TRIZ研究及其在定向凝固设备设计中的应用

    自从人类诞生开始，人类就己经学会并利用自然规律来改造自然。经过数千年的发展，人类在认识自然进而改造自然的过程中形成了各个门类的工程技术学科，这些学科在不断地发展和完善并己经达到了相当成熟的境地。近年来，关于工程技术析学和方法论的研究相当多，其中以工程技术方法论的研究对于提高工程师解决工程技术难题的效率更为重要。
   
    所有创造性问题的解决方法和工具可归纳为两大类:一类是以心理学为基础，如头脑风暴等;另一类是以知识为基础，主要以TRIZ的分析工具为代表。
   
    TRIZ是一种用于解决工程问题的方法论，英文译为Theory of Inventive Problem Solving(TIPS)，其含义为创新解决问题理论。TRIZ是前苏联G.S.Astshuller及其领导的一批研究人员，自1946年开始，花费近50年时间查阅并研究了世界各国近250万件发明专利，从中总结出人类在进行发明创造、解决技术问题的过程中所遵循的利学原理和法则。自其创立以来，在各类工程领域中发挥了重大的作用。
   
    本文着重介绍TRIZ的基本应用方法，井将其基本原理应用到一种特殊的定向凝固设各的设计当中。

1 TRIZ理论建立依据
   
    Altshuller发现，任何专利或发明的产生均存在一些共同原则，可作为解决技术问题的基础，将这些原则加以汇整，即衍生出一套具有系统性的研发程序。举两例加以说:
   
    发明1 剥坚果壳:坚果被放入高压锅的水下，不断加热直到压力达到几个大气压，然后迅速减至1个大气压，当热水渗入后使坚果产生破裂可剥去坚果壳。
   
    发明2 罐装甜胡椒:在罐装甜胡椒前，茎和籽必须从胡椒荚中分离出来，由于胡椒形状和大小的不均匀，难以自动化，需由手工完成。如果将荚放入紧闭容器中，逐渐把压强加至8个大气压，荚收缩后会在最脆弱的地方裂缝，压缩空气渗入荚内使内外压力相等。然后快速降低容器内压力，胡椒会在裂缝处炸开，其底部的茎会带着籽喷射出来。
   
    仔细分析以上2个发明，会发现二者是同一种分离方法:通过在物体上逐渐增加压力然后迅速减压，突然的压力变化可使物体按预定方法爆裂。如果知道这种方法，同样原理就可以照搬到剥瓜子壳、清洗过滤器甚至生产人工钻石中的晶体分割中，而工程师们要做的只不过是控制好气压高低和适当的操作环节。
   
    因此，Altshuller认为，将己有解决方法建立知识库，问题可通过选择类似的方法得到解决(类推)。而对于一些可能从未遇到过的问题(创新性问题)，也可以从现有专利中总结出设计的基本原则、方法和模式。应用这些方法和原则可解决实际问题，同时反过来它又可以扩展类似的知识库。

2 TRIZ理论及方法体系
   
    TRIZ作为一种创新性解决问题的方法，有其基本步骤。在Ellen所提的问题的解决模式基础上，本文给出了图1所示的基于TRIZ的问题解决过程模型。依据该模刑，首先分析问题，包括功能分析及冲突分析;如果己确定要解决问题的解决方法可以从本领域中寻找，则可选择效应。如果存在本领域外的技术冲突或物理冲突，则可以选择39条标准冲突和40条原理;如果需要林代技术，选择技术进行模式与进化路线;问题到此得以解决。

    2.1功能分析及效应解决
   
    把存在问题的对象看成一个技术系统。技术系统的主要目的就是满足一种或多种功能。稍微复杂的技术系统均包含多个子系统。如汽车的刹车技术系统包括刹车踏板、液压缸、液体以及刹车片4个子系统。当一个技术系统产生有害作用或作用不完善时，该系统就需要改良，要将该系统还原为最简单的多个子系统的组合。
   
    功能分析是指通过对用户需求的分析确定总功能，并将其分解为功能儿的过程。功能分析是全面认识系统的第一步，同时对功能的分析可以有助于问题的更高效解决。
   
    功能分析有利于更好地认识技术系统的结构及其需求。当弄清了系统的各个功能后，接下来就应该解决提供这种功能的方法，首先是借用己经成熟的、充分应用的技术，比如要实现高温加热的功能，可以通过各种加热炉找出所需要的最佳技术实现方法。通过与所熟悉的标准问题解答方法类比找到解决问题的方案，即效应解决。效应即指应用本领域以及其它相关领域的知识来解决存在的问题。

    2.2冲突分析及解决
   
    当所要求的功能不能完全通过效应来实现，则可以认为技术系统中存在2个及以上的功能元冲突或者至少一个功能元的解与产品出现冲突.接下来讨论如何确定和解决冲突。
   
    G.S.Altshuller将冲突分为3类，即管理冲突、物理冲突和技术冲突。TRIZ所研究的内容为物理冲突和技术冲突。