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摘 要：下水道堵塞是居民生活中普遍遇到的问题，通常堵塞在下水道弯头处，不易疏通。运用TRIZ理论，重新设计下水道弯头，以减少或消除因堵塞带来的麻烦。
关键词：下水道弯头 TRIZ理论 创新设计
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）007-118-02
1 引言
在城市建设中，各类建筑都要配备排放污水的下水系统，特别是千家万户的卫生间和厨房的排污管道更是直接影响生活质量的设备。目前，这些民用下水管道使用的下水弯头为直通式，无论弯头的转弯角度如何，上下管路的直径均相同，这就导致污水流经弯头时，由于转弯造成流速减慢，冲刷力减弱，污水中的污物很容易沉淀和粘连在弯头的管壁上，时间越久，积累的污物越多，造成管道堵塞，必须使用管道疏通器或请专业的清洁管道的人员进行疏通。这种情况在众多家庭中成为无法避免的难题，即影响日常生活还需要额外的费用支出。本文运用TRIZ理论来重新设计下水道弯头以减少或消除因堵塞带来的麻烦。
2 TRIZ理论概述
TRIZ是俄文Teoria Resheniya Izobretatelskikh Zadatch的缩写，意思是“发明问题解决理论”，它是上世纪中期前苏联的发明家G.S.Altshuller创立，并由其科研团队发展起来的。Altshuller通过对各行业数百万件高水平发明专利进行分析，基于唯物辩证法、系统论和认识论，发现了人类进行科学研究和发明创新的背后所遵循的客观规律，提出了有关发明创新问题的基本理论。
3 TRIZ理论核心思想
现代TRIZ理论的核心思想主要体现在三个方面：(1)无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式；(2)各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力；(3)技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。
4 TRIZ理论的创新设计问题解决工具
Altshuller和他的TRIZ研究机构50多年来提出了TRIZ系列的多种工具，如 冲突矩阵（39个工程技术参数，40个创新原理）、物质--场分析、76个标准解、ARIZ算法、技术进化法则、科学效应和知识库等。
5 TRIZ理论在下水道弯头设计中的应用
5.1 运用冲突矩阵
下水道弯头这个系统存在的问题是，当污水通过弯头时，污水中的污物在弯头处发生沉积，日积月累，弯头容易堵塞。因此定义本系统的两个工程参数为：
改善的参数：12.形状
恶化的参数：1.运动物体的重量
根据冲突矩阵，得到四个发明原理
原理8－重量补偿原理
原理10－预先作用原理
原理29－气压和液压结构原理
原理40 －复合材料原理
由此可得一个方案1
解决方案1：在下水道弯曲处增加气压或液压结构，当堵塞时，通过高压气疏通。
5.2 物理冲突
下水道管道的弯头既希望它是直的不发生污物堆积，又希望它是弯的将污水排出去，因此物理冲突就是弯头的弯与直。
根据TRIZ对物理冲突提供的解决办法，采取时间分离中的震动原理。
由此可得一个方案2
解决方案2：当管道中有污水通过时，管道开始振动，使得污物不易堆积。
5.3 借助计算机辅助创新软件，查找知识库和专利库
得到以下几个方案：
解决方案3：层流气流防止散装物料在弯管内堵塞。
将压缩空气引入到岐管，岐管位于管道的下面，其曲线部分构成细长排气孔。该细长排气孔在弯管内凹表面上产生层流气流。污物会随着气流滑动，因此就不会在表面形成聚集。
解决方案 4：利用超声波来防止堵塞。
在弯管外侧增加超声波发生装置，当管道内发生堵塞时，超声波发生装置启动，产生超声波，在超声波的作用下，沉积在管道内的污物会被排斥掉，随着污水溜走。
解决方案5：高压冲击防止管道内部的堆积堵塞。
在管道内部增加产生高压空气的装置，在管道堵塞时，产生高压空气不断冲击污物，使得污物的堆积发生松动，随着污水溜走。
解决方案6：采用新的涂层。
将管道内壁采用新的涂层做内饰，使得污物不会堆积产生堵塞。
解决方案7：采用不对称原理和漏斗效应。
根据漏斗效应，当流体通过的截面积突然变小时，流体的速度会增加，因此将漏斗装置安装到管道弯头处，使得污水在漏斗效应的作用下流速增加，增大了冲刷力，减少甚至消除污物在弯头处的堆积。
同时根据不对称原理，将漏斗做成非对称中心漏斗，可以防止了漏斗口的堵塞。
5.4 对产生方案进行评估比较
方案1、2、3、4、5需要增加发生设备，费用较高，导致成本较高。
方案6，不太确定何种涂层能够防止管道堵塞，且成本未知。
方案7，仅需在结构上加以调整，且不复杂，成本较低廉。采用方案7。
5.5 最终设计方案
它包括管路、进水口、转弯、出水口，进水口和转弯之间的管路上加装了一个非对称结构漏斗，漏斗的横截面为圆形，其下出口圆心与漏斗上口圆心的连线与垂直方向的夹角a为0€?a<45€埃┒飞隙丝诓糠钟卸ジ欠獗樟印Ｕ庵址嵌猿频穆┒妨咏峁故沟盟餮刈怕┒凡啾诹鞫纬射鑫校黾恿怂鞯某逅⒘Γ甭┒纷唇峁乖黾恿寺┒分兴怨苈返牡南蛳卵沽Γ街中вΦ尤孟滤劳渫分械奈畚锊灰壮恋恚膊灰渍沉谕渫饭鼙谏希苊饬送渫范氯窒蟮姆⑸?
