第43卷 第9期 包 装 工 程
2022年5月
PACKAGING ENGINEERING ·189·
收稿日期：2021-09-27
作者简介：王秀宇（1983—），女，硕士，内蒙古交通职业技术学院副教授，主要研究方向为物流包装。
王秀宇，李昂，王志刚
（内蒙古交通职业技术学院，内蒙古 赤峰 024005）
摘要：目的 为解决旅行分装按压瓶二次密封后，因运输环境、瓶体状态、气压变化等因素导致的瓶口出现渗漏的问题。方法 应用TRIZ 理论，通过定义技术系统明确组件和作用对象，采用功能模型分析、因果分析等，得出渗漏的关键点和渗漏的原因；利用技术矛盾、物理矛盾、物场分析等工具，结 合矛盾矩阵和空间分离法则到对应的创新原理，筛选可用发明原理，得出不同的解决方案，最后优化并验证方案。结果 得到了新型防渗漏旅行分装按压瓶的创新设计结构。新型旅行分装按压瓶不仅提高了消费者的满意度，还降低了生产成本、简化了加工工艺，具有较强的实际生产意义。结论 新型防渗漏旅行分装按压瓶实现了简化工艺流程、提高内装物利用率、节省包装材料的要求。 关键词：TRIZ 理论；分装按压瓶；渗漏；创新设计方法 中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2022)09-0189-08 DOI ：10.19554/jki.1001-3563.2022.09.026
Solving the Leaking Problem of Packing Pressing Bottle after Second
Seal Based on TRIZ Theory
WANG Xiu-yu , LI Ang , WANG Zhi-gang
(Inner Mongolia Vocation and Technical College of Communications, Inner Mongolia Chifeng 024005, China) ABSTRACT: Because of the transportation environment, bottle state, and the change of the air pressure, leakage will ap-pear at the bottletneck of the packing pressing bottles during travel. This paper mainly introduces the application of TRIZ theory. Firstly, we must confirm the comp
onents and its acting objects by defining the technical system. Then we can get the leaking key points and reasons after functional model analysis and causal analysis. Thirdly, we will find corresponding creative theory by a series of tools on technical, physical contradictions and material field analysis. And these tools should be combined with contradiction matrix and spatial isolation. We select the useful inventive principles, get different solving cases, and then optimize and verify the cases. We can acquire the innovative design of new anti- leakage packing pressing bottle. The new anti- leakage packing pressing bottle not only improves the satisfaction of consumers, but also reduces the production cost and simplifies the processing process, which has strong practical production significance. The innovative anti- leakage design based on TRIZ theory also simplifies the process, improves the utilization rate of the con-tents and saves the packing materials.
KEY WORDS: TRIZ theory; packing pressing bottle; leakage; innovative design
