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   摘要：以GDX2剔除裝置創新設計為例,描述了利用TRIZ理論解決產品創新設計問題的一般過程。介紹了TRIZ理論的概念和體系結構。利用TRIZ理論指導GDX2剔除裝置的創新設計過程,從用途、原理要求等方面著手,說明了如何將實際問題抽象為工程技術參數、如何劃分優化參數與惡化參數以及二者之間的矛盾;重點闡述了矛盾矩陣和40條創新原則在設計過程中的具體應用方法,最后得出一種解決方案，杜絕了誤剔現象。

   關鍵詞： TRIZ 理論；矛盾矩陣；GDX2；創新設計

   1引言

  GDX2包裝機組為意大利GD公司設計制造，后由上海煙機廠引進技術批量生產的高速包接設備，目前有進口和國產兩種來源，但其結構和性能基本相同。該機組性能較好，自動化程度高，是當前我國煙草行業中硬盒包裝設備的主力機型之一。

   GDX2卡紙接頭剔除檢測系統的檢測，原為一個探測桿壓在工作的卡紙上面，在卡紙用完之時探桿下落，觸動微動開關檢測卡紙用盡并產生接頭剔除信號，通過移位在八號輪進行接頭剔除。 但對于在高速時，不可避免地會產生誤操作。操作工反映“卡紙用盡”顯示頻繁，八號輪剔除好煙太多。經觀察發現設備運行中卡紙用盡檢測探桿隨卡紙抖動而產生跳動觸動微動開關檢測，造成誤剔及停機。

   2 TRIZ 理論綜述

   TRIZ的意思是發明問題解決理論，由前蘇聯發明家里奇.阿奇舒勒在1946年創立。在軍事、工業、航空航天等領域均發揮了巨大作用，成為創新的“點金術”。

   阿奇舒勒發現任何領域的產品改進、技術的變革、創新和生物系統一樣，都存在產生、生長、成熟、衰老、滅亡，是有規律可循的。人們如果掌握了這些規律，就能能動地進行產品設計并能預測產品的未來趨勢。在他的領導下，前蘇聯的研究機構、大學、企業組成了TRIZ的研究團體，分析了世界近250萬份高水平的發明專利，總結出各種技術發展進化遵循的規律模式，以及解決各種技術矛盾和物理矛盾的創新原理和法則，建立一個由解決技術，實現創新開發的各種方法、算法組成的綜合理論體系，并綜合多學科領域的原理和法則，建立起TRIZ理論體系。經過半個多世紀的發展，TRIZ理論已經成為一套解決新產品開發實際問題的成熟的九大經典理論體系。 

   2.1 TRIZ的技術系統八大進化法則。

   阿奇舒勒的技術系統進化論可以與自然科學中的達爾文生物進化論和斯賓塞的社會達爾文主義齊肩，被稱為“三大進化論”。TRIZ的技術系統八大進化法則分別是：（1）技術系統的S曲線進化法則；（2）提高理想度法則；（3）子系統的不均衡進化法則；（4）動態性和可控性進化法則；（5）增加集成度再進行簡化法則；（6）子系統協調性進化法則；（7）向微觀級和場的應用進化法則；（8）減少人工進入的進化法則。技術系統的這八大進化法則可以應用于產生市場需求、定性技術預測、產生新技術、專利布局和選擇企業戰略制定的時機等。它可以用來解決難題，預測技術系統，產生并加強創造性問題的解決工具。 

   2.2最終理想解(IFR)

   TRIZ理論在解決問題之初，首先拋開各種客觀限制條件，通過理想化來定義問題的最終理想解（ideal final result，IFR），以明確理想解所在的方向和位置，保證在問題解決過程中沿著此目標前進并獲得最終理想解，從而避免了傳統創新涉及方法中缺乏目標的弊端，提升了創新設計的效率。如果將創造性解決問題的方法比作通向勝利的橋梁，那么最終理想解(IFR)就是這座橋梁的橋墩。最終理想解(IFR)有四個特點：（1）保持了原系統的優點；（2）消除了原系統的不足；（3）沒有使系統變得更復雜；（4）沒有引入新的缺陷等。 

