TRIZ创新方法教学及应用模式研究★

高文洁

(内蒙古交通职业技术学院，内蒙古 赤峰 024005)

1 概述

发明问题解决理论(TRIZ)是指导人们进行发明创新、解决工程问题的系统化的方法学体系。它是苏联发明家根里奇·阿奇舒勒(G.S.Altshuller)为首的研究团队通过对250万件高水平发明专利进行分析和提炼之后总结出来的。TRIZ创新方法的出现让创新不再是头脑的灵光乍现，而让创新变得有章可循。那么如何将创新方法与专业的学习有效的融合在一起，让创新更好的服务于专业的学习和发展。本文将从TRIZ的实际教学以及应用方面做出以下说明。

2 TRIZ理论的教学设计

1)TRIZ理论的教法——项目化教学(依托学生所学的专业课的实际项目讲授TRIZ理论)。

TRIZ理论课的教授可以按照一个项目的解决顺序来进行教学。而且这个项目最好是采用与专业课紧密相连的一个实际项目来讲解，这样学生对TRIZ理论理解起来会更加容易[1]。

2)TRIZ理论的讲解顺序——项目的解决顺序。

a.问题描述;b.系统分析;c.运用TRIZ工具解决问题;d.技术方案整理与评价。

3)TRIZ理论的学法——小组讨论。TRIZ本身需要每个人不要被固有的思维束缚住，所以讨论是最好的学法。将一个班级的学生按照5人一组划分，针对于教学中老师讲授实际遇到的专业项目进行分组讨论得出各自的想法。然后小组之间进行PK，推选出最好的想法，可获得奖励。这样的小组讨论学习，既深刻又有积极性，效果良好。

4)TRIZ理论的学习效果评价机制——每人上交一份运用TRIZ解决的实际问题。

理论课在讲授的过程中，就要求学生思考自己在专业的学习中遇到的问题，并运用TRIZ进行解决，课程结束之后留出一周的专业课程设计时间，让学生集中完成自己的实际项目。此成果占到整门课程的50%，过程考核为小组的每次打分，过程考核占到总成绩的50%。

5)TRIZ理论的应用——根据专业课程的不同开设相应的创新方法课程，让专业课程与创新方法紧密相连。每一个学校都会有很多的专业课程，每一个专业课程都能应用到TRIZ，讲解TRIZ理论时，需要结合自己的专业讲解相应的实例，泛泛的讲解一些与专业无关的实例，学生自己做项目时还是一头雾水摸不着头脑。学生也不会有太多的为难情绪。只要我们心中始终想着改变现状，那么TRIZ就可以作为我们的工具被利用解决实际的问题[2-4]。

3 TRIZ理论的讲解举例——以解决砂子筛分过程中筛孔堵塞的问题为例

3.1 项目概述

本项目来自于建筑材料试验中的砂子的筛分试验中经常出现的问题。系统名称是砂子筛分系统(砂子通过筛分系统可分出大小不同的颗粒)如图1所示。

3.2 功能分析

3.2.1 功能模型

将组件之间的作用绘制成模型，组件之间的作用分为正常、不足和有害三种情况,如图2所示。

3.2.2 裁剪

优化系统1：有害功能主要集中在筛面和砂子之间，所以裁剪掉筛面。既然裁掉了筛面，那么固定筛面的筛帮以及与筛子相关的组件如套筛、夹筛盘、滑动杆就一并裁掉了。裁剪后的组件只有电机、振摆仪、砂子、重力和空气。裁剪后带来的新问题是如何用振摆仪分级砂子，这时需要寻找解决方案。

方案1：设置自带颗粒分级功能的振摆仪(原理是离心运动，越粗的颗粒离心越远)。

优化系统2：继续优化系统，裁剪掉振摆仪，同时裁掉电机，实现砂子由气流分级。裁剪产生的问题是如何实现空气对砂子的颗粒分级。

方案2：用筛盖、4.75 mm～0.3 mm及筛底组成套筛，用摇筛机筛分，对于筛底的部分则选用气流分级，来解决细筛筛孔堵塞的问题(错流式分级原理)。

3.3 因果分析

逐级分析导致砂子堵塞筛孔的原因，绘制故障树如图3所示。

分析故障树，找到了6个关键的缺点，针对关键缺点找到可能的解决方案同时与前面裁剪产生的两个方案进行总体排序。

方案3：设计可以容易更换，价格便宜的筛面。

方案4：选用大的筛面。

方案5：做成可大可小的筛孔。

方案6：选用纤维质的筛面。

方案7：筛面换成有弹性的材料。

方案8：增加振摆仪的竖向振幅。

3.4 资源分析

分别从当前系统、子系统、超系统的过去、现在和未来寻找相应的6大资源(物质资源、能量资源、信息资源、时间资源、空间资源、功能资源)，如果找不到相应的资源也是客观允许的，没有必要每个系统都是6个资源齐全的。

