昆山市拓恒機電有限公司
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0 引言
TRIZ是由前蘇聯發明家和創造學家根里奇·阿奇舒勒于1946年和他的同事在研究了全球各國高達250萬份高水平專利的基礎上,抽取出來的一套解決各種發明問題,具有完整理論體系的創新方法。TRIZ在大量專利分析中提取了創新發明的規律,使得創新走出了高成本的試錯,試探法的盲區以及“靈光一現式”的偶然。運用TRIZ可以縮短人們創造發明的進程,使得發明進程實現極大的加速,并且提高創新產品的質量,解決“無法解決的問題和矛盾”。而TRIZ的核心是消除矛盾及技術系統進化的原理,并建立了基于知識消除矛盾的邏輯化方法,用系統論的解題流程來解決特殊問題或矛盾。
物質-場分析法是TRIZ中最重要的分析技術問題的方法,是一種使用特定標記來表達技術系統變換時的建模技術,通過建立模型,得到技術系統內部元素的關系從而消除問題中的各種主要矛盾。對于相同的物質-場模型,解決方法也大致相同,阿奇舒勒把這種解決規律稱為76個標準解,并把這76個標準解分成了5類:
第一類:建立或拆卸物場模型;
第二類:增強物場模型;
第三類:向超系統或微觀級進化;
第四類:檢測和測量的標準解法;
第五類:應用標準解法的標準。
系統剪裁就是裁掉技術系統中的某些部分,但是保留其相應的功能,通過剪裁可以精簡組件數量,降低成本;改善框架,合理布局;體現價值,消除不理想功能,提高系統理想度。
因果軸分析法是通過原因軸和結果軸的分析,找出問題最本質的核心所在,采用表格化的形式來表示,如圖1所示。
圖1 因果軸分析 下載原圖
效應庫分析是應用本專業領域與其它專業領域的有關定律和法則,解決機械創新設計中存在的問題,可通過功能代碼表和科學效應庫解決問題。
TRIZ將工程問題中常見的矛盾分為物理矛盾和技術矛盾,其中物理矛盾是針對系統的某一參數,對這個參數提出兩種相反的要求。也就是說是系統中同一參數性能提出相互排斥的要求,是自我矛盾的。而解決物理矛盾所采用的方法為分離原理:空間分離、時間分離、條件分離及系統級別的分離。
雞蛋的初級加工工藝過程如圖2所示,當前我國在清洗,烘干,殺菌,涂膜,檢測的技術上成熟,相比于歐美等西方國家的技術差距不大,與國外差距主要在稱重,分級和裝托等容易破損的核心技術上。所以要想在短時間內提高國內的雞蛋初加工水平,拉近與歐美等發達地區之間的差距,必須在雞蛋的重量分級上有所研究和創新以增加精度和提高效率的同時減少雞蛋的破損。通過對華中農業大學現有已改進的雞蛋重量分級機分析,找出改進新產品中所應用的TRIZ原理,并在此基礎上提出部分創新設計,是進一步開發與升級不可缺少的關鍵步驟。
圖2 雞蛋初加工工藝過程 下載原圖
1 基于TRIZ的雞蛋分級機稱重模塊改進原理
1.1 傳統分級機中擋塊的分析
在傳統雞蛋分級機中,雞蛋傳輸到稱重部分的過渡中,采用一塊擋板來進行過渡,然而對雞蛋分級機的擋塊來說,它雖然有一定的作用,但是不能很好的擋住雞蛋,由于慣性滑落也不能很好的對雞蛋進行導向,其物場模型如圖3所示。
圖3 物場模型 下載原圖
應用標準解法S2.1.2雙物場模型:在擋塊內部安裝一個小型鼓風機,在擋塊的導向部分鉆一個小孔便于通風,可減少雞蛋滾下時的慣性。
應用標準解法S2.2.2增加物質的分割程度和標準解法S2.2.6將均勻的物質空間結構變成不均勻的物質:將一塊整體的擋板分成四瓣的撥蛋器,或者將四瓣分成六瓣。
應用標準解法S2.2.4使系統具有更好的柔韌性、適應性、動態性:改變四瓣撥蛋器的材質,從金屬變成柔韌的塑料或者橡膠制品。
應用標準解法S3.1.2改變雙系統或者多系統之間的連接:將傳統雞蛋分級機需要拐彎后稱重改成直線稱重。
改進后的稱重部分如圖4所示。
圖4 設計界面 下載原圖
1.2 稱重精度的分析
在傳統的雞蛋分級機中,雞蛋必須經過由多個蛋托所構成的蛋托架,實行的是逐個杠桿的稱量法,改用傳感器后,裁剪了蛋托架功能組件,直接把傳感器稱重裝置安裝在運送部分的盡頭,提高系統理想度,如圖5所示。
圖5 裁剪 下載原圖
對雞蛋分級機中的稱重測量部分構建因果分析圖,如圖6所示。
圖6 因果軸分析 下載原圖
針對檢測裝置不靈敏的問題,可采用靈敏度較高的傳感器,完善傳感器的信號反饋和計算機的數據處理能力。