   2.3  40個發明原理

   阿奇舒勒對大量的專利進行了研究、分析和總結，提煉出了TRIZ中最重要的、具有普遍用途的這40個發明原理，分別是：1、分割；2、抽取；3、局部質量；4、非對稱；5、合并；6、普遍性；7、嵌套；8、配重；9、預先反作用；10、預先作用；11、預先應急措施；12、等勢原則；13、逆向思維；14、曲面化；15、動態化；16、不足或超額行動；17、一維變多維；18、機械振動；19、周期性動作；20、有效作用的連續性；21、緊急行動；22、變害為利；23、反饋；24、中介物；25、自服務；26、復制；27、一次性用品；28、機械系統的替代；29、氣體與液壓結構；30、柔性外殼和薄膜；31、多孔材料；32、改變顏色；33、同質性；34、拋棄與再生；35、物理/化學狀態變化；36、相變；37、熱膨脹；38、加速氧化；39、惰性環境；40、復合材料。 

   2.4 39個工程參數及阿奇舒勒矛盾矩陣。

    在對專利研究中，阿奇舒勒發現，僅有39項工程參數在彼此相對改善和惡化，而這些專利都是在不同的領域上解決這些工程參數的沖突與矛盾。這些矛盾不斷地出現，又不斷地被解決。由此他總結出了解決沖突和矛盾的40個創新原理。之后，將這些沖突與沖突解決原理組成一個39個改善參數與39個惡化參數構成的矩陣，矩陣的橫軸表示希望得到改善的參數，縱軸表示某技術特性改善引起惡化的參數，橫縱軸各參數交叉處的數字表示用來解決系統矛盾時所使用創新原理的編號。這就是，著名的技術矛盾矩陣。阿奇舒勒矛盾矩陣為問題解決者提供了一個可以根據系統中產生矛盾的兩個工程參數，從矩陣表中直接查找化解該矛盾的發明原理來解決問題。 

   2.5 物理矛盾和四大分離原理

   當一個技術系統的工程參數具有相反的需求，就出現了物理矛盾。比如說，要求系統的某個參數既要出現又不存在，或既要高又要低，或既要大又要小等。相對于技術矛盾，物理矛盾是一種更尖銳的矛盾，創新中需要加以解決。物理矛盾所存在的子系統就是系統的關鍵子系統，系統或關鍵子系統應該具有為滿足某個需求的參數特性，但另一個需求要求系統或關鍵子系統又不能具有這樣的參數特性。分離原理是阿奇舒勒針對物理矛盾的解決而提出的，分離方法共有11種，歸納概括為四大分離原理，分別是空間分離、時間分離、居于條件的分離和系統級別分離等。 

   2.6 物一場模型分析

   阿奇舒勒認為，每一個技術系統都可由許多功能不同的子系統所組成，因此，每一個系統都有它的子系統，而每個子系統都可以再進一步地細分，直到分子、原子、質子與電子等微觀層次。無論大系統、子系統、還是微觀層次，都具有功能，所有的功能都可分解為2種物質和1種場(即二元素組成)。在物質-場模型的定義中，物質是指某種物體或過程，可以是整個系統，也可以是系統內的子系統或單個的物體，甚至可以是環境，取決于實際情況。場是指完成某種功能所需的手法或手段，通常是一些能量形式，如:磁場、重力場、電能、熱能、化學能、機械能、聲能、光能等等。物一場分析是TRIZ理論中的一種分析工具，用于建立與已存在的系統或新技術系統問題相聯系的功能模型。 

   2.7發明問題的標準解法

   標準解法阿奇舒勒于1985年創立的，共有76個，分成5級，各級中解法的先后順序也反映了技術系統必然的進化過程和進化方向，標準解法可以將標準問題在一兩步中快速進行解決，標準解法是阿奇舒勒后期進行TRIZ理論研究的最重要的課題，同時也是TRIZ高級理論的精華。標準解法也是解決非標準問題的基礎，非標準問題主要應用ARIZ來進行解決，而ARIZ的主要思路是將非標準問題通過各種方法進行變化，轉化為標準問題，然后應用標準解法來獲得解決方案。 

   2.8發明問題解決算法(ARIZ)

   ARIZ是發明問題解決過程中應遵循的理論方法和步驟，ARIZ是基于技術系統進化法則的一套完整問題解決的程序，是針對非標準問題而提出的一套解決算法。ARIZ的理論基礎由以下3條原則構成：1、ARIZ是通過確定和解決引起問題的技術矛盾；2、問題解決者一旦采用了ARIZ來解決問題，其慣性思維因素必須被加以控制；3、ARIZ也不斷地獲得廣泛的、最新的知識基礎的支持。ARIZ最初由阿奇舒勒于1977年提出，隨后經過多次完善才形成比較完善的理論體系, ARIZ－85包括九大步驟：1、分析問題；2、分析問題模型；3、陳述IFR和物理矛盾；4、動用物－場資源；5、應用知識庫；6、轉化或替代問題；7、分析解決物理矛盾的方法；8、利用解法概念；9、分析問題解決的過程等等。 

