五、典型成果案例

1、1一、企业简介黑龙江昕泰管业有限公司典型成果案例三则黑龙江昕泰管业有限公司是一家从事 高科技含量、环保型、高性能新型管材和螺 旋波纹钢管设备生产和销售的民营科技企 业。公司下设塑料技术研究所，集贤分公司公司已通过IS09001质量管理体系认 证，黑龙江省高新技术企业、黑龙江省非公有制科技创新先进企业、国家重点新 产品项目承担企业、科技部技术创新基金项目承担企业。公司位于黑龙江省双鸭 山市尖山区长安路101号，总部占地面积5760川，集贤分公司占地面积23867叭 员工54人，企业总资产2800余万元，销售收入连续几年在 2000万元以上，信用 等级A级。现在昕泰管业公司已拥有国内先进水平的管材

2、生产线10条，已形成年加工各类管材、管件5000吨的生产能力，产品已形成系列化，即给水系列、排水系列、采暖系列、环保系列。主要产品有：PP-R管材管件、PE-X地面辐射采暖管、PE 输水管、HDPE ( B) (A)结构壁管、双壁波纹管、塑钢复合管、防渗膜。在销售管材产品的同时，公司积极推进螺旋波纹钢管成套机组的研制，目前 该成套机组已完成样机制造并投入管材加工。集贤分公司生产厂区全景图、应用背景(一)技术创新、产品研发方面的情况现有员工54人，其中大专以上科技人员 22人，公司设有技术研究所，主要 研发人员14人，其中高工3人、工程师4人、助工2人、工人技师4人、化工本 科1人。2007年在

3、开展“ TRIZ ”理论学习活动中，注重专有技术保护工作，共申报专 利 8 项。开展了钢塑复合板研究，覆塑螺纹钢管研制，螺旋波纹钢管管道密封接 头研发，螺旋波纹钢管成型机组研发。（二）培养创新人才、解决技术难题1. 培养创新人才 公司自成立起就实施创新发展战略，注重创新人才培养，特别是 2007 年开展 学习 TRIZ 理论以来，联系企业实际开展创新活动。2008年 6月 25日，公司总工、科协主席苏有林被推荐为“黑龙江省技术创新 方法研究会”理事； 11月 5 日公司入选黑龙江省技术创新方法试点企业获得正式 批准。2008 年底公司陈鸣、苏有林被吸收为“国家创新研究会会员” 。公司总工、研究

4、员级高工苏有林， 2007年、2008 年、2010 年连续三次参加由 俄罗斯专家在黑河主讲的 TRIZ 理论培训班。2010年初陈鸣、苏有林获得国际 TRIZ 协会颁发的二级 TRIZ 师证书。2. 解决技术难题 塑料管耐腐蚀，但环刚度低；钢管刚度高，但不耐腐蚀。运用 TRIZ 理论提高 理想度原则，创新“排水用覆塑螺纹钢管” ，将塑料管耐腐蚀与钢管高刚度结合在 一起，是继钢板带增强聚乙烯缠绕管的又一新型钢塑复合管材。塑料管生产机组生产效率偏低， 耗电较高， 针对此不足，运用 TRIZ 理论方法， 创新研制“螺旋波纹钢管成型机组” ，该机组生产效率高， 不用冷却水，节能环保。3. 参加创新方

5、法研讨活动 2008 年 12 月 5 日在黑龙江省技术创新方法学术研讨会上总工苏有林代表 黑龙江昕泰管业有限公司作在学习中应用、在应用中创新的主题发言。 2009 年 8 月 19 日，总工苏有林参加在哈尔滨举行的国际技术创新方法研 讨会。 2009 年 12 月 12 日，总经理陈鸣、 总工苏有林参加在哈尔滨东北林业大学 举行的黑龙江省创新方法 （TRIZ 理论）试点建设与推广应用研讨会， 并发表论文。 2010 年 4 月 1 日，总经理陈鸣、 总工苏有林参加在哈尔滨举行的黑龙江省 技术创新方法研究会理事大会。 2010 年 12 月，总工苏有林参加黑龙江省大学生首届 “TRIZ ”杯创

6、新设 计大赛并出任评委。 2010 年 12 月 9 日，总工苏有林参加科技部、国家创新方法研究会主办的 创新方法高层论坛。三、开展情况（一）工作目标以TRIZ理论学习培训促进公司创新态势，以创新方法应用推动公司创新发展 战略实施，使公司成为创新型企业，成就国内给排水管和成套机组最佳供应商地 位。（二）实施模式仓噺理论培训采用参加国内、省内高层次培训与公司自主培训相结合的路子，创新工具导入应用黑龙江省技术创新方法研究会提供的软件，技术咨询对外借助 外脑聘请客座研究员和走产学研合作创新机制，以选定螺旋波纹钢管成型机组优 化设计课题，已建立与哈尔滨工程大学、黑龙江省塑料工业科学研究所、黑龙江 省机

