昆山市拓恒機(jī)電有限公司
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江蘇省昆山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)
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0 引言
TRIZ是由前蘇聯(lián)發(fā)明家和創(chuàng)造學(xué)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(dá)250萬份高水平專利的基礎(chǔ)上,抽取出來的一套解決各種發(fā)明問題,具有完整理論體系的創(chuàng)新方法。TRIZ在大量專利分析中提取了創(chuàng)新發(fā)明的規(guī)律,使得創(chuàng)新走出了高成本的試錯(cuò),試探法的盲區(qū)以及“靈光一現(xiàn)式”的偶然。運(yùn)用TRIZ可以縮短人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程,使得發(fā)明進(jìn)程實(shí)現(xiàn)極大的加速,并且提高創(chuàng)新產(chǎn)品的質(zhì)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(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的原理,并建立了基于知識(shí)消除矛盾的邏輯化方法,用系統(tǒng)論的解題流程來解決特殊問題或矛盾。
物質(zhì)-場分析法是TRIZ中最重要的分析技術(shù)問題的方法,是一種使用特定標(biāo)記來表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)變換時(shí)的建模技術(shù),通過建立模型,得到技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部元素的關(guān)系從而消除問題中的各種主要矛盾。對(duì)于相同的物質(zhì)-場模型,解決方法也大致相同,阿奇舒勒把這種解決規(guī)律稱為76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解,并把這76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解分成了5類:
第一類:建立或拆卸物場模型;
第二類:增強(qiáng)物場模型;
第三類:向超系統(tǒng)或微觀級(jí)進(jìn)化;
第四類:檢測(cè)和測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)解法;
第五類:應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解法的標(biāo)準(zhǔn)。
系統(tǒng)剪裁就是裁掉技術(shù)系統(tǒng)中的某些部分,但是保留其相應(yīng)的功能,通過剪裁可以精簡組件數(shù)量,降低成本;改善框架,合理布局;體現(xiàn)價(jià)值,消除不理想功能,提高系統(tǒng)理想度。
因果軸分析法是通過原因軸和結(jié)果軸的分析,找出問題最本質(zhì)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(yīng)庫分析是應(yīng)用本專業(yè)領(lǐng)域與其它專業(yè)領(lǐng)域的有關(guān)定律和法則,解決機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中存在的問題,可通過功能代碼表和科學(xué)效應(yīng)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(shù)矛盾,其中物理矛盾是針對(duì)系統(tǒng)的某一參數(shù),對(duì)這個(gè)參數(shù)提出兩種相反的要求。也就是說是系統(tǒng)中同一參數(shù)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(shí)間分離、條件分離及系統(tǒng)級(jí)別的分離。
雞蛋的初級(jí)加工工藝過程如圖2所示,當(dāng)前我國在清洗,烘干,殺菌,涂膜,檢測(cè)的技術(shù)上成熟,相比于歐美等西方國家的技術(shù)差距不大,與國外差距主要在稱重,分級(jí)和裝托等容易破損的核心技術(shù)上。所以要想在短時(shí)間內(nèi)提高國內(nèi)的雞蛋初加工水平,拉近與歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)之間的差距,必須在雞蛋的重量分級(jí)上有所研究和創(chuàng)新以增加精度和提高效率的同時(shí)減少雞蛋的破損。通過對(duì)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)有已改進(jìn)的雞蛋重量分級(jí)機(jī)分析,找出改進(jìn)新產(chǎn)品中所應(yīng)用的TRIZ原理,并在此基礎(chǔ)上提出部分創(chuàng)新設(shè)計(jì),是進(jìn)一步開發(fā)與升級(jí)不可缺少的關(guān)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(jí)機(jī)稱重模塊改進(jìn)原理
