TRIZ理论在船舶领域的应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 164 TRIZ 理论在船舶领域的应用 郭方涛 周飞鸿 李守根 朱加雷（通讯作者）焦向东 北京石油化工学院机械工程学院，北京 102617 摘要摘要：为提高船舶设计和建造效率、降低生产成本，本研究采用综合研究方法结合 TRIZ 理论深入分析了 TRIZ 理论在船舶设计、建造和管理等各个阶段的应用案例，并总结了应用中的优势和不足之处。在此基础上，提出了 TRIZ理论在船舶（特别是大型邮轮）设计和建造领域的未来发展方向。包括加强设计创新、优化生产流程以及提高船舶性能和可靠性等方面的策略，以推动船舶工业的进步。关键词：关键词：TRIZ；船舶；应用；创新设计 中图分类号：中图分类号：TB47;TH122 0 引言 大型邮轮的设计与建造代表了全球船舶工业的顶尖水平，其高度复杂性带来了一系列挑战，包括重量重心控制、特殊及异型结构设计以及震动噪声控制等。在我国，首次尝试大型邮轮的设计与建造面临着众多技术难题。TRIZ 理论，作为一种广泛应用于各行业的创新方法，被引入以应对船舶建造过程中的复杂技术挑战。本文通过对 TRIZ 理论的深入分析，并详细研究了其在船舶建造中的应用案例，旨在总结 TRIZ 理论在船舶设计与建造领域的应用方法。以期进一步促进 TRIZ理论在我国船舶设计与建造中的应用和发展，提高我国在大型船舶设计与建造领域的创新能力和竞争力。1 TRIZ 理论概述 TRIZ，即“发明问题解决理论”（Theory of Inventive Problem Solving），是由俄罗斯发明家和工程师 Gienrich Altshuller（1926-1998）创立的一种广泛应用于解决复杂技术、营销和组织问题的方法。Altshuller 在担任里海海军发明部门工程师的职务期间，通过对众多专利的深入分析，得出了一个重要结论：技术系统遵循一定的演化规律，这些规律可以被发现并用于创造解决发明问题的方法1。这一工作不仅首次揭示了技术系统演化趋势和模式的理论基础，还为发明问题解决方法的分析开发奠定了基础，随后演化为TRIZ 发明问题解决理论，其核心公理是：所有技术系统的演化都受到客观规律的支配。TRIZ 理论是一种基于多种工具的发明问题解决理论，核心是解决冲突问题实现创新设计2,3，其理论模型如图 1 所示，解决问题的一般过程如图 2 所示。TRIZ 理论包括用于问题分析工具和系统改进知识库工具：分析工具用于问题建模、分析和转换，包括矛盾分析、物场分析、功能分析、资源分析4，知识库工具包括 40 个发明原理和 76 个标准解决方案5。相对于传统创新方法，TRIZ 理论具有更鲜明的优势和特点，不仅可以系统分析问题情景，快速发现问题本质或矛盾，还能确定问题的探索方向，帮助使用者突破思维障碍，以多种工具和新的视觉分析并解决问题，提高解决问题与创新设计效率，从而得到高质量的创新产品和解决方案6。图 1 TRIZ 模块图 中国科技期刊数据库 工业 A 165 图 2 TRIZ 解决问题的一般模式和流程 2 TRIZ 在船舶领域的应用 TRIZ 理论和方法作为一种解决问题的工具，在船舶领域中具有广泛的应用潜力。如在船舶结构设计方面，TRIZ 的“分离原理”可用于简化船体结构，减少组件数量，从而提高制造效率和降低成本。这种方法能够优化船体设计，使其更加轻便但又具备足够的强度和稳定性。另一方面，在船舶建造领域，TRIZ 中的“赋形原理”可以应用于设计更加节能和环保的新型船舶。通过这一原理，可以优化船体形状，减少水动力阻力，从而降低燃油消耗，减少对环境的不良影响。这对于满足环保法规和减少运营成本都具有重要意义。此外，TRIZ 理论中的其他原则和规律也可以应用于选择材料、提高航速以及增强船舶的稳定性等多个方面。