7、械工业设计研究院的合作平台。（三）实施过程1. 启动阶段（2007年5月2008年6月）第一次黑河学习培训、企业成立创新小组、初始应用一一“基于TRIZ的PE盘管运输”案例。2. 深入学习阶段（2008年7月2009年6月）第二次黑河、哈尔滨学习培训、创新小组活动、应用成果一一“基于 TRIZ的 排水用覆塑螺纹钢管”研发成功。3. 创新应用阶段（2009年7月现在）第三次黑河学习培训（实践班）、创新小组活动、应用成果一一“基于 TRIZ的螺旋波纹钢管成型机组”研发成功左起苏有林维克托鲍利斯陈鸣左二林兴艳左三陈丽娟奥尔洛夫（中）四、应用成效（一）人才培养情况苏有林在公司业务培训班上讲解TRIZ理

8、论知识自2007年开展学习TRIZ理论以来，公司在企业科协下成立技术发明方法 （TRIZ理论）小组，参加省级以上 培训9人次，市级培训22人次，公 司培训21课时7轮200多人次。苏有林作为黑龙江省技术创新 方法理事、培训团成员，积极开展 TRIZ理论宣讲与培训，在双鸭山市科 协与工信委、职业技术学校、煤矿职 院开办的讲堂上担任培训师，累计培 训3次8课时130多人次。（二）课题解决1. 技术课题成果情况技术课题成果一览表序号课题名称概念方案数专利申请数备注01金属基复合材料2102排水用覆塑螺纹钢管2203螺旋波纹钢管成型机组6404螺旋波纹钢管管道密封接头21申报中2. 专利申请情况专利申

9、请一览表序号专利名称专利类型发明人专利状态01一种钢塑复合板材实用新型陈鸣苏有林授权02一种新型钢塑复合螺旋波纹管材实用新型陈鸣苏有林授权03一种带防腐涂覆层的螺旋波纹钢管实用新型陈鸣苏有林授权04螺旋波纹钢管的成套设备及生产螺旋波纹钢管的方法发明陈鸣苏有林实审05螺旋波纹钢管的成套设备实用新型陈鸣苏有林授权06螺旋波纹钢管的成套设备中的成型机实用新型陈鸣苏有林授权07螺旋波纹钢管的成套设备中的压形机实用新型陈鸣苏有林授权08螺旋波纹钢管管道密封接头实用新型陈鸣苏有林申报中3. 样机研制情况2007年初，进入LWG-2400螺旋波纹钢管成型机组的整体设计阶段，年底完成 了图纸设计，2008年

10、1月开始机组加工，5月完成装配和调试，2008年5月6日8月19日在集贤分公司检验试车，9月投入使用。4. 社会效益螺旋波纹钢管成型机组突破塑料管成型机组耗电高、生产效率低、所生产管 材环刚度低的技术难题，螺旋波纹钢管成型机组是国外同类产品价格的 6070%, 覆塑螺纹钢管和螺旋波纹钢管成型机组为填补国内空白产品。由于塑料管存在环刚度偏低，因此国内外都在研究以钢增塑，禾U用塑、钢各 自优势，制造耐腐蚀高强度的钢塑复合管材，我公司创新的“排水用覆塑螺纹钢 管”产品，通过省级科技成果鉴定，技术水平国内领先，被列为全国建设行业“十 一五”科技成果推广项目；“螺旋波纹钢管成型机组”产品，通过部级科技成

11、果评 估，技术水平国内领先，被列为全国建设行业科技成果推广项目。应用几年来， 起到了加工管材时节能节水减少排放，管材应用时无污染无渗漏安装方便，应用 前景广阔。应用创新方法工作以来所研发的产品已经成为市场认可的产品，覆塑螺纹钢 管耐腐蚀力学性能优良，管道50年以上使用寿命，大幅降低制造能耗和使用能耗， 螺旋波纹钢管成型机组节能环保、生产效率高，为企业和用户带来可观的经济效 益的同时所取得的社会效益显著。5. 经济效益(1) 2007年应用创新方法以来情况年度专利增长情况2007年以来专利增长图专利增长一览表年度实用新型发明累计项数增加项数增加%备注2006718-20073-11337.520

12、093115436.420111-1616.7申报中合计142168-说明：2007年3项专利全部转化为覆塑螺纹钢管产品，累计生产10万余米,年度增加销售收入700万元以上。营收增长、利润增长情况营收增长、利润增长一览表年度营业收入增长增长率%利润增长增长率%备注20071527-304-2008170417711.63277.720091587-117-6.7133-19459.32010209951232.32218866.2说明：在营业收入增长中，高新技术产品收入占总收入的90%以上，2007年以来技术创新产品占总收入的60%以上。6. 领导评价企业董事会和总经理对开展创新活动以来取得的

13、成果给予较高评价，创新产 品已成为生产与营销的主要产品，为企业经营带来生机与活力，有力促进创新发 展战略的实施。今后，继续派人外出参加高水平培训，继续加大开展创新活动力 度，保证研发资金，落实奖励政策。公司经理层在讨论创新方案位于双鸭山市长安路的公司总部五、典型成果案例应用案例1基于TRIZ的PE盘管运输一、项目概要在TRIZ中，工程中所出现的种种矛盾可以归结为 3类：一类是管理矛盾，一 类是物理矛盾，一类是技术矛盾。通俗来讲，管理矛盾是指子系统之间产生的相 互影响。物理矛盾就是指系统中的问题是由 1 个参数导致的，其中的矛盾是，系 统一方面要求该参数正向发展，另一方面要求该参数负向发展。技术

