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        創新方法工作簡報(第3期)
        來源:青海省科技廳  時間:2013-12-06
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        創新案例
        TRIZ應用實例--菲利普燈泡的改進
          應用背景:  
          綠色家電是當今家電產業的發展趨勢之一。所謂綠色家電是指家電的生產和消費能夠降低對生態環境的壞,減少資源浪費。白熾燈由于具有耗電量大,耐久性低,使用壽命短等缺點,已經不符合這種家電的發展趨勢。Philips公司開發的小型熒光燈(CFL:Compact  Fluorescent  Lamp)是白熾燈良好的替代產品。它具有省電,使用壽命長,易回收再利用和環保的優點。  
          熒光燈具有省電,節能的優點,有很高的經濟效益和社會效益。1997年的一份調查顯示:1994年全年共銷售了20億只Philips小型熒光燈,并且以每年15-20%的速率穩步增長。這些熒光燈至少10倍壽命于相同功能的白熾燈。也就是說,相當于200億只白熾燈。而且,一只18W的Philips小型熒光燈相當于75W的白熾燈,節省了3/4強的電能??梢运愠?,一只熒光燈可以節約約200升用于發電的石油。  
          問題描述:
           熒光燈的發光原理是,熒光燈管里充滿了水銀蒸氣,燈管內壁涂有熒光劑,水銀蒸氣受高壓電激發使電子跳脫出來,部分電子撞擊熒光劑后發出白光。長期使用的情況下,熒光燈往往亮度變弱。這是由于真空玻璃管吸收水銀蒸氣,造成管中的水銀蒸氣不斷減少。這不僅削弱了熒光燈的亮度,而且縮短了熒光燈的壽命。由此可見,如果管內水銀蒸氣量過少,會降低熒光燈工作的可靠性,使產品在市場上缺乏競爭力。由于對真空玻璃管的水銀吸收率缺乏真實的統計數據,以及不精確的制造技術,傳統的熒光燈往往填充過量的水銀蒸氣,造成了物質上的浪費。如果熒光燈管破損,大量的水銀蒸氣釋放出來,對環境和人體的損害是非常大的。但是,降低管內的水銀蒸氣量會增加電能的耗費。因為為了保證亮度,需要增加能量以激發出更多的電子。  
          系統存在的技術沖突有:為了保證熒光燈亮度的穩定性,就不得不增加水銀蒸氣的量;減少水銀蒸氣的量,有利于環境保護,但降低了熒光燈工作的可靠性;減少水銀蒸氣的量,有利于環境保護,但增加了能量的耗費。  
        解決思路和關鍵步驟:  
           應用用沖突矩陣和原理來分析,解決問題。這樣,得到三組技術沖突:  
          1.  減少水銀蒸氣的量(物質的量),但熒光燈工作的可靠性降低(可靠性)。  
          2.  減少水銀蒸氣的量(物質的量),但需要耗費更多的電能(能量的浪費)。  
          3.  有利于環境保護(作用于物體的有害的因素),但熒光燈使用的能量增加了(靜止物體使用的能量)。  
          對這三組技術沖突分別運用沖突解決矩陣的方法,得到多個發明原理,經過分析得到3個可能的發明原理:                  
          1.  由沖突矩陣[物質的量/可靠性]得到發明原理:機械系統的替代  
             2.  由沖突矩陣[物質的量/能量的浪費]得到發明原理7:嵌套  
             3.  由沖突矩陣[作用于物體的有害的因素/靜止物體使用的能量]得到發明原理37:熱膨脹  
             新概念產生:
             在創新過程中應用了發明原理7,發明原理28和發明原理37。  
             A  應用發明原理7  :嵌套
             解決方案:在真空管的里面內嵌一個玻璃囊。  
             B  應用發明原理28:機械系統替代  
             解決方案:用高頻的電磁場來打破這個玻璃囊這一物理結構,釋放水銀。  
             C  應用發明原理37:熱膨脹  
             解決方案:利用金屬線和玻璃囊的熱膨脹系數的不同釋放水銀蒸氣。  
             結論:
             經過計算滿足性能要求的最小劑量的水銀蒸氣被密封在玻璃囊中。在玻璃囊的內壁上嵌著金屬線圈。該玻璃囊被內嵌在真空管的一端。熒光燈被制造出來后,通過一個高頻的電磁場來加熱玻璃囊。由于玻璃囊和金屬線圈的熱膨脹系數不一樣,使得金屬線圈能夠切斷玻璃囊,釋放出水銀蒸氣。同一般的熒光管相比,用這種新的制造技術,至少可以減少75%的水銀含量,減少了對環境的污染。  
         
