基于TRIZ创新理论课程中的工程案例分析

王珊 王志新 严军 朱波

摘要：利用TRIZ创新理论解决工程实际问题的方法，是克服思维惯性，系统化的解决问题的方法，适用于各种工程难题。以光伏清洁装置为例，套用TRIZ 理论提出的各种方法，类推所要解决问题的最终方案，对荒漠地区光伏电站的清洁维护奠定基础。

关键词：清洁装置 技术冲突 小人法 裁剪法

0 引言

“创新理论”是1912年由美国经济学家约瑟夫·熊彼得（J.A.Schumpeter）在《经济发展理论》中首次提出的[1]。目前，国内外传统创新方法有试错法、头脑风暴法、形态分析法、特性列举法等，但随着科技的进步，这些方法具有一定的局限性，而TRIZ创新思维克服各种思维惯性，以全新的视角去思考和解决问题[2]，更适合解决高水平、复杂的问题。

青海省的大型光伏发电站位于荒漠地带，光伏电池板上的灰尘作为影响光伏发电效率的一个重要因素，严重制约着光伏电站的发展。由于清洁手段相对落后，荒漠地区，大面积光伏电池板阵列的清洁，水源和人工费用均存在问题。综合各方面因素，光伏阵列定期清理的工作难度较大。

1 问题分析

灰尘颗粒粘附在电池板表面不能够自由移动，只要清除作用力大于灰尘颗粒粘附作用力时，微颗粒就会在电池板表面产生运动，并从清洗表面脱离，完成清洗作用[3]。目前，光伏电站较为普遍的方式是采用人工水管喷淋方式进行清洗，利用水射流使附着在电池板表面的灰尘在剪切力的作用下被除去，但用水过多会造成地基沉降，导

致电池阵列支架大量变形电池板破裂，严重影响电站安全。

在电池板清洁装置上加装水箱，水可以润湿刷子，改善清洁效果提高可操作性；但水箱水量多会使清洁设备移动速度变慢。采用5why分析法对其进行分析，找到问题的真正原因是光伏电池板阵列较长。

水箱为刷子供水，润湿后的刷子可以清洁表面灰尘。问题为水箱加装在清洁装置的支架上，使滑轮在轨道上运动减慢甚至难以移动。该问题模型图如下，问题发生的区域就是水箱与清洁装置之间的作用。

理想解决方案是移动清洁装置运动灵活，水箱水量充足，达到预期清洁效果。

2 问题求解

2.1 技术冲突

创新就是解决问题中的矛盾，包括物理矛盾与技术矛盾。对于技术矛盾的解决方案是将矛盾中具体的改善和恶化参数分别转化为通用工程参数，查冲突矩阵表找到对应表格中的发明原理[4]。

在电池板清洁装置问题中，水箱的水可以使刷子润湿积灰，改善清洁效果提高可操作性；但水箱水量多会使清洁设备移动速度变慢。从39个标准工程参数中确定改善的参数为速度，恶化的参数为运动物体的质量和体积。查表得方案一：通过分离原理中的“将一个物体中的干扰部分分离出去”，得到在电池板顶部安装水管、喷头，在清洁装置运行前开启对电池板进行喷淋。方案二：通过抛弃与修复原理中的“立即修复一个物体中所损耗的部分”，得到安装循环水管，及时补给水箱用水。

2.2 小人法

智能小人法是一种极好的工具，打破了技术或专业术语导致的思维定势，当系统内的某些组件不能完成其必要的功能，并表现出相互矛盾的情况时，可以用一组小人来代表这些不能完成特定功能的部件，通过使用能动的小人，实现预期的功能，并根据小人模型对结构进行重新设计[5]。

按照TRIZ创新思维方法中的小人法，图2所示。在水箱中添加适量的清洁剂，能够削弱灰尘在光伏电池板表面的粘附力，毛刷小人对灰尘小人的去除力明显增强，既降低用水量又保证清洁效果。

2.3 功能裁剪

裁剪法的思想和传统的系统改进方法不同，当找到系统中价值最低的组件时，将该组件直接裁剪掉，同时把它的有用功能提取出来，让系统中存在的其他部件去完成这个功能。这样，即消除了该部件产生的有害功能，同时它所执行的有用功能依旧存在[5]。

利用功能裁剪解决问题，图3所示。当刷子被裁剪掉以后，刷子的附属装置水箱也失去原来的作用也一样被剪掉，水箱超载这一有害作用将不再对系统构成危害，可以去除。

模型失去了刷子清洁电池板的功能，属于问题模型。查找关系矩阵得到应用局部质量发明原理中第三条“使组成物体的每一部分都最大限度地发挥作用”，应用这一原理可以得到为使清洁装置移动灵活，将水箱去除。用吸水海绵代替刷子，固定在支架上，在清洁前将海绵润湿，进行移动清洁。裁剪工具的应用去除了原有刷子及水箱附属结构，大大简化了系统，图4所示。

3 结论

利用TRIZ创新课程工具中的技术冲突、功能裁剪以及小人法，以工程实际问题光伏电池板移动清洁装置为例进行分析。不仅加深了对理论知识的理解，更对清洁装置的改进提出了多种方案，各种方案各有优点，可根据工作现场的实际情况进行选择和调整。

参考文献：

[1]朱文静.基于TRIZ理论的企业创新研究[D].武汉：华中师范大学，2013.

[2]曹福全.浅谈基于TRIZ理论的创新教育[J].吉林省教育学院学报，2009，25（04）：30-31.

[3]居发礼.积灰对光伏发电工程的影响研究[D].重庆：重庆大学，2011.

[4]蒋涛，孙毓韬，李英利.利用TRIZ创新理论提高创新能力的方法[J].广州化工，2012，40（2）：138-139.

[5]张士运，林岳.TRIZ创新理论研究与应用[M].北京：华龄出版社，2010.

基金项目：

科技部创新方法工作专项项目（项目编号：2012IM020800）；青海省科技廳项目（项目编号：2012-G-Y25A-4）；2013年度青海大学中青年基金项目（项目编号：2013-QGY-15）；青海省财政厅2014年重点学科及重点实验室专项资金“卓越人才培养计划”建设项目。

作者简介：

王珊（1983-），女，河北定州人，青海大学机械工程学院，讲师，硕士，研究方向：太阳能电池板表面清洁技术。