基于TRIZ理論對發(fā)卡設(shè)備重張連張問題的創(chuàng)新研究

陳萬昌，周劍波

（1.中山凱爾特機(jī)械設(shè)計(jì)有限公司，廣東 中山528437；2.廣東珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海519000）

發(fā)卡設(shè)備是一個(gè)統(tǒng)稱，是以發(fā)送卡片類產(chǎn)品為主的一種設(shè)備或機(jī)構(gòu)，是指具有卡片形狀的比較薄的一類產(chǎn)品，如撲克牌、名片、紙張等。將N多張一堆卡片一張一張地發(fā)出來。

該技術(shù)系統(tǒng)目前有飛達(dá)式、真空吸盤式、振動(dòng)式、往復(fù)分離式[1]、摩擦式等形式。摩擦式是目前是用途最廣，使用最多的一種形式。大量使用于包裝、印刷、裝配產(chǎn)線等行業(yè)。

摩擦式發(fā)卡機(jī)構(gòu)，由摩擦輸送裝置，輸出裝置，導(dǎo)板，調(diào)節(jié)器，反向摩擦輪以及控制系統(tǒng)組成。而其核心是摩擦輸送裝置與導(dǎo)板，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)板與摩擦輸送裝置與導(dǎo)板之間的間隙，實(shí)現(xiàn)對卡片的單張發(fā)送。如圖1所示。

雖說場景很多，但在行業(yè)內(nèi)還是存在一些一直無法克服的重張和連張問題，而且一次出二張或多張或連續(xù)出二張或多張的情況經(jīng)常發(fā)生，造成計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確，影響生產(chǎn)效率。

近年來，也有不同的廠家對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化升級，以適應(yīng)不同市場需求，但大多是常規(guī)設(shè)計(jì)[2]，鮮有基于TRIZ理論的創(chuàng)新方法在此領(lǐng)域應(yīng)用。根據(jù)對TRIZ創(chuàng)新理論的學(xué)習(xí)，如今創(chuàng)新已經(jīng)不再只是“靈感”進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的時(shí)期了，而是由理論體系和若干創(chuàng)新方法組成的一套完整的創(chuàng)新體系，而隨著國家對科技創(chuàng)新以及方法創(chuàng)新的重視，該方法體系正被各領(lǐng)域的技術(shù)人員所接受。

本文所研究的發(fā)卡機(jī)發(fā)卡不穩(wěn)定造成的重張連張問題也嘗試從TRIZ理論導(dǎo)引[3]的角度來解決，借TRIZ的問題識(shí)別工具、問題解決工具等，設(shè)計(jì)出可以克服此問題的多種方案，為此技術(shù)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新提供新的思路和方向，對提高卡片類產(chǎn)品的點(diǎn)數(shù)和發(fā)卡效率具有重要意義。

1 發(fā)卡機(jī)的工作原理介紹

自動(dòng)發(fā)卡技術(shù)系統(tǒng)是取代傳統(tǒng)手工一次準(zhǔn)確投送單張或多張卡片的一套機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的原理圖1所示。

圖1 摩擦式發(fā)卡機(jī)構(gòu)

（1）摩擦皮帶1通過皮帶本身的摩擦力并且在卡片2自身重力下，經(jīng)過導(dǎo)板5，將最下方的一張卡片2搓走，未被搓走的卡片由擋板3進(jìn)行阻擋，調(diào)節(jié)器4可以調(diào)節(jié)導(dǎo)板5與摩擦皮帶1之間的間隙，以保證單張卡片2能得以通過。卡片2被搓走后與O型輸送帶7進(jìn)行接駁（1和7之間存在速度差，7的速度大于1的速度），把卡片送出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)數(shù)（單張輸出）功能。

（2）導(dǎo)板5與摩擦皮帶1之間的間隙是可以通過調(diào)節(jié)器4隨時(shí)調(diào)節(jié)（此位很重要）。

（3）反向摩擦輪6的作用是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并與卡片2的運(yùn)動(dòng)方向相反，反向向卡片施力，以保證無過多卡片一次輸出而造成重張和連張的問題。

