一、企业简介
　　亚洲硅业（青海）有限公司是2006年成立的多晶硅企业，通过引进国际先进的设备和工艺，结合自身技术团队的集成和创新，于2008年12月31日生产出青藏高原第一炉质量优异的多晶硅产品，多晶硅中有害杂质含量小于10-9以下，产品质量达到国内领先、国际一流，实现了全封闭、经济化、环保化生产，成为全国首家同时实现自主工艺设计、自主建设、环保型低成本闭路循环生产、具有国际水平的现代化多晶硅企业。
　　公司现有大型分析仪器40余台套，如：ICP-MS、GC-MS、低温红外光谱仪、ICP-OES等，总价值2200多万元，可提供硅材料生产研究所需的各项分析测试支持。目前，公司研究实验室面积1800多平米，标准实验室18间，并拥有半导体级ICP-MS千级超净实验室。
　　同时，公司模拟仿真计算工作站配备有数十台高性能计算机，专门应用于工艺流程计算，CVD沉积过程仿真，还原炉流场及温度场分析，分子热动力学研究，结构分析，电磁及电路模拟等方面。工作站拥有一批国内技术领先，经验丰富的计算机模拟仿真计算专家。熟练掌握并运用目前国际流行的众多商业模拟计算软件，如ASPNE plus、FLUENT、ANSYS和Materials Studio等。模拟仿真计算在工艺流程和反应器结构优化、反应机理研究等方面大大缩短新工艺、新产品的研发周期，降低了研发成本，提高了产品质量。
　　亚洲硅业（青海）有限公司已经掌握了多晶硅生产的全部技术，在工艺和设备设计、操作参数及优化、自动控制方案优化、节能降耗、环境保护等方面已经积累了大量的生产实践经验。公司通过引进、研究和吸收国外的先进技术更将公司的多晶硅生产技术提高到国内领先的水平。
　　二、应用背景
　　亚洲硅业（青海）有限公司专门从营业收入中提取一定比例的资金作为科研投入经费，而且2010年科技厅批复，依托亚洲硅业（青海）有限公司筹建青海省硅材料工程技术研究中心，提升地区工业水平、科技水平，建立健全多晶硅行业的质量检测、监督控制和标准化，为青海省各产业大发展提供更多的社会服务。青海省硅材料工程技术研究中心的建立使企业自身的技术水平得到不断升级，使企业的持续性发展得到强力保证，并通过取得自主知识产权，推动企业当前和未来的发展规划及技术进步，创立新型产、学、研、用相结合的科技发展模式。
　　公司有专职人员负责公司技改项目、科研项目和前瞻性技术的研究工作，而且公司还设有模拟仿真实验室，为满足有限元分析仿真的大规模运算要求，实验室配备有16G内存，四核处理器的64位高性能计算机；由曾受聘于ANSYS公司的专业技术顾问牵头，对工艺流程进行模拟，物料平衡进行计算，流场、温度场有限元分析。
　　但在科研技术难题攻关和创新能力还有待提升，多数技术都是在引进消化吸收技术上进行的再创新，缺乏创新的方法和思路，创新理论不足。另外，企业研究人员对于创新方法的运用还不熟练，缺乏专业理论指导。
　　三、开展情况
　　工作目标：加强公司科研人员的TRIZ创新理论学习，提高创新方法运行熟练程度，提高创新能力和创新成果的质量。
　　实施模式：我公司选派3人科研技术骨干参加了青海省的创新方法理论学习，由河北工业大学TRIZ研究中心专家授课，学员系统学习了TRIZ理论的实际应用技术、破坏性创新等前沿设计创新理论和方法，并在老师指导下结合公司实际将所学的创新方法进行了实际应用，取得了良好的效果。
　　实施过程：培训分了4个阶段，总时间15天。
　　第一阶段：基础创新利用学习。
　　第二阶段：创新方法案例学习。
　　第三阶段：课题演练和实际应用。
　　第四阶段：现场答疑指导。
　　四、应用成效
　　公司选派3人科技骨干参加了创新工程师的TRIZ理论培训学习，课时数达120小时，通过系统和专业性创新理论的学习，学员掌握了TRIZ理论前沿知识，通过案例课题演练提高了理论和实际结合。为了使创新方法理论在公司得到很好的推广和使用，为了让公司更多的科技人员掌握，公司专门成立了创新团队，首批3名学员分别担任组长，进行内部集中学习、讨论和交流。
　　课题解决：
　　利用学到的TRIZ创新理论，已经解决了2项重大课题，每个课题方案数达到5个以上，同时对成果也申请了专利。
表4-1 技术课题成果

