基于TRIZ理论设计的农业灌溉系统

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(黑龙江省生产力促进中心　150001）摘　要：本文系统全面地应用triz理论进行了农业灌溉系统创新设计，在对实际问题分析的基础上，进行了系统功能分析以及根本原因分析；通过技术矛盾定义和创新原理应用、物理矛盾定义和分离方法应用、物场模型建立和标准解法应用，确定了心得创新设计方案。关键词：TRIZ;农业；灌溉1　引言TRIZ是源于前苏联，建立在专利基础上的一门科学的创造方法学，它成功地揭示了发明创新的背后所遵循的内在规律和原理[1]。经过近60年的发展，TRIZ已成为解决发明问题的强有力方法学，在世界许多国家的企业得到了广泛应用，解决了无数的工程问题[2]。德国柏林现代TRIZ国际学院（ModernTRIZAcademy）米哈伊尔·阿尔洛夫教授（MichaelOrloff）认为，“TRIZ与卫星、AK47是前苏联给全世界的三大发明”[3]。通过TRIZ理论可以得到意识的引导和概念的启示。TRIZ理论包括两种工具，一种是分析工具，一种是解决工具。分析工具核心是功能，解决工具的核心是资源。TRIZ从功能的角度描述技术系统，站在功能的角度去看待全局，同时明确技术系统的边界和目标，分析可利用资源。通过描述和定义，避免思考者落入思维定势。以下案例是作者通过实际问题应用TRIZ理论工具启发下得到解决思路。2　设计过程2.1　功能分析喷灌机是喷嘴、喷头、水泵、吸水管、发动机和机箱等按一定方式组合配套具有整体性的喷灌机械。喷灌机的主要功能是喷水。发动机提供水泵吸力，吸水管把水引吸入水泵，水泵将水引导入喷头后，喷嘴将水流击散成水滴喷射出去，水滴落在土壤上，经过土壤被植物吸收。喷灌机受风的影响较大，水滴在大气下落过程中，如果有风会吹散水滴，飘移损失增大，使水灌溉率降低。本项目研究解决的问题是如何避免喷灌机喷出的水滴受到风的影响？采用新技术的喷灌机能够喷出需要的水滴，并且不受环境不利因素的影响。2.2　资源方案超系统资源——人、空气物质资源—水、沙子能量资源—光能、热能、重力场信息资源—温度、风速、风向物质资源—内部空气、水能量资源—压力场、重力场、张力场信息资源—压力值、喷水量2.3　物理矛盾分析物理矛盾：既要水滴很大，又要水滴很小⑴空间分离Step1：定义物理矛盾参数：水滴大小要求1：喷出水滴体积大要求2：喷出水滴体积小Step2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么空间得以实现？在喷嘴到地面的空间，既要求水滴很大；在土地到植物根系的空间又要求水滴很小。通过空间分离的方法得到构思1。构思1：采取渗灌技术，喷头插入土壤对植物根系直接进行喷灌。水利用率高。此方案缺点是喷头容易堵塞，堵塞后喷灌系统基本报废，并且造价成本高。⑵条件分离Step1：定义物理矛盾参数：水滴大小要求1：喷出水滴体积大要求2：喷出水滴体积小Step2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间/空间得以实现？在空气静止的时候，要求水滴很小在空气流动的时候，要求水滴很大Step3：以上两个时间/空间是否交叉？在空气的静止和流动在时间上是不交叉的。考虑尝试用条件分离的方法，得到构思2。构思2：在喷灌机上安装测风反馈装置，在无风时可以自动喷水，在有风时停止喷水。缺点：该方案增加了系统的复杂程度。⑶系统级别分离（见图12）Step1：定义物理矛盾参数：水滴大小要求1：喷出水滴体积大要求2：喷出水滴体积小Step2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间/空间得以实现？当喷嘴大小固定式，水泵压力大时，水滴很大；水泵压力消失，水滴很小。Step3：以上两个时间/空间是否交叉？水泵压力大小是相对概念，时间是相对不交叉的，从系统级别分离角度考虑得到构思3。构思3：采用滴灌技术，将喷头与技术系统分离，将系统组件简化，可以在地表面铺设管道，缩短水滴下落距离，管道上留有小孔，水滴靠自身重力下落进行喷灌。优点：省水、节能；缺点：不适宜大范围喷灌。2.4　物场分析构思4：雾化的液滴由许多细小的水滴组成，因此，他们会在地球引力的作用下缓慢地降落，而且风会吹奏他们。为了把工作效果差的物场模型，变成效果较好的物场模型，应该把水滴做成大的。所以构思把液体放入胶囊里（外部符合场）。重力场对液体有很好的作用效果（它们快速地飞落到地面），而且风的有害作用消失了。但是问题只解决了一半，为了在近地面时让水滴变小，必须使它们变成细小的飞沫，这样才会更好地分布在地面上。水珠（胶囊）应该在接近地面时爆裂。解决思路是在水中加入易挥发的物质，并且会发物质不污染环境。胶囊在空气中摩擦产生热场，易挥发的物质在水中达到沸点，使水囊在接近地面时变成小水滴。喷灌器起到像火炮发射的作用，是一次只能发射一个水囊。可以消除风的因素，达到提高水利用率。3　结束语TRIZ理论解决农业实际问题转化为TRIZ理论标准模型需要丰富的专业背景知识，但TRIZ作为强大的系统化方法为解决实际问题提供了非常有效的工具，可以减少传统创新设计中试错法所耗费的时间、精力，大大加快创新步伐，提高创新质量。参考文献[1]赵敏，胡珏．创新的方法[M]．北京：当代中国出版社，2008.1[2]杨廷双．TRIZ理论入门导读[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,2007.[3]B.·Д·贝尔多诺索夫．黑龙江省技术创新方法培训教材[M].哈尔滨,2007