基于TRIZ理论的燃气灶具创新设计*

周 亮，李志强

（广东万和新电气股份有限公司，广东佛山 528305）

0 引言

TRIZ意为解决发明创造问题的理论，英文为Theory of Inventive Problem Solving，缩写为 TIPS，TRIZ为俄文首字母的缩写[1]。它是以前苏联G.S.Altshuller为首的专家经过五十多年对千百万计的专利文献加以搜集、研究、整理、归纳、提炼和重组而创建的一整套科学、高效的理论和方法[2]。经过多年的发展，TRIZ理论已经被广泛应用于航空，机床，汽车，电子，医药，电器等各行各业中，并成为解决发明问题和技术问题的强有力的方法。

燃气灶具是日常生活必需的厨房加热烹饪器具，在日常对燃气灶具的清洁过程中，因为火盖放置不到位从而导致火盖与分气座的配合处出现漏火，继而使得火盖和分气座变形导致烧坏，存在非常严重的安全引患。运用TRIZ理论进行创新设计，为解决燃气灶具漏火问题提供了思路和方法，更好地解决了问题。

1 基于TRIZ理论的燃气灶具燃烧器创新设计

1.1 TRIZ求解问题的模式

TRIZ理论是一个完整的体系，包括技术系统进化理论，冲突解决原理，物质-场分析法，ARIZ解决发明问题的算法，效应，48个通用工程参数，40个创新发明原理等内容[3-4]。它不是针对某个具体研究领域，而是建立了解决发明创造问题的通用模型和方法，可以广泛应用于各个领域，具有非常大的普适性。TRIZ求解问题的模式如图1所示。首先，将待解决的实际问题进行抽象，转化为TRIZ的标准问题，应用TRIZ工具得到TRIZ的标准解，然后针对具体问题，应用专业知识将TRIZ的标准解转化为实际问题的最终解[5]。

图1 TRIZ求解问题的模式图

1.2 漏火问题的分析

现在国内家用燃气灶具生产企业的燃烧器主要为大气式燃烧器，结构如图2。燃烧器火盖与分气座采用一个平面密封与一个轴向密封相结合的装配结构，在正常使用时，燃气从火盖上方的火槽喷出燃烧形成火焰，而火盖与分气座配合的其余部分为密封状态，没有火焰，其密封结构如图3所示。火盖材料为铅黄铜HPb59-1，分气座材料为铝合金ADC12。

图2 改进前的燃烧器

图3 改进前的燃烧器密封结构图

在实际使用过程中，很多消费者清洁燃气灶具后，火盖不容易放置到原来的密封状态，从而导致燃气灶具工作时，其配合处溢出的燃气被点燃，出现了漏火，火焰长期加热使得火盖变形，分气座被烧坏导致燃气灶具不能正常使用，甚至出现安全事故。因此漏火问题主要在于火盖进行清洁维护时拆卸后的结构稳定性。

1.3 应用TRIZ工具求标准解

在TRIZ理论中，技术矛盾是指系统中一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个系统或系统变坏。技术矛盾用48个通用工程参数中的两个工程参数来表示，分为改善的参数和恶化的参数。

根据上述对漏火问题的分析可知，希望改善的参数为21结构的稳定性，恶化的参数为34可操作性。矛盾矩阵表如表1所示，表中的行表示恶化的参数，列表示改善的参数。行列交汇处单元格中数字为推荐的解决此问题的发明原理序号（共40个发明原理）[6-7]。

表1 矛盾矩阵表

查矛盾矩阵表可得，最适应于该问题的发明原理序号为24，03，35，04，19，13，25。经分析筛选，发明原理03（局部特性原理），35（状态和参数变化原理）和04（不对称原理）这三个标准解可以用来解决漏火问题[8]。

1.4 创新方案设计

根据得出的三个标准解，逐一分析并设计漏火问题的解决方案。

（1）03局部特性原理：改变一个物体或系统的结构从均质变成异质。在此燃烧系统中，火盖材料为铅黄铜HPb59-1，分气座材料为铝合金ADC12。在使用过程中，一旦出现火盖与分气座没有完全密封好，就会出现漏火，铝合金的ADC12的熔点较低，从而导致分气座被烧坏。因此将分气座的配合部分局部使用耐高温的材料，可以解决漏火后分气座变形的问题，同时避免全部使用耐高温材料而导致分气座的成本过高。