序号	课题名称	概念方案数	专利申请数	备注
1	输送料液屏蔽泵气蚀问题	9	1
2	一种便携式密闭取样器	4	1

 
表4-2  专利申请一览

序号	专利名称	专利类型	发明人	专利状态
1	一种便携式密闭取样器	实用新型	刘嘉；蔡延国；刘国忠；王体虎；施正荣	授权
2	一种二氯二氢硅和四氯化硅预混合储存装置	实用新型	肖建忠;武华;王体虎	授权

 
　　社会效益：
　　公司科技人员依据TRIZ理论中的物质—场理论、冲突矩阵理论，结合我单位的实际生产情况，进行了多项技术攻关，有两项技术最为显著：一是便携式密闭取样器的设计，二是输送料液屏蔽泵气蚀问题。
　　其中，便携式密闭取样器设计有三大特点：第一，解决了取样器小型化、模块化的问题，统一了我厂在生产中的取样接口不一致，取样准备时间过长的问题，有效的利用了我厂的资源。第二，该设计利用冲突矩阵原理，找出了解决一直困扰多晶硅行业有毒易挥发残余置换物料的排放收集问题，并利用物质—场理论，有效的利用了单位自身的一些资源，合理，节约的解决了取样问题。第三，该设计还极大的节约了我单位的设备成本。过去，一个取样点就需要一套密闭取样装置，现在，利用此设备，不同的取样点只要预留一个模块化取样口，就可以快接一套便携式密闭取样器来取样，不用重复的安装取样器，极大的节约了企业三、四期项目的成本，预计节约1000万。
因此，该“便携式密闭取样器”设计为我单位带来了相当可观的经济效益和生产效益，提高了我企业的生产效率，同时还历练了一批优秀的工业设计人员和创新生产人员。
　　经济效益：
　　通过2011年创新方法学习和2012年度公司创新团队组建，公司创新攻关多项技术难题，取得显著成绩，专利数量和质量都有大幅度提升。
表4-3  年度申请专利统计数

年度	已申请专利数目
2010年度 2项	一种P型中低阻硅芯载体的制作方法
	一种组合式密闭取样器
2011年度 3项	一种便携式密闭取样器
	一种新型碳头料的物理分离方法
	一种二氯二氢硅和四氯化硅预混合储存装置
2012年度 4项	三氯氢硅合成炉氢气压料、吹扫清理硅粉装置，
	一种全方位固体粉末取样器
	一种生产2根硅芯的圆形拉直孔高频线圈
	三氯氢硅合成炉氢气压料、吹扫清理硅粉装置

 
　　公司利用新创新设计的便携式密闭取样器备，不同的取样点只要预留一个模块化取样口，就可以快接一套便携式密闭取样器来取样，不用重复的安装取样器，极大的节约了企业三、四期项目的成本，节约达1000万以上。
领导评价：
　　公司从TRIZ创新方法培训和学习中获得良好的收益，一是多为技术骨干掌握了理论创新方法，二是通过创新方法的应用，在企业得到了很好结合，解决了企业技术难题，为企业创造了效益，并对企业自主知识产权进行了保护。

