TRIZ理论在冰箱噪音改进中的应用

韦刚 李文昌 王文娟

（惠而浦（中国）股份有限公司 安徽合肥 230088）

TRIZ理论在冰箱噪音改进中的应用

韦刚 李文昌 王文娟

（惠而浦（中国）股份有限公司 安徽合肥 230088）

发明问题解决理论（TRIZ）是由前苏联发明家阿奇舒勒（G.S.Altshuller）所领导的研究机构在研究分析了世界上250多万件高水平发明的基础上，并综合多科学领域的原理和法则后提出的一套具有完整体系的创新理论。其后TRIZ理论在很多领域得到了成功运用，并取得了可观的创新成果和显著地经济效益。噪音问题一直是家电研发中需要解决的一个重要问题，随着人们生活水平的提高，对于静音的需求也更加迫切。本文以大容量风冷冰箱噪音改进为例，描述了TRIZ理论在这个具体问题上的应用。TRIZ理论所提供的思维方法是值得在家电研究开发中大量运用的。

TRIZ；冰箱噪音；振动；创新原理

1 引言

冰箱已经成为目前家庭中一种基本的家用电器，随着经济的发展，人们生活水平的提高，对冰箱品质的要求必将随之提高。冰箱运行中产生的噪音会影响人们的生活质量，冰箱的噪音改进是冰箱研发人员面临的重要课题。TIRZ理论在工程技术问题方面的优势给了我们一个新的解决问题的途径，面对降低噪音这样一个问题，我们先转换并表达为一个TRIZ问题，然后利用TRIZ中的理论工具进行TRIZ问题的解决，从而获得TRIZ问题的解，最后将TRIZ问题的解与具体问题相对照，考虑实际条件的限制，转化为具体问题的解决方案，进而应用到实际的问题解决中，获得具体问题的实际解，以上即是TRIZ理论解决问题的方法流程。（TRIZ是俄文т е о рии решения из об рет а тельских з ада ч 的英文音译Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch的缩写，其英文全称是Theory of the Solution of Inventive Problems）

2 TRIZ的主要内容

2.1 产品技术系统的进化法则

（1）完备性法则；（2）能量传递法则；（3）动态进化法则；（4）提高理想度法则；（5）子系统不均衡进化法则；（6）向超系统进化法则；（7）向超系统进化法则；（8）向微观进化法则。这些技术系统进化法则基本涵盖了各种产品核心技术的进化规律，每条法则又包含多种具体的进化路线和模式。

2.2 TRIZ 40个基本原理

冲突是创新设计过程中经常要遇到的问题，也是最难解决的问题，可以说创新就是在解决冲突中产生的。当产品的一个技术参数的改进对另一个技术参数产生负面影响时，就产生了冲突。TEIZ理论认为，发明问题的核心是解决冲突，产品进化过程中就是不断解决产品所存在的冲突的过程。阿奇舒勒在对全世界专利进行分析的基础上，发现在以往的发明中所存在的规则并不多，不同时代的发明，不同领域的发明，这些规律被反复的使用。这些规律被归纳为TRIZ 40个基本原理[1]，如表1。

图1 矛盾矩阵查询图

图2 压缩机罩板增加压型示意图

图3 压缩机罩板螺钉孔周围凹坑造型加深示意图

2.3 39种技术特性参数

在TRIZ理论中不同领域中相互冲突的特征经过高度的概括，被抽象为39个技术特性参数，他们可对不同的问题中包含的各种冲突进行统一、明确的描述。[2]如表2。

2.4 矛盾矩阵

阿奇舒勒将工程参数的矛盾与发明原理建立了对应关系，整理成一个39×39的矩阵，使用者根据系统中产生矛盾的两个参数，从矩阵中直接查找化解该矛盾的原理，并使用该原理解决问题。

3 风冷冰箱的噪音

噪音的产生是由于物体的振动，风冷冰箱结构较为复杂，相比直冷冰箱多了风扇等部件，所以其噪音源比直冷冰箱多。一般来看，在风冷冰箱正常运行过程中，其噪音主要来源于压缩机本身的振动、压缩机和压机室部件接触引起的振动、冷凝器的振动、制冷管路的振动、风扇（包括风道系统的风扇和冷凝器的风扇）转动中产生的振动，这些振动产生时，有时候由于部件之间的碰撞还会导致部件产生共振，从而增大噪音。在这些噪音源中，考虑到实际情况，比较易于着手的是压缩机以外部件的振动、管路的振动以及部件碰撞带来的振动。

