TRIZ理論在冰箱噪音改進中的應用

韋剛 李文昌 王文娟

（惠而浦（中國）股份有限公司 安徽合肥 230088）

TRIZ理論在冰箱噪音改進中的應用

韋剛 李文昌 王文娟

（惠而浦（中國）股份有限公司 安徽合肥 230088）

發(fā)明問題解決理論（TRIZ）是由前蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒（G.S.Altshuller）所領導的研究機構(gòu)在研究分析了世界上250多萬件高水平發(fā)明的基礎上，并綜合多科學領域的原理和法則后提出的一套具有完整體系的創(chuàng)新理論。其后TRIZ理論在很多領域得到了成功運用，并取得了可觀的創(chuàng)新成果和顯著地經(jīng)濟效益。噪音問題一直是家電研發(fā)中需要解決的一個重要問題，隨著人們生活水平的提高，對于靜音的需求也更加迫切。本文以大容量風冷冰箱噪音改進為例，描述了TRIZ理論在這個具體問題上的應用。TRIZ理論所提供的思維方法是值得在家電研究開發(fā)中大量運用的。

TRIZ；冰箱噪音；振動；創(chuàng)新原理

1 引言

冰箱已經(jīng)成為目前家庭中一種基本的家用電器，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，對冰箱品質(zhì)的要求必將隨之提高。冰箱運行中產(chǎn)生的噪音會影響人們的生活質(zhì)量，冰箱的噪音改進是冰箱研發(fā)人員面臨的重要課題。TIRZ理論在工程技術問題方面的優(yōu)勢給了我們一個新的解決問題的途徑，面對降低噪音這樣一個問題，我們先轉(zhuǎn)換并表達為一個TRIZ問題，然后利用TRIZ中的理論工具進行TRIZ問題的解決，從而獲得TRIZ問題的解，最后將TRIZ問題的解與具體問題相對照，考慮實際條件的限制，轉(zhuǎn)化為具體問題的解決方案，進而應用到實際的問題解決中，獲得具體問題的實際解，以上即是TRIZ理論解決問題的方法流程。（TRIZ是俄文т е о рии решения из об рет а тельских з ада ч 的英文音譯Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch的縮寫，其英文全稱是Theory of the Solution of Inventive Problems）

2 TRIZ的主要內(nèi)容

2.1 產(chǎn)品技術系統(tǒng)的進化法則

（1）完備性法則；（2）能量傳遞法則；（3）動態(tài)進化法則；（4）提高理想度法則；（5）子系統(tǒng)不均衡進化法則；（6）向超系統(tǒng)進化法則；（7）向超系統(tǒng)進化法則；（8）向微觀進化法則。這些技術系統(tǒng)進化法則基本涵蓋了各種產(chǎn)品核心技術的進化規(guī)律，每條法則又包含多種具體的進化路線和模式。

2.2 TRIZ 40個基本原理

沖突是創(chuàng)新設計過程中經(jīng)常要遇到的問題，也是最難解決的問題，可以說創(chuàng)新就是在解決沖突中產(chǎn)生的。當產(chǎn)品的一個技術參數(shù)的改進對另一個技術參數(shù)產(chǎn)生負面影響時，就產(chǎn)生了沖突。TEIZ理論認為，發(fā)明問題的核心是解決沖突，產(chǎn)品進化過程中就是不斷解決產(chǎn)品所存在的沖突的過程。阿奇舒勒在對全世界專利進行分析的基礎上，發(fā)現(xiàn)在以往的發(fā)明中所存在的規(guī)則并不多，不同時代的發(fā)明，不同領域的發(fā)明，這些規(guī)律被反復的使用。這些規(guī)律被歸納為TRIZ 40個基本原理[1]，如表1。

圖1 矛盾矩陣查詢圖

圖2 壓縮機罩板增加壓型示意圖

圖3 壓縮機罩板螺釘孔周圍凹坑造型加深示意圖

2.3 39種技術特性參數(shù)

在TRIZ理論中不同領域中相互沖突的特征經(jīng)過高度的概括，被抽象為39個技術特性參數(shù)，他們可對不同的問題中包含的各種沖突進行統(tǒng)一、明確的描述。[2]如表2。

2.4 矛盾矩陣

阿奇舒勒將工程參數(shù)的矛盾與發(fā)明原理建立了對應關系，整理成一個39×39的矩陣，使用者根據(jù)系統(tǒng)中產(chǎn)生矛盾的兩個參數(shù)，從矩陣中直接查找化解該矛盾的原理，并使用該原理解決問題。