14、矛盾就是指 系统中的问题是由 2个参数导致的， 2 个参数相互促进、相互制约。TRIZ 理论认为，创造性问题是指包含至少一个矛盾的问题。当技术系统某个 特性或参数得到改善时，常常会引起另外的特性或参数劣化，该矛盾称为“技术 矛盾”。解决技术矛盾问题的传统方法是在多个要求间寻求“折中” ，也就是“优 化设计”，但每个参数都不能达到最佳值。而 TRIZ 则是努力寻求突破性方法消除 冲突，即“无折中设计” 。系统的管理矛盾出现后，要进一步分析子系统的物理矛盾或技术矛盾，最终 依靠解决物理矛盾或技术矛盾来消除冲突，化解矛盾，实现变革。二、问题描述（一）问题提出2008 年 5 月初，老客户绥化市喷灌机

15、械厂与我公司续订 5850m、dn50 PE 盘 管供货合同，按原有（ 2007年合同）技术要求及包装要求不变，即每盘卷 130 延 长m （必须130m单独盘卷包装，不允许连续盘卷），共45盘卷，运费含在管材总 价格之中。在 07 年第 18 届“哈洽会”上，该厂和我公司签订了 1 单 dn50 PE 管供货合 同，在签订合同时，张厂长说，你们的产品质量堪比省外同类厂家，两公司距离 较近，不但可以节省运费支出，也会给售后服务带来方便，而且还可以做到分批 次订货，有利于双方资金运用。按PE管执行标准，盘管架内径应不小于管材外径的 18倍，dn50管材盘架直 径应不小于900伽，第一批次定货26

16、00m （130mX20盘），该厂来车自提时，车 装18盘（车厢底面积2X 5m），运费1600元，余下2盘配货发出每盘150元运费， 20盘运费总额为1900元。第二批次定货2600m （130米X 20盘），采用配货站发 运，每盘 150 元，运输 20 盘总费用为 3000元。（二）待解决问题进入 08 年以来，由于油料持续上涨，运费上调，高昂的运费成为双方形成买 卖合同的障碍。经实际调查测算，如采用配货方式发运，每盘管材运价将超过 150 元， 45 盘管材总运费将在 6750 元以上；如采用整车发运要 2 车次，每车次运费 2700 元，总运费 5400 元。这高昂的运费，成为制约双

17、方签定合同的焦点，也成为 履行合同的难点，运输与运输费用之间，形成管理矛盾。（三）对新技术系统的要求履行5850m、dn50 PE盘管供货合同，运输45盘卷运费不得超过3000元。三、解题过程（一）矛盾分析根里奇阿奇舒勒指出：“普通的问题只需解决物理矛盾，例如，分离时间或 空间矛盾特性。解决复杂的问题通常关系到改变问题思路放弃最初的心理惯性 约束，直至得到显著的解决方法。为了正确理解问题，需要解决发明问题不能立 即准确提出的问题。解决过程实质上是问题校正过程。 ”1. 管理矛盾产生所谓管理矛盾是指，在一个系统中，各个子系统已经处于良好的运行状态， 但是子系统之间产生不利的相互作用、相互影响，使

18、整个系统产生问题。比如： 一个部门与另一个部门的矛盾，一个工艺与另一个工艺的矛盾，一个机器与另一 个机器的矛盾，虽然各个部门、各个工艺、各个机器等都达到了自身系统的良好 状态，但对其他系统产生副作用。我们将供需合同看成一个系统，运输与费用是其子系统，两者之间存在管理 矛盾。本实例中归纳的管理矛盾是：运输与高昂的运输费用。2. 物理矛盾归纳TRIZ 理论中，当系统要求一个参数向相反方向变化时，就构成了物理矛盾， 例如，系统要求温度既要升高，也要降低；质量既要增大，也要减小；缝隙既要 窄，也要宽等。这种矛盾的说法看起来也许会觉得荒唐，但事实上在多数工作中 都存在这样的矛盾。本实例中归纳的物理矛盾是

19、：系统既要求增加装运盘数，又不允许增加装运 盘数。3. 技术矛盾解决所谓的技术矛盾就是由系统中 2 个因素导致的，这 2 个参数相互促进、相互 制约。TRIZ将导致技术矛盾的因素总结成通用性参数。 TRIZ的发明者阿奇舒勒通 过对大量发明专利的研究，总结出工程领域内常用的表述系统性能的 39 个通用参 数，通用参数一般是物理、几何和技术性能的参数。分析其技术矛盾为：物质或事物的数量与运动物体的体积两个参数。我们谈妥使用带有高护栏的小解放汽车运输，该车厢底面积 6.2m x 2.1m，护 栏有效高度1.8m。在这有限的容积内，怎样才能多装运，也就是说，在运输时希 望所装管材越多越好，因为这样会使

