基于TRIZ理論的優(yōu)化冷庫測溫曲線精度及范圍

郭健 劉永睿

摘 要：船舶冷庫系統(tǒng)又稱冷藏系統(tǒng)，冷庫的重要指標(biāo)是回溫曲線時(shí)間參數(shù)。在船舶建造完工后，調(diào)試人員需要對(duì)冷庫進(jìn)行試驗(yàn)，獲取制冷及回溫速度等技術(shù)性參數(shù)。冷庫的回溫曲線數(shù)據(jù)是評(píng)估冷庫保溫性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。通過學(xué)習(xí)TRIZ創(chuàng)新方法，模式的靈活運(yùn)用，細(xì)節(jié)構(gòu)思的轉(zhuǎn)變，拓展了解題思路，能夠有效地解決系統(tǒng)問題的主要矛盾。

關(guān)鍵詞：回溫；采樣精度；TRIZ創(chuàng)新原理

一、引言

船舶冷庫系統(tǒng)又稱冷藏系統(tǒng)，冷庫的重要指標(biāo)是回溫曲線時(shí)間參數(shù)。在船舶建造完成后，調(diào)試人員需要對(duì)冷庫進(jìn)行試驗(yàn)，獲取制冷及回溫速度等技術(shù)性參數(shù)，冷庫的回溫曲線數(shù)據(jù)是評(píng)估冷庫保溫性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

在船舶行業(yè)能夠有效解決測量回溫?cái)?shù)據(jù)的精度及范圍，完全可以減少冷庫回溫試驗(yàn)次數(shù)及調(diào)試人員的人力投入，也為縮短船舶系泊試驗(yàn)周期提供了保證，每年企業(yè)將節(jié)約成本約20萬元。

二、問題描述

問題所在的技術(shù)系統(tǒng)是船舶冷庫系統(tǒng)（圖1），通過目前現(xiàn)狀分析，它的主要功能是通過制冷壓縮機(jī)制冷并由冷庫保溫材料進(jìn)行恒溫，在該系統(tǒng)工程完工后，精準(zhǔn)測量船舶冷庫回溫溫度參數(shù)，來驗(yàn)證冷庫的保溫性能及施工質(zhì)量，評(píng)估船舶意外失電后，為冷庫系統(tǒng)保存食品的新鮮和儲(chǔ)藏恒溫時(shí)間的程度提供判斷依據(jù)。

在測溫的實(shí)施過程中，存在如下約束條件：（1）不能增加冷庫的開關(guān)門次數(shù)；（2）制冷壓縮機(jī)不能投入工作；（3）記錄間隔不大于5分鐘；（4）記錄時(shí)長不小于10小時(shí)；（5）檢測試驗(yàn)設(shè)備電纜無法有效進(jìn)入冷庫室內(nèi)。

1.現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的工作原理

制冷壓縮機(jī)（圖2）對(duì)冷庫制冷（魚庫、肉庫、蔬菜庫、緩沖間）至規(guī)定溫度后，壓縮機(jī)停止工作，用溫度記錄設(shè)備測量冷庫溫度并繪制曲線，根據(jù)溫度曲線衡量冷庫保溫性能，要滿足回溫4小時(shí)后，內(nèi)部溫度不高于零攝氏度的要求。

2.當(dāng)前系統(tǒng)存在的問題

在船舶制冷系統(tǒng)制冷試驗(yàn)過程中，目前有效的機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，只記錄系統(tǒng)報(bào)警溫度且無繪制曲線功能。當(dāng)前雖采用進(jìn)口機(jī)械裝置實(shí)時(shí)記錄，但機(jī)械試驗(yàn)記錄卡的精度低、機(jī)械裝置遇冷凝水汽、機(jī)械臂卡頓、響應(yīng)時(shí)間長，測試最小單位為2小時(shí)，在該模式下，檢測溫度范圍小和精度低，單位時(shí)間內(nèi)無法準(zhǔn)確讀數(shù)，需要多次巡查工作狀態(tài)。在試驗(yàn)人員獲取數(shù)據(jù)過程中，進(jìn)、出冷庫巡檢次數(shù)增加，本體回溫速度加快，數(shù)值波動(dòng)大。

3.問題出現(xiàn)的條件和時(shí)間

根據(jù)以往試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在進(jìn)、出冷庫讀取記錄過程中，冷庫內(nèi)、外受對(duì)流溫度影響。冷庫內(nèi)部濕度達(dá)到90%，機(jī)械測溫裝置連桿機(jī)構(gòu)受力不均，行程范圍受影響。

4.問題現(xiàn)有解決方案及其缺點(diǎn)

