0 引言

TRIZ是由前苏联发明家和创造学家根里奇·阿奇舒勒于1946年和他的同事在研究了全球各国高达250万份高水平专利的基础上,抽取出来的一套解决各种发明问题,具有完整理论体系的创新方法。TRIZ在大量专利分析中提取了创新发明的规律,使得创新走出了高成本的试错,试探法的盲区以及“灵光一现式”的偶然。运用TRIZ可以缩短人们创造发明的进程,使得发明进程实现极大的加速,并且提高创新产品的质量,解决“无法解决的问题和矛盾”。而TRIZ的核心是消除矛盾及技术系统进化的原理,并建立了基于知识消除矛盾的逻辑化方法,用系统论的解题流程来解决特殊问题或矛盾。

物质-场分析法是TRIZ中最重要的分析技术问题的方法,是一种使用特定标记来表达技术系统变换时的建模技术,通过建立模型,得到技术系统内部元素的关系从而消除问题中的各种主要矛盾。对于相同的物质-场模型,解决方法也大致相同,阿奇舒勒把这种解决规律称为76个标准解,并把这76个标准解分成了5类:

第一类:建立或拆卸物场模型;

第二类:增强物场模型;

第三类:向超系统或微观级进化;

第四类:检测和测量的标准解法;

第五类:应用标准解法的标准。

系统剪裁就是裁掉技术系统中的某些部分,但是保留其相应的功能,通过剪裁可以精简组件数量,降低成本;改善框架,合理布局;体现价值,消除不理想功能,提高系统理想度。

因果轴分析法是通过原因轴和结果轴的分析,找出问题最本质的核心所在,采用表格化的形式来表示,如图1所示。

图1 因果轴分析   下载原图

效应库分析是应用本专业领域与其它专业领域的有关定律和法则,解决机械创新设计中存在的问题,可通过功能代码表和科学效应库解决问题。

TRIZ将工程问题中常见的矛盾分为物理矛盾和技术矛盾,其中物理矛盾是针对系统的某一参数,对这个参数提出两种相反的要求。也就是说是系统中同一参数性能提出相互排斥的要求,是自我矛盾的。而解决物理矛盾所采用的方法为分离原理:空间分离、时间分离、条件分离及系统级别的分离。

鸡蛋的初级加工工艺过程如图2所示,当前我国在清洗,烘干,杀菌,涂膜,检测的技术上成熟,相比于欧美等西方国家的技术差距不大,与国外差距主要在称重,分级和装托等容易破损的核心技术上。所以要想在短时间内提高国内的鸡蛋初加工水平,拉近与欧美等发达地区之间的差距,必须在鸡蛋的重量分级上有所研究和创新以增加精度和提高效率的同时减少鸡蛋的破损。通过对华中农业大学现有已改进的鸡蛋重量分级机分析,找出改进新产品中所应用的TRIZ原理,并在此基础上提出部分创新设计,是进一步开发与升级不可缺少的关键步骤。

图2 鸡蛋初加工工艺过程   下载原图

1 基于TRIZ的鸡蛋分级机称重模块改进原理

1.1 传统分级机中挡块的分析

在传统鸡蛋分级机中,鸡蛋传输到称重部分的过渡中,采用一块挡板来进行过渡,然而对鸡蛋分级机的挡块来说,它虽然有一定的作用,但是不能很好的挡住鸡蛋,由于惯性滑落也不能很好的对鸡蛋进行导向,其物场模型如图3所示。

图3 物场模型   下载原图

应用标准解法S2.1.2双物场模型:在挡块内部安装一个小型鼓风机,在挡块的导向部分钻一个小孔便于通风,可减少鸡蛋滚下时的惯性。

应用标准解法S2.2.2增加物质的分割程度和标准解法S2.2.6将均匀的物质空间结构变成不均匀的物质:将一块整体的挡板分成四瓣的拨蛋器,或者将四瓣分成六瓣。

应用标准解法S2.2.4使系统具有更好的柔韧性、适应性、动态性:改变四瓣拨蛋器的材质,从金属变成柔韧的塑料或者橡胶制品。

应用标准解法S3.1.2改变双系统或者多系统之间的连接:将传统鸡蛋分级机需要拐弯后称重改成直线称重。

改进后的称重部分如图4所示。

图4 设计界面   下载原图

1.2 称重精度的分析

在传统的鸡蛋分级机中,鸡蛋必须经过由多个蛋托所构成的蛋托架,实行的是逐个杠杆的称量法,改用传感器后,裁剪了蛋托架功能组件,直接把传感器称重装置安装在运送部分的尽头,提高系统理想度,如图5所示。