20、运输费用降低，但若要多装管材，势必要增 加车厢体积，运输费用将会提高。这样在运输费用控制上，数量和体积之间就产 生了矛盾，PE盘卷管材的数量和体积分别对应在矛盾矩阵中“物质或事物的数量” （要改善的）和“运动物体的体积” （恶化的）两个技术参数。方法矩阵在上述两 参数的交叉处向我们提供了 3 个创新原理供参考，分别为 29 号、 30号、 7 号创新 原理。29 号气压或液压原理（压力法）：用气体结构和液体结构代替物体的固体部分。30号利用软壳或薄膜原理（柔化法） ：利用软壳和薄膜代替一般的结构；用软 壳和薄膜使物体同外部介质隔离。四、概念方案分析后，显然 29 号和 30 号创新原理对本方案

21、的改进意义不大，因此单独采 用 7 号嵌套原理（套叠法） 。7 号嵌套原理（套叠法）：一个物体位于另一物体之内，而后者又位于第三个 物体之内等；一个物体通过另一个物体的空腔。五、采用方案解决方案为：将PE盘管盘架改为两个不等直径的，A盘架直径900伽，B盘 架直径1600伽，这样，A盘架盘卷130m管材后，盘卷外径最大为1500 mm，B盘 架盘卷130m管材后，盘卷外径最大为2200 将A盘卷嵌套在B盘卷之中，充 分利用了空间，使增加装运盘数成为可能，从而消除了矛盾。PE管A盘卷嵌套在 B盘卷之中待装运的PE管盘卷六、万案头施盘管盘架修改前后对比。按公路运输相关规定，小解放汽车允许装载高度最

22、高为3.3m,车厢底部距地面1.05m,车厢装货物高度上限为2.25m。改进后实际车 厢装管材高度2.2m，整车高度3.25m，装入45盘卷，满足设计要求，并符合运输 规定，节省1车次运费，达到了修改目的。如果不进行改进，则需要 2车次运输, 运费5400元；改进后，运费对比节省2700元，消除管理矛盾，顺利履行合同。应用案例2运用提高理想度法则创新塑钢复合排水管材一、项目概要本文从运用提高理想度法则为切入点，以塑料管、镀锌钢管为实例，提高理 想度、建立理想模型、探求理想解，确定技术矛盾，使用矛盾矩阵表选择创新原 则，再用专业技术理论进行方案设计。关键词：提高理想度；解决技术矛盾；塑 钢复合理

23、论；污水管材。TRIZ的一个基本观点是“系统是朝着不断增加的理想状态进化的”。技术系统 理想状态包括3个方面内容：一是系统的主要目的，是提供一定的功能；二是任 何系统都是朝着理想化方向发展的，也就是向着更可靠、简单有效的方向发展； 三是理想化意味着系统或子系统中现有资源的最优利用。对于理想化，TRIZ理论还认为，发明创造是有级别的。高级别产品的发明不 仅需要设计人员自身的素质，更需要行业以外或全人类的已有研究成果，企业要 不断地吸收不同行业的知识创新成果，并在自己的产品中应用，以永远保持优质 企业的市场竞争力。发明创造的理想状态是理想解的实现，尽可能使企业的产品 接近于理想解是产品创新的指导思

24、想。二、问题描述（一）待解决问题随着国家环境保护力度的加大，传统的水泥管正在逐步退出市场，上世纪 90 年代后期，新型替代产品 - 各类环保排水管材开始在工程上应用。PE 结构壁管、 PVC 波纹管、玻璃钢夹砂管等环保型埋地排水管，抗腐蚀、 耐磨损，连接处无渗漏，使用寿命长，在世界范围内，已成为水泥管等传统排水 管的最佳替代产品，应用较多的是以 PE为原料的各种结构壁管和PVC波纹管。由于塑料材质弹性模量较低，限制了管材环刚度的提高，严重制约市场应用， 因此，各国都在加快技术研究，开辟新径，进行增强设计，其中之一就是如何提 高管材环刚度。近年来，国内外管道专家提出钢塑复合管材的概念，运用钢塑复

25、 合理论，采用PE包覆钢板条螺旋缠绕以增强管材，或镀锌钢带外嵌接 PE板带以 增强管材，其有益效果是，既使耐腐蚀性能得到保证，又使环刚度得到较大提升， 代表着埋地塑料排水管的发展趋势。近几年，采用欧州瑞士与美国技术制做的镀锌螺旋钢管开始进入国内市场， 广泛应用于通风，雨水管道系统中，由于受防腐性能限制，还没有大量进入污水 管道工程。分析以上两类管材的性能差别，主要是由于材质不同，所以两类管材性能上 具有的优势不同，镀锌螺旋钢管优点是环刚度较大，耗材较少，不足是防腐性能 一般，并且不耐磨损；塑料管优点是耐腐蚀、耐磨损，但环刚度提高受限，耗材 较多。（二）对新技术系统的要求 一种管材，既具有钢管的