TRIZ （Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Za-datch ）理论是根里奇·阿奇舒勒对数百万份高水平发明专利进行研究分析总结出的发明创造客观规律和解决发明问题的方法体系。TRIZ 定向地引导人们去创新，而非盲目随意的试错，被称为工程技术人员的“孙子兵法”[1-2]。作为先进、有效的创新理论和方法，
·190·包装工程2022年5月
TRIZ在工程领域得到了广泛应用[3-4]。实践证明，运
用TRIZ理论可获得较高质量的创新产品。
随着生活水平的提高，旅行出差成为人们日常生
活中的重要组成部分，自带个护产品已司空见惯。旅
行分装按压瓶因设计小巧、便携收纳、方便分类管理
且不受任何交通工具限制等特点被广大用户喜爱。因
受瓶体所处状态、瓶体结构、瓶身受力、气压变化等
因素的影响，分装瓶瓶口处常出现渗漏，使得旅行体
验感大大降低。文中基于TRIZ理论，对市场上应用较广的旅行分装按压瓶进行创新性改进设计。
1 旅行分装按压瓶的项目描述
1.1 工作原理
当压嘴12受到挤压时，带动出液管11向下运动，弹簧6被压缩，使得进液阀门4（圆形的塑料球）向下关闭，同时由于活塞9向下移动，此时排气阀门8（活塞下面的小孔）被打开，储液筒7里的液体从出液管11流出；当出液管11向上运动时，弹簧6恢复原来的自然状态，使得活塞9向上移动，排气阀门8关闭，进液阀门4打开，在气压的作用下，液体从导液管5通过进液阀门4进入到储液筒7，这样活塞9在储液筒中做上下往复运动，不断地把液体吸出瓶外，见图1。
1.大端盖；
2.垫片；
3.瓶体；
4.进液阀门；
5.导液管；
6.弹簧；
7.储液桶；
8.排气阀门；
9.活塞；10.小端盖；11.出液管；12.压嘴。
图1 分装按压瓶头部结构
Fig.1 Diagram for the head structure of the packing
pressing bottle
1.2 分装按压瓶渗漏的状态
当旅行分装按压瓶二次密封后，因瓶体倾斜、受力、气压变化等因素的影响，分装瓶瓶口处常出现渗漏。通过对其结构分析发现，瓶体较硬难变形，无法适应瓶内负压状态，故储液桶为平衡内外气压防止负压发生，在储液桶两侧开有气压平衡孔，又因运输的原因，导致旅行携带分装按压瓶常处于侧倾等非竖直状态，因此使得液体从此处经小端盖渗漏，渗漏路径见图2。
1.大端盖；
2.垫片；
3.瓶体；
4.进液阀门；
5.导液管；
6.弹簧；
7.储液桶；
8.排气阀门；
9.活塞；10.出液管；11.小端盖；12.压嘴。
图2 分装按压瓶渗漏路径
Fig.2 Leakage diagram for packing pressing bottle
1.3 初始解决方案
根据以往的经验，最可能被想到的解决办法有2种：在小端盖与出液管连接处和小端盖与储液桶连接处加环形密封圈，可以有效地防止瓶口在二次密封后渗漏的问题；将储液桶上端两侧的气压平衡孔密封，也能解决渗漏问题。这2个解决办法均存在缺陷，即气压平衡孔和小端盖处密封，液体能保证不渗
漏，但密封后瓶体难以平衡压力，从而导致瓶内负压的形成，并最终导致液体吸取困难，液体无法压出。
2 TRIZ理论在旅行分装按压瓶设计
中的分析
TRIZ理论与传统创新方法区别在于，解决问题时首先将待解决的问题转化成TRIZ问题模型，利用TRIZ中的工具，如发明原理、矛盾矩阵、标准解等得出相应的解决方案模型[5-7]。
2.1 项目描述
通过对分装按压瓶渗漏原因的分析，可明确发明对象的功能为密封，故定义技术系统（S）为按压吸液系统；技术系统功能（V+O+P）为吸出+液体+定量；技术系统的工作对象为液体；技术系统实现对工作对象作用的最终理想结果IFR为液体自我密封。
2.2 项目分析
将技术系统的组成部件进行拆解，其中大端盖、垫片、瓶体、进液阀门、导液管、弹簧、储液桶、排气阀门、活塞、小端盖、出液管、压嘴属于技术系统；液体、重力、空气属于超系统。再将各系统的组件和系统作用的对象进行相互作用分析，识别组件间的相互作用见表1。
2.3 按压吸液系统功能模型
功能模型图（图3
）清晰地展现了组件的构成，
第43卷 第9期 王秀宇，等：应用TRIZ 理论解决旅行分装按压瓶二次密封渗漏问题 ·191·
以及组件间的相互关系，得出造成渗漏的原因是在旅途运输密封状态下，储液桶、小端盖和压嘴之间有缝隙使液体渗漏[8-9]。可借助裁剪法移除（裁剪）系统或超系统中不必要的功能和组件，并在剩余组件上重新分配系统和超系统中的有用功能，见图4和图5。
裁剪优化系统：根据裁剪法则B ，去掉小端盖，将压嘴加粗使其具备固定功能，同时增加压嘴的密封
功能，见图4。裁剪组件后的模型见图5。
根据裁剪法得到方案1，去掉小端盖，将压嘴加粗使其具备固定功能，同时增加压嘴的密封功能。
2.4 渗漏问题因果分析
将按压系统旅行状态下渗漏作为初始问题，寻中间缺点直到无法继续到上一层原因为止，具体分析见图6。
表1 相互作用分析 Tab.1 Interaction analysis
组件 压嘴 小端盖 储液桶（排气阀门）
大端盖 垫片 瓶身 液体空气压嘴 + - - - - + + 小端盖
+ + - - - + + 储液桶（排气阀门）
- + + + - + + 大端盖 - - + + + - + 垫片 - - + + + + - 瓶身 - - - + + + + 液体 + + + - + + + 空气