资源分析形成的方案如下：

方案9：将砂子烘干减少筛孔堵塞。

方案10：细筛的筛面可以完成二次振动。

方案11：利用不同粒径，在水中下落高度相同。根据砂子的下落时间区分细料的粒径。

方案12：细料单独进行多次筛分，减少堵塞。

方案13：筛子的侧面加设筛孔。

3.5 技术矛盾分析

1)定义技术矛盾。

技术矛盾1：如果增大筛孔，那么减少了筛孔堵塞，但是细颗粒砂子的分级受到影响。

技术矛盾2：如果减小筛孔，那么细颗粒分级良好，但是增加了筛孔的堵塞。

按照矛盾1查询矛盾矩阵得:28—机械系统代替；33—均质性；23—反馈；26—复制

2)技术矛盾分析形成的方案。

方案14：根据不同颗粒运动过程中撞击物体表面发出的声音不同，可将不同的颗粒进行分级。

方案15：设置筛孔堵塞程度的显示器，选择筛孔可调整，增大筛孔，及时清理掉堵塞的颗粒。

方案16：用0.3 mm筛筛出细小的颗粒，采用特殊的措施，将砂中细小的颗粒按照一定的比例放大，这样就可以选用粗筛进行筛分。

方案17：用0.3 mm筛筛出细小的颗粒，采用气流，让细小颗粒运动起来，利用运动的图像反映颗粒的组成。

3.6 物理矛盾分析

1)定义物理矛盾。

物理矛盾的参数选用筛孔。希望筛孔又大又小。

2)物理矛盾分析形成的方案。

解决物理矛盾选用的分离原理有时间分离、空间分离、条件分离和系统级别分离。

运用条件分离：

方案18：筛丝选用柔性空心可充液体的，通过改变液压，改变筛孔尺寸。

方案19：筛丝选用可充空气的柔性材料，通过加热筛片，清理掉堵塞的沙粒。

运用系统级别分离：

方案20：增加细筛的筛帮高度，以增大细料的自身的动能，提高通过率。

3.7 物场分析

1)明确问题，寻找场。

由因果分析得出问题点：筛孔太小，一部分砂子通过了筛孔，一部分砂子堵塞了筛孔。从而绘制物场模型，如图4所示。

2)分析标准解。

应用S1.2的标准解：可以插入第三种新物质或者另外一种场，来消除有害的物质，如图5所示。

解决方案21：引入一种新的物质，反向吹空气，将细砂吹落。

3.8 S曲线+进化路径

运用S曲线+进化路径的分析过程是：首先确定主要指标；其次是收集数据，确定曲线；第三是对应S曲线的位置；第四是确定主要进化路径；最后构造方案。

当前系统的主要参数是分计筛余百分率(筛余量除以总量)能够满足误差要求，所以当前系统能正常工作，处于成长期，对应的进化法则是提高理想度法则；动态性进化法则；子系统不均衡进化法则。根据进化法则寻找解决方案，本例中根据进化法则并没有形成新的方案。

3.9 方案汇总及评价

将所有的方案从成本、复杂性、可靠性三方面进行分析综合打分从中选出最优的方案。

方案评价中的方案5为最优方案。加入一种场——电磁场，采用两层完全一样的筛片，一层固定、一层可动(筛丝只有一个方向的)垂直叠合，清理细筛时，去掉磁场，取掉一层即可。并对方案的经济效益、生产效益、社会效益进行分析。

4 结语

无论是把TRIZ应用到生活还是教学都会产生全新的解决方案。如果把专业教学中遇到的常见问题，应用创新方法理论来解决，把这样的案例应用到教学中，学生会更加容易理解和接受创新理论，更能深刻的体会到创新给我们带来的实惠[5]。