2 工程問題分析

2.1 問題描述

目前在使用過程中，重張和連張率高，通過更換不同材料的調(diào)節(jié)器壓頭，效果好很多，很難調(diào)節(jié)，操作難度很高，要反復(fù)尋找平衡點(diǎn)。特別是在發(fā)超薄卡片時(shí)（0.06-0.2mm）經(jīng)常發(fā)生，機(jī)率遠(yuǎn)高于厚卡片，最高約3%-20%的不良率，這是不能接受的。

目前主要是從改變導(dǎo)板的材料來解決問題，但效果不很理想，操作難度大，且重張連張也經(jīng)常發(fā)生。

2.2 功能分析

功能分析是TRIZ重要的問題分析工具，可以從功能的角度找出技術(shù)系統(tǒng)中存在問題的組件。

當(dāng)前的系統(tǒng)組件有導(dǎo)板、調(diào)節(jié)器、擋板、摩擦皮帶、反向摩擦輪，作用對象為卡片，超系統(tǒng)組件為O型輸送帶，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組件

通過組件模型分析可知，導(dǎo)板對卡片的壓力不足，摩擦皮帶對卡片的摩擦力的不足以及反向摩擦輪對卡片有起皺的過度功能都是造成重張和連張的原因。

2.3 因果分析

因果分析也是TRIZ識(shí)別技術(shù)系統(tǒng)缺點(diǎn)及問題分析的重要工具，通過因果的層層分析，梳理問題之間的邏輯關(guān)系，可以挖掘隱藏于問題背后的隱性問題，便于找到關(guān)鍵點(diǎn)，然后根據(jù)關(guān)鍵問題嘗試尋找新的解決方案。

根據(jù)因果分析工具，繪制卡片重張連張問題的因果鏈，如圖3所示。

根據(jù)圖3可知，造成發(fā)卡重張連張的主要原因可以歸納如下：

圖3 重張連張問題的因果鏈

（1）卡片與摩擦皮帶之間壓緊力過度，

（2）摩擦皮帶的摩擦力不足，

（3）導(dǎo)板的材料彈性不足。

根據(jù)因果分析總結(jié)的主要原因，然過再通過下面的技術(shù)矛盾分析，尋找具有可操作性的解決方案。

3 問題求解

3.1 技術(shù)矛盾解決問題

技術(shù)矛盾是指改善一方面功能的同時(shí)，將惡化或削弱另一面的功能。由因果圖可知，導(dǎo)板材料的柔性不足是問題原因之一，用技術(shù)矛盾的語言可以描述為：如果增加材料的柔性，那么磨損加快，但是會(huì)頻繁更換導(dǎo)板，導(dǎo)致易用性差。將這對矛盾再根據(jù)TRIZ的39個(gè)工程參數(shù)進(jìn)一步梳理，將材料的柔性抽象為適應(yīng)性、通用性（35），將易用性差抽象為系統(tǒng)的復(fù)雜性（36）。根據(jù)矛盾矩陣關(guān)系圖，查需要改善的參數(shù)（35），惡化的工程參數(shù)（36），得到對應(yīng)用的發(fā)明原理矩陣解，分別為15、28、29、37，如圖4所示。

圖4 應(yīng)用的發(fā)明原理矩陣解

根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況分析，37、28不具備可行性，而15、29更加接近實(shí)際且易于實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)NO.15動(dòng)態(tài)化發(fā)明原理的啟發(fā)，可以在卡片的下方設(shè)計(jì)一個(gè)振動(dòng)機(jī)構(gòu)，使用成疊的卡片不斷進(jìn)行松散，減少卡片之間的結(jié)合力，以減少重張的概率，如圖5所示。

圖5 設(shè)計(jì)振動(dòng)器

根據(jù)NO.29用氣動(dòng)或液壓結(jié)構(gòu)發(fā)明原理的啟發(fā)，可以在摩擦皮帶上開孔，且在皮帶下方設(shè)計(jì)真空機(jī)構(gòu)，以增大最下方一張卡片與皮帶之間的結(jié)合力，如圖6所示。

圖6 設(shè)計(jì)真空機(jī)構(gòu)

綜上所述，通過一對技術(shù)矛盾分析，應(yīng)用TRIZ的工程參數(shù)和發(fā)明原理找到4種方案，有2種具有可行性的方案。同時(shí)根據(jù)因果分析也構(gòu)建其他的技術(shù)矛盾，然后通過問題的抽象與矛盾參數(shù)對應(yīng)，再查詢矛盾矩陣解，得到更多的發(fā)明原理解決方案。

