文章针对螺旋输送机因细小物料挤入轴承座而造成的严重磨损问题，把技术矛盾转化为物理矛盾，通过分离原理与创新原理的综合应用，提出了用马蹄形法兰代替盘形法兰解决问题的创新性方案，有效的解决了问题。

1 引言

TRIZ是俄文“发明问题解决理论”的首字母缩写，该理论是由前苏联著名的创造学家根里奇。阿奇舒勒通过对数以百万计的专利文献加以研究、整理、归纳和提炼，建立起的一套解决发明问题、实现技术创新的理论方法体系。TRIZ理论认为，创新发明过程中总是存在着各种各样的矛盾，发明问题的核心和目的就是为了解决矛盾。矛盾是技术系统进化的动力和源泉，伴随着矛盾的产生、发现和解决，产品性能不断的提高，产品每一次改进都意味着矛盾的解决，同时也推动着产品的进化。当一个产品在使用过程中出现问题时，就意味着矛盾的产生，技术人员发现问题和解决问题的过程，就是矛盾的发现和解决过程。TRIZ理论针对于工程中存在的矛盾问题，提出了一系列解决矛盾问题的方法，非常适合于解决技术系统中的矛盾和冲突，实现技术创新。

2 TRIZ解决技术系统矛盾的过程

TRIZ理论的核心思想是，在解决发明问题的实践中，人们遇到的各种矛盾以及相应的解决方案总是重复出现的；用来彻底解决矛盾的创新原理与方法往往在不同领域反复出现。当一个技术系统出现矛盾时，其表现形式往往是多种多样的，解决矛盾问题的方法也是多种多样的，但总有一定的规律可以遵循。

TRIZ理论认为技术系统的矛盾主要分为物理矛盾和技术矛盾两种。技术矛盾是指技术系统中两个参数之间存在的矛盾，技术系统中一个参数的改善，导致了另一个参数的恶化。物理矛盾是指对技术系统中同一个参数提出了完成相反的要求而产生的矛盾。

TRIZ理论解决技术系统矛盾问题的核心是将一个具体问题转化为TRIZ问题模型，其一般流程是，通过对实际问题的分析，找出问题中的矛盾，并用TRIZ理论提供的技术参数，准确定义矛盾；然后，根据问题中的矛盾类型，转化为TRIZ理论解决问题的标准方案模型；最后，将这些类似的解决方案模型，应用到具体的问题中，演绎得到问题的最终解决方法。

相对于技术矛盾，物理矛盾是一种更尖锐、更本质的矛盾，解决物理矛盾能更准确的发现问题的本质，进而解决问题。技术矛盾和物理矛盾是可以相互转换的，许多技术矛盾经过分解和细化，最终都可以转化为物理矛盾，可以用分离原理来解决，而解决矛盾最终还是要用到TRIZ理论提供的40条创新原理。

因此，在应用TRIZ理论解决技术系统矛盾过程中，改进目前TRIZ解决矛盾问题的一般流程，尽量将技术矛盾转化为物理矛盾进行分析，更有利于把握问题的本质特征，得到更有效的解决矛盾问题的方案。改进后TRIZ解决矛盾的流程（图略）。

3 TRIZ解决技术系统矛盾实例

3.1 问题描述

螺旋输送机是一种利用螺旋叶片将物料推移而进行物料输送的设备。主要用于对各种粉末状、颗粒状等松散物料的水平输送和垂直提升。螺旋输送机的特点是结构简单、密封性好、工作可靠、使用方便、成本低廉。但在输送过程中螺旋叶片及料槽容易磨损、物料容易破碎和磨损，破碎后的细小物料容易挤入轴端密封机构，加大轴承和轴承座等机件的磨损，需经常更换。

螺旋输送机轴端结构，如图1所示。主要由档料板、端挡板、法兰盘、轴承座、滚动轴承和轴端盖组成。其中档料板、档料盘具有档料的功能，骨架油封具有防止灰尘和细小物料进入轴承座的作用。但在长期使用过程中发现，物料破碎磨损后形成的细小物料直径小于挡料板、骨架油封和法兰盘与传动轴之间的配合间隙值，细小物料仍然可以挤入轴承座，加重轴承座和滚动轴承的磨损，降低螺旋输送机的使用寿命。

图1 螺旋输送机轴端结构图

3.2 定义问题模型

TRIZ理论通过问题的描述，进一步分析确定待解决问题中存在的矛盾，然后将矛盾的双方抽象为描述技术系统特性的通用工程参数，确定是属于技术矛盾还是属于物理矛盾，进而定义问题模型。细小物料主要是通过轴和端挡板、档料板、法兰盘等零件之间的配合间隙挤进轴承座而造成磨损的。减小配合间隙，自然可以直接避免一部分细小物料的挤入，但配合间隙过小会加剧端挡板、档料板、法兰盘和轴承座与传动轴之间的磨擦，进而造成轴和与之相配合零件的磨损。显然，这对于设计和使用是不利的。