4 利用TRIZ分步分析解决噪音问题

4.1 定义系统名称及初始环境

根据TRIZ的解题步骤，第一步我们定义出系统的名称。在这里系统是一个动态的概念，是指自运行的一个整体，对这个系统进行描述就是要用最简练的语言刻画出这个自运行整体的特征。由此，我们的系统名称可以定义为“冰箱零部件实现冰箱制冷”。那么这个系统的初始环境即使用工况我们可以描述为（1）冰箱运行时放置在厨房或家中的其他位置（使用环境）；（2）冰箱运行会产生噪音，主要的噪音源在压机室。其工作原理可描述为：风冷冰箱运行过程时，压缩机通过自身转动使制冷剂在管路内流动，蒸发器吸收冰箱内的热量并由制冷剂带走，热量通过冷凝器散发，风扇吹走冷凝器热量，冰箱内的风扇转动使冷气在冰箱内循环，以上各个部件互相配合实现风冷冰箱制冷功能。

图4 排气管弯曲处半径加大示意图

表1 TRIZ 40个基本原理

表2 技术特性参数

表3 组件价值分析

4.2 转化为TRIZ问题描述

有了前面的基本定义及描述，我们把问题可以转化成规范的TRIZ问题进行描述，那么系统的工作原理就变成如下描述形式：（1）电源驱动（drive）压缩机；（2）电源驱动(drive)冷凝器风扇：（3）压缩机底板固定(fix)压缩机；（4）压缩机底板固定(fix)风扇支架；（5）压缩机底板固定(fix)冷凝器支架；（6）风扇支架固定(fix)冷凝器风扇；（7）压缩机驱动(drive)制冷剂；（8）压缩机连接(connect)制冷管路；（9）制冷管路连接(connect)冷凝器；（10）制冷管路使(make)冷制冷剂通过(through) ；（11）冷凝器支架固定(fix)冷凝器；（12）压缩机罩板阻隔(obstruct)噪音；（13）压缩机罩板遮挡(shelter)压缩机。

其主要问题则描述如下：（1）压缩机碰撞(knock)压缩机底板；（2）冷凝器风扇碰撞(knock)风扇支架；（3）制冷剂冲击（dash）制冷管路；（4）制冷剂冲击（dash）冷凝器；（5）压缩机振动（vibrate）空气；（6）制冷管路碰撞(knock)压缩机罩板；（7）冷凝器碰撞(knock)冷凝器支架；（8）冷凝器风扇吹（blow）冷凝器；（9）冷凝器支架碰撞(knock)压缩机底板；（10）压缩机罩板振动（vibrate）空气；（11）冷凝器振动（vibrate）空气；（12）冷凝器风扇振动（vibrate）空气；（13）空气传递（transmit）噪音。

4.3 组件价值分析

在本系统所有与噪音有关的组件中，必然有一些是和产生噪音关系大的，有些关系则不是那么大，那么根据其对最终产生噪音所起的作用，分析它在系统中的价值。注意，此处所说的价值，与部件实际的成本无关，只与其在产生噪音过程中所发挥的作用有关。我们根据各组件在流的传递中承担的角色的重要性把冰箱压机室各个组件的有用功能、有害功能，以及不足或过度的功能进行了量化，并评估了各个组件的成本。按照理想度的计算公式I=有用功能/（成本+有害功能），计算出了每个组件的理想度。如表3所示。

为了简化和理想化的系统，我们按照以下顺序删除/改善系统组件：（1）制冷剂；（2）压缩机；（3）冷凝器；（4）风扇支架；（5）冷凝器风扇；（6）制冷管路；（7）压缩机底板；（8）压缩机罩板；（9）冷凝器支架。

