基于TRIZ理论的热分析仪加热炉体设计

　　0引言

　　热分析是在程序控制温度下,测量物质的物理性质与温度关系的一种技术,是研究物质受热或冷却过程中所发生的各种物理与化学变化的重要途径。热分析仪器的温度控制与其内部加热炉体的均温区结构设计有直接关系,均温区的材料、体积、形状等因素严重影响加热炉内腔温度均匀分布情况,对热分析仪器的均温区结构设计成为热分析仪器设计的一个重要部分。如何提高仪器对温度控制的精度往往是制约国内热分析仪器研发的关键问题之一,通过对加热炉体结构的创新设计是提高仪器测量精度的重要手段之一。目前,通常采用优化控制温升曲线、增加加热炉管长度、软件补偿与修正等方法来提高精度。但此类方法不但增加了加热元件成本,引起了数据的二次误差,而且效果不理想。

　　本文目的旨在利用TRIZ理论,从系统结构创新设计入手寻求突破口,探讨创新设计理念、创新设计路线、创新设计结合点等问题。针对热分析仪器加热炉体均温区结构设计难点,分析均温区设计过程中的特定技术创新矛盾冲突矩阵,通过TRIZ理论特有的ARIZ发明问题解决算法,合理设计加热炉体均温区结构的方法,扩大均温区范围,提高其重复性,保障利用热分析仪器进行试验时的测量精度。

　　1TRIZ理论基础

　　TRIZ是“发明问题解决理论”的俄文单词首字母缩写。前苏联发明家G. S.Altshuller通过分析世界近250万份高水平的发明专利,总结出各种技术发展进化遵循的规律模式,以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则,建立一个由解决技术并实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系,并综合多学科领域的原理和法则,建立起TRIZ理论体系,如图1所示[1]。

　　这一方法学体系是以辩证法、系统论和认识论为哲学指导,以自然科学、系统科学和思维科学的分析和研究成果为根基,以技术系统进化法为理论基础,以技术系统(如产品)和技术过程(如工艺流程)、技术系统进化过程中产生的矛盾、解决矛盾所用的资源、技术系统进化方向的理想化为四大基本概念,包括了解决工程矛盾问题和复杂发明问题所需的各种分析方法、解题工具和算法流程[2]。ARIZ(Algorithm for Inventive-Problem Solving)发明问题解决算法是TRIZ理论中的一个主要分析问题、解决问题的方法,其目标是解决问题的物理矛盾。该算法主要针对问题情境复杂、矛盾及其相关部件不明确的技术系统。它是一个对初始问题进行一系列变形及再定义等非计算性的逻辑过程,实现对问题的逐步深入分析和转化,最终得以解决问题。该算法尤其强调问题矛盾与理想解的标准化定义过程,一方面技术系统向理想解的方向进化,另一方面如果一个技术问题存在矛盾需要克服,该问题就变成一个创新问题。