6 结论
(1)通过运用TRIZ理论解决下水道弯头堵塞问题，证明TRIZ确实是一种事半功倍的解决工程问题的方法，可以很快地找到解決问题的一些思路；并且这种方法不是折衷的方法，是一种彻底解决问题的方法。
(2)发明问题解决理论（TRIZ）为计算机辅助创新技术（CAI技术）提供了理论基础。把TRIZ理论与创新设计平台相结合，针对实际工作中遇到的技术问题，找到创新性的解决方案。计算机辅助创新（CAI）——尤其在概念设计阶段向研发人员提供了先进的创新理论、创新技法以及不同学科领域中有效的创新技法知识的支持，协助研发人员构建出新的设想和方案，优化研发进程，减少研发工作的重复和资源的浪费。
参考文献：
[1] 王仁军.对给排水工程管道安装的着重探讨[J].建材与装饰,2011(1):161-162.
[2] 赵敏,史晓凌,段海波.TRIZ入门及实践[M].北京:科学出版社,2009.
[3] 檀润华.创新设计——TRIZ：发明问题解决理论[M].北京:机械工业出版社,2002.
关键词：下水道弯头 TRIZ理论 创新设计
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）007-118-02
1 引言
在城市建设中，各类建筑都要配备排放污水的下水系统，特别是千家万户的卫生间和厨房的排污管道更是直接影响生活质量的设备。目前，这些民用下水管道使用的下水弯头为直通式，无论弯头的转弯角度如何，上下管路的直径均相同，这就导致污水流经弯头时，由于转弯造成流速减慢，冲刷力减弱，污水中的污物很容易沉淀和粘连在弯头的管壁上，时间越久，积累的污物越多，造成管道堵塞，必须使用管道疏通器或请专业的清洁管道的人员进行疏通。这种情况在众多家庭中成为无法避免的难题，即影响日常生活还需要额外的费用支出。本文运用TRIZ理论来重新设计下水道弯头以减少或消除因堵塞带来的麻烦。
2 TRIZ理论概述
TRIZ是俄文Teoria Resheniya Izobretatelskikh Zadatch的缩写，意思是“发明问题解决理论”，它是上世纪中期前苏联的发明家G.S.Altshuller创立，并由其科研团队发展起来的。Altshuller通过对各行业数百万件高水平发明专利进行分析，基于唯物辩证法、系统论和认识论，发现了人类进行科学研究和发明创新的背后所遵循的客观规律，提出了有关发明创新问题的基本理论。
3 TRIZ理论核心思想
现代TRIZ理论的核心思想主要体现在三个方面：(1)无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式；(2)各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力；(3)技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。
4 TRIZ理论的创新设计问题解决工具
Altshuller和他的TRIZ研究机构50多年来提出了TRIZ系列的多种工具，如 冲突矩阵（39个工程技术参数，40个创新原理）、物质--场分析、76个标准解、ARIZ算法、技术进化法则、科学效应和知识库等。
5 TRIZ理论在下水道弯头设计中的应用
5.1 运用冲突矩阵
下水道弯头这个系统存在的问题是，当污水通过弯头时，污水中的污物在弯头处发生沉积，日积月累，弯头容易堵塞。因此定义本系统的两个工程参数为：
改善的参数：12.形状
恶化的参数：1.运动物体的重量