方案：

對(duì)現(xiàn)有測溫裝置防凍防護(hù)。

缺點(diǎn)：

反應(yīng)靈敏度下降。

觀察讀數(shù)不方便。

三、TRIZ理論應(yīng)用

1.通過運(yùn)用功能分析，列出相關(guān)的系統(tǒng)組件（表1），建立功能模型等分析方法

2.根據(jù)組件名稱找出作用關(guān)系和對(duì)象（表2）

3.建立系統(tǒng)功能模型（圖3）

通過功能模型分析有害因素及不足因素，采用雙層冷庫防護(hù)門，可以減少冷空氣泄漏量。增加保溫板厚度，增強(qiáng)保溫效果。

4.功能裁切（圖4）

冷庫門組件的作用：工作人員進(jìn)、出冷庫送取食物及設(shè)備檢查通道。根據(jù)裁剪實(shí)施策略，有害組件是冷庫門，裁掉組件冷庫門，暫找不到替代方案，故此方案不能正常實(shí)施。

5.因果鏈分析

通過因果鏈分析查找末端因素（圖5），并對(duì)末端因素提出相應(yīng)的技術(shù)方案，減少冷庫門的開關(guān)次數(shù)，可以有效控制冷空氣泄漏。

通過TRIZ工具，最終理想解、九屏圖、資源分析相關(guān)分析方法，可以找出問題的關(guān)鍵點(diǎn)和矛盾所在，經(jīng)過方案的可行性分析進(jìn)行改進(jìn)與功能裁剪策略相似。例如，為解決最終理想解不出現(xiàn)這種條件：減少冷庫門的開關(guān)次數(shù)，延長溫度采樣時(shí)間，或者增大繪圖圖紙尺寸，提高曲線圖分辨率；利用九屏圖的系統(tǒng)與子系統(tǒng)對(duì)比分析得出方案：復(fù)合材料真空保溫板替換現(xiàn)有隔熱保溫板，也可利用真空負(fù)壓特性環(huán)境，減少空氣外泄。

四、運(yùn)用TRIZ工具

1.技術(shù)矛盾

通過原問題減少冷庫門的開關(guān)次數(shù)，延長溫度采樣時(shí)間技術(shù)矛盾表述：如果減少冷庫門的開關(guān)次數(shù)，那么冷庫溫度影響小，回溫速度慢，但是測溫曲線圖的采樣點(diǎn)少、精度低；反之，則采樣點(diǎn)多、精度高。

參照39個(gè)通用工程常用參數(shù)中精度范圍、溫度、頻率、測量的難度，查找阿奇舒勒矛盾矩陣如表3所示。

通過查找矛盾矩陣，根據(jù)發(fā)明原理出現(xiàn)頻次進(jìn)行排序：28 26 24

運(yùn)用創(chuàng)新原理產(chǎn)生聯(lián)想如表4所示。

2.物理矛盾

如果減少冷庫門的開關(guān)次數(shù)，那么冷庫溫度影響小，回溫速度慢，但是測溫曲線圖的采樣點(diǎn)少，精度低。

如果增加冷庫門的開關(guān)次數(shù)，那么冷庫溫度影響大，回溫速度快，但是測溫曲線圖的采樣點(diǎn)多，精度高。

結(jié)論：阻礙測溫曲線精度的頻次是問題的主要矛盾。

通過空間分離的方法（1、2、3、4、7、13、17、24、26、30）分析矛盾問題；利用矛盾：24.借助中介物； 26.復(fù)制；得出相關(guān)方案：借助監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)傳感器信號(hào)采集數(shù)據(jù)。

3.物場分析

基于物場模型的標(biāo)準(zhǔn)解，以降低頻次的問題，通過1、2、3引入第二種物質(zhì)，構(gòu)建完善的物場模型，將金屬片應(yīng)變力轉(zhuǎn)化放大電信號(hào)數(shù)據(jù)輸出（圖6）。

五、技術(shù)方案整理

將船舶冷庫系統(tǒng)的常規(guī)和TRIZ技術(shù)相結(jié)合，逐項(xiàng)將方案列舉后，再利用方案特性及占比評(píng)分矩陣（消除矛盾35%；無新危害5%；成本低5%；簡單性25%；可行性30%）乘以權(quán)重系數(shù)得出每條方案的最終得分，選出優(yōu)選方案，綜合排名結(jié)論，實(shí)施內(nèi)容是用放大電流信號(hào)傳感器替代機(jī)械金屬滑動(dòng)形變傳感器（圖7）。

六、項(xiàng)目改進(jìn)前后效果對(duì)比圖評(píng)估

項(xiàng)目改進(jìn)前后效果對(duì)比圖如圖8所示。

七、結(jié)語

該成果在30萬噸船塢生產(chǎn)線進(jìn)行了全面推廣應(yīng)用，通過近兩年測試改進(jìn)，已經(jīng)完全具備冷庫回溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)測量。

經(jīng)濟(jì)效益：單船節(jié)約資源消耗4萬元，年度節(jié)約成本20萬元。

無形效益：提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，縮短了冷庫系統(tǒng)調(diào)試周期。此外，也帶動(dòng)了全員學(xué)習(xí)TRIZ創(chuàng)新方法的熱潮，為團(tuán)隊(duì)協(xié)作、知識(shí)拓展和靈活應(yīng)用所學(xué)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

責(zé)編 / 馬銘陽