（2）35状态和参数变化原理：改变物体或系统的状态和参数。现燃烧器中，火盖与分气座密封采用一个平面密封与一个轴向密封相结合的装配结构来实现密封状态，轴向薄壁在加工过程中产生的跳动较大，加工精度难以保证，增大了漏火的机率。因此将原来的平面密封与轴向密封组合的密封状态改变为平面密封与平面组合的密封状态，可以降低零件的加工难度，提高加工精度，保证密封效果良好，从而杜绝了火盖与分气座密封处漏气。

（3）04不对称原理：利用不对称的形状，取代对称的形状。在燃气灶具使用过程中，火盖放不到密封位置，消费者不容易发现而继续使用是造成漏火变形的主要原因，因此将原来的火盖设计成在圆周上增加一突出的定位脚，与分气座相应的凹槽配合，如果火盖不放置到位，则燃气灶具无法点着火，不能正常使用。

2 最终实施方案和效果

根据发明原理35改变火盖与分气座的密封状态是能从根源上解决漏火问题；发明原理04通过在火盖与分气座上增加非对称的定位配合可以有效预防漏火问题的产生，但是增加了消费者操作的难度，也会给售后服务增加新的困难；而发明原理03通过改变分气座局部材料提高其耐温性能，在出现漏火的情况下，一定程度上可以延缓漏火造成的分气座变形和损坏，但是却没有从源头上解决问题，长时间的漏火仍旧会使得火盖和分气座变形损坏，甚至出现安全事故。

基于以上分析研究得出的创新方案，最终采取了原理35和原理04的方案相结合的方法。燃烧器最终具体实施方案如图4所示，图5为其密封结构图。改进后的火盖与分气座装配更加容易，密封效果更好。同时加工难度降低，加工精度容易保证。另外火盖上的定位脚必须与分气座凹槽配合到位后，燃气灶才能正常点着火。这样避免了消费者无法发现火盖没有与分气座配合好造成漏火而继续使用。

通过反复的测试和试验，该方法可从源头上解决漏火，从而杜绝了火盖与分气座变形及损坏的问题，避免了安全隐患。同时经市场验证和统计，公司家用燃气灶具漏火问题的售后维修率降低60%以上，效果非常显著，对广大燃气灶的生产企业具有实际指导作用。

图4 改进后的燃烧器

图5 改进后的燃烧器密封结构图

3 结束语

以上基于TRIZ理论中标准解的求解模式，从技术矛盾角度分析燃气灶具的漏火问题，运用TRIZ理论中的矛盾矩阵和发明原理求得标准解，对燃气灶具燃烧系统进行创新设计，通过改进燃气灶具燃烧器的火盖与分气座的装配与密封结构成功解决了燃气灶具的漏火问题。从该问题的研究可以看出，TRIZ理论是一套科学成熟的理论和方法体系，是产品创新设计的有效开发工具。利用TRIZ理论可以全面地解决产品开发过程中的实际问题。同时该课题的研究，证明了TRIZ理论在燃气具行业应用的可行性，为燃气具的创新设计提供了具有实际指导意义的借鉴方法[9]。

［1］王亮申.TRIZ创新理论与应用原理［M］.北京：科学出版社，2010.

［2］赵新军.技术创新理论（TRIZ）及应用［M］.北京：化学工业出版社，2008.

［3］檀润华.创新设计-TRIZ：发明问题解决理论［M］.北京：机械出版社，2006.

［4］张武城.技术创新方法概论［M］.北京：科学出版社，2009.

［5］张简一，郭艳玲.基于TRIZ理论的产品创新设计［J］.机械设计，2009，26（2）：35-37.

［6］牛占文，徐燕申.发明创造的科学方法论-TIRZ［J］.中国机械工程，1999（1）：85-88.

［7］冷崇杰，项辉宇.基于TRIZ理论的产品结构创新设计［J］.制造业自动化，2010（8）：28-29.

［8］王翔，芮延年.基于TRIZ理论的互动玩具机构创新设计［J］.轻工机械，2011（3）：86-87.

［9］石先杰，史冬岩.基于TRIZ理论的攀爬机器人创新设计［J］.应用科技，2011（3）：64.