根据冲突矩阵，得到四个发明原理
原理8－重量补偿原理
原理10－预先作用原理
原理29－气压和液压结构原理
原理40 －复合材料原理
由此可得一个方案1
解决方案1：在下水道弯曲处增加气压或液压结构，当堵塞时，通过高压气疏通。
5.2 物理冲突
下水道管道的弯头既希望它是直的不发生污物堆积，又希望它是弯的将污水排出去，因此物理冲突就是弯头的弯与直。
根据TRIZ对物理冲突提供的解决办法，采取时间分离中的震动原理。
由此可得一个方案2
解决方案2：当管道中有污水通过时，管道开始振动，使得污物不易堆积。
5.3 借助计算机辅助创新软件，查找知识库和专利库
得到以下几个方案：
解决方案3：层流气流防止散装物料在弯管内堵塞。
将压缩空气引入到岐管，岐管位于管道的下面，其曲线部分构成细长排气孔。该细长排气孔在弯管内凹表面上产生层流气流。污物会随着气流滑动，因此就不会在表面形成聚集。
解决方案 4：利用超声波来防止堵塞。
在弯管外侧增加超声波发生装置，当管道内发生堵塞时，超声波发生装置启动，产生超声波，在超声波的作用下，沉积在管道内的污物会被排斥掉，随着污水溜走。
解决方案5：高压冲击防止管道内部的堆积堵塞。
在管道内部增加产生高压空气的装置，在管道堵塞时，产生高压空气不断冲击污物，使得污物的堆积发生松动，随着污水溜走。
解决方案6：采用新的涂层。
将管道内壁采用新的涂层做内饰，使得污物不会堆积产生堵塞。
解决方案7：采用不对称原理和漏斗效应。
根据漏斗效应，当流体通过的截面积突然变小时，流体的速度会增加，因此将漏斗装置安装到管道弯头处，使得污水在漏斗效应的作用下流速增加，增大了冲刷力，减少甚至消除污物在弯头处的堆积。
同时根据不对称原理，将漏斗做成非对称中心漏斗，可以防止了漏斗口的堵塞。
5.4 对产生方案进行评估比较
方案1、2、3、4、5需要增加发生设备，费用较高，导致成本较高。
方案6，不太确定何种涂层能够防止管道堵塞，且成本未知。
方案7，仅需在结构上加以调整，且不复杂，成本较低廉。采用方案7。
5.5 最终设计方案
它包括管路、进水口、转弯、出水口，进水口和转弯之间的管路上加装了一个非对称结构漏斗，漏斗的横截面为圆形，其下出口圆心与漏斗上口圆心的连线与垂直方向的夹角a为0€?a<45€埃┒飞隙丝诓糠钟卸ジ欠獗樟印Ｕ庵址嵌猿频穆┒妨咏峁故沟盟餮刈怕┒凡啾诹鞫纬射鑫校黾恿怂鞯某逅⒘Γ甭┒纷唇峁乖黾恿寺┒分兴怨苈返牡南蛳卵沽Γ街中вΦ尤孟滤劳渫分械奈畚锊灰壮恋恚膊灰渍沉谕渫饭鼙谏希苊饬送渫范氯窒蟮姆⑸?
6 结论
(1)通过运用TRIZ理论解决下水道弯头堵塞问题，证明TRIZ确实是一种事半功倍的解决工程问题的方法，可以很快地找到解決问题的一些思路；并且这种方法不是折衷的方法，是一种彻底解决问题的方法。
(2)发明问题解决理论（TRIZ）为计算机辅助创新技术（CAI技术）提供了理论基础。把TRIZ理论与创新设计平台相结合，针对实际工作中遇到的技术问题，找到创新性的解决方案。计算机辅助创新（CAI）——尤其在概念设计阶段向研发人员提供了先进的创新理论、创新技法以及不同学科领域中有效的创新技法知识的支持，协助研发人员构建出新的设想和方案，优化研发进程，减少研发工作的重复和资源的浪费。
参考文献：
[1] 王仁军.对给排水工程管道安装的着重探讨[J].建材与装饰,2011(1):161-162.
[2] 赵敏,史晓凌,段海波.TRIZ入门及实践[M].北京:科学出版社,2009.
[3] 檀润华.创新设计——TRIZ：发明问题解决理论[M].北京:机械工业出版社,2002.