基于TRIZ 方法的新鮮辣木葉脫葉機(jī)械化裝置的設(shè)計(jì)

李廣興 鐘義廣 沙國新

（1.廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧 530007；2.廣西習(xí)緣辣木有限公司，廣西南寧 530200）

辣木樹是多年生熱帶、亞熱帶落葉喬木，最早源于印度，自古就為印度素食者提供日常所需的營養(yǎng)，由于較易栽培，被聯(lián)合國作為解決非洲食品缺乏的援助項(xiàng)目。近年來，在我國廣西、廣東、海南、云南等省份大面積推廣種植，辣木的食療價(jià)值和醫(yī)用價(jià)值被廣泛認(rèn)同。

針對(duì)極具經(jīng)濟(jì)價(jià)值和開發(fā)潛力的辣木葉，利用辣木葉獨(dú)特的柔軟性及其脫葉機(jī)理，開展新鮮辣木葉脫葉機(jī)械化技術(shù)研究與生產(chǎn)示范。通過不同的工藝措施，進(jìn)行設(shè)計(jì)比較優(yōu)化，獲得最優(yōu)新鮮辣木葉脫葉技術(shù)模式；同時(shí)研究辣木葉脫葉后的營養(yǎng)成分保存的有效途徑，以獲得葉片完整、新鮮、安全、優(yōu)質(zhì)的辣木葉，并形成新鮮辣木葉脫葉標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)規(guī)程，從而帶動(dòng)整個(gè)辣木產(chǎn)業(yè)的突破性發(fā)展。

TRIZ 作為一個(gè)強(qiáng)有力的創(chuàng)新和解決技術(shù)問題的工具，已經(jīng)成為諸多世界知名企業(yè)工程文化的一部分。本文嘗試運(yùn)用TRIZ理論，幫助解決新鮮辣木葉在采摘和脫葉過程中遇到的技術(shù)難題。

1 技術(shù)問題解決流程

針對(duì)辣木葉采摘中出現(xiàn)的問題，運(yùn)用TRIZ 分析問題解決的流程及方法，運(yùn)用最終理想解分析、因果分析、資源分析、矛盾分析、物-場分析以及TRIZ 創(chuàng)新設(shè)計(jì)軟件等工具，得到多個(gè)創(chuàng)意解。最后，從經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用效果兩方面對(duì)創(chuàng)意解進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提出采用柔性硅膠材料作為新鮮辣木葉脫葉機(jī)械化裝置的解決方案。

在應(yīng)用TRIZ 理論解決實(shí)際問題時(shí)，可根據(jù)具體情況，不需要每一步都嚴(yán)格依照流程，可選擇其中幾個(gè)步驟進(jìn)行，順序也可以調(diào)整，只要能找到理想的解決方案即可。

2 運(yùn)用TRIZ 工具解決機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)難題

2.1 新鮮辣木葉脫葉機(jī)械化裝置設(shè)計(jì)問題的項(xiàng)目概況

新鮮辣木葉脫葉機(jī)械化裝置是將辣木葉從辣木樹枝中采摘和分離的自動(dòng)化設(shè)備。目前的難題是：采用人工采摘辣木葉效率低、成本高；采用普通茶葉采摘裝置對(duì)辣木葉進(jìn)行采摘時(shí)，容易造成辣木葉的損傷。亟待解決的問題是：在盡量提高采摘效率和降低成本的情況下，保持辣木葉完好無損傷。

2.2 確定項(xiàng)目目標(biāo)及問題的進(jìn)一步描述

項(xiàng)目目標(biāo)：在盡量提高采摘效率和降低成本的情況下，保持辣木葉完好無損傷。

目前采用人工采摘辣木葉，存在效率低、成本高的問題；如果采用茶葉采摘設(shè)備對(duì)辣木葉進(jìn)行采摘，容易造成辣木葉的損傷。

2.3 分析問題的最終理想解

解決方案的理想愿景：在沒有帶來其他任何有害作用的情況下，新鮮辣木葉自動(dòng)從樹枝完好無損地分離出來。

創(chuàng)意解1：利用氣流、水流或光照的方法分離辣木葉，使其在沒有受到損傷的情況下實(shí)現(xiàn)枝葉的分離。

從TRIZ 理論的角度來理解，這是不改變工程系統(tǒng)又提高理想度的好辦法[1]。

2.4 因果分析

采用因果分析法，對(duì)辣木葉脫葉機(jī)械裝置損傷葉子的問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入分析。