图5 裁剪   下载原图

对鸡蛋分级机中的称重测量部分构建因果分析图,如图6所示。

图6 因果轴分析   下载原图

针对检测装置不灵敏的问题,可采用灵敏度较高的传感器,完善传感器的信号反馈和计算机的数据处理能力。

解决速度过快的问题,需使鸡蛋在经过称重装置的时候速度尽量减少,给称重足够的时间和反应速度。

1.3 称重速度分析

在称量鸡蛋的重量时,需要鸡蛋能够零速度经过称重传感器,并且在称量的时候处于静止状态,也就是要控制好鸡蛋的位移,使得鸡蛋在此处的位移为零,查找功能代码—科学效应库关联表可找到F6控制物体的位移,如表1所示。

表1 功能分析 导出到EXCEL

选择代号E91的科学效应和现象序号:在鸡蛋运送至传感器称重的对面安装具有一定压力的鼓风机,使得压力能够使得鸡蛋刚好在测量的时候处于静止的状态。

在称重过程中,当鸡蛋经过传感器时需要鸡蛋处于静止状态以便精准的测量,同时又要鸡蛋尽可能快速通过,以提高整个鸡蛋初级加工的效率,所以在此处的参数为速度,速度一方面要快,另一方面要慢。这是对同一参数提出了两个相反的物理矛盾。由于这两个要求属于不同的空间,可以采用空间分离的方法,如表2所示。

表2 空间分离原理 导出到EXCEL

发明原理17:将鸡蛋经过传感器称重支架的直线一维运动变成二维运动,即使得称重支架部分凹陷;发明原理7和发明原理30:在传感器称重杆处镶嵌一个塑料凹槽或者镶嵌能够承受鸡蛋重量的薄膜,然后把两者嵌入到称量杆中;发明原理29:在称量支架上安装气垫,使得鸡蛋在经过此处时的速度为零。

改进后的鸡蛋分级机称重部分的工作原理如图7所示。

图7 工作原理   下载原图

1.凸轮摇杆 2.四叶凸轮 3.称重传感器 4.拨蛋器 5.蛋托架6.导蛋橡胶 7.称重支架

1.4 称重破损分析

在称重过程中,当鸡蛋以一定速度滚入凹槽或者气垫中的时候,避免不了存在少许破损,当鸡蛋破损之后的蛋液流入到称重支架上的塑料凹槽处会存在一定的沉积,这就会导致之后的鸡蛋称重造成误差,而且还会对鸡蛋造成二次污染。需要凹槽能保证鸡蛋零速称重,又希望蛋液能流出凹槽。因此存在一对物理矛盾,由于是在不同条件下产生的物理矛盾,采用条件分离的方法进行分析解决,如表3所示。

表3 条件分离原理 导出到EXCEL

发明原理31:可将塑料凹槽改成多孔的结构或者在凹槽处开辟一条小沟,既可以在鸡蛋完整的时候进行零速称重,又在鸡蛋破损时过滤蛋液和碎鸡蛋壳。

发明原理17:将凹槽倾斜一定的角度,鸡蛋破损之后可以使得蛋液沿着倾斜之处流出。

2 结语

由TRIZ理论,产品或是技术系统在改进和进化是有规律可循。在实际生产实践中存在的问题往往会反复出现,彻底解决工程冲突的发明原理也是容易掌握的,运用其它领域的科学原理与知识也可以解决工程领域中的问题。

将TRIZ运用到鸡蛋分级机上,运用物质-场分析法、系统剪裁、因果轴分析法、效应库及矛盾分析法,解决鸡蛋分级机在称重部分的稳定性、精度及破损鸡蛋处理上存在的问题,提出了部分创新方案,减少了鸡蛋在称重过程中的破损,提高了在鸡蛋称重时的精度,加快了鸡蛋称重时的效率,因此可以降低成本,获得更高的经济效益。

挖掘TRIZ理论,可以发现产品或者技术发展是有客观规律的,只要把握好了这些规律就能抓住产品发展和改进的方法,节约时间和成本从而抢占市场先机,获得专利并帮助企业提高自主创新能力。