26、高刚度性能，又具有塑料管的耐腐蚀、耐磨损性能。（三）专业技术原理1. 聚乙烯理化力学性能高密度聚乙烯（HDPE）:密度为0.9410.970g/cm3,熔点131C，有较好的耐 磨性、耐寒性、透气性、不透水性、耐化学药品性、电气绝缘性、耐应力开裂性、 硬度和机械强度，较高的结晶度，软化点和使用强度，在室温下几乎不溶于任何 有机溶剂。在空气中加热或在日光照射易老化作用。2. 塑钢复合理论依据HDPE 具有很好的抗冲击性、 耐腐蚀性在埋地应用上倍受欢迎， 然而由于它较 低的弹性模量值，使其在用于大口径管道时，遇到一个不可克服的瓶颈 - 管环刚 度无法提升到符合要求。按照ISO的定义，环刚度由下式表

27、述：SN=EI/D3当直径D增加1倍，环刚度SN要降低8倍。因而做2000伽口径的管与做500伽口径的管技术上的难度不可同日而语。因为直径D增加了 4倍使得环刚度减少64倍。若要保持环刚度SN不 变，必须通过增加截面惯性矩I或材料弹性模量E至相当倍数，以抵消直径增加 的影响。而单靠增加I值是不现实的，因为几十倍I值的增加，意味着材料成本成 数十倍的增加，同时当I值增加到一定程度时工艺技术必遭遇难以实现的问题。故 必需同时在提升E值方面做文章，才能实现SN值的保持。钢材的高弹性模量刚好 使它能够担此重任。以下是钢与 HDPE的弹性模量比较。钢与HDPE的弹性模量比较表材料短期弹性模量Eb长期弹性

28、模量EblHDPE ( PE63)758MPa110Mpa钢20700MPa20700MPa可见长期条件下，钢的弹性模量是HDPE的近200倍。钢的这一卓越性能是钢塑复合的理论基础。三、解题过程（一）提高理想度1. “理想机器”米哈伊尔奥尔洛夫教授在发明问题解决基础 “发明战略”篇中说：制造 人工（技术）系统、子系统、组件、零件、元件和材料都是为了完成有效（积极）功能（PF-positive function）。其中的一个功能可能称作主要功能 （MPF-main positive function），它决定整个系统（子系统、组件、零件、元件、材料）的任务。其它有 效功能属于补充或辅助功能。系统

29、中有不良（消极）功能（NF-negative function），相应的还有主要消极功能（MNF-main negative function ），这是系统发展途中的主 要障碍。消极功能NF会降低系统完成有效功能的程度，或者出现其它不良效应， 比如，对于环境系统来说。技术系统发展中的一个主要指标是系统尺寸大小的变化情况。这种发展可能 朝向两个方向：增加的方向和减少的方向。例如，对于许多交通和加工机械，最 典型的就是增加尺寸（步进式挖掘机、油船-干货船或石油运输工具、民航飞机或 货运飞机等）。检测测量仪器、通信工具、电脑等则相反，它们具有最小化的趋势。 这种现象在TRIZ理论中也指出并分析过，并

30、引导出一个极具建设性的概念 “理想 机器”。“理想机器”（IM-ideal machine）这个概念在TRIZ理论中是一个有效比喻, 如同“理想功能模式”和“最终理想结果”概念一样，似乎它将后者具体化。然 而，这个比喻拥有非常基础性的依据，该依据首次在TRIZ理论中明确形成并得到 建设性的应用。用最敏锐及比喻的方式，对定义表述如下：或者：理想机器是这样一种解决方式：当达到理想结果时，机器本身并不存在。理想机器是这样一种解决方式：当主要有效功能达到时，花费为零。这里指的是：机器应当为零重量，零尺寸、零价值、能量的零需求、零排废 等等。当然，TRIZ理论中的最终理想结果并不是什么随意的魔幻结果，它

31、是一种完 全明确而坚决的要求，即在不用毫无根据地使用附加资源、贵重资源或很难得到 的资源的前提下得到需要的有效功能模式。这里应当指出，效率概念本身就不庸俗。而且效率是一个复杂的概念进化系 统。但是，尽管效率评价方法不同，技术系统的“理想化”增长是朝着下列战略 方向发展的：（1）系统完成的功能数量增加。（2）完成功能的质量提高，通常表现为主要“参数”的增长，例如：速度、 功率、生产率等。（3）降低生产和使用系统、使用期结束时（即在技术系统生命周期内）消除 系统方面所有形式的开销。（4）减少对环境系统和环境的消极作用。现在我们来研究一下技术系统中和 TRIZ理论中采用的效率评价公式：积极效应总和E

32、 = 一消极效应总和对系统生命周期内系统目的、用途的任何评价都属于积极效应（因素）。取得积极效应所用开支，以及环境或其它系统受到损害都属于消极效应（因 素）。效应E-评价结果的能用办法。如果达到目的的开支很大，那么这种解决办法是低效方法。目的达到且开支可以接受的解决方法，属于有效或至少是过得去的方法。如果在达到目的的同时，又得到了额外的、之前未预料到的好处，这种解决 方法被认为是高效方法。额外的好处在 TRIZ理论中被称作“超效”。正是这种解决方法被称之为发明方法。也正是这样的解决方法首先引起了我 们的兴趣。2. 提高理想度矛盾因子污水管道系统要求管材具有较高的可靠性，由于管材要承受静荷载、动