3.2 物理矛盾解決問題

物理矛盾是技術(shù)矛盾的進(jìn)一步深化，它表述的是一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)參數(shù)有正反兩個(gè)方面的需求。比如，要求桌子既要大，又要小，大可以放更多的東西，小可以節(jié)省放置的空間。相對于技術(shù)矛盾，物理矛盾是一種更加尖銳的矛盾，在工程中往往不容易解決。

根據(jù)因果分析，卡片重張的主要原因是卡片之間的摩擦力過度，發(fā)卡時(shí)摩擦力大，容易造成連張；發(fā)卡時(shí)又要摩擦力小，皮帶磨損少，但又容易造成重張，此時(shí)卡片間的摩擦力既要大又要小就構(gòu)成了一對物理矛盾。由于卡片的發(fā)送與存放不在一個(gè)空間，所以可以根據(jù)物理矛盾空間分離原則進(jìn)行空間分離，空間分離對應(yīng)的發(fā)明原理有01分離、02抽取、03局部質(zhì)量、04非對稱、07嵌套、13逆向思維、17、多維化、24中介物、26復(fù)制、30柔性外殼或薄膜。

根據(jù)發(fā)明原理17-多維化的啟示，讓卡與皮帶之間的關(guān)系由豎向改為橫向，這樣沒有豎向重力層壓作用，所有卡片受到的引力是一樣的，卡片之間的摩擦力幾乎是一樣均勻的。

空間狀態(tài)1結(jié)合力大，空間狀態(tài)2結(jié)合力小，如圖7所示。

圖7 空間狀態(tài)

由于發(fā)卡時(shí)間與放卡的時(shí)間不在同一時(shí)間進(jìn)行，也可以嘗試用物理矛盾的時(shí)間分離原則進(jìn)行時(shí)間分離，時(shí)間分離對應(yīng)發(fā)明原理有：9-預(yù)先反作用、10-預(yù)先作用、11-預(yù)先防范、15-動(dòng)態(tài)化、16-部分超越、18-機(jī)械振動(dòng)、19-周期性作用、20-有效作用的連續(xù)性、21-快速原理、29-氣壓與液壓結(jié)構(gòu)、34-拋棄與再生、37-熱膨脹。

根據(jù)發(fā)明原理10-預(yù)先作用的啟示，預(yù)先將成疊的卡片人工進(jìn)行松散化或通過機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行松散，卡片之間的結(jié)合力就會(huì)被打破，使其之間結(jié)合力均勻。

時(shí)間1結(jié)合力強(qiáng)，在正常狀態(tài)下結(jié)合力強(qiáng)；時(shí)間2結(jié)合力小，在人為松散后結(jié)合力就變小或消失。如圖8所示。

圖8 時(shí)間結(jié)合力

綜上所述，根據(jù)從實(shí)際問題出發(fā)，提煉技術(shù)系統(tǒng)的物理矛盾，根據(jù)物理矛盾的分離法則，可以快速地找到對應(yīng)的發(fā)明原理，從而為我們創(chuàng)新活動(dòng)提供更多更可行的方案。

4 結(jié)論

本研究借助TRIZ理論的功能分析、因果分析、技術(shù)矛盾、物理矛盾工具，分析研究了發(fā)卡技術(shù)系統(tǒng)的重張連張問題，通過功能分析和因果分析，逐步找到造成問題的各種原因，進(jìn)而通過技術(shù)矛盾與物理矛盾的求解工具，解得4種可操作性的解決方案，分別為：（1）在卡片疊的后面加振動(dòng)裝，（2）在摩擦皮帶上增加真空通孔，（3）把整個(gè)裝置倒置90度，（4）在卡片上方加裝增壓裝置，這4種方案具有可行性高、改造成本低等優(yōu)點(diǎn)。

一般都是根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)與原理方案進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)[4]，而本研究是用了TRIZ理論的一部分工具，如果進(jìn)一步應(yīng)用TRIZ理論的裁剪、知識(shí)庫、理想解等工具還可提出更多新的創(chuàng)新方案，說明TRIZ理論在工業(yè)設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的創(chuàng)新問題中能幫助研發(fā)人員快速地拓展研究思路，提出創(chuàng)新方案，同時(shí)為其他行業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)和產(chǎn)品的優(yōu)化提供了新思路。