+
+
+
+
-
+
+
注：相互作用矩阵表达组件间相互作用关系，如两者有相互作用，则以“+”标记，否则以“-”标记。
图3 功能组件模型
Fig.3 Functional component model
图4 裁剪模型 Fig.4 Trimming model
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图5 裁剪结果模型
Fig.5 Model after trimming
图6 因果链分析
Fig.6 Causality chain analysis
通过因果分析[10]发现导致分装按压瓶在旅行状态下渗漏的原因是瓶体较难变形，无法适应瓶内负压状态，因此储液桶为平衡内外气压防止负压发生，在桶身上设有小孔，而小端盖和压嘴没有设计密封功能，同时由于运输过程的不确定性导致瓶身无法一直保持竖直状态，故出现渗漏。
2.5 按压系统的资源分析
资源就是一切可被人类开发和利用的物质、能量和信息的总称。九屏幕法是从多角度（时空）分析问题，突破原有思维局限，从多个方面和层次寻可利用的资源，更好地解决问题的方法[11]。图7中横
向从左到右分别为过去、现在和将来；纵向从下至上分别为子系统、系统和超系统。若将图7左下角视为坐标原点，坐标（0，0）表示子系统的过去，坐标（1，0）表示子系统，坐标（2，0）表示子系统的未来，坐标（0，1）表示系统的过去，坐标（1，1）表示当前系统，坐标（2，1）表示系统的未来，坐标（0，2）表示超系统的过去，坐标（1，2）表示超系统，坐标（2，2）表示超系统的未来。通过对各系统组件的分析发现，变相乳液可以解决分装按压瓶渗漏的问题。利用变相乳液的性质，结合分装按压瓶的功能得到方案2，一种新型的“泡腾乳液片”，即含有泡腾崩解剂的一种乳液片，常温下该乳液片为固态，遇水发生复分解反映，使片济迅速崩解和融化，产生大量二氧化碳，增加乳液使用时的体验感，同时也解决了液体渗漏问题。
第43卷 第9期 王秀宇，等：应用TRIZ 理论解决旅行分装按压瓶二次密封渗漏问题 ·193·
图7 九屏幕分析 Fig.7 Nine-screen analysis
3 TRIZ 理论在分装按压瓶设计中的解
决方法
3.1 技术矛盾
要将实际工程设计中的冲突转化为一般的或标准的技术矛盾，需要把组成矛盾的双方内部性能用39个工程参数中的某2个来表示[12-13]。
首先确立问题入手点，即瓶体较硬无法适应瓶内负压。如果瓶身变软，那么容易形成负压，但是可操作性降低；如果瓶身变硬，那么提高了可操作性，但是难形成负压。确立矛盾对，即改善了压力，恶化了可操作性。
根据TRIZ 原理进行规范化描述，即改善了应力或压力（11），但是恶化了可操作性（33）；改善了作用于物体的有害因素（30），但是恶化了可操作性（33）。查询矛盾矩阵，得到创新原理，应用创新原理得到方案3、方案4和方案5，见表2。
3.2 物理矛盾
物流矛盾的本质是以工程系统的组件为研究对象，寻一个组件的单一物理参数，这个参数同时具
备相互排斥（相反的或不同的）且都合乎要求[14-15]。
以因果轴分析的结果瓶身软硬为入手点，分析瓶
身对负压的耐受程度，若瓶身变软（A ），会导致挤压过程无法单手完成（B ），在这对技术矛盾中到一个参数及其相反的2个要求，即硬度（C ）。硬度同时具备高和低相反的两方面要求，作为矛盾参数符合TRIZ 矛盾论。
理想状态是瓶身在需要固定时硬，需要挤压时软。如果要实现技术系统的理想状态，硬度不同要求应该在筒身内外壁的空间得以实现，且这2个空间区域不存在交叉，因此可以应用空间分离法则。应用空间分离法则得到6个创新原理，寻可用发明原理得到方案6、7、8这3个创新方案，见表3。
3.3 物场分析
物场分析是根据建模原理，通过描述产品（技术系统）内组件之间的相互关系，从而全面分析产品，获得产品创新设计的解决方案，实现所需功能的分析方法[16]。
由因果分析得出问题点，即储液桶为平衡内外气压防止负压发生，桶身上有小孔；通过对问题的分析得出技术系统所处的场为重力场。根据TRIZ 模型3个基本元素（2个物质1个场）齐全，但产生了有害效应，需要消除这些有害效应，见图8。标准解法为：①增加另一物质S3来阻止有害效应的产生；②增加另一个场F2来平衡产生有害效应的场。由于系统的原因增加场的操作难度较大，故选取标准解①，见图9。
表2 应用TRIZ 原理得到的方案
Tab.2 Schemes obtained by applying TRIZ theory
得到的创新原理 可用发明原理
应用创新原理得到的方案
02抽取原理 √ 方案3：在旅行携带前，将液体单独存放于密封瓶中，到达目的地后，再进行
灌装
11事先防范原理 √ 方案4：在旅行携带前，将可能的渗漏部位进行密封
28机械系统替代原理 √ 方案5：在液体中加入磁性材料，并将瓶底材料更换为金属材料，使得液体能
够吸附在瓶底上，从而限制液体的流动
25自服务原理 39惰性环境原理
注：“√”表示得到的创新原理中被应用的发明原理；25、39两项原理具有可行性，但目前未有解决方案。
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