33、荷载, 所以要求管材要具有较高的环刚度；由于污水具有一定的酸碱度并拌有沙土等， 所以要求管材既要耐腐蚀，又要耐磨损。从刚度角度讲，使用钢管有优势，但要 耐腐蚀，必须增加管壁厚度，刚度与耗材料矛盾突出；从耐腐蚀耐磨损角度讲， 使用塑料管有优势，但当口径超大到一定值时，刚度与耗材矛盾突出。可靠性（刚度+耐腐蚀）污水管材的理想度 =.材料消耗+磨损+有害介质从提高理想度法则出发，在提高管材可靠性的同时，应降低材料消耗，减轻 介质对管内壁的流动磨损和减少有害介质的浓度。从塑料材料力学理论考虑，要 提高其弹性模量受限，只能另辟新径采用增强设计，但增强设计只是一个实现理 想化的命题，究竟应采取怎样的设计方

34、案并使之最接近理想解呢？3. 建立理想模型理想化是科学研究中创造性思维的基本方法之一。理想化方法最为关键的部 分是思想实验，或称理想实验。理想化方法的另一个关键部分是如何设立理想模型。理想模型建立的根本指 导思想是最优化原则，即在经验的基础上设计最优的模型结构，同时也要充分考 虑到现实存在的各种变量的容忍程度，把理想化与现实性结合起来。理想中的优 化模型往往具有超前性，这是创新的标志。但是超前性只有在现实条件所容许的 情况下，其模型的构造才具有可行性。建立理想模型：一种管材，既具有钢管的高刚度性能，又具有塑料管的耐 腐蚀、耐磨损性能。4. 解决技术矛盾（1）以塑料管为例塑料管要提高环刚度，就要

35、增加耗材，技术矛盾是既要提高管材强度，单位 重量还要下降。以强度为改善的参数，以运动物体的重量为恶化的参数，交叉之 处有 4个创新原理 - 即 1号、 8号、15号、 40号可供选择。1 号分割原理：a 将物体分成独立的部分。b 使物体成为可拆卸的。c 增加物体的分割程度。8 号反重量原理：a将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消基重量。b 将物体与介质（最好是气动力和液动力）相互作用以抵消其重量。15 号动态原理：a 物体（或外部介质）的特性的变化应当在每一工作阶段都是最佳的。b 将物体分成彼此相对移动的几个部分。c 使不动的物体成为动的。40 号复合材料原理：用复合材料替代单一材料。（2）

36、以镀锌钢管为例 镀锌螺旋钢管本身强度好，但不耐腐蚀，不耐磨损，可靠性下降，至使使用 寿命降低，因此要改善耐腐蚀、耐磨损性能，即提高可靠性，就要增加镀锌层和 钢板厚度，使运动物体重量向恶化方向发展。技术矛盾为可靠性与运动物体重量， 查技术矛盾基本特性参数表，可得出 3号、8 号、 10号、 40号创新原理供选择。3 号局部性质原理 :a 从物体或外部介质（外部作用）的一致结构过渡到不一致结构。b 使物体的不同部分具有不同的功能。c 物体的每部分均应具备最适于它工作的条件。8 号反重量原理：a 将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消基重量。b 将物体与介质（最好是气动力和液动力）相互作用以抵消其重

37、量。10 号预先作用原理：a 预先完成要求的作用（整个的或部分的） 。b 预先将物体安放妥当，使它们能在现场和最方便地点立即完成所起的作用。40 号复合材料原理：用复合材料替代单一材料。四、概念方案通过提高理想度分析和解决技术矛盾后，选择 40 号创新原理复合材料法解 决方案。先制备覆塑钢板，再以其为原材料、改进压肋起波成型装置制做具有聚乙烯 锌铝合金复合涂层的大口径覆塑螺纹钢管。五、米用方案以金属材料与高分子材料复合理论为指导，采用二层共挤技术复合压延工艺， 制成塑料（PVC、PE、PP）膜，再与热镀锌钢板采用熔融粘贴的工艺制成塑钢复 合板材，再以塑钢复合板材为原材料，在专用成管设备上制成覆

38、塑螺旋波纹管材。图示说明：1镀锌铝合金钢板2塑料片层3黏结层六、万案头施（一）实施解决方案的后续成果1. 企业标准Q/HXT001-2011排水用螺纹钢管2008首次发布、2011年修订发 布，已在地方质量技术监督局备案（备案号2300Q45-2011）。2. “排水用覆塑螺纹钢管”黑龙江省科技成果登记证书（黑科成登字2007 0295号）;获得2009年黑龙江省科技进步三等奖（2009-273）。3. 论文“排水用覆塑螺纹钢管的研发生产与工程应用”入编2008年第十届全国塑料管道生产和应用技术推广交流会论文集。4. 论文“运用提高理想度法则创新覆塑螺纹钢管”入编 2009年黑龙江省创 新方法

39、试点（TRIZ理论）试点建设与推广应用研讨会论文集。5. “排水用覆塑螺纹钢管”黑龙江省建设厅科技成果鉴定证书（黑科建鉴字 2008 037号）。鉴定意见为“1、提供的鉴定资料齐全完整，检测数据可信，符合产品鉴定要求，可以指导生产。2、排水用覆塑螺纹钢管是以热镀锌钢板经覆膜 制得的覆塑钢板为基材，经压肋起波、螺旋缠绕、咬口连接成型工艺制成的管材。 该产品具有强度高、寿命长、连接简便、耐腐蚀等特点。可以应用于建筑排水工 程。3、产品经检测，其性能符合企业标准 Q/HXT001-2008的要求。4、企业生产工 艺合理，生产设备齐全，质量保证体系健全，具备生产条件，可以投入生产，在 工程中推广应用。

