F1—机械场； S1—喷管； S2—作动筒； S3—新组件； —不充分作用 图 4 基于 TRIZ 理场模型的标准解法
应用 TRIZ 工具得出的创新方案 在 TRIZ 体系中， ARIZ 是解决发明问题的完整算
法， 是指对 1 个初始问题进行了一系列变形再定义等 非计算性的逻辑过程， 集成了 TRIZ 体系中大多数的 观点和工具，实现对问题的逐步深入分析和转化， 最 终解决问题。该算法强调问题矛盾与理想解的标准 化， 一方面技术系统向理想解的方向进化， 另一方面 如果 1 个技术问题存在矛盾需要克服， 则该问题就变 成 1 个创新问题。利用 ARIZ 算法解决创新问题的流 程如图 5 所示。
转化为具体问题的最终解决方案。 这种解决问题的模 式比以往靠 “经验法” 试错法” 头脑风暴法” 、 “ 、 “ 等传 统创新方法来的更快、 效率更高； 同时， 缩小了解决问 题的思路方向与最终理想解的偏差，使创新变得容 易， 比直接利用专业知识求解的效率更高， 而且最终 下面以 3 工位作动筒的创新设计为 解的质量也更高。 例进行介绍。 1.1 现有作动筒存在的问题 传统的航空发动机可调喷管一般由液压作动筒 控制， 当作动筒活塞杆处于两端机械限位时， 对应喷 管面积也处于 1 个机械最大或最小位置。 液压作动筒 结构如图 2 所示。从图中可见， 在活塞杆完全伸出时 其收回时处于另外 1 个机械 处于 1 个机械限位位置， 限位位置， 而当喷管需要在中间某一特定位置长时间 停留时， 则无法实现机械限位， 只能通过位移传感器 给出位移信号，然后由控制系统操纵作动筒来实现， 这就使得喷管结构、 控制及整个技术系统复杂且经济 成本较高。为使作动筒活塞杆可在中间某一特定位置 实现机械限位，而不需要 其余复杂的位移信号及控 制系统， 需设计 1 种具有 3 图 2 传统液压作动筒结构 工位工作的作动筒结构。 1.2 基于 TRIZ 的问题分析 TRIZ 的解题模式如图 3 所示。TRIZ 中问题模型 对作动筒 的建立与其工具都有 1 套完整的理论体系。 进行功能分析发现， 该作动筒缺乏无法实现在中间特
摘要： 3 工位作动筒的创新设计为例， 以 介绍了发明问题解决理论 （TRIZ 解决产品 ） 创新问题的一般过程， 分析了如何将实际问题抽象为 TRIZ 语言， 并利用 TRIZ 指导设计 过程等实际问题的过程。重点阐述了 TRIZ 中 A 算法在产品创新过程中的具体应用， RIZ 并用 TRIZ 中的创新原理对方案进行了优化。 关键词： 发明问题解决理论； 工位作动筒；RIZ； 3 A 创新设计
针对作动筒缺少中间机械限位的初始问题， 利用 ARIZ 解题主要步骤如下。 （1 最小问题选定。通过对该技术系统矛盾的定 ） 义与分析， 根据现有作动筒结构特点， 需引入 1 个新 的组件， 使其能够实现作动筒中间特定位置机械限位
品创新设计过程中最有用的工具之一。 本文通过应用 TRIZ 中的部分工具体系， 提出了 1 种具有 3 工位工作的作动筒结构，并在 TRIZ 的指 导下对方案进行了优化， 最终得到 1 种适用于工程实 际的方案结构。
TRIZ 体系是以辩证法、系统论和认识论为哲学 指导， 以自然科学、 系统科学和思维科学的分析和研 究成果为根基和支柱， 以技术系统进化法则为理论基 础， 以技术系统或技术过程矛盾、 资源、 理想化为 4 大 基本概念， 包括了解决工程矛盾问题和复杂发明问题 所需的各种分析方法、Kaiyun App下载 全站解题工具和算法流程。利用 ARIZ 解决具体问题的思路如图 1 所示。首先将 1 个 待解决的具体问题转化并表达为 TRIZ 的问题模型， 利用 TRIZ 中的工具获得 解决方案模型；然后针对 具体问题，应用专业知识 将 TRIZ 的解决方案模型 图 1 TRIZ 解决问题的思路
定位置机械限位的功能。对该非结构化问题，利用 TRIZ 中的物场模型和标准解法，建立该待解决问题 的问题模型， 并得到相应的解决方案模型， 如图 4 所 示。在建立的物场模型中， 作动筒对于发动机喷管而 言存在 1 个不充分的作用， 即不具备在中间特定位置 机械限位的功能， 通过物场模型的标准解， 必须在作 动筒系统中引入 1 个新的组件， 以实现该功能。