   2.9科學效應和現象知識庫

   科學原理，尤其是科學效應和現象的應用，對發明問題的解決具有超乎想象的、強有力的幫助。應用科學效應和現象應遵循5個步驟，解決發明問題時會經常遇到需要實現的30種功能，這些功能的實現經常要用到100個科學有和現象。 

   3基于TRIZ 改進措施

   39矛盾矩陣與40創新原則作為TRIZ理論的一種主要工具，可以用來解決技術上的矛盾。在39矛盾矩陣中，行和列分別是在大量專利分析基礎上總結出來的39項標準參數，用這39項標準參數中的兩項分別表示矛盾體中的2個方面，也就是使系統性能改善的特性和導致系統性能惡化的特性，那么在矩陣中這兩項標準參數所在行列的交叉點就對應著實踐證明最為有效的矛盾解決原理，基于這些矛盾解決原理的啟發就可以尋求具體解決的方案。而這些創新原則也有更具體的說明可以輔助設計者有正確的思考方向。

   39矛盾矩陣與40創新原則解決創新性問題的思路在于它采用科學的問題求解方法，具體辦法就是將特殊的問題歸結為TRIZ的一般性問題，然后應用其帶有普遍性的創新理論和工具尋求標準解法，在此基礎上演繹形成初始問題的具體解法。

                      
                                     圖1 TRIZ解題步驟

   這種從特殊到一般的方法，充分體現了科學解決問題的思想。為了使39矛盾矩陣與40創新原則在導入產品創新設計的過程中具有更強的可操作性，分析了如何規范從設計需求分析到設計方案提出等一系列過程，給出了各階段解決具體問題的方法和工具，步驟如下：

   （1）確認設計主題的范圍條件。

   GDX2包裝機白卡紙接頭剔除經常誤動作，并且微動開關時間長容易失靈。

   （2）收集設計主題相關資料，包含市場調查、使用分析、現有產品優缺點等。

   經過調查分析，操作工反映 “卡紙用盡”顯示頻繁，八號輪剔除好煙太多。經觀察發現設備運行中卡紙用盡檢測探桿隨卡紙抖動而產生跳動觸動微動開關檢測，造成誤剔及停機。

   （3）明確定義出設計主題必須解決的問題，并且將問題解決的重要性，由高至低做一個排序，然后記錄下來。
當要改造GDX2包裝機的剔除裝置時，必須找出改造過程中會遇到的矛盾問題，例如這種剔除裝置強度要高、重量要輕、體量不能過大，便于安裝，還要考慮能夠及時剔除不合格煙包，結構要簡化，安全可靠，是否能提供安全警示等。接著將上述需要解決的問題依其重要性排序：

   •剔除不合格煙包；

   •新技術的便利性；

   •簡化結構；

   •安全防護；

   •操作過程中有安全感。

   （4）從這些問題中，找到矛盾參數中相符合的特征參數。

   接著將以上具體問題轉化成表現一般性問題的參數：檢測干快速間歇移動導致桿的反映過敏而誤動作。

   （5）從順序最高的問題開始，找出解決此問題之后，是否有其他問題的參數會惡化，而從矛盾矩陣表中，找出解決2個矛盾參數的解題原則。

  確定移動物體作用時間是改善參數，強度時惡化參數。運用到39矛盾矩陣中，解決后會產生矛盾的情況因此將這2個問題找到對應的矛盾參數后，利用矛盾矩陣表，找出矩陣中的建議解題原則，然后進行新的思考與找出創新解題方式。
  
                       
                                   圖2 矛盾矩陣

   （7）利用解題原則的說明與圖例，引導思考出創新設計的方案，并且記錄下來。解題原則的順序并不是依照序號排列，而是依照該矩陣中2個矛盾參數所產生的解題方式，在專利分析中出現的多少，所排列出的順序，因此參考順序最好依照解題原則出現的順序，依序思考。