通过上面的分析，对照TRIZ理论提供的39个通用工程参数，将预改善的工程参数定义为静止物体（法兰盘）的体积，随之恶化的的参数是物体产生的有害因素（磨损），显然这属于技术矛盾。TRIZ理论提供的解决技术矛盾的问题模型是根据定义矛盾的两个工程参数查找矛盾矩阵对应的创新原理。

3.3 技术矛盾向物理矛盾的转化

技术矛盾和物理矛盾反映的都是技术系统的参数属性，它们之间是相互联系，可以相互转化的。对应螺旋输送机轴端磨损问题来说，法兰盘的体积和物体产生的有害因素（磨损）是一对技术矛盾，增大法兰盘体积，即意味着其内孔变小，会使轴和与其配合零件之间的磨损增大。换—个角度，这个问题可以用物理矛盾来描述，即传动轴与法兰盘之间的配合间隙既要大，又要小。间隙大，细小物料容易挤入轴承座，造成其磨损加大。间隙小，细小物料不易挤入轴承座，其磨损减小，但轴和与其相配合零件的磨损加剧。

3.4 物理矛盾解决方法

物理矛盾的双方是对立统一的关系，矛盾双方同时存在同一个客体中，不可避免的产生冲突。因此，通过将矛盾双方分离，可以有效的解决物理矛盾。现代TRIZ理论将分离原理分成4种类型，即空间分离、时间分离、条件分离、整体与部分分离。每条分离原理与一些发明原理之间存在着一定的关系，利用这些发明原理有助于更好、更快捷地解决物理矛盾，获得问题的解决方案。

案例可以采用空间分离原理来解决问题。空间分离原理是将矛盾的双方在不同的空间上分离开来。空间分离原理可以与10条发明原理综合使用。经过仔细的分析和研究后，可以采用4#和13#创新原理以及空间分离原理来解决螺旋输送机轴端的磨损问题。应用4#创新原理：增加不对称性原理，根据增加不对称性原理的提示，解决问题的方向是将增加法兰盘的不对称程度。

应用13#创新原理：逆向思维原理，根据逆向思维原理的提示，解决问题的方向是改变现有的思维方式，从相反的方向考虑问题。本案例中，细小物料通过配合间隙挤入轴承座造成磨损，现有的思维方式是尽量减小间隙，阻止细小物料的挤入。反过来，可以考虑增大间隙是否能解决问题。空间分离原理建议把整个物体即法兰盘分成不同的部分，将要求内孔既要大、又要小的矛盾双方，在法兰盘上分离。

3.5 最终解决方案

图2 改进前后法兰对比图

通过运用TRIZ理论提供的2条创新原理和分离原理，最终得到比较理想的解决方案，并形成产品，这就是马蹄形法兰，如图2所示。马蹄形法兰与原有法兰盘相比，原有法兰盘对称性高，马蹄形法兰不对称程度增加；改进后马蹄形法兰被分成不同的部分，上部内孔小，下部内孔大，实现了空间上矛盾双方的分离；马蹄形法兰的设计采用了逆向思维方法，不是减小配合间隙，阻止细小物料进入轴承座，而是上部配合间隙不变，下部增大了间隙，设计成开口式结构，运用了“大禹治水”的原理，改变“堵”的方法，对细小物料进行疏导，使其通过马蹄形法兰的开口漏到地面上，有效的避免了细小物料挤入轴承座而引起的磨损问题，如图3所示。

图3 改进后螺旋输送机轴端结构图

4 结论

TRIZ理论在解决矛盾问题，进行产品创新设计过程中具有重要的指导意义。通过应用rIRIZ理论分析解决螺旋输送机磨损问题中的冲突，提出在应用TRIZ理论解决技术系统矛盾过程中，应该尽量将技术矛盾转化为物理矛盾进行分析，才能更好的抓住问题的本质特征。在这里，如果直接应用TRIZ理论解决技术矛盾问题模型，通过查找矛盾矩阵表，TRIZ理论推荐的发明原理分别是，发明原理30柔性壳体或薄膜、发明原理18机械振动、发明原理35改变物理或化学参数、发明原理4增加不对称原理。对解决问题有指导作用的仅仅是发明原理4增加不对称原理，而发明原理13逆向思维原理，在解决本例矛盾问题中，起到了极其重要的启发作用，由此而产生了以马蹄形法兰代替现有法兰的解决问题的创新性方案。可见，技术矛盾转化为物理矛盾可以使解决问题的思路更广阔、更清晰。以马蹄形法兰代替现有盘形法兰的改进设计在广西贺州市恒发机械铸造厂生产的螺旋输送机产品使用过程中效果良好，提高了机器的使用寿命。