TRIZ理论在重力选风量调节装置改进设计中的应用

1、0引言种子质量是影响萌发率的主要因素,清除与健壮种子尺寸接近而比重悬殊的杂质一直是种子加工业的一大难题,随着精细农业的发展,对种子的质量要求日益提高,解决这一难题已经势在必行。在种子加工中经过风筛式清选机、窝眼筒清选的种子,通过重力式分选机按密度大小进行二次分选加工,可以清除发育不好、成熟不完全、受虫害霉烂和已发芽的种子,还可分离与种子尺寸相近而质量有一定差异的混杂物。以往研究表明气流是影响重力分选机分选质量的主要因素,而现有的风量机械调节装置具有调节精度不高、调节麻烦、调节丝杠容易易位的缺点。笔者利用TRIZ 理论中的矛盾解决原理,对风量调节装置进行了改进设计。1发明问题解决理论1.1TRI

2、Z 理论TRIZ 是俄文Teorijz Rezhenija Izobretatel'skichZadach 的缩写,即“创造性问题解决理论”,由前苏联发明家Genrich Altshuller(19261998在总结分析了250万件高水平的发明专利,并综合多学科领域的原理和法则,提取专利中的一些解决问题共有模式而建立起来的发明问题解决理论体系1。TRIZ 理论体系包括:物质场模型、39个标准参数、40条发明原理、矛盾矩阵、76个标准解和发明问题解决算法(ARIZ、技术进化理论等一整套的理论。经过近60年的发展,TRIZ 已成为解决发明问题的强有力的方法学,在世界许多企业得到了广泛应用,

3、解决了无数的工程问题2。1.2TRIZ 解决问题的思路TRIZ 理论认为,发明问题的核心是解决矛盾,产品创新的标志是解决设计中的矛盾。对于一个具体问题,设计者首先将特殊问题抽象为TRIZ 问题;然后,利用TRIZ 中发明原理、技术进化理论、标准解等工具和原理,求出该TRIZ 问题的标准解(普适解或称模拟解;最后,再从一般问题的解到特殊问题的解(领域解或特解,若发现新的问题则进入下一个循环。在这个解决问题的过程中,逐步使用TRIZ 工具和原理。使用TRIZ 解决矛盾时,一个问题的解在于对问题描述的清楚程度,描述得越清楚,问题的解就越容易找到。TRIZ 解决问题的一般流程如图1所示。类似问题的已有

4、解问题的通解TRIZ 问题问题的通解特定的问题特定的解图1TRIZ 解决问题的一般流程1.3TRIZ 发明问题的技术矛盾解决原理使用TRIZ 解决矛盾时,一个问题的解在于对问题描述的清楚程度,描述得越清楚,问题的解就越容易找到。TRIZ 理论提出用39个通用工程参数统一描述矛盾。Altshuller 将有利于TRIZ 理论解决发明问题的矛盾分为物理矛盾和技术矛盾3。物理矛盾是TRIZ 理论在重力选风量调节装置改进设计中的应用陈国晶,曹贺,刘训涛(黑龙江科技学院机械工程学院摘要:介绍了发明问题解决理论TR IZ 的矛盾概念和矛盾矩阵及问题求解的过程,并针对重力选传统风量调节装置调节精度不高、调节

5、麻烦、调节丝杠容易易位的缺点,进行了TR IZ 解析,根据TR IZ 理论的矛盾矩阵,并在第14条发明原理的启发下,得到了特定的解决方案改变调节装置原理。通过解决实际的技术矛盾,说明TR IZ 理论解决产品创新问题的过程。重点阐述了如何利用矛盾矩阵和发明原理来解决实际工程技术问题。关键词:TR IZ 理论;重力选;调节装置;改进设计Agricultural Equipment &Technology农业装备技术第36卷第1期2010年2月Vol.36.1Feb .2010指为了实现某种功能,一个子系统或元件应具有一种特性,但同时出现了与该特性相反的特性。技术矛盾是指一个作用同时导致有用

6、及有害两种结果,也可以指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏。为指导矛盾的解决和产品的创新设计,Altshuller 等人在抽象层次上提出了40条发明原理,并将描述技术矛盾的39个工程参数与40条发明原理建立对应关系,其中的映射关系就是矛盾矩阵。矛盾矩阵为39×39的矩阵,行139表示对应的被恶化的通用技术参数,列139表示对应的被改善的通用技术参数,行列交叉格中的数字即为TRIZ 理论推荐的解决相应技术矛盾的发明原理序号,见表1。表1矛盾矩阵简表恶化特性改进特性12739装置的复杂性12.13 (39外部有害因素21、0814、172基于TRIZ 的重力选风

7、量调节装置的创新设计2.1TRIZ 问题的描述风量及风压影响物料在筛面上的分层和运动状态。空气流量过小,会使分选台面上的颗粒不能分层,比重小的颗粒也不能跃起,如图2a 所示。空气流量过大,会使分选台面上的物料跃起,呈沸腾状,比重大小不同的颗粒混合在一起而不能有效的分层,达不到预期的分选效果,如图2c 所示。风量适当调整后,最重的种子与筛面接触,最轻的种子在种子混合物的顶部依次分层,如图2b 所示。风量调节对分选效果起着至关重要的作用4。而现有的风量调节采用机械手柄调节,调节精度不高,工作过程中调节丝杠容易易位。因此可选择“参数13外部有害因素”,以此作为欲改善的参数。在改善“外部有害因素”这个

8、参数的同时,对装置的复杂性提出更高的要求,选择“参数7装置的复杂性”作为被恶化的参数。2.2矛盾矩阵的建立与一般解的产生查找矛盾矩阵,从矩阵查找参数13和参数7对应的方格,得到21、8、14、17即变害为利、周期性动作、利用气体与液压结构、使用符合材料四条原理。2.3发明原理分析根据矛盾矩阵给出的发明原理,对每一条原理进行分析,排除无关原理5。当有多个相关原理时可以采用层次分析法(AHP进行优选。21、8、17条原理不适合,不予考虑。原理14“利用气体与液压结构”是使用气体或液体代替物体的固体零部件,利用气体或液体的静压缓冲功能,所以采用液压系统代替机械风量调节装置。采用液压结构进行改进设计后

9、,不但使风量调节装置易于操作,工作中可随时根据喂入量的不同引起筛面粮层厚度的变化及时调节风量,而且提高了调节精度,使得风量稳定,保证分选效果。3结语TRIZ 理论是进行产品创新设计和结构改进的一种行之有效的方法。能够帮助工程设计人员迅速发现主要问题并提供解决问题的相应原理,对工程实际问题有重要指导意义。本文利用TRIZ 矛盾矩阵对重力选风量调节装置进行了改进设计,解决了进风量稳定,确保种子分选分层问题。结果表明,液压调节机构是一种工作可靠、易于操作的机构。因此TRIZ 理论是一种非常有效,能够迅速解决实际工程问题的程式化创新设计方法。参考文献:1B.··贝尔多诺索夫.黑龙江省技术创新方法培训教材M .哈尔滨,2007.2黑龙江省科学技术厅.TRIZ 理论入门导读M .哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,2007.3檀润华,苑彩云,张瑞红,等.基于技术进化的产品设计过程研究J.机械工程学报,2002,38(12:60-65.4王长春,王怀宝.种