璃廢材間產生機械磨損，螺旋葉片因磨損變小逐漸失去傳送能力，使得廢料持續堆積，加重傳送螺旋負載，造成系統癱瘓。

（4）攪碎前，人員和機器掉落金屬硬質物的情況難以避免，因其硬度過大，攪碎刀組的負載瞬時升高并卡死，造成系統癱瘓;

2.2.2對新系統的要求

結合原系統缺陷及實際訴求，期望通過改良系統性能，得到一種易于維護且癱瘓頻率較低的系統，該系統具備較強的攪碎能力及傳送能力，且系統內組件均有較長的使用壽命。

3、TRIZ理論的應用

（1）對于項目描述中涉及的問題點，得出兩個初始解決方案：

通過減少中轉盒的裝載量，減少系統運作時的負載，得出方案1，存在缺陷：人員搬運次數增加，人力成本上升;

通過增加投料間隔時間，減少系統因集中投料的瞬時負載，得出方案2，存在缺陷：廢材處理時間增加，造成人力、產能損失。

（2）根據系統存在的意義，即系統是為了處理廢材而存在的，進而得到技術系統實現對工作對象的最終理想解IFR為：切割后沒有玻璃廢材產生或切割產生的玻璃廢材能瞬間傳送到廠區外部。

由于產品整體的利用率無法達到100%，切割后一定會產生玻璃廢材，故暫無解決方案，結合可實現的程度得到次要理想解：導入單板制程設備，不進行切割，得出方案3。

由于不可能實現瞬間傳送，必須經過通道運輸，就一定會產生設備磨損，結合可實現的程度得到次要理想解：導入非接觸式運輸設備，得出方案4。

（3）通過改善的參數：減少中轉盒裝載量，以及惡化的參數：廢材處理時間延長及人員工作負荷增大這對技術矛盾，得出8個發明原理，并結合實際情況采用3個發明原理設計方案。

動態性原理，通過電控系統控制翻轉臺的翻轉狀態，由原先一次性翻轉改良為多次小角度翻轉，減少廢材一次掉落的數量，降低攪碎刀組的負載，得出方案5。

多用性原理，增大架橋機構密度，使架橋機構即保留了預先破壞的功能，又實現了攔截廢材的作用，得出方案6。

柔性外殼或薄膜原理，設計一種易拉式的中轉小車，底板設計滾輪組方便中轉盒取用，外部包裹可翻轉蓋板，使玻璃廢材無法掉落，得出方案7。

（4）通過改善的參數：增加攪碎刀組刀口的鋒利程度，以及惡化的參數：攪碎刀口使用壽命降低這對技術矛盾，得出8個發明原理，并結合實際情況采用2個發明原理設計方案。

增加不對稱性原理，設計新的攪碎刀組， 該刀組背面為長方形平面，正面沿攪碎方向設計為弧形鋸齒凹面，通過減小廢材與刀組的瞬時接觸面積增加攪碎效果，得出方案8。

周期性作用原理，通過數控系統控制攪碎刀組的攪碎方式，使刀組實現正向轉動60度→反向轉動30度→正向轉動60度的工作循環，增大對廢材的攪碎力，得出方案9。

（5）定義一組物理矛盾的參數：傳送螺旋葉片的間距。為了提升傳送速度，葉片的間距要大，但為了確保傳送交接處不堵料，葉片的間距要小，即定義了傳送螺旋葉片的間距既要大又要小這一物理矛盾。運用條件分離，結合實際情況采用了2個創新原理：

空間維數變化原理，設計了一種雙葉片的傳送螺旋，單個葉片的螺旋間距變大，提升了傳送速度;而兩個葉片相互交錯使得相鄰葉片間距變小，實現分料傳輸，得出方案10。

多孔材料原理，傳送螺旋蓋板兩兩交互，通過增加交互位置的接口數量增加接口流量，降低因廢材過多造成的堵料風險，得出方案11。

（6）通過組件模型分析，描述了系統中各個組件以及他們之間的相互關系，得出各部位磨耗產生系統癱瘓的功能因素，并通過功能價值分析后進行系統組件裁剪，確定螺旋葉片刮板及硬質異物為優先裁剪對象：

取消葉片刮板，針對葉片刮板帶動玻璃廢材對水平螺旋蓋板產生磨損的現象，設計一種斜坡式傳送螺旋，廢材傳送至交接處后直接落入下游螺旋的接口，消除葉片刮板橫向撥動產生的磨耗，得出方案12。

消除硬質金屬異物落入，設計一種強磁性可旋轉的腔體，攪碎前將玻璃廢材倒入該腔體進行旋轉，通過腔體磁性剔除金屬異物，得出方案13。

金屬硬質異物自動檢測，翻轉臺上方設計多組金屬探測傳感器，并聯動聲光報警，得出方案14。

（7）系統分析：針對傳送螺旋與末端軸承及基座間的機械磨損，建立物場分析模型，通過添加中介物構造解決方案：

螺旋表面貼附耐磨橡膠層，使機械力作用于橡膠層上，消除螺旋磨損，得出方案15。

基座內壁增加淬火鋼耐磨環，使機械力作用于耐磨環上，消除基座磨損，得出方案16。

（8）通過因果分析，發現問題產生的薄弱點為：玻璃廢材與傳送設備存在相對運動，造成傳送機構的快速磨損，由此得到一對技術矛盾，改善的參數：螺旋自動傳送自動化程度高省時省力，惡化的參數：自動化運輸時傳送螺旋與廢材產生相對運動，加速螺旋磨損降低使用壽命，并由此得到2個發明原理，評估可行性后采用1個發明原理設計方案：

同質性原理，在螺旋葉片表面涂布固態膠，玻璃廢材粘附在固態膠上，固態膠涂布在螺旋葉片上，螺旋帶動葉片運動，使得玻璃廢材與玻璃廢材間發生機械磨損，從而降低螺旋磨損，得出方案17.

4、方案的總結

對所得的方案進行綜合評估，結合實際生產需要及可操作性，得出方案排序，進行知識產權布局并進行進一步的研發和改造。通過廢材系統的分析，并根據實際應用環境，不同的部位采用不同的設計，重新設計耐磨螺旋，降低傳送螺旋與末端軸承及基座間的機械磨損，優先解決傳送螺旋壽命短的問題，目前該項目已提出實用新型專利3項，方案轉化5項，每年解約維修費10萬余元，取得了良好的效益。

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