发明问题解决理论 （TRIZ 是前苏联发明家根里 ） 奇 阿奇舒勒 （G. S. Altshuller， · 1926～1998 于 1946 ） 年创立的理论。 TRIZ 是研究人类进行发明创造、 解决 技术难题过程中所遵循的科学原理和法则， 其基本原 理是技术系统在消除内部冲突的进化过程中遵循的 客观规律， 曾经被称作前苏联的 “国术” “点金术” 和 。 TRIZ 指出：产品及其技术的发展总是遵循着一定的 客观规律， 解决发明问题过程中所寻求的科学原理和 法则是客观存在的， 大量发明面临的基本问题和矛盾 （技术矛盾和物理矛盾 也是相同的， ） 同样的技术创新 原理和相应的解决问题方案，会在后来的发明创新中 被反复应用， 只是所属的技术领域可能不同， 因此， 提 炼和重组已有的知识， 形成 1 套系统化的理论， 可以指 导后来的发明创造、 创新和开发， 从而能动地进行产品 设计并预测产品的未来发展趋势。对于工程设计人员 而言，产品的创新设计过程就是不断解决其存在的基 本问题和矛盾的过程， TRIZ 正是工程设计人员在产 而
（2 问题模型分析。 ） 在作动筒系统中， 活塞杆可实 现作动筒两端机械限位的功能， 为使作动筒能实现中 利用 间特定位置的机械限位， 引入 1 个新的活塞杆， 其功能， 即可实现作动筒中间位置机械限位功能。 （3 最终理想解和物理矛盾。 ） 在作动筒系统中引 入 1 个新的活塞杆， 可实现作动筒 3 工位要求， 又不 会丧失原作动筒功能。为了实现作动筒中间位置机 械限位功能，新引入活塞杆限位位置必须位于作动 筒中间，而为了使作动筒原两端机械限位功能不丧 失， 新引入活塞杆限位位置又不能位于作动筒中间。 对此，需要思考如何使新引入的活塞杆限位位置既 能位于作动筒中间，又不能使作动筒原两端机械限 位功能丧失。 （4 物理矛盾去除方法。 ） 调动和使用物场资源， 用 “小人法” 模拟， 并利用物场资源， 充分考虑第 3 步提 出所需解决的问题， 用作动筒系统中 “空间＋物质” 的 如图 6 所示。 在该 组合资源， 初步得到 1 个技术方案， 技术方案结构中，原作动筒活塞杆位置未发生变化， 其机械两端的机械限位方式也保持不变。 新引入的活 塞杆位于作动筒右侧， 并相应增加 1 个容腔， 当作动 筒需要在中间特定位置限位时， 其左端和中间油路同 时进油， 对每个活塞杆而言， 其有杆腔与无杆腔之间 始终存在 1 个压力差，使得左端活塞杆向右移动， 而 新引入活塞杆向左移动。当 2 个活塞杆顶靠在一起 时，由于新引入活塞杆有杆腔面积大于原活塞杆的， 虽两端压力相同， 但新引入活塞杆向左的作用力始终 大于原活塞杆向右的，此时 2 个活塞杆同时向左移 动， 当新引入活塞杆上限位螺母与作动筒中间部分顶 靠在一起时，实现机械限 位，而新引入活塞杆向左 移动的距离即为原活塞杆 图 6 3 工位作动筒初步方案 所需中间机械限位位置。 （5 分析已得到的方案。由第 4 步所得出的初步 ） 技术方案可知， 新引入的活塞杆不但实现了作动筒中 间机械限位的功能， 同时原活塞杆的功能也没有被破 坏，基本上解决了该作动筒技术系统存在的矛盾， 实 现了初始问题的顺利解决。 由上述 ARIZ 算法主要解题步骤可知，该算法具 有优良的操作性、 系统性、 实用性以及易流程化等特 性，Kaiyun App下载 全站 成为 TRIZ 理论的重要支撑， 对于解决那些问题情 景复杂、 矛盾不明显的非标准发明问题， 可行且有效。
上文描述的初步方案虽然有效， 但距工程应用依 然有一定距离，主要表现在结构比原作动筒的复杂， 不便于维修。为此， 必须在该方案的基础上进行优化 首先 设计。应用 TRIZ 工具优化方案的主要步骤是， 对该方案用 TRIZ 术语定义其存在的技术矛盾， 然后 利用 TRIZ 工具解决。在 TRIZ 工具体系中， 技术系统 中出现的绝大部分技术矛盾可用 39 个通用技术参数 来定义，然后利用矛盾矩阵找出相应的创新原理， 对 技术矛盾加以解决。 在现方案中， 要解决的主要技术矛盾是指作动筒 系统的复杂性与可维修性之间的矛盾， 优化的目的在 于改善系统的复杂性， 由此根据矛盾矩阵， 可利用 40 个创新原理中的分割和反向作用原理来优化该方案。 在得到的初步方案中，系统过于复杂的原因主要是： 为使新引入的活塞杆起到应有作用， 而同时原活塞杆 功能不丧失， 新引入活塞杆的同时引入了相关辅助功 能的零件。 利用分割原理， 若将原活塞杆一分为二， 既 可实现新引入活塞杆功能，又可保留原活塞杆功能， 则不需要引入更多辅助功能的零件， 使系统的复杂性 得到改善。 优化后的方案如图 7 所示。 在优化后的方 案结构中，原作动筒活塞杆左端保留了原活塞杆功 能， 右端实现了新引入活塞杆功能， 其工作原理与初 步方案基本相同， 惟一变化的是利用分割原理实现了 2 个活塞杆 “共行程” 使 ， 整个系统简单化，达到 了预期优化目的，可应 图 7 优化后 3 工位作动筒方案 用于工程实践。