40、5、查新结果表明，该产品属国内领先水平。”6. “排水用覆塑螺纹钢管”获得“国家重点新产品证书”（项目编号2008GRB20018),7. “排水用覆塑螺纹钢管”列为2008年全国建设行业科技成果推广项目（证书编号2008039号）。专利产品一一覆塑（PVC）螺纹钢管专利产品一一覆塑（PE）螺纹钢管制作现场（二）专利申请情况本项设计中申报3项实用新型专利技术，“一种钢塑复合板材”，“一种新型钢 塑复合螺旋波纹管材”，“一种带防腐涂覆层的螺旋波纹钢管”，均已获得专利证书。（三）排水用覆塑螺纹钢管试制情况1. 产品测试覆塑螺纹钢管经黑龙江省产品质量监督站、黑龙江省塑料产品质量监督站检 测多批次，均

41、为合格。2. 技术参数（1）钢板基材为符合 GB/T2518-2004连续热镀锌钢带；分1LW、2LW、3LW 3种螺纹形式；分双面、单面、偏差 3种覆膜方式。（2）螺纹型式及参数，见下表、下图。表螺纹类型及参数单位：毫米类型螺距P及偏差螺纹高度H及偏差螺纹圆弧半径r1LWDXG38.0 ±.06.5 ±2.07.1 0.3FSG38.0 2.06.5 ±2.07.1 0.32LWDXG68.0 2.013.0 2.017.5 0.3FSG68.0 2.013.0 2.017.5 0.33LWDXG76.2 2.025.4 2.017.5 0.3FSG76.2 2

42、.025.4 2.017.5 0.3螺纹型式图3. 市场表现螺纹钢管在使用时，锌铝合金涂层相对来说存在质硬不耐磨损、输送介质的 冲刷性致使管内壁涂层防腐性能减弱，长期使用导致氧化锈蚀，使用寿命相对缩 短，限制了螺纹钢管的环保性能。覆塑钢板的复合涂层材料是塑料，致使涂层严密无气孔，并且表面光滑，隔 绝腐蚀介质侵蚀基体钢板，耐腐蚀性能大为增强；另一方面塑料涂层由于塑料本 身具有良好的化学稳定性、韧性和抗冲击性，致使涂层的抗冲蚀性能大为提高； 再者塑料涂层由于塑料是高分子材料、大分子链结构，相对来说质软耐磨，并具 备减摩和自润滑性，致使涂层抗磨损性能得到保证，有力保护了基体钢板不致于失去涂层保护而氧

43、化锈蚀集贤分公司管道闭水试验现场管材铺设现场与单一镀锌涂层钢板比较，采用覆塑钢板，其有益效果是可制做抗腐蚀、高 刚度的覆塑螺纹钢管，提高了管材的耐腐蚀、耐磨损性能，进而保证了管材的力 学性能长期稳定。覆塑螺旋波纹钢管与塑料管材相比，管材刚度大幅度提高；与镀锌螺旋钢管 相比抗腐蚀性、耐磨损性能提高。以镀锌钢板作基体材料连续成型为骨架内管， 以塑料片层为防腐抗磨材料，使管材的抗压强度指标得到保证，耐腐蚀性、耐磨 损性得到保证。由于管材同时具备钢管的高刚度性、塑料管的高防腐性于一身， 此项技术工艺为国内领先，产品填补国内空白。覆塑螺纹钢管投入市场应用于排 水工程，用户反映良好。应用案例 3基于 TR

44、IZ 的螺旋波纹钢管成型机组设计制造与应用一、项目概要本文应用 TRIZ 理论进行了螺旋波纹钢管成型机组的创新设计，在对设备现 状、存在问题分析的基础上，进行了需求分析、功能分析以及工程问题求解，通 过技术系统进化法则和创新原理应用，确定了螺旋波纹钢管成型机组的设计方案 与制造，并应用于螺旋波纹钢管的生产加工。关键词：TRIZ ；螺旋波纹钢管；成型机；创新；设计制造；应用。二、问题描述（一）问题背景 螺旋波纹钢管设备现状：已有的螺旋钢管制做方法，它是由钢带经辊压推进、 螺旋卷曲成圆、在线焊接成型，一般直径在 630伽以下、板厚在3伽5 mm；再一 种是咬接成型的螺旋钢管，它是由钢带经辊压推进、