　　五、典型成果案例
　　（一）案例1，基于TRIZ（或工业工程）的输送料液屏蔽泵气蚀问题研究           
　　1.项目概要
　　屏蔽泵是一种无密封泵，泵和驱动电机都被密封在一个被泵送介质充满的压力容器内，此压力容器只有静密封，并由一个电线组来提供旋转磁场并驱动转子。这种结构取消了传统离心泵具有的旋转轴密封装置，故能做到完全无泄漏。屏蔽泵泵和电动机是一个整体制造，电机的转子和泵的叶轮固定在同一根轴上，利用屏蔽套将电机的转子和定子隔开，转子在被输送的介质中运转，其动力通过定子磁场传给转子，泵的叶轮和电机联为一体，并在同一个密封壳体内旋转，电动机的定子和转子由屏蔽套保护，与输送液体隔离，避免了泄漏。
　　屏蔽泵的优点：
　　（1）全封闭。结构上没有动密封，只有在泵的外壳处有静密封，因此可以做到完全无泄漏，特别适合输送易燃、易爆、贵重液体和有毒、腐蚀性及放射性液体。
　　（2）安全性高。转子和定子各有一个屏蔽套使电机转子和定子不与物料接触，即使屏蔽套破裂，也不会产生外泄漏的危险。
　　（3）结构紧凑占地少。泵与电机系一整体，拆装不需找正中心。对底座和基础要求低，且日常维修工作量少。
　　（4）运转平稳，噪声低，不需加润滑油。由于无滚动轴承和电动机风扇，故不需加润滑油，且噪声低。
　　（5）使用范围广。对高温、高压、低温、高熔点等各种工况均能满足要求。
　　气蚀的原因：
　　当屏蔽泵运行时，流体的压力随着从泵入口到叶轮入口而降低，在叶片附近，液体压力最低。此后，因为叶轮对液体做功，压力很快上升，当叶轮叶片入口附近压力小于等于液体输送温度下的饱和蒸汽压力时，液体就汽化。同时，还可能由溶解在液体内的气体溢出，他们形成很多气泡，当气泡随液体流到叶片内压力较高处时，外面的压力高于气泡内部的汽化压力，则气泡会溃灭，瞬间周边的液体会以极高的速度向空穴冲来，造成液体互相撞击使局部压力骤然剧增（可达几百个大气压），持续冲击叶片金属表面，造成气蚀。
　　我公司的二氯二氢硅歧化反应装置中，需要用屏蔽泵向歧化反应塔中输送料液，料液为二氯二氢硅和四氯化硅的混合物，二氯二氢硅沸点8.2℃(101.325kPa)，四氯化硅沸点57.6℃，（101.325kPa），混合料存储温度为25℃，混合料液共沸点在40℃左右，而在用屏蔽泵进行加压输送时，由于叶片对液体介质做功，产生低压，造成气蚀。
　　气蚀的后果：
　　使泵的石墨轴承部位磨损，泵的定子和转子磨损，影响泵的安全运行和寿命；
　　气蚀使叶片和流体间的能量转换遭到严重干扰，使泵的功率降低，严重时会使液流中断；
　　气蚀使泵产生噪音和震动；
　　目前，为了减少气蚀，用7℃冷却水冷却泵的外壳，从而降低料液的温度，效果有但不明显，希望利用创新工程培训的方法找出解决气蚀问题的解，改善或消除气蚀造成的噪音、震动和磨损等不良影响。
问题描述：
　　二氯二氢硅歧化反应装置中，需要用屏蔽泵向歧化反应塔中输送料液，料液为二氯二氢硅和四氯化硅的混合物，二氯二氢硅沸点8.2℃(101.325kPa)，四氯化硅沸点57.6℃，（101.325kPa），混合料液共沸点在40℃左右，而在用屏蔽泵进行加压输送时，由于叶片对液体介质做功，产生低压，造成气蚀。
　　现象：
　　① 的石墨轴承部位磨损，泵的定子和转子磨损严重，影响泵寿命；
　　②气蚀使叶片和流体间的能量转换遭到严重干扰，使泵的功率降低；
　　③产生噪音，剧烈震动；
 
