农业规划师:由TRIZ理论,解析创新的来源和方法

农业引擎按:

创新、创业,各种媒体和机构都在做宣传,各个行业的大小企业也在呼吁创新;但是创新的来源和方法,可能不是那么清晰。

尤其是农业行业里面问题千千万种,要解决这些问题,就要去创新思考、创新实践。如何创新?这是实际问题,今天这篇文章介绍一个来自俄国(准确的说是前苏联)的理论,而且被三星、西门子等大牌公司所实践过。

供大家研习。

解决问题需要严谨的推导、全面的视角、创新的思路、恰当的工具。

统计标明,已知的创新方法大约有300多种。比如头脑风暴法、试错法、缺点列举法、希望点列举发明法、假想构成法、高顿思考法、设问法、综摄法、类比发明法、信息交合法、水平思考法、五S思维法、卡片思维法、叠加法、原型启发法、合理移植法、联想扩充法、象征类比法等等。

TRIZ也是其中的一种。

TRIZ(俄文теориирешения изобретательскихзадач 俄语缩写“ТРИЗ”翻译为“发明家式的解决任务理论”,用英语标音可读为Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch,缩写为TRIZ。

英文说法:Theory of Inventive ProblemSolving,TIPS),也有人缩写为TIPS。

之所以解释中出现俄文,是因为TRIZ理论的苏联科学家的成果:TRIZ理论是由前苏联发明家阿利赫舒列尔(G. S. Altshuller)在1946年创立的。当时他在苏联里海海军的专利局工作,有机会查阅大量的发明创造,得以逐步总结出了TRIZ理论。

TRIZ的理论要点有以下九点——

1、TRIZ的技术系统八大进化法则

2、最终理想解(IFR)

3、40个发明原理

4、39个工程参数及矛盾矩阵

5、物理矛盾和四大分离原理

6、物-场模型分析

7、发明问题的标准解法

8、发明问题解决算法(ARIZ)

9、科学效应和现象知识库

以下两图是理论要点彼此逻辑关系的两张图,供读者参考。


这些理论绝对配得上经典二字,比如TRIZ的技术系统八大进化法则

(1)技术系统的S曲线进化法则;

(2)提高理想度法则;

(3)子系统的不均衡进化法则;

(4)动态性和可控性进化法则;

(5)增加集成度再进行简化法则;

(6)子系统协调性进化法则;

(7)向微观级和增加场应用的进化法则;

(8)减少人工介入的进化法则。

我想搞设计工作的、尤其是做技术管理的朋友能够很快发现这些原则的价值,因为你天天在用这些原则。

需要说明的是,这些理论要点我会在后续文章中注解提到、本文限于篇幅,先谈谈TRIZ的问题解决模式——


和别的方法相比,TRIZ在解决问题的过程中有一个典型的中间环节:标准问题+标准解。

物质—场分析标准解Altshuller对发明问题解决理论的贡献之一是提出了功能的物质—场(Substance-field)描述方法与模型。其原理为,所有的功能都可分解为两种物质及一种场,即一种功能由两种物质及一种场的三元件组成。产品是功能的一种实现,因此,可用物质—场分析产品的功能,这种分析方法是TRIZ的工具之一。

依据该模型,Altshuller提出了76种标准解,并分为如下5类:

(1)不改变或仅少量改变已有系统:13种标准解;

(2)改变已有系统:23种标准解;

(3)系统传递:6种标准解;

(4)检查与测量:17种标准解;

(5)简化与改善策略:17种标准解。

这些标准解基于列出的下表列出的TRIZ的40个发明创造原理——

序号 名称 序号 名称 序号 名称 序号 名称
1 分割 11 预补偿 21 跃过 31 多孔材料
2 分离 12 等势性 22 变有害为有益 32 改变颜色
3 局部性质 13 相反 23 反馈 33 同质性
4 不对称 14 曲面化 24 中介物 34 抛弃与修复
5 联合 15 动态 25 自我服务 35 参数变化
6 多功能 16 未达到或超过的作用 26 复制 36 状态变化
7 套装 17 维数变化 27 低成本、不耐用的物体代替昂贵、耐用的物体 37 热膨胀
8 质量补偿 18 机械振动 28 机械系统的替代 38 强氧化
9 预加反作用 19 周期性作用 29 气动与液压结构 39 惰性介质
10 预先作用 20 连续有效作用 30 柔性壳体或薄膜 40 复合材料

基于TRIZ的产生年代和上表的描述,我们可以发现这个理论源于工程技术领域。当然凡是正确的事物总是相通的,目前TRIZ已逐步向其他领域渗透和扩展。应用范围越来越广,比如在自然科学、社会科学、管理科学、生物科学等领域均有发展,可以认为TRIZ是一种通用性的工具。

以上40个标准解的具体使用有更快捷的方式,


这个表基于39个工程参数构成的矛盾矩阵,也就是当我们采取措施时,首先辨识措施的加强项和弱化项,查表就可以得到适用的发明创造原理。比如行3列1对应加强长度、降低重量,那么合用的发明创造原理就是8、15、29、34,具体是质量补偿、动态、气动与液压结构、抛弃与修复。