1.1 傳統(tǒng)分級(jí)機(jī)中擋塊的分析
在傳統(tǒng)雞蛋分級(jí)機(jī)中,雞蛋傳輸?shù)椒Q重部分的過渡中,采用一塊擋板來進(jìn)行過渡,然而對(duì)雞蛋分級(jí)機(jī)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(duì)雞蛋進(jìn)行導(dǎo)向,其物場模型如圖3所示。
圖3 物場模型 下載原圖
應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解法S2.1.2雙物場模型:在擋塊內(nèi)部安裝一個(gè)小型鼓風(fēng)機(jī),在擋塊的導(dǎo)向部分鉆一個(gè)小孔便于通風(fēng),可減少雞蛋滾下時(shí)的慣性。
應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解法S2.2.2增加物質(zhì)的分割程度和標(biāo)準(zhǔn)解法S2.2.6將均勻的物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)變成不均勻的物質(zhì):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(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解法S2.2.4使系統(tǒng)具有更好的柔韌性、適應(yīng)性、動(dòng)態(tài)性:改變四瓣撥蛋器的材質(zhì),從金屬變成柔韌的塑料或者橡膠制品。
應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解法S3.1.2改變雙系統(tǒng)或者多系統(tǒng)之間的連接:將傳統(tǒng)雞蛋分級(jí)機(jī)需要拐彎后稱重改成直線稱重。
改進(jìn)后的稱重部分如圖4所示。
圖4 設(shè)計(jì)界面 下載原圖
1.2 稱重精度的分析
在傳統(tǒng)的雞蛋分級(jí)機(jī)中,雞蛋必須經(jīng)過由多個(gè)蛋托所構(gòu)成的蛋托架,實(shí)行的是逐個(gè)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(yùn)送部分的盡頭,提高系統(tǒng)理想度,如圖5所示。
圖5 裁剪 下載原圖
對(duì)雞蛋分級(jí)機(jī)中的稱重測(cè)量部分構(gòu)建因果分析圖,如圖6所示。
圖6 因果軸分析 下載原圖
針對(duì)檢測(cè)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(hào)反饋和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力。
解決速度過快的問題,需使雞蛋在經(jīng)過稱重裝置的時(shí)候速度盡量減少,給稱重足夠的時(shí)間和反應(yīng)速度。
1.3 稱重速度分析
在稱量雞蛋的重量時(shí),需要雞蛋能夠零速度經(jīng)過稱重傳感器,并且在稱量的時(shí)候處于靜止?fàn)顟B(tài),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(xué)效應(yīng)庫關(guān)聯(lián)表可找到F6控制物體的位移,如表1所示。
表1 功能分析 導(dǎo)出到EXCEL
| 功能 代碼 | 實(shí)現(xiàn)的 功能 | TRIZ推薦的 科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象 | 科學(xué)效應(yīng)和 現(xiàn)象序號(hào) |
F6 | 控制物體的位移 | 磁力 電子力 安培力 洛倫茲力 壓強(qiáng) 液體或氣體的壓力 液體或氣體的壓強(qiáng) 浮力 液體動(dòng)力 振動(dòng) 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(hào)E91的科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象序號(hào):在雞蛋運(yùn)送至傳感器稱重的對(duì)面安裝具有一定壓力的鼓風(fēng)機(jī),使得壓力能夠使得雞蛋剛好在測(cè)量的時(shí)候處于靜止的狀態(tài)。