　　2.解题过程
　　（1）问题
　　二氯二氢硅歧化反应装置中，需要用屏蔽泵向歧化反应塔中输送料液，料液为二氯二氢硅和四氯化硅的混合物，二氯二氢硅沸点8.2℃(101.325kPa)，四氯化硅沸点57.6℃，（101.325kPa），混合料存储温度为25℃，混合料液共沸点在40℃左右，而在用屏蔽泵进行加压输送时，由于叶片对液体介质做功，产生低压，造成气蚀。①泵的石墨轴承部、定子和转子磨损严重，产生噪音，剧烈震动，降低泵的功率，影响泵寿命；
　　（2）物质—场的功能分析
　　系统的总功能为“电机叶片压紧物料移动”，总功能可分解为“推动物料”，“导向物料”，“压紧物料”三个分功能，其中主要功能是“推动物料”，根据物质一场分析法，得出具体的屏蔽泵功能模型图。
 
　　根据物质一场分析法，得出具体的屏蔽泵的功能模型图，如图所示。其中超系统与系统之间存在输入或输出关系（如能量）的系统。系统的主要功能是由电力驱动电机推动物料，辅助功能是管道的导向功能，有害功能是叶片作用料液气化产生噪音、气化料液反作用于叶片产生气蚀、管道对流体的摩擦阻碍作用，其中管道对于流体的阻力不能彻底解决，而流体对叶片作用产生噪音及气蚀，可通过改进设计或采取措施彻底解决。
　　（3）资源分析
　　物质资源：叶轮，料液，管道，电机；
　　场资源：液压场，离心力，重力场，热学场（热交换）；
　　空间资源：泵内部资源，泵外部资源；
　　（4）现有解决方案
　　目前，为了减少气蚀，用冷却水冷却泵的外壳，从而降低料液的温度，效果有但不明显，没有彻底改善或消除气蚀造成的噪音、震动和磨损等问题。
　　（5）现有解决方案的缺点
　　没有从根本上解决，效果有限，浪费水源，对泵壳造成腐蚀。
　　（6）定义技术冲突：
　　改善的参数：温度、压力；
　　（7）问题分析
　　①物质—场分析
　　物质：输送料液，泵叶片，管道，电机
　　场：机械场压力，液压场，温度场（热交换），重力场，
　　②物质—场模型分析
　　泵叶片对输送料液做功，压力很快上升，料液获得机械能，我们期望状态。

　　当叶轮叶片入口附近压力小于等于液体输送温度下的饱和蒸汽压力时，液体就汽化。形成很多气泡，持续冲击叶片金属表面，造成气蚀，有害的状态。

　　3.概念方案
　　运用创新方法得到解决方案的汇总。
 　　（1）查找物质—场模型之三，产生有害的效果，增加一个场，用来平衡产生有害的场。
 　　（2）物质—场规则4，消除有害的，多余的，不需要的物质或场的最有效地方法是引入第三种物质元件或场。
　　方案1：增加一个温度场（F3），用来平衡产生有害的场。在泵入口处加换热器，让室温料液冷却，降低其饱和蒸汽压。
　　方案2：引入压力场（阻力），消除有害的场，减小泵出口阀门的开度。
　　方案3：引入压力场（阻力），消除有害的场，减小泵出口管道的直径。
　　方案4：引入压力场（阻力），消除有害的场，增大泵入口管道的直径。
　　方案5：引入重力场，增强原来效果，将料液储罐的位置抬高，增加泵进口压力。
　　方案6：引入重力场场，增强原来效果，将泵的位置降低，增加泵进口压力。
　　方案7：改变阻力场，在流量允许的前提下，对屏蔽泵的叶轮进行切削，减小叶轮的半径，减小叶轮对料液的作用力，减小叶轮局部压降；----扬程会受影响
　　方案8：改变阻力场，通过削切使叶轮更加对称规整，减少因为叶轮不规整造成的料液湍流，使泵的运行更加平稳，风险较大，要求削切精度高，可能造成叶轮损坏；
　　方案9：调整功率，电机加装变频器，调节频率改变电机转速，降低电机功率；
　　4.采用方案：
　　方案2，在屏蔽泵和反应塔之间安装一台阀门，通过阀门开度解决气蚀问题，投入少，简单易行。
　　5.方案实施
　　通过使用创新方法对该课题进行研究，解决了存在的问题，并申请专利1项。
表5-1  取得专利情况及类型和状态

