TRIZ在交流电焊机节能技术创新中的应用

张玲　金东海　黄耀宣

摘要：本文主要從TRIZ技术创新过程与方法，在交流电焊机节能技术创新中的应用方面进行了简要概述。

关键词：TRIZ技术 交直流电焊机 节能

0 引言

节能是我国可持续发展的一项长远发展战略，是我国的基本国策。随着社会的不断进步与科学技术的不断发展，人们越来越充分认识到了环境对我们人类发展的重要性，能源问题成为环境对人类最为重要和紧迫的问题。要从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，节能是最直接有效的重要措施。节能就是应用技术上现实可靠、经济上可行合理的方法，有效地利用能源，提高用能设备或工艺的能量利用效率。

1.交流电焊机空载耗能

交流电焊机是一种实现焊接工艺的设备，通过产生高温熔化工件实现焊接的功能。它是一种常用的低压电气设备，在建筑、冶金、机械制造等行业应用最为广泛。它主要用于钢铁材料的焊接，焊接作业中存在工作准备、工件摆放、焊接效果观察、换焊条等中断过程，使得电焊机工作间断频繁，一台交流电焊机的空载时间约为40 %。另外交流电焊机空载有功损耗占其容量的10%--25%，无功损耗占容量的8%--9%，功率因数低于0.3（电力部门规定0.85以上），降低了有功电能的利用率，造成极大的电能浪费。

2.TRIZ技术创新过程与方法

TRIZ意译为发明问题的解决理论，它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解。TRIZ不是采取折衷或者妥协的做法，它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程， 而不再是随机的行为。实践证明，运用TRIZ理论，可加快问题的解决进程而得到理想解。TRIZ常用分析工具举例介绍如下：

物质——场模型是TRIZ理论中重要的分析工具之一。在使用该模型分析和解决问题的过程中，需要根据模型所描述问题的类型来确定问题的性质，再结合物质——场模型对系统分析的结果，参考76个标准解，为创新思维创造条件。物质——场模型是从分析的角度把特定问题的技术系统和过程模型化，并区分出这个过程的问题核心。

冲突解决理论是TRIZ理论另一重要的分析工具。基于TRIZ的冲突分为管理冲突、技术冲突和物理冲突。技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，通常表现为两个相互关联的参数之间的冲突。物理冲突是指为了实现某种功能，一个子系统或元件应有一种特性，但同时出现了与该特性相反的特性，物理冲突是统一系统统一参数内的冲突。管理冲突、技术冲突和物理冲突同时存在，只是描述问题的角度不同。通过多年的研究、分析和比较，TRIZ理论的创始人Altshuller提出了冲突矩阵，该矩阵将描述技术冲突的39个工程参数和40条发明原理建立了对应关系，根据冲突矩阵，可以方便的选择创新过程中需要应用的发明原理。

TRIZ对创新问题的解决流程为问题的提出和描述、问题的分析、问题的解决和解决方案评价。TRIZ理论解决问题首先是对问题进行描述，包括问题的背景、技术系统实现的功能、现有技术系统的工作原理、当前技术系统存在的问题、问题出现的时间和条件等。其次进行问题分析，包括功能模型的建立、根原因的确定、冲突区域的确定、理想解的确定、可用资源分析。然后选择工具解决问题，这个阶段主要对问题分析阶段确定的每一个问题的关键点，应用TRIZ工具进行解决。对每一个确定的问题的关键点，可以从不同的角度进行描述，一个问题的关键点可从冲突、功能替代、如何做等角度描述，也就是说一个问题的关键点可以用多种工具来解决。

3. TRIZ技术创新解决交流电焊机空载耗能的问题

3.1 问题分析

应用创新方法中的分析工具对问题进行深入分析，找到问题产生的根本原因，确定问题区域，根据实际情况进行功能分析、冲突区域确定、理想解分析、资源分析等，选择适用的创新工具进行解题。根原因分析可以采用因果链分析法、鱼骨图分析法和5why分析法进行分析。例如对交流电焊机空载耗能的因果链分析如下：

依据根本原因和其相关问题元件及属性，确定问题关键所在。问题关键点一：焊接工件过程，空载时耗电高，但关机后又无能量。确定问题的最终理想解：电焊作业过程中，在不断电源的过程中，实现电焊机在空载时自动停止，焊接时自动起动。

3.2问题解决

应用TRIZ工具——冲突解决理论、物质-场和标准解、技术进化、功能裁剪、效应等，得到所有创新解并确立最终解。

3.2.1 工具一 冲突解决理论

3.2.1.1技术冲突解决过程

①.冲突描述：为了改善系统的“能耗”高的问题，我们需要在电焊机空载的时候断电，但这样做了会导致系统的可操作性难度加大。②.转换成TRIZ标准冲突。改善的参数：能量损失；恶化的参数：可操作性。③.查找冲突矩阵，得到如下发明原理：35参数变化发明原理、32改变颜色发明原理、1分割发明原理。④.依据选定的发明原理，可以得到解决交流电焊机空载能耗高的问题的解决方案。例如依据No.35 参数变化发明原理，得到解如下：改变温度，电焊机在焊接和空载状态下，焊枪通过温度感应，辨识电焊机是焊接作业还是空载，通过一个温控感应装置，实现焊枪与开关的之间的联动。

3.2.1.2 物理冲突解决过程

①.冲突描述：为了降低电焊机空载能耗，需要电源为“中断”，但焊接作业过程，需要电源为“不中断”，即电源既要中断又要不中断。②.选用4条分离原理当中的时间分离原理，查找与该分离原理对应的发明原理，根据选定的发明原理，得到解决交流电焊机空载能耗高的问题的解决方案。例如依据No.19周期性作用发明原理，得到解如下：在电焊机空载过程中，通过焊把动作频率的改变达到起、停电的信号传输，实现电焊机空载时的电源切断，和焊接的时的自动唤醒。

3.2.2 工具二：物质-场分析及76个标准解

①.建立问题的物质-场模型

②.根据所建问题的物质-场模型，应用标准解流程确定问题的通解。该问题为无效完整系统，在电机空载过程中，焊枪的作业中断过程，不能够让电源中断，或者电源中断后电源唤醒困难。需要改进在电焊机空载过程中，对电源的中断和唤醒困难问题。采用1.1.3类标准解，系统不能改变，但允许使用一个永久或暂时的外部附加成分S3改变不足作用。③.依据选定的标准解，得到解决交流电焊机空载能耗高的问题的解决方案。例如采用1.1.3类标准解，得到问题的解如下：在焊枪和电源开关直接增加一个控制器，在焊枪不进行焊接作业，电机空载过程中，可以让电源顺利中断，又可以在焊枪在恢复焊接作业过程中唤醒电源。

4.结束语

创新理论和创新实践都证明，创新能力可以经过一定的学习和训练得到激发和提升。以上仅仅是对TRIZ理论简单的介绍，并应用TRIZ理论提出交流电焊机空载耗能的解决方案。创新和其他活动一样，也具有自身内在的规律和方法，学习、研究、应用、推广TRIZ理论可以大大缩短发明创造的进程，提升产品的创新水平。