4.4 运用创新原理解决问题

根据以上组件价值分析的结果，再考虑实际资源的制约，我们先从压缩机罩板入手进行TRIZ问题的分析。通过分析，我们确定如何防止压缩机罩板的碰撞及振动作为一个入手点，进而分析压缩机罩板存在硬度过度、形状平整度过度的问题，那么下一步便是如何降低硬度及平整度。我们再次专注于平整度的问题，因为压缩机罩板是一块铁板，其过于平整会导致压机室的噪音更加容易通过它进行传播，且会产生共振。那么改造它的初步思路便是：增加压缩机罩板造型。这个方案涉及到模具方面的改动，故该思路的缺点我们可以描述为：增加制造过程中的能量损失。在矛盾矩阵中，我们可以查到其对应的创新原理是第14个曲线曲面化原理。

由此，我们也得到此思路最终的解决方案，即增加压缩机罩板的压型，由此使罩板的平整度降低，可以从结构方面增加罩板的强度且可以缓冲掉部分振动，从而也会减小部分噪音。如图2所示。

利用同样的步骤，我们还得到了以下几种方案：利用自服务原理，通过使压缩机罩板螺钉孔周围的凹坑加深，使凹坑高度高于压缩机罩板弯边高度，这样在打紧螺钉后，只有螺钉凹坑能紧贴箱体，压缩机罩板周围的面积就可以与箱体有一个距离，从而减少了压缩机罩板与箱体的接触面积。如图3所示。

根据自服务原理，加大排气管拐弯处半径：压缩机排气管拐弯处圆弧半径过小使得压缩机排出的高压气体快速撞击管壁，从而产生噪音。加大此拐弯半径可以使气体在通过管道时比较顺滑，缓和冲击，从而使噪音降低。如图4。

根据复合材料原理，通过用复合材料（如铝合金）来替代目前使用的钢质冷凝器，实现降低冷凝器硬度，同时满足冷凝器的散热等相关性能要求。

根据机械系统替代原理，用塑料的压缩机罩板代替钢质的罩板，减小了密度和硬度，振动可相应减小

以上五种方案，我们最后经过综合的考虑分析，联系实际情况，采用了前三种方案，经过实际测试，所选取的大容量对开门风冷冰箱的噪音能比之前降低2～3db，较好地解决了此款冰箱的噪音问题。

5 结束语

本文简要介绍了TRIZ理论及本理论在冰箱噪音改造问题中的应用实例。TRIZ理论作为一种发明创新的理论，在工程、机械等技术领域的应用是非常广泛的，TRIZ的一些基本原理也是和这两个领域非常契合的，所以这个理论非常适用于家电制造领域中大部分问题的解决。在当前激烈的竞争环境下，研发技术创新是每个家电企业竞争优势的体现，而TRIZ的出现则为我们提供了一种技术创新的工具，提供了一种分析问题、解决问题的思路。它的出现向世人表明，创新是有迹可循的，只要掌握了正确的方法，创新甚至是突破性的创新都是可以顺利实现的。如果我们认识到了这一点并大力推广，TRIZ理论必将在研发领域发挥越来越重要的作用。

[1] 杨清亮编著.发明是这样诞生的：TRIZ理论全接触.北京：机械工业出版社，2006.7: 33-68

[2] 赵新军.技术创新理论（TRIZ）及应用.化学工业出版社，2004: 65-68

TRIZ theory application in the refrigerator noise improvement

WEI Gang LI Wenchang WANG Wenjuan
（Whirlpool-China Electric Co.,Ltd. Hefei 230088）

The theory of the solution of inventive Problems（TRIZ）is a complete innovation theory advanced by the Research institutions which led by Former Soviet inventor Altshuller（G.S.Altshuller). It was created on the basis of analysis more than 2500000 advanced invention and integrating multi-science principles and rules. Subsequently TRIZ theory has been successfully applied in many fields, and has made considerable innovations and significant economic benefits. Noise problem is an important issue to be resolved in the research and development of home appliances, as people's living standards improve, the demand for quiet are more urgent. In this paper, we took large-capacity aircooled refrigerator noise improvement as an example, described the application of TRIZ theory on specific issues. The thinking provided by TRIZ is worthy of extensive use in research and development of the home appliance.

TRIZ; Refrigerator noise; Vibration; Innovation principle