专利名称	专利类型	专利状态
一种二氯二氢硅和四氯化硅预混合储存装置	实用新型	授权

 
　　（二）案例2，基于TRIZ（或工业工程）的一种便携式密闭取样器研究          
　　1.项目概要
　　目前三氯氢硅取样必须要密闭、降温（管线内三氯氢硅温度在90度以上），每一个取样点必须安装一台，体积较大，成本大大提高。
　　目前国内多家化工企业使用美国UOP公司取样产品，其工作过程中系统既不密闭，采样结果也不具有代表性，虽然中国专利CN96232446、CN98227015和CN148244等采用了密闭管路的方式进行采样，但并不能很好的解决易挥发液体在取样过程中易挥发、易损失的问题。
　　另一方面，目前的取样器，如中国专利CN98227015等都存在着零件过多，取样接口不易密闭，构型复杂的问题；当取样系统出现微小泄漏时不易被发现，即使发现也不易补漏，给取样结果的准确性带来了很大问题。同时，对于易挥发介质的取样的冷却问题考虑不足，以中国专利CN98227015专利为例，虽然考虑了介质的冷却问题，但对于冷源的来源问题表述不清晰，对于现场不能提供冷源的情况没有做深入的研究，因此其可行性有一定的局限性。此外，对于有毒气体，如中国专利CN98227015等都没有做具体的处理，这样排空到大气中极易污染环境。最后，由于占有体积较大，不便携，中国专利CN98227015等的适应性较差，一套设备只能专供一个取样点实用，维护成本和使用成本较高。
　　2.问题描述
　　对新技术系统的要求氯硅烷为有毒、易挥发液体，目前三氯氢硅取样必须要密闭、降温（管线内三氯氢硅温度在90度以上），每一个取样点必须安装一台，共计60余台，使用成本过高。
　　3.解题过程
　　运用TRIZ方法和原理——系统分析、物场分析、矛盾分析、创新原理、进化分析等解决问题的过程。
　　（1）问题
　　氯硅烷为有毒、易挥发液体，目前三氯氢硅取样必须要密闭、降温（管线内三氯氢硅温度在90度以上），每一个取样点必须安装一台，共计60余台，使用成本过高。
　　（2）现有解决方案
　　在一些温度略低的管线上安装一个阀门，发后加一短管。
　　（3）现有解决方案的缺点
　　有毒、易挥发液体会散发到环境里，造成取样人员中毒，污染环境。
　　（4）定义技术冲突
　　改善的参数：物质或事物的数量。
　　恶化的参数：装置的复杂性
　　4.概念方案
　　运用创新方法得到解决方案的汇总。
　　改善的参数（物质或事物的数量）和恶化的参数（装置的复杂性）之间构成了一对技术冲突。
　　查找冲突矩阵找出创新原理，创新原理：
　　3、局部质量
　　13、反向（颠倒、成反比）
　　27、低成本物体替代
　　10、预操作（预先采取行动）
　　方案一：
　　利用局部质量原理：将现场安装的密闭取样器的取样口保留，其它部分改为可移动式。
　　方案二：
　　利用反向（颠倒、成反比）原理：我们将在现场安装的密闭取样器上取样，改为带着便携式密闭取样器到现场取样。
　　方案三：
　　利用低成本物体替代原理：将在现有的取样点上安装一次性的取样器，使用完后就报废。
　　方案四：
　　利用预操作（预先采取行动）原理：将密闭取样器的冷冻剂提前预置，以便液体冷却时使用，将液体收集瓶提前预置，以便样品置换时使用。
　　采用方案：
　　设计一台便携式密闭取样器，可以快速接入/取下取样口，取样过程为密闭、样品可置换、带降温设施，体积小，便于携带，降低生产成本。
　　5.方案实施
　　通过运用创新理论对该课题的研究，取得专利1项。
表5-2  取得专利情况及类型和状态

专利名称	专利类型	专利状态
一种便携式密闭取样器	实用新型	授权