这些方法可以帮助船舶设计师和工程师克服技术难题，提高船舶性能，同时降低生产和运营成本。因此，TRIZ 理论在船舶领域的应用为该行业的创新和可持续发展提供了有力的支持。2.1 在船舶设计方面 基于 TRIZ 理论的分析方法，肖继尧确定了在建超大型液化乙烷运输船（Very Large Ethane Carrier,VLEC）项目火灾事故的诱因7，总结了应用在 VLEC 建造过程中的各种防火措施，并进一步运用 TRIZ 理论解决物理矛盾的方法对水喷淋工装进行了创新设计，解决了工装无法吊装、不能焊接固定、施工空间有限、人员操作困难等问题。管芳景基于 TRIZ 解决创新问题的一般结构、流程，阐述了船舶设计中采用计算机辅助创新技术的重要性8。林焰等通过建立一种基于专利分析与改进 TRIZ 的组合方法，实现了船舶外板喷涂机器人多方面功能的创新设计9。杜宜洋基于 TRIZ 理论的思想和方法，对雷达桅结构振动问题展开分析，利用系统功能分析、技术矛盾分析等工具，提出雷达桅结构优化方案，并通过数值仿真进行验证，进而解决因船舶防泥沙压载舱使上层建筑增高致使桅杆的高度增加、结构变得细高、振动风险增加的问题10。肖肯等以提高结构防护性能与结构重量代价间存在冲突为出发点，引入TRIZ 理论，构建基于发明原理的防护舱壁结构概念型式方案，使得防护结构概念设计有一定的规则可循，大大提高了防护结构概念设计的效率11。张鑫等运用TRIZ 理论解决 1100t 全液压轮胎式船艇搬运起重机中不能搬运超过自身高度船艇的问题12。丁也等通过TRIZ 理论对舰船平整度检测方式进行问题分析与解决，并将得出的新的检测方式推广使用，大大提高了检测效率和精度13。2.2 在船舶管理方面 张建辉构建了生产协同管理优化模型，通过冲突解决图表阶段（Conflict Resolution Diagram，CRD）寻找冲突，再利用 TRIZ 工具进行解决，提高了生产的创新管理效率，把优化模型应用到工程船的生产管理中，提高了工程船生产的高效性14。张倩等通过 TRIZ理论解决了双燃料 VLCC（Very Large Crude Carrier：超大型油船）重量较重而导致的成本增加问题15。2.3 在船舶建造方面 李兆瑞基于 TRIZ 创新方法，分析研究舵杆在船台吊装时遇到的问题，运用 TRIZ 工具分析提出各种优化方案，最后得到消除损坏隐患的舵杆船台吊装工艺优化方案，从而提高生产效率，降低施工难度16。刘祥围绕赣江中下游河段船舶溢油风险问题，利用 TRIZ 理论研究风险控制内容和方式，提出四种具体的风险控制方法，对赣江中下游河段船舶溢油风险进行预防和控制，以避免或者减轻溢油事故所带来的危害17。田跃应用TRIZ理论中最终理想解和技术矛盾矩阵等分析工具，对船舶设备中的黑匣子进行优化设计，为浮动冲击平台等海上测试系统的数据存储提供可靠保证18。阳启航在对国内外船舶通信与求救设备发展现状的研究基础上，结合 TRIZ 理论，提出了渔船遇险求救示位器的总体方案，利用 TRIZ 理论对示位器进行了相关分析，得到示位器的最终理想解19。徐国华等利用 TRIZ 理论引入气垫船及技术问题中，寻找难题出现原因并得出多种方案，最后结合各个方案的优点得出最终理想解，解决了困扰气垫船发展多年的技术难题，在不增加生产成本的基础上提高了气垫船的安全性与稳定性20。中国科技期刊数据库 工业 A 166 3 TRIZ 理论的完善建议 尽管 TRIZ 在工业组织中的分布越来越广，并在研究和进一步开发方面持续努力，但全球工程师对 TRIZ的认识水平仍然相对较低。这也与现代 TRIZ 的复杂性有关，它增加了学习曲线和大量往往以非结构化方式使用的工具。相较于其他理论，TRIZ 理论在船舶领域的应用大部分都局限于设计建造领域，在生产过程、质量管控等方面应用较少，且缺乏与其他创新理论的集成应用；对于 TRIZ 理论模型的研究与验证过少，理论与工程实际应用缺乏双向性，只起到了单向解决问题的作用，而没有反馈到对 TRIZ 理论模型的验证与优化，如此便无法推进 TRIZ 理论体系的深入开发；以上两个问题也会导致TRIZ理论的应用具有局限性，无法满足复杂性需求。