   （8）重復比對所列舉出來的問題沖突，然后籍由解題原則加以思考，找出創新解決方案。

   （9）從想出的所有解題構想中，再定義出新的問題，重復使用39矛盾矩陣與40創新原則，直到設計的產品，解決了所有問題為止。

   當參數15(移動物體作用時間)改進時，參數23(強度)就會惡化，因此根據矩陣表中的40創新原則，得到解決此矛盾的方式有原則27(替代原理)；原則3（局部質量原理）；原則10（預先作用原理）。

   上述的解題原則是阿利赫舒列爾根據分析專利后，按照其被使用的解題次數多少來排序，因此首先考慮順序為原則27(替代原理)和3（局部質量原理），其中解題的具體原則分別為：27(替代原理)：用廉價的不持久性代替昂貴的持久性原理。用一組廉價物體代替一個昂貴物體，放棄某些品質(如持久性)。3（局部質量原理）：（a）從物體或外部介質(外部作用)的一致結構過渡到不一致結構。（b）物體的不同部分應當具有不同功能。（c）物體的每一部分均應具備最適于它工作的條件。10（預先作用原理） （a）預先完成要求的作用(完整的或部分的)。（b）預先將物體安放妥當，使它們能在現場和最方便地點立即完成所需要的作用。上述三個創新原則的具體圖例和說明推動我們產生新思維。

   根據原則27(替代原理)，改變檢測方式。如果用色差檢測也可檢測出卡紙接頭，但易受灰塵影響。

   根據原則3（局部質量原理），消除卡紙抖動。卡紙為間歇快速供應，設備運行中探桿隨卡紙抖動而產生跳動，要消除這種跳動非常困難。

   根據原則10（預先作用原理），改變檢測位置。卡紙用盡時，操作工總是用卡紙切刀切斷上一盤余下的卡紙，因此只要檢測到卡紙切刀動作即可達到目的。 

   重新考慮原則27(替代原理)，在改造時為了降低成本，不破壞機器原有結構，拆除原微動開關，在同一檢測工位的斷紙切刀處加裝一個電感式接近開關。在卡紙正常運行時電感式接近開關輸出高電平到電控柜N12（J3），在卡紙用完進行拼接時，切刀人工壓下，電感式接近開關斷開到電控柜N12（J3）的高電平，產生卡紙用盡信號及卡紙接頭剔除信號，并在八號輪剔除五包煙，確保帶卡紙接頭的煙包剔除。

                    
                                    圖3 改裝前后電路圖
  
                          
                               圖4 改裝前微動位置開關位置圖
  
                    
                         圖5 改裝后電感式傳感器位置圖

   4 效果

   效果：改造后，卡紙接頭檢測性能穩定、帶卡紙接頭的煙包100％能夠剔除出來，并杜絕了因誤檢而引起的停機和誤剔現象。該項目已得到推廣（八臺）。

  經濟效益：按每天每臺減少停機時間1分鐘、車速按380包∕分計算，每天每臺可以多生產380包卷煙，能夠帶來經濟效益1000元以上。每年能產生300萬以上的經濟效益。 

  5 結語

  本文針對TRIZ理論進行了初步探討，并通過TRIZ 在GD包裝機提出裝置改造中創新方案的尋求過程，實踐了應用TRIZ技術矛盾解決矩陣，解決產品改裝過程中技術難題。可以看出，TRIZ理論中的39矛盾矩陣與40創新原則一方面能夠有效地打破我們的思維定勢，擴展我們的創新思維能力，同時又提供了科學的問題分析方法，保證我們按照合理的途徑尋求問題的創新性解決辦法。

  6 參考文獻

   [1]楊清亮.發明是這樣誕生的：TRIZ理論全接觸[M]. 北京：機械工業出版社,2006. 

   [2]檀潤華.創新設計TRIZ：發明問題解決理論[M]. 北京：機械工業出版社,2002. 

   [3]范怡紅,黃玉霖等譯.哇…發明家誕生了[M]. 成都：西南交通大學出版社,2004. 

  [4]范怡紅等譯. 創新40法：TRIZ創造性解決技術問題的訣竅[M]. 成都：西南交通大學出版社,2004. 

  [5]趙新軍.技術創新理論(TRIZ)及應用[M]. 北京：化學工業出版社,2004. 

  [6]TRIZ專題網站.http：//www.triz.gov.cn/default.asp. 

  [7]億維訊集團（IWINT, Inc.）. http：//www.iwint.com.cn/.  

   摘自《自動化博覽》2011年第十期