解決速度過快的問題,需使雞蛋在經過稱重裝置的時候速度盡量減少,給稱重足夠的時間和反應速度。
1.3 稱重速度分析
在稱量雞蛋的重量時,需要雞蛋能夠零速度經過稱重傳感器,并且在稱量的時候處于靜止狀態,也就是要控制好雞蛋的位移,使得雞蛋在此處的位移為零,查找功能代碼—科學效應庫關聯表可找到F6控制物體的位移,如表1所示。
表1 功能分析 導出到EXCEL
| 功能 代碼 | 實現的 功能 | TRIZ推薦的 科學效應和現象 | 科學效應和 現象序號 |
F6 | 控制物體的位移 | 磁力 電子力 安培力 洛倫茲力 壓強 液體或氣體的壓力 液體或氣體的壓強 浮力 液體動力 振動 慣性力 熱膨脹 熱雙金屬片 | E15 E2 E64 E91 E93 E44 E92 E98 E49 E75 E76 |
選擇代號E91的科學效應和現象序號:在雞蛋運送至傳感器稱重的對面安裝具有一定壓力的鼓風機,使得壓力能夠使得雞蛋剛好在測量的時候處于靜止的狀態。
在稱重過程中,當雞蛋經過傳感器時需要雞蛋處于靜止狀態以便精準的測量,同時又要雞蛋盡可能快速通過,以提高整個雞蛋初級加工的效率,所以在此處的參數為速度,速度一方面要快,另一方面要慢。這是對同一參數提出了兩個相反的物理矛盾。由于這兩個要求屬于不同的空間,可以采用空間分離的方法,如表2所示。
表2 空間分離原理 導出到EXCEL
分離方法 | 發明原理 |
空間分離 | 1.分割原理 2.抽取原理 3.局部質量原理 4.增加不對稱性原理 7.嵌套原理 14.曲面化原理 17.空間維數變化原理 20.有效作用的連續化原理 24.借助中介原理 26.復制原理 29.氣壓和液壓結構原理 30.柔性殼體或薄膜原理 40.復合材料原理 |
發明原理17:將雞蛋經過傳感器稱重支架的直線一維運動變成二維運動,即使得稱重支架部分凹陷;發明原理7和發明原理30:在傳感器稱重桿處鑲嵌一個塑料凹槽或者鑲嵌能夠承受雞蛋重量的薄膜,然后把兩者嵌入到稱量桿中;發明原理29:在稱量支架上安裝氣墊,使得雞蛋在經過此處時的速度為零。
改進后的雞蛋分級機稱重部分的工作原理如圖7所示。
圖7 工作原理 下載原圖
1.凸輪搖桿 2.四葉凸輪 3.稱重傳感器 4.撥蛋器 5.蛋托架6.導蛋橡膠 7.稱重支架
1.4 稱重破損分析
在稱重過程中,當雞蛋以一定速度滾入凹槽或者氣墊中的時候,避免不了存在少許破損,當雞蛋破損之后的蛋液流入到稱重支架上的塑料凹槽處會存在一定的沉積,這就會導致之后的雞蛋稱重造成誤差,而且還會對雞蛋造成二次污染。需要凹槽能保證雞蛋零速稱重,又希望蛋液能流出凹槽。因此存在一對物理矛盾,由于是在不同條件下產生的物理矛盾,采用條件分離的方法進行分析解決,如表3所示。
表3 條件分離原理 導出到EXCEL
分離方法 | 發明原理 |
條件分離 | 3.局部質量原理 17.空間維數變化原理 19.周期性作用原理 26.復制原理 29.氣壓和液壓結構原理 30.柔性殼體或薄膜原理 31.多孔材料原理 32.顏色改變原理 34.拋棄或再生原理 35.物理或化學參數改變原理 36.相變原理 37.熱膨脹原理 38.強氧化劑原理 40.復合材料原理 |
發明原理31:可將塑料凹槽改成多孔的結構或者在凹槽處開辟一條小溝,既可以在雞蛋完整的時候進行零速稱重,又在雞蛋破損時過濾蛋液和碎雞蛋殼。
發明原理17:將凹槽傾斜一定的角度,雞蛋破損之后可以使得蛋液沿著傾斜之處流出。
2 結語
由TRIZ理論,產品或是技術系統在改進和進化是有規律可循。在實際生產實踐中存在的問題往往會反復出現,徹底解決工程沖突的發明原理也是容易掌握的,運用其它領域的科學原理與知識也可以解決工程領域中的問題。
將TRIZ運用到雞蛋分級機上,運用物質-場分析法、系統剪裁、因果軸分析法、效應庫及矛盾分析法,解決雞蛋分級機在稱重部分的穩定性、精度及破損雞蛋處理上存在的問題,提出了部分創新方案,減少了雞蛋在稱重過程中的破損,提高了在雞蛋稱重時的精度,加快了雞蛋稱重時的效率,因此可以降低成本,獲得更高的經濟效益。
挖掘TRIZ理論,可以發現產品或者技術發展是有客觀規律的,只要把握好了這些規律就能抓住產品發展和改進的方法,節約時間和成本從而搶占市場先機,獲得專利并幫助企業提高自主創新能力。