这些工程参数包括运动物体的重量、静止物体的重量、运动物体的长度、静止物体的长度、运动物体的面积、静止物体的面积、运动物体的体积、静止物体的体积、速度、力、应力压强、形状、稳定性、强度、运动物体的作用时间、静止物体的作用时间、温度、照度、运动物体的能量消耗、静止物体的能量消耗、功率、能量损失、物质损失、信息损失、时间损失、物质的量、可靠性、测量精度、制造精度、作用于物体的有害因素、物体产生的有害因素、可制造性、操作流程的方便性、可维修性、适应性通用性、系统的复杂性、控制和测量的复杂性、自动化程度、生产率等。

从这个案例我们可以深刻体会到TRIZ的理论和实际相结合,使得发明创造变得思路清晰、方案可行。


小结:

1、本文简介了TRIZ的原理和常见用法;

2、后续将根据读者要求而具体展开细节。

本文作者师伟先生,欢迎微信公众号:现代质量。

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植物工厂

什么是植物工场?

关于“植物工厂”还是“植物工场”,具有工业化生产工艺流程,能够实现标准化、规范化、规模化的周年稳定生产的商业化人工光型设施可以称为“植物工厂”,但对于其常规的温室设施来讲,即使是具有一定规模并能实现周年稳定生产的补光型或不补光设施都应称其为“植物工场”,而不是“植物工厂”。从准确描述设施类型和生产特点的角度出发,“植物工厂”和“植物工场”的音同字不同,应区别使用。家庭植物工厂或集装箱型植物工厂等词尽管已被市场所接受,但不能等同于这种设备就是植物工厂,如果作为产品建议使用“植物光照盒”“植物栽培箱”等符合其设备特点的专用术语来定义。

为什么不直接建设植物工厂?

◆初期建设成本相对较高植物工厂需要在封闭环境下进行作物生产,因此需要构建包括外维护结构、空调系统、人工光源、多层栽培系统、营养液循环以及计算机控制系统在内的配套工程与装备,投资成本相对较高,一般建设费用(中国)在4000~10000元/㎡(美国、日本是中国的2~3倍)。

◆光源与空调能耗较大能耗一直是影响植物工厂发展的关键制约因素,植物工厂的能耗包括:照明(约占80%)、空调(占16%)、其他(占4%),能耗成本约占全部生产成本(包括折旧、能耗、人工及资材等)的25%左右[3],节能降耗需求迫切。

◆经济效益和盈利面还不高由于植物工厂初期建设成本较高、能耗较大,设备折旧与运行成本较高,其产量与品质必须高于其他生产方式,才能获得较高的效益。目前,日本植物工厂仅有30%实现赢利、50%持平,仍有20%亏损,经济效益问题已成为植物工厂发展必须面对的现实难题。

植物工场的优势在哪?

太阳光型植物工场及其与人工光并用型植物工场是从荷兰的高产高效温室生产转化而来的植物工厂技术。荷兰是一个温光等自然环境较差的国家,经过65年的技术发展,荷兰温室番茄产量每年以6.5%的速率稳定增长,其平均产量水平已经超过70kg/㎡,很多公司的温室番茄单产均已超过90kg/㎡,温室产品的75%全部出口,温室类型以文洛式玻璃温室为主,是真正意义上的设施园艺强国。荷兰主流的温室蔬菜生产基本为3~10h㎡规模,近年来已有多家50h㎡以上规模。除大公司以外,温室种植农户也常以合作社方式扩大规模以降低包装和销售成本。荷兰的叶菜类温室生产基本为不补光温室,即太阳光型植物工场,果菜类温室生产基本为补光温室即太阳光与人工光并用型植物工场。目前,荷兰RoyalPride公司的温室生产标准和其牵头组织的HarvestHouse销售公司已经结成联盟,累计设施面积占荷兰温室蔬菜种植总面积的1/5。植物工场在荷兰有着悠久的历史和丰富的成功经验。

在植物工厂中,温室只是一栋厂房,里面有没有生产设备,生产设备效率高不高,有没有自动化减人工的能力,这才是能否盈利的关键所在。如果拿一个机械产品的工厂做比方,温室是厂房,苗床和灌溉这些设施是工作平台,如果没有各类机床,它还是个作坊,效率不会高,产品不会好,当然也就很难有效益。植物工厂被说的太多太神了,好像只有全封闭的、环境(包括光环境)全人工的才是植物工厂,而且少有盈利的项目。当前很多高水平的植物工厂项目效益不好,盈利艰难。

自动化流水线不全是高大上,不能全走智能路线,要因地制宜、适可而止。如果在劳动力充足且成本较低的地方,如果投资能力有限,就需要将一些自动化的节点改为人工作业,但要配套严格的规程,使人工和机器能密切配合,达到减少投入但不减产的目的。

路要一步一步走,饭要一口一口吃。从植物工场出发,利用农业前沿技术,推动传统温室农业的进步,一步一步地推动植物工厂各个子系统技术的发展和成本的下降也许是更加稳健的办法。