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1發明問題解決理論（TRIZ）

在設計中應用創新方法將有助于設計者高效、創新地解決問題。課題組提出一種創新策略［5］，將創新設計分成面向問題、面向目的、面向產品和面向載體4類，并根據不同的類型，采用不同的創新策略實現創新。這些創新類型中面向問題的創新是最常見的，其策略是解決最小化問題，解決系統中的沖突，對系統進行改進創新。由于發明問題解決理論TRIZ是以已有系統為主要研究對象，比較適合這類型的創新設計。TRIZ最初由G．S．Altshuller于1956年提出［6］，經過幾十年的發展已經形成完整的發明問題解決理論體系，其問題分析及解決體系結構如圖1所示。TRIZ體系包含分析問題及解決問題兩部分，針對不同的問題采用相應的工具來分析解決。

2管道腐蝕檢測裝置創新設計

2．1在役管道腐蝕檢測原理

我國在役管道大都鋪設在野外且都埋在地下，其底部最容易發生腐蝕，對于在役運輸管道發生的腐蝕采用射線檢測技術，其檢測原理如圖2所示。射線機發射檢測光線，穿透管道待檢測部分，然后被探測平板接收，通過對接收射線的情況進行分析處理，便可以判斷管道是否存在腐蝕以及腐蝕的位置、程度。

2．2檢測裝置問題分析

由于在役管道所處的環境比較復雜，對檢測裝置提出了非常苛刻的要求：不宜在管道內進行檢測，也不允許檢測裝置從管道兩端套進，只能從中間夾緊管道。當前的管道腐蝕檢測裝置主要存在的問題為：①結構復雜，裝夾不便；②人工干預程度大，自動化程度低，檢測效率低；③只能檢測某一管徑管道，適應性差。檢測裝置的創新設計必須解決上述問題，對于上述問題我們分析歸納為以下兩個問題：Q1：提高檢測效率，要求檢測裝置能沿著管道軸向進行移動檢測，并對管道進行可靠地夾持。Q2：檢測裝置能實現系列管道（Φ159mm～Φ500mm）的檢測，并保證檢測裝置不復雜、結構緊湊。對于Q1，要求檢測裝置沿著管道軸向移動檢測以提高檢測效率，但另一方面會導致夾持裝置的夾緊力不夠、可靠性降低，這就形成一對技術沖突。對應TRIZ標準工程參數，這對沖突中的改善參數為時間損失，惡化參數為可靠性。對于Q2，要求檢測裝置實現不同管徑的管道檢測，但同時會增加裝置的復雜性，這也形成一對技術沖突。對應TRIZ標準工程參數，這對沖突中的改善參數為適應性及多用性，惡化參數為復雜性。

2．3檢測裝置問題解決

（1）針對Q1，查詢TRIZ沖突矩陣得到發明原理10，30和4［7］，經分析這3個原理無法解決該問題。我們采用物質—場模型來分析此問題，兩種物質分別為S1（管道）和S2（檢測裝置），場為機械場，檢測裝置及場提供的功能是不完整的，其物質—場模型描述如圖3所示。檢測裝置要求對管道有足夠的夾持力，實現管道的可靠夾持，但檢測裝置與管道很難發生相對運動，實現管道軸向移動檢測。由此可見，檢測裝置提供的場是一個可控性較差的場。查詢標準解，得到第二類標準解No．16，即增加一個易控制的場，因此在檢測裝置和管道之間增加一個可控的外力，即在檢測裝置前后分別采用4個滾輪實現管道的夾持，在前后輪之間的管道上增加一個可控的驅動機構（如圖4所示），在夾緊定位的同時提供外力以促使檢測裝置與管道之間發生相對運動。當管道檢測裝置實施檢測時，不與管道發生相對運動，對管道進行定位夾緊；當檢測完一個位置時，驅動機構提供外力促使檢測裝置與管道之間發生相對運動，檢測裝置運動到管道的下一個檢測位置。（2）針對Q2，查詢TRIZ沖突矩陣得到4個發明原理15，29，37和28。經過分析，發現發明原理15（動態化）有助于該沖突的解決。應用發明原理15，將滾輪與檢測裝置的聯接部分改為可調機構，采用如圖5所示的可調滑塊機構，滑塊沿著圓弧板徑向安裝，均勻并且對稱安裝在上、下圓弧板端面，通過調節滑塊實現所要求的系列管道檢測。

2．4在役管道腐蝕檢測裝置創新方案

綜合上述2個問題的解決方法，得到如圖6所示的在役管道腐蝕射線檢測裝置創新方案。檢測裝置采用兩段半圓弧鉸接而成的剖分式結構和螺旋夾緊機構實現快速夾緊和拆卸；采用8輪夾持機構以及驅動機構實現檢測裝置對管道的定位夾持，并能沿著管道軸向移動，實現自動檢測；調節與輪子聯接的滑塊機構以實現不同管徑的夾持檢測。

3結論

運用TRIZ方法對在役管道腐蝕射線檢測裝置存在的問題進行了分析，設計了一種新型的在役管道腐蝕射線檢測裝置，采用可調滑塊結構實現不同管徑的夾持檢測，適應性良好；檢測裝置沿著管道移動并自動控制檢測，提高了檢測質量和檢測效率。該檢測裝置結構簡單緊湊，能較好地滿足管道腐蝕檢測的要求。

作者：尚萬趙武曾杰李小龍單位：四川大學制造科學與工程學院