3 風冷冰箱的噪音

噪音的產(chǎn)生是由于物體的振動，風冷冰箱結(jié)構(gòu)較為復雜，相比直冷冰箱多了風扇等部件，所以其噪音源比直冷冰箱多。一般來看，在風冷冰箱正常運行過程中，其噪音主要來源于壓縮機本身的振動、壓縮機和壓機室部件接觸引起的振動、冷凝器的振動、制冷管路的振動、風扇（包括風道系統(tǒng)的風扇和冷凝器的風扇）轉(zhuǎn)動中產(chǎn)生的振動，這些振動產(chǎn)生時，有時候由于部件之間的碰撞還會導致部件產(chǎn)生共振，從而增大噪音。在這些噪音源中，考慮到實際情況，比較易于著手的是壓縮機以外部件的振動、管路的振動以及部件碰撞帶來的振動。

4 利用TRIZ分步分析解決噪音問題

4.1 定義系統(tǒng)名稱及初始環(huán)境

根據(jù)TRIZ的解題步驟，第一步我們定義出系統(tǒng)的名稱。在這里系統(tǒng)是一個動態(tài)的概念，是指自運行的一個整體，對這個系統(tǒng)進行描述就是要用最簡練的語言刻畫出這個自運行整體的特征。由此，我們的系統(tǒng)名稱可以定義為“冰箱零部件實現(xiàn)冰箱制冷”。那么這個系統(tǒng)的初始環(huán)境即使用工況我們可以描述為（1）冰箱運行時放置在廚房或家中的其他位置（使用環(huán)境）；（2）冰箱運行會產(chǎn)生噪音，主要的噪音源在壓機室。其工作原理可描述為：風冷冰箱運行過程時，壓縮機通過自身轉(zhuǎn)動使制冷劑在管路內(nèi)流動，蒸發(fā)器吸收冰箱內(nèi)的熱量并由制冷劑帶走，熱量通過冷凝器散發(fā)，風扇吹走冷凝器熱量，冰箱內(nèi)的風扇轉(zhuǎn)動使冷氣在冰箱內(nèi)循環(huán)，以上各個部件互相配合實現(xiàn)風冷冰箱制冷功能。

圖4 排氣管彎曲處半徑加大示意圖

表1 TRIZ 40個基本原理

表2 技術特性參數(shù)

表3 組件價值分析

4.2 轉(zhuǎn)化為TRIZ問題描述

有了前面的基本定義及描述，我們把問題可以轉(zhuǎn)化成規(guī)范的TRIZ問題進行描述，那么系統(tǒng)的工作原理就變成如下描述形式：（1）電源驅(qū)動（drive）壓縮機；（2）電源驅(qū)動(drive)冷凝器風扇：（3）壓縮機底板固定(fix)壓縮機；（4）壓縮機底板固定(fix)風扇支架；（5）壓縮機底板固定(fix)冷凝器支架；（6）風扇支架固定(fix)冷凝器風扇；（7）壓縮機驅(qū)動(drive)制冷劑；（8）壓縮機連接(connect)制冷管路；（9）制冷管路連接(connect)冷凝器；（10）制冷管路使(make)冷制冷劑通過(through) ；（11）冷凝器支架固定(fix)冷凝器；（12）壓縮機罩板阻隔(obstruct)噪音；（13）壓縮機罩板遮擋(shelter)壓縮機。

其主要問題則描述如下：（1）壓縮機碰撞(knock)壓縮機底板；（2）冷凝器風扇碰撞(knock)風扇支架；（3）制冷劑沖擊（dash）制冷管路；（4）制冷劑沖擊（dash）冷凝器；（5）壓縮機振動（vibrate）空氣；（6）制冷管路碰撞(knock)壓縮機罩板；（7）冷凝器碰撞(knock)冷凝器支架；（8）冷凝器風扇吹（blow）冷凝器；（9）冷凝器支架碰撞(knock)壓縮機底板；（10）壓縮機罩板振動（vibrate）空氣；（11）冷凝器振動（vibrate）空氣；（12）冷凝器風扇振動（vibrate）空氣；（13）空氣傳遞（transmit）噪音。

4.3 組件價值分析

在本系統(tǒng)所有與噪音有關的組件中，必然有一些是和產(chǎn)生噪音關系大的，有些關系則不是那么大，那么根據(jù)其對最終產(chǎn)生噪音所起的作用，分析它在系統(tǒng)中的價值。注意，此處所說的價值，與部件實際的成本無關，只與其在產(chǎn)生噪音過程中所發(fā)揮的作用有關。我們根據(jù)各組件在流的傳遞中承擔的角色的重要性把冰箱壓機室各個組件的有用功能、有害功能，以及不足或過度的功能進行了量化，并評估了各個組件的成本。按照理想度的計算公式I=有用功能/（成本+有害功能），計算出了每個組件的理想度。如表3所示。

為了簡化和理想化的系統(tǒng)，我們按照以下順序刪除/改善系統(tǒng)組件：（1）制冷劑；（2）壓縮機；（3）冷凝器；（4）風扇支架；（5）冷凝器風扇；（6）制冷管路；（7）壓縮機底板；（8）壓縮機罩板；（9）冷凝器支架。

