发明也有规律可循？| TRIZ发明原理在塑料专用螺丝上的应用

接触TRIZ，第一个了解的入门理论就是40个发明原理。

它引起我了好的好奇心，同时也比较颠覆我的认知：发明有规律可循，我不信。于是，我试着用40个发明原理去对比过去申请的专利，发现大多数专利所遵循的原理竟然都落入了40个原理框架之中。原来，发明还真有规律可循。早知道40个发明原理就好了，这会省去过去写专利时的漫天苦想。在后面的产品结构设计工作中，当我碰到问题和难题时，我常常用这40个发明原理去拓宽思路，每次都有收获。而最近我在写塑料专用螺丝的文章时，一方面为塑料专用螺丝的创新所佩服：一个小小的结构优化竟然可以解决那么大的难题，还可以申请专利，还可以注册成商标，还可以成为企业标志性的产品。。。。。。。另一方面，我也发现：很多创新是40个发明原理的简单套用。本文以塑料专用螺丝为例，来说明40个发明原理与塑料专用螺丝创新的关系。

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TRIZ 40个发明原理

阿奇舒勒及其团队通过对250万份的专利进行了研究、 分析、 总结，发现只有20%左右的专利才称得上真正的创新，许多宣传称为专利的技术，其实已经在其他产业中出现并应用过。阿奇舒勒认为发明问题的原理一定是客观存在的，如果掌握了这些原理，就可将其应用到各个行业中。据此，阿奇舒勒提炼出了TRIZ理论中最重要、具有普遍用途的40个发明原理。

▲TRIZ40个发明原理

在塑料自攻螺丝的创新发明中，以下4个发明原理被反复利用。

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传统塑料自攻螺丝存在的问题

传统的塑料自攻螺丝，如图所示，具有两个典型的特征：1）牙型角为60度；2）螺牙截面对称、螺牙螺杆等结构缺乏变化；

这样的设计使得传统自攻螺丝存在以下两个主要问题：1）滑牙用一两次之后螺丝就滑牙了，完全无法重复使用；

2）支柱开裂

由于60°牙型角以及塑料在挤压过程中流动不畅等，使得支柱承受较大的径向力，而发生开裂。

所以，传统塑料自攻螺丝存在较大的性能缺陷，不适合于对紧固质量和可靠性要求比较高的场合，例如汽车行业。于是，自上个世纪五六十年代开始，国外有公司就开始开发针对塑料的专用自攻螺丝，以解决传统自攻螺丝存在的问题，并发明了一系列创新的塑料专用螺丝，包括PT®螺丝、Plastite®螺丝、Reform®螺丝和Hi-Lo®螺丝等。

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PT®螺丝，其创新之处除了30°的牙型角以及较大螺距之外，螺杆处凹面的设计也是创新点之一。传统自攻螺丝螺杆处是平面，这很容易造成挤压的塑料堆积，不利于塑料流动，从而增加塑胶在拧入过程中对塑胶支柱径向力，使得支柱开裂。而凹面的设计为塑料的流动提供了足够的空间，提高了螺丝紧固的质量和可靠性。

从平面到凹面的创新，这正是发明原理No.14曲面化，增加曲率的应用；也可以说是发明原理理No.03局部质量的应用：从均匀到不均匀

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Plastitie®  螺丝

Plastite®螺丝，其创新之处是其螺杆形状呈三角形，而不是传统的圆形。

三角形设计的好处是减小拧入过程中的径向力。圆形螺丝在拧入过程中，整个支柱在截面方向上都在受力。而Plastite®螺丝在拧入过程中，仅仅有三个点在受力，这有助于减小径向力和驱动扭矩。

从圆形到三角形，这正是发明原理No.03局部质量的应用：把螺牙与支柱的接触由传统的均匀接触，改变为非均匀接触。

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Reform® 螺丝

Reform®螺丝，其创新之处在于把对称的螺牙结构改为非对称，螺牙前侧的牙型角较小、为12.5°，这有利于减小径向力。

同时，螺牙后侧的导向结构，会推动更多的塑料流动到螺牙前侧底部，从而提高拔出阻力、以及增加螺丝的抗振能力。

把螺牙两侧的结构由对称改为非对称，这正是发明原理No.04增加不对称性的完美应用。

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Hi-Lo® 螺丝

Hi-Lo®螺丝，其创新之处在于把螺牙设计成高、低两种螺牙。高螺牙负责把塑料挤压到低螺牙处，从而把低螺牙抱紧，以提供足够的拉拔阻力。

把螺牙由高度一致改为高低两个平面，这正是发明原理No.17一维到多维的应用。

最后的话

写到这里，可能会有工程师会说：钟老师，这是事后诸葛亮，螺丝创新在先，你再用发明原理去生搬硬套，当然可以牵强附会的找到关联。我的回答之一是：先不要着急否定，试着去用用吧，再来否定。我的回答之二是：嗯，您说的对。

作者简介：钟元，著有书籍《面向成本的产品设计：降本设计之道》和《面向制造和装配的产品设计指南》