在稱重過程中,當(dāng)雞蛋經(jīng)過傳感器時(shí)需要雞蛋處于靜止?fàn)顟B(tài)以便精準(zhǔn)的測(cè)量,同時(shí)又要雞蛋盡可能快速通過,以提高整個(gè)雞蛋初級(jí)加工的效率,所以在此處的參數(shù)為速度,速度一方面要快,另一方面要慢。這是對(duì)同一參數(shù)提出了兩個(gè)相反的物理矛盾。由于這兩個(gè)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(dǎo)出到EXCEL
分離方法 | 發(fā)明原理 |
空間分離 | 1.分割原理 2.抽取原理 3.局部質(zhì)量原理 4.增加不對(duì)稱性原理 7.嵌套原理 14.曲面化原理 17.空間維數(shù)變化原理 20.有效作用的連續(xù)化原理 24.借助中介原理 26.復(fù)制原理 29.氣壓和液壓結(jié)構(gòu)原理 30.柔性殼體或薄膜原理 40.復(fù)合材料原理 |
發(fā)明原理17:將雞蛋經(jīng)過傳感器稱重支架的直線一維運(yùn)動(dòng)變成二維運(yùn)動(dòng),即使得稱重支架部分凹陷;發(fā)明原理7和發(fā)明原理30:在傳感器稱重桿處鑲嵌一個(gè)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(fā)明原理29:在稱量支架上安裝氣墊,使得雞蛋在經(jīng)過此處時(shí)的速度為零。
改進(jìn)后的雞蛋分級(jí)機(jī)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(dǎo)蛋橡膠 7.稱重支架
1.4 稱重破損分析
在稱重過程中,當(dāng)雞蛋以一定速度滾入凹槽或者氣墊中的時(shí)候,避免不了存在少許破損,當(dāng)雞蛋破損之后的蛋液流入到稱重支架上的塑料凹槽處會(huì)存在一定的沉積,這就會(huì)導(dǎo)致之后的雞蛋稱重造成誤差,而且還會(huì)對(duì)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(duì)物理矛盾,由于是在不同條件下產(chǎn)生的物理矛盾,采用條件分離的方法進(jìn)行分析解決,如表3所示。
表3 條件分離原理 導(dǎo)出到EXCEL
分離方法 | 發(fā)明原理 |
條件分離 | 3.局部質(zhì)量原理 17.空間維數(shù)變化原理 19.周期性作用原理 26.復(fù)制原理 29.氣壓和液壓結(jié)構(gòu)原理 30.柔性殼體或薄膜原理 31.多孔材料原理 32.顏色改變?cè)?br style="padding: 0px; margin: 0px;"/>34.拋棄或再生原理 35.物理或化學(xué)參數(shù)改變?cè)?br style="padding: 0px; margin: 0px;"/>36.相變?cè)?br style="padding: 0px; margin: 0px;"/>37.熱膨脹原理 38.強(qiáng)氧化劑原理 40.復(fù)合材料原理 |
發(fā)明原理31:可將塑料凹槽改成多孔的結(jié)構(gòu)或者在凹槽處開辟一條小溝,既可以在雞蛋完整的時(shí)候進(jìn)行零速稱重,又在雞蛋破損時(shí)過濾蛋液和碎雞蛋殼。
發(fā)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(jié)語
由TRIZ理論,產(chǎn)品或是技術(shù)系統(tǒng)在改進(jìn)和進(jìn)化是有規(guī)律可循。在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中存在的問題往往會(huì)反復(fù)出現(xiàn),徹底解決工程沖突的發(fā)明原理也是容易掌握的,運(yùn)用其它領(lǐng)域的科學(xué)原理與知識(shí)也可以解決工程領(lǐng)域中的問題。
將TRIZ運(yùn)用到雞蛋分級(jí)機(jī)上,運(yùn)用物質(zhì)-場分析法、系統(tǒng)剪裁、因果軸分析法、效應(yīng)庫及矛盾分析法,解決雞蛋分級(jí)機(jī)在稱重部分的穩(wěn)定性、精度及破損雞蛋處理上存在的問題,提出了部分創(chuàng)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(shí)的精度,加快了雞蛋稱重時(shí)的效率,因此可以降低成本,獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。
挖掘TRIZ理論,可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品或者技術(shù)發(fā)展是有客觀規(guī)律的,只要把握好了這些規(guī)律就能抓住產(chǎn)品發(fā)展和改進(jìn)的方法,節(jié)約時(shí)間和成本從而搶占市場先機(jī),獲得專利并幫助企業(yè)提高自主創(chuàng)新能力。