4.4 運用創(chuàng)新原理解決問題

根據(jù)以上組件價值分析的結(jié)果，再考慮實際資源的制約，我們先從壓縮機罩板入手進行TRIZ問題的分析。通過分析，我們確定如何防止壓縮機罩板的碰撞及振動作為一個入手點，進而分析壓縮機罩板存在硬度過度、形狀平整度過度的問題，那么下一步便是如何降低硬度及平整度。我們再次專注于平整度的問題，因為壓縮機罩板是一塊鐵板，其過于平整會導致壓機室的噪音更加容易通過它進行傳播，且會產(chǎn)生共振。那么改造它的初步思路便是：增加壓縮機罩板造型。這個方案涉及到模具方面的改動，故該思路的缺點我們可以描述為：增加制造過程中的能量損失。在矛盾矩陣中，我們可以查到其對應的創(chuàng)新原理是第14個曲線曲面化原理。

由此，我們也得到此思路最終的解決方案，即增加壓縮機罩板的壓型，由此使罩板的平整度降低，可以從結(jié)構(gòu)方面增加罩板的強度且可以緩沖掉部分振動，從而也會減小部分噪音。如圖2所示。

利用同樣的步驟，我們還得到了以下幾種方案：利用自服務原理，通過使壓縮機罩板螺釘孔周圍的凹坑加深，使凹坑高度高于壓縮機罩板彎邊高度，這樣在打緊螺釘后，只有螺釘凹坑能緊貼箱體，壓縮機罩板周圍的面積就可以與箱體有一個距離，從而減少了壓縮機罩板與箱體的接觸面積。如圖3所示。

根據(jù)自服務原理，加大排氣管拐彎處半徑：壓縮機排氣管拐彎處圓弧半徑過小使得壓縮機排出的高壓氣體快速撞擊管壁，從而產(chǎn)生噪音。加大此拐彎半徑可以使氣體在通過管道時比較順滑，緩和沖擊，從而使噪音降低。如圖4。

根據(jù)復合材料原理，通過用復合材料（如鋁合金）來替代目前使用的鋼質(zhì)冷凝器，實現(xiàn)降低冷凝器硬度，同時滿足冷凝器的散熱等相關性能要求。

根據(jù)機械系統(tǒng)替代原理，用塑料的壓縮機罩板代替鋼質(zhì)的罩板，減小了密度和硬度，振動可相應減小

以上五種方案，我們最后經(jīng)過綜合的考慮分析，聯(lián)系實際情況，采用了前三種方案，經(jīng)過實際測試，所選取的大容量對開門風冷冰箱的噪音能比之前降低2～3db，較好地解決了此款冰箱的噪音問題。

5 結(jié)束語

本文簡要介紹了TRIZ理論及本理論在冰箱噪音改造問題中的應用實例。TRIZ理論作為一種發(fā)明創(chuàng)新的理論，在工程、機械等技術領域的應用是非常廣泛的，TRIZ的一些基本原理也是和這兩個領域非常契合的，所以這個理論非常適用于家電制造領域中大部分問題的解決。在當前激烈的競爭環(huán)境下，研發(fā)技術創(chuàng)新是每個家電企業(yè)競爭優(yōu)勢的體現(xiàn)，而TRIZ的出現(xiàn)則為我們提供了一種技術創(chuàng)新的工具，提供了一種分析問題、解決問題的思路。它的出現(xiàn)向世人表明，創(chuàng)新是有跡可循的，只要掌握了正確的方法，創(chuàng)新甚至是突破性的創(chuàng)新都是可以順利實現(xiàn)的。如果我們認識到了這一點并大力推廣，TRIZ理論必將在研發(fā)領域發(fā)揮越來越重要的作用。

[1] 楊清亮編著.發(fā)明是這樣誕生的：TRIZ理論全接觸.北京：機械工業(yè)出版社，2006.7: 33-68

[2] 趙新軍.技術創(chuàng)新理論（TRIZ）及應用.化學工業(yè)出版社，2004: 65-68

TRIZ theory application in the refrigerator noise improvement

WEI Gang LI Wenchang WANG Wenjuan
（Whirlpool-China Electric Co.,Ltd. Hefei 230088）

The theory of the solution of inventive Problems（TRIZ）is a complete innovation theory advanced by the Research institutions which led by Former Soviet inventor Altshuller（G.S.Altshuller). It was created on the basis of analysis more than 2500000 advanced invention and integrating multi-science principles and rules. Subsequently TRIZ theory has been successfully applied in many fields, and has made considerable innovations and significant economic benefits. Noise problem is an important issue to be resolved in the research and development of home appliances, as people's living standards improve, the demand for quiet are more urgent. In this paper, we took large-capacity aircooled refrigerator noise improvement as an example, described the application of TRIZ theory on specific issues. The thinking provided by TRIZ is worthy of extensive use in research and development of the home appliance.

TRIZ; Refrigerator noise; Vibration; Innovation principle