45、螺旋卷曲成圆、咬接成型的 平壁螺旋钢管，或螺旋卷曲成圆、咬接成型后加压环状加强筋的带筋螺旋钢管， 一般直径在1000 m以下，板厚在1 m以下；还有一种波纹钢管成型方法和设备， 它是先将钢管加工成型后，再使用专用的波纹成型机，将钢管的平形管壁压成环 形波纹管壁，制管与压制波纹分为两步。螺旋焊管设备采用普通钢板焊接成型，满足不了防腐要求；平壁螺旋咬接钢 管设备所制作的管刚度差；两步法波纹钢管设备复杂且不能连续制管。市场需求 用薄钢带压肋起波、螺旋缠绕、压合咬接、在线连续成型为管的设备。（二）待解决问题已有技术缺陷为，螺旋焊管设备当管径 2 米以上时，管壁增厚成型困难、设 备昂贵；平壁螺旋咬接钢管

46、设备所制作的管，壁厚1伽以下，刚度差，无法应用 于排水工程；两步法波纹钢管设备不能在线连续制管，生产效率低。（三）对新技术系统的要求 一种以薄钢带为原材料，经压肋起波、螺旋卷曲、压合咬接一次在线连续成 型为管的制管设备，制得的管口径 200伽2400伽，管力学性能良好，可用于排 水工程。三、解题过程（四）系统功能分析与功能分解1. 系统、技术系统与功能TRIZ 理论的系统是具有系统特征的部件和联系的总和。所有运行某种功能的 事物均可称为技术系统，任何技术系统包括一个或者多个子系统，每个子系统执 行自身功能，它又可以分为更小的子系统。子系统本身也是系统，是由元件和操 作构成的，系统的更高级系统被

47、称为超系统。系统功能分析是从完成功能的角度来分析系统由哪些组件组成，组件间的相 互作用以及作用的效果，在技术方案中就可以寻找相关资源，强化有利作用，消 除有害作用，从而找到解决技术问题的有效途径；对于产品整体来说，其功能就 是对能量流、物质流、信息流进行传递和变换的程序、功效和能力的抽象化描述。2. 遵循提高理想度法则进行优化改进 根据技术系统进化遵循提高理想度法则以及对于现有机械产品创新设计过程是通过挖掘产品概念中可利用资源提高产品的理想化水平的规律，求解满足市场 需求的螺旋波纹钢管成型机组创新设计方案。本设计主要抓住已有制管技术中的焊接、管壁过薄过厚、两步法制管等设备 与工艺缺陷，遵循提高

48、理想度法则进行优化改进，进而形成创新设计方案，形成 以薄板为原材料、经压肋起波提高机械性能、咬接成型不破坏热镀锌防腐层或覆 塑层、多台单机连续工作实现在线连续制管的设计思路。3. 矛盾与创新原理 （1）管理矛盾 打造企业核心竞争力，用薄板制造出耐腐蚀高刚度低成本的排水管，提高产 品市场占有率。（ 2）物理矛盾 成型机组对最终加工产品的性能要求，管壁既要薄又要厚。管壁薄能降低成 本，管壁厚能提高机械性能。应用时间分离和空间分离原理，将钢带逐次压形，再对应弯边整形，然后完成在线连续卷曲咬接（3）技术矛盾和创新原理技术矛盾，成型机组生产效率要高，但动力机功率不能增加。 技术矛盾，成型机组加工的管机械

49、强度要高，但管壁不能增厚。查矛盾矩阵，由技术矛盾改善的参数一一生产率，恶化的参数一一功率， 得到创新原理 35， 20， 10。由技术矛盾改善的参数强度，恶化的参数静止物体的重量，得到创新原理 40， 26， 27， 1。由创新原理 35性能转换法可以得到，滚动压形，仿形咬接。由创新原理 20有效作用持续法可以得到， 所有部分均应满负荷连续工作。由创新原理 10预先作用法可以得到，压形的同时对应弯边整形为咬接做 准备。由创新原理 40复合材料法没有得到适用的解决方案。由创新原理 26复制法没有得到适用的解决方案。由创新原理 27替代法可以得到，用起波纹的薄钢板替代厚钢板。由创新原理 1分离法可

50、以得到，成型机组由几个单机和若干个装置组成， 整机布置空间分离、动作工艺时间分离。三、概念方案设计一套由若干单机和装置组成的螺旋波纹钢管成型机组，用该成型机组可 以直接把热镀锌钢带或覆塑热镀锌钢带（厚度1.0伽3.2伽）压肋起波、螺旋卷曲成圆、咬口连接成型、在线连续制得螺旋波纹钢管。四、采用方案（一）螺纹钢管成型机组功能 本螺纹钢管成型机可将钢带一次加工成型为管材，即经压肋起波、螺旋卷曲成圆、咬口连接成型为管，定长切割后，再把管端头二次压形，将管两端的管壁 结构形状由螺旋波纹形状改变成为环形波纹形状，它至少包括四个工作段，该设 备由以上限定的方法制作的压形机，咬接成型机（含螺旋卷曲成圆装置、咬口连 接成型装置）、端头改形机等构成。（二）螺纹钢管成型机组组成 本螺纹钢管成型机主要由放卷机、压形机、咬接成型机、过渡托架、切割锯、翻转托架、输送固定托架、管端头二次改形机、控制台以及焊接平台等组成。见下图LWG-2400螺纹钢管成型机组初步结构设计图1-放卷机2-压形机3-咬口成型机4-过渡托架5-切割锯6-翻转托架7-输送托架8-端头改形机（31、32）9-控制台五、方案头施（一）实施解决方案