         
        他山之石
        天津市舉辦首期科技型企業創新工程師高級培訓班
          為增強創新方法在科技型中小企業的應用推廣,天津市在東麗區建立了創新方法試點城區,并建立了創新方法培訓和區科技主體計劃結合的制度。作為創新方法助推科技型中小企業提升自主創新能力的新探索,2011年4月23日,天津市創新方法推廣應用服務中心與東麗區科委合作組織了首期針對天津市科技型中小企業開展的“東麗區科技型企業創新工程師高級培訓班”,來自東麗區小巨人企業和規模企業二十多家企業的30余名研發人員、管理人員等企業科研骨干參加此次創新工程師高級培訓班。河北工業大學副校長、我會常務理事檀潤華教授率領的師資團隊負責授課和咨詢工作。
          此次高級班的培訓分兩個階段進行,有效授課時間為10天,除了學習理論知識外,授課老師還要親自深入企業指導學員,整個過程將歷時4個月左右。第一階段4月23-27日,對參訓學員進行創新方法及TRIZ理論的全面系統地理論講解,第二階段5月29日-6月2日,進行創新理論進階培訓和計算機輔助創新(CAI)操作訓練。通過10天的集中深入培訓,學員們對創新方法及TRIZ理論產生了濃厚的興趣,課上課下都積極與導師就相關問題進行探討。
        絕大部分學員通過培訓掌握了TRIZ的理論,并將所學創新方法理論與工作中的技術問題相結合,通過課后師生互動和老師深入企業咨詢, 25個企業相關領域項目難題得到了基本解決。
         
        ☆知識導航☆
         
        TRIZ理論中的技術系統進化法則
          一. 技術系統進化法則
          半個世紀前,發明著名的TRIZ理論(發明問題解決理論)的前蘇聯發明家Altshuller先生在分析大量專利的過程中發現,產品及其技術的發展總是遵循一定的客觀規律,而且同一條規律往往在不同的產品技術領域被反復應用。即任何領域的產品改進、技術的變革過程,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發展趨勢。于是,Altshuller和他的合作伙伴不斷總結提煉,形成當前著名的技術系統進化法則,構成TRIZ理論的核心內容之一。
          TRIZ理論中包含的進化法則主要有提高理想度法則,完備性法則,能量傳導法則,提高柔性、移動性和可控性法則,子系統非一致性進化法則,向超系統升遷法則,向微觀系統升遷法則,協調法則等。這些技術系統進化法則基本涵蓋了各種產品核心技術的進化規律,每條法則又包含不同數目的具體進化路線和模式。下面介紹的鍵盤等不同產品的核心技術發展就共同遵循一條典型的技術進化路線。
          二.鍵盤進化實例
          作為計算機外圍設備的重要組成之一,鍵盤已經是隨處可見。目前常見的鍵盤是一個剛性整體,體積也比較大,不方便攜帶。在美國海軍陸戰隊配備一種可以折疊的鍵盤,便于行軍中攜帶。再就是一些PDA產品,將鍵盤輸入功能設置在其柔性的外包裝套上,展開后就成了一個比較大的鍵盤。而現在液晶觸摸屏也可以作為輸入設備代替鍵盤。最近,以色列一家公司推出一種虛擬激光鍵盤,它通過將全尺寸鍵盤的影像投影到桌子平面上,用戶在上面就可以象使用物理鍵盤一樣直接輸入文本。
          上面提到的幾種輸入設備基本上代表了過去幾十年來鍵盤的主要發展歷程。簡單分析一下,可以發現鍵盤的演變脈絡,即從一體化的剛性鍵盤到折疊式鍵盤,到柔性的鍵盤,到液晶鍵盤,再到激光鍵盤。如果我們將鍵盤核心技術的這種演變過程抽象出來,會發現它是按照從剛性,到鉸鏈式,到完全柔性,到氣體、液體,一直到場的發展路線。其實很多產品的發展也是沿著這條路線不斷進化。比如軸承,它從開始的單排球軸承,到多排球軸承,到微球軸承,到氣體、液體支撐軸承,到磁懸浮軸承。又如切割技術,從原始的鋸條,到砂輪片,到高壓水射流,到激光切割等。它們在本質上基本都是沿著和鍵盤同樣的演變路線不斷發展。
          三. 基于技術進化原理的技術預測與新產品開發
          顯然,一旦掌握了這些規律,我們就可以在此基礎上,確認目前產品所處的發展狀態,發現產品存在的缺陷和問題,并預測其未來發展趨勢,制定產品開發戰略和規劃,開發新一代產品。這就是我們常說的技術預測。
          技術預測包含一個重要內容,那就是產品進化曲線――S曲線,用于表示產品從誕生到退出市場這樣一個生命周期的基本發展過程。在TRIZ理論中將進化曲線分為四個階段,即嬰兒期,成長期,成熟期和退出期。嬰兒期和成長期一般代表該產品處于原理實現、性能優化和商品化開發階段,到了成熟期和退出期,則說明該產品技術發展已經比較成熟,盈利逐漸達到最高并開始下降,需要開發新的替代產品。隨著產品的不斷更新換代,形成了該類產品的進化曲線族。對此TRIZ理論提供了一種識別和確認產品所處狀態的技術,即首先總結出特定時間內與產品相關的專利數量,專利級別,市場利潤和產品性能的基本變化規律,那么通過對當前產品的相關參數變化情況,我們就可以確定該產品處于生命周期的哪個階段,從而為制定產品開發策略提供參考。
          因此,基于技術進化法則,可以使我們的產品開發具有可預見性,對于提高產品創新的成功率,縮短發明周期,都具有重要意義和價值。
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