TRIZ案例-物场分析法在坑井安全作业的应用5

物场分析法在坑井安全作业的应用

一、

原始问题在生产和市政中,吊物孔和检修井均用盖板覆盖，用来防止人员及杂物坠落坑井内。当工作人员将这些坑井的盖板打开进行相应的工作时，为了防止坠落的发生，采用的安全措施是用临时“安全拦网”等措施将打开的坑井围起来，以提醒在坑井附近作业的工作人员及过往人员注意人身安全，避免坠落。临时安全拦网受自身条件所限，只能拦阻重量较轻、体积较大的物品，对于人员、较重的物品以及体积较小的物品无法进行有效的拦阻，所以围在打开了的坑井四周的“安全拦网”只起到了警示效果，并未真正起到安全拦阻的作用,属于软防护，软防护不能从根本上消除安全隐患，如图1所示。二、物场分析法的基本原理

物场分析法是使用符号表达技术系统变换的建模技术，它以解决问题中的各种矛盾为中心，通过建立系统内的模型,正确地描述系统的构成要素以及构成要素之间相互联系。它认为：1．所有的功能都能分解成为三个基本元素（两个物质一个场）。2．只有三个基本元素以合适的方式组合，才能完成一个动作，实现一种功能。

最基本的物场包括两种物质和一种场，两种物质分别为工具和作用对象，工具通过各种场对作用对象发生作用。物质间的作用通常分为有用的作用，有害的作用，不足的作用，充分的作用。下面的两个模型分别描述了有用的作用和有害的作用。

三、物场分析法在坑井安全作业的应用1.技术系统分析在原始问题——坑井作业技术系统中，坑井是工具，作用对象（系统作用的客体）是人（或物），坑井通过机械场（势能）对人作用，坑井对人（或物）的作用是有害的作用。希望该技术系统能有效防止“坠井”事故的发生。在作业时，井盖需要移走，坑井及坑井周围是操作空间，人需要进入坑井作业，又要避免过往行人坠入坑井，存在明显的矛盾。通过以上分析我认为，坑井作业技术系统的物场模型属于有害完整模型：功能的三个要素均存在，但产生了与设计者追求的目标相反的效果。坑井作业技术系统的物场模型为：

2．物场分析法在坑井安全作业的应用在有害物场中如果存在相互矛盾的相互作用——既有益又有害，那么需要破坏有害的，保留有益的。根据物场破坏的规则1：如果物场中的两个物质之间出现相互关联——有益和有害的，而且物质的直接接触不是必须的，则解决问题的方式可以是把第三个“免费的”或便宜的物质引入到两个物质之间。作业人员需要通过坑井作业，打开盖的坑井又有可能造成过往行人坠落，解决这个物理矛盾，可用空间分离，加入第三个物质，在坑井及其周围形成操作空间，第三个物质把过往行人与操作空间隔离，从而破坏了坑井对人的有害作用，在操作空间内作业人员可以通过坑井作业，从而保留了有益的作用。物场模型转换如下：

四．问题解决方案在图1中，采用了警示锥(或安全拦网)作为第三种物质，只能起到警示作用，对于人员、较重的物品以及体积较小的物品无法进行有效的拦阻，即这种安全防护作用是弱的，是不充分的，物场模型为：

应该强化第三种物质的安全防护作用，彻底消除坑井对人的有害作用。加入的第三种物质最好是免费的、便宜的，通过对该技术系统及其子系统、超系统的资源分析，坑井的井盖可作为重要的物质资源和功能资源，再利用坑井及其周围的空间资源，解决方案见下面图。非作业时，盖板起到覆盖坑井作用；坑井作业时，盖板起到防护作用，同时，盖板与护栏、护板共同形成硬防护，有效地防止了坠井事故的发生。安全组合盖板作为加入的第三个物质，系统的物场模型为：

在解决方案中，充分利用了嵌套原理，护栏与盖板可以嵌套组合，并充分利用了盖板背面的空间资源。这一安全组合盖板已经申请了发明专利，专利名称：一种多功能坑井防护盖板

4TRIZ解决采煤机截割部方案设计示例煤炭资源井工式机械化开采的工作面比较狭小，环境恶劣。在一定采高下，为了提高煤炭的生采率，操作工人希望滚筒式采煤机的截割功率越大越好，但是由于地质条件或技术条件的限制，又不能过度增大采煤机的高度，以安装更大功率的截割电机；而同时管理部门又希望开采能耗越低越好。如何利用TRIZ理论解决这一矛盾。该技术系统的理想度可以定义如下：从提高理想度法则出发，应提高煤炭生产率的同时，降低采煤能耗、粉尘和截割刀具的耗损。从煤炭截割理论考虑，粉尘量往往与采落煤炭的块度负相关，即煤块度越大，粉尘量相对越小，这就要求尽可能提高煤的块度。但是煤块度增大，必须增大刀具的截割深度，这又受到截割刀具的强度、工作机构结构等限制。因此，开采下来的煤块不能太大又不能太小，体现出物理矛盾的存在。当利用分离原理很难处理这一矛盾的情况下，可以通过技术矛盾的角度来解决这一问题。通过对39条技术矛盾特性参数分析可以从改善No.19动物耗能和No.39生产量/生产率两个特性参数出发。对应改善特性参数，可能恶化参数如表4、表5所示。从改善动物耗能出发推荐的解决方法为：No.5组合法，No.13逆向作用法，No.18机械振动法，No.24中介法，No.35性能转变法。从改善生产量/生产率出发推荐的解决方法为：No.2提取法，No.10预先作用法，No.18机械振动法，No.20有效运作持续法，No.23反馈法，No.28系统替代法，No.35性能转变法。经过分析，根据发明原理提出如下几个解决方案：（1）利用No.5组合法，在不增加机身高度前提下，对每一个工作机构采用双电机联合驱动，增大截割功率。（2）采用No.18机械振动法