2.4.1 魚骨圖

利用魚骨圖的分析方法，可以很直觀的看出在采摘葉子的過程中易損壞的原因，如圖1 所示。

圖1 魚骨圖

2.4.2 5WHY 分析過程

根據(jù)5WHY 分析法，對(duì)關(guān)鍵問題連續(xù)以5 個(gè)“為什么”來自問，以追究其根本原因?？梢缘玫揭韵聞?chuàng)意：

創(chuàng)意解2：通過改變刀片結(jié)構(gòu)，減少刀片對(duì)葉子的損壞程度，從而提高葉子采摘完整率。

創(chuàng)意解3：通過改變?cè)O(shè)備轉(zhuǎn)速，減少因轉(zhuǎn)速過高對(duì)葉子的損壞作用，從而提高葉子采摘完整率。

2.5 資源分析

運(yùn)用九屏幕法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行探究，針對(duì)問題，分析其輸入、輸出、過去、現(xiàn)在、將來、原因、結(jié)果、內(nèi)部、外部資源，尋求解決方法，得到以下創(chuàng)意：

創(chuàng)意解4：通過強(qiáng)大水流清洗把葉子沖洗下來，從而提高葉子采摘完整率。

2.6 矛盾分析

將問題轉(zhuǎn)化為技術(shù)矛盾問題模型，運(yùn)用39×39 矛盾矩陣找到對(duì)應(yīng)發(fā)明原理，通過問題描述、工程參數(shù)、發(fā)明原理、創(chuàng)意概念四個(gè)方面得到分析結(jié)論，如表1 所示。

2.7 功能分析

使用創(chuàng)新設(shè)計(jì)軟件IWB，依據(jù)項(xiàng)目描述創(chuàng)建功能模型，IWB 軟件利用自帶的算子給出提示，產(chǎn)生解決問題的創(chuàng)意。

創(chuàng)意解10：利用風(fēng)力，使辣木葉進(jìn)入多孔面板，通過刀具分離面板下的辣木葉。

創(chuàng)意解11：利用細(xì)條狀刀具通過抽拉方式分離辣木葉[2]。

2.8 物場分析

該物-場模型為有害的物-場模型，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)解法引入第三種物質(zhì)或第二個(gè)場，如圖2 所示。

圖2 辣木葉采摘裝置的物-場模型

創(chuàng)意解12：給刀片引入第三種物質(zhì)減少刀片切削辣木葉的誤差。

創(chuàng)意解13：給辣木葉引入第二個(gè)場，可以讓葉子被切削的位置更準(zhǔn)確。

2.9 創(chuàng)意解評(píng)價(jià)及優(yōu)化

將取得的創(chuàng)意解分為下列幾類：（1）改變工藝順序；（2）高速水流采摘方式；（3）高速氣流采摘方式；（4）引入第二個(gè)場到辣木葉；（5）采用多孔結(jié)構(gòu)；（6）采用細(xì)條狀刀具；（7）利用氣穴現(xiàn)象使葉子分離；（8）采用多維刀片結(jié)構(gòu)；（9）采用周期性旋轉(zhuǎn)刀架；（10）采用柔性結(jié)構(gòu)。通過影響-努力矩陣圖法進(jìn)行分析，從經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)難度兩個(gè)方面考慮，創(chuàng)意解4、創(chuàng)意解5、創(chuàng)意解10，對(duì)解決該問題的效果比較好。

表1 技術(shù)矛盾分析

2.10 問題解決方案

2.10.1 引入第二個(gè)場到辣木葉

在辣木葉采摘裝置中加入高壓電場，使辣木葉在強(qiáng)電場的作用下有序排列，然后再利用刀片進(jìn)行剪切，減少刀片對(duì)辣木葉的傷害，提高辣木葉的完好率。

2.10.2 采用多孔結(jié)構(gòu)

在辣木葉采摘裝置中采用多孔結(jié)構(gòu)，使辣木葉穿過該多孔結(jié)構(gòu)，然后再利用刀片進(jìn)行剪切，減少刀片對(duì)辣木葉的傷害，提高辣木葉的完好率。

2.10.3 采用柔性結(jié)構(gòu)

在辣木葉采摘裝置中采用兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的柔性硅膠輥輪，使辣木枝葉在快速旋轉(zhuǎn)的柔性硅膠輥輪的作用下脫掉葉子，柔性硅膠可以減少對(duì)辣木葉的傷害，提高辣木葉的完好率[3]。

3 結(jié)論

本項(xiàng)目通過運(yùn)用5W1H 的方法、IFR、技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化法則，找出可能解題方向、畫魚骨圖和5WHY 分析法，分析問題產(chǎn)生的根本原因、資源分析、矛盾分析、功能分析、物場分析、科學(xué)效應(yīng)后，采用親和圖法進(jìn)行創(chuàng)意分類并評(píng)價(jià)，經(jīng)過“影響-努力矩陣”篩選出最佳方案，查閱國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料和最新研究成果，按照TRIZ 解題流程，重新梳理項(xiàng)目研究流程，反復(fù)研究論證，最后確定項(xiàng)目的最佳解決方案為：采用柔性硅膠結(jié)構(gòu)的新鮮辣木葉脫葉機(jī)械化裝置。