为改善上述问题，应从以下几个方面加强工作：开展 TRIZ 理论与其他创新方法的集成应用，建立多创新方法集成模型，形成完整的创新链以实现船舶领域各环节的工程实际应用，这也是未来的发展方向；在已有研究的基础上进行更深层次的探索，在原有的 TRIZ 应用基础上完善技术途径，实现工程应用的资源优化配置；在实际应用中加强对 TRIZ 理论的反馈验证，深入挖掘 TRIZ 理论体系，建立与实际应用相结合的新型TRIZ 模型，把 TRIZ 理论丰富使其多元化。4 结语 科技发展的历史证明，引进先进创新的理论、方法和工具，远远超过资本的引进。只有遵循创新规律,研究创新方法,才能突破创新瓶颈，让创新变得“多快好省”。大力开展 TRIZ 理论研究和应用推广工作，可使之成为提高科技创新能力的助推器。参考文献 1Chybowski L.,Idziaszczyk D.Metody tworzenia innowacyjnych rozwi za technicznych-TRIZ-Teoria Rozwi zywania Innowacyjnych ZagadnieJ.Industrial Monitor-produkcja i utrzymanie ruchu,2(16)2015,40-44.2张承业.基于 TRIZ的 DFSS 过程创新研究及应用D.天津:河北工业大学,2014.3蒋鸿帆.海工装备设计多方法融合技术研究D.上海:上海交通大学,2018.4张士军,张明勤,王日君.TRIZ1141 一种算法发明问 题 解 决 算 法(ARIZ)J.科 技 创 新 与 品牌,2010(9):51-51.5丁明芳.TRIZ解决创造性问题的理论D.上海:复旦大学,2004.6金刘洋,朱团,王超囡,等.TRIZ 算法在多功能眼镜创 新 设 计 中 的 应 用 研 究 J.产 业 与 科 技 论坛,2015,14(17):47-49.7肖继尧.基于 TRIZ 的在建 VLEC 防火措施研究D.大连:大连海事大学,2019.8管芳景.基于 TRIZ理论的 CAI 在船舶设计中的应用分析J.科技资讯,2016,14(32):37-38,40.9林焰,衣正尧,李玉平,等.坞内船舶外板喷涂机器人多功能创新设计J.船舶工程,2018,040(10).10杜宜洋.应用 TRIZ 理论解决雷达桅结构振动问题研究J.船电技术,2021,41(03):46-48.11肖肯,李德聪,戴文喜,等.基于TRIZ理论的舰船防护 舱 壁 结 构 型 式 生 成 研 究 J.中 国 舰 船 研究,2019,14(2):36-44.12张鑫.1100t 全液压轮胎式船艇搬运起重机的设计J.起重运输机械,2016(8):44-47.13丁也,李慧君.基于TRIZ理论的舰船平整度检测方式的改善J.科技创新与品牌,2019(04):72-74.14张建辉,王素,张文旭,等.基于TRIZ和约束理论的复 杂 产 品 生 产 管 理 优 化 J.机 械 设 计 与 研究,2021,0034.15张倩,薛雷,王礼东.基于 TRIZ 理论的双燃料超大型油轮结构优化研究J.科技创新与品牌,2020(4).16李兆瑞.大型船舶舵系组件安装工艺优化研究D.大连:大连理工大学,2019.17刘祥.赣江中下游河段船舶溢油风险管理的研究D.大连:大连海事大学,2019.18田跃.基于浮动冲击平台的海上测试系统黑匣子抗冲击性能分析及其优化设计D.哈尔滨:哈尔滨工程大学,2018.19阳启航.近海渔船遇险求救示位器研究D.哈尔滨:哈尔滨工程大学,2015.20徐国华,黄景明,罗永城,等.TRIZ 理论应用于气垫船创新设计的探索J.科技创新导报,2017,14(36).