基于TRIZ理論的穴盤育苗播種機(jī)壓穴滾筒的清理裝置與創(chuàng)新設(shè)計(jì)

王　超，林　琳，胡　睿，高　敏，黃建國(guó)（云南省機(jī)械研究設(shè)計(jì)院 云南省機(jī)電一體化應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；云南省先進(jìn)制造技術(shù)研究中心，云南 昆明　650031）

基于TRIZ理論的穴盤育苗播種機(jī)壓穴滾筒的清理裝置與創(chuàng)新設(shè)計(jì)

王超，林琳，胡睿，高敏，黃建國(guó)
（云南省機(jī)械研究設(shè)計(jì)院 云南省機(jī)電一體化應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；云南省先進(jìn)制造技術(shù)研究中心，云南 昆明650031）

TRIZ理論是發(fā)明問題的解決理論。論文介紹了TRIZ理論的基本原理和解題模式，并以穴盤育苗播種機(jī)壓穴滾筒的清理裝置的設(shè)計(jì)為例，運(yùn)用TRIZ理論快速找到問題解決方案，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

TRIZ理論；技術(shù)矛盾；清理裝置；創(chuàng)新設(shè)計(jì)

0　引言

TRIZ是俄文的英文音譯，英譯為Theory of Inventive Problem Solving，縮寫為TIPS。中文意思為發(fā)明問題解決理論。它是以前蘇聯(lián)G.S.Altshuller為首的數(shù)十位專家先后分析了全球近250萬份高水平的發(fā)明專利，創(chuàng)立出的一套由解決技術(shù)問題和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)的各種方法、算法組成的綜合理論體系［1］。TRIZ理論廣泛應(yīng)用于航空，機(jī)床，汽車，電子，醫(yī)藥，電器等各行各業(yè)，并成為解決發(fā)明問題和技術(shù)問題的強(qiáng)有力的理論和方法。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和實(shí)際生產(chǎn)的需要，研發(fā)一種可即時(shí)清理粘附在壓穴滾筒上的基質(zhì)，防止穴盤中基質(zhì)被壓板結(jié)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠的穴盤育苗播種機(jī)壓穴滾筒的清理裝置。運(yùn)用TRIZ理論進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，為解決清理板結(jié)的基質(zhì)提供了思路和方法，更好的解決了問題。

1　基于TRIZ理論的穴盤育苗播種機(jī)壓穴滾筒的清理裝置的設(shè)計(jì)

1.1TRIZ理論的解題模式

針對(duì)每一個(gè)問題，TRIZ理論都給出了精確的功能結(jié)構(gòu)模型：即管理模型、技術(shù)模型、物理矛盾模型。其中技術(shù)模型和物理矛盾模型具有最好的結(jié)構(gòu)性，因?yàn)樗鼈兊慕鉀Q直接得到了TRIZ理論這一工具的支持［1］。TRIZ理論包括進(jìn)化法則、最終理想解、40個(gè)發(fā)明原理、39個(gè)工程參數(shù)和矛盾矩陣、物理矛盾的分離原理、物—場(chǎng)模型，ARIZ發(fā)明問題解決算法等內(nèi)容［1］。

TRIZ理論解決問題的一般步驟是：在進(jìn)化法則的指導(dǎo)下，分析原始問題，確定最終理想解，然后將問題轉(zhuǎn)化為TRIZ理論的標(biāo)準(zhǔn)問題模型（問題建模），再應(yīng)用相應(yīng)的TRIZ工具獲得解決方案模型，經(jīng)類比應(yīng)用得到解決方案，最后對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)證［1］。

1.2基質(zhì)板結(jié)問題的分析

現(xiàn)代育苗工作一般采用穴盤育苗，播種前先將由泥炭，椰糠、珍珠巖等混合后的基質(zhì)加入一定的水填入穴盤，由播種機(jī)的壓穴裝置先在已填好料的穴盤的每個(gè)穴位通過設(shè)置在壓穴滾筒上的壓穴釘壓一個(gè)坑，然后將種子準(zhǔn)確的播在每個(gè)坑中，完成播種作業(yè)。由于基質(zhì)是潮濕的，在壓穴釘壓入穴盤的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)有基質(zhì)殘余在壓穴滾筒上，如不進(jìn)行及時(shí)的清理，壓穴滾筒上的基質(zhì)會(huì)越來越厚，造成基質(zhì)的板結(jié)和壓穴釘無法插入所需的深度，影響播種。目前主要是將機(jī)器暫時(shí)停下，然后人工清理，待清理干凈后再開動(dòng)機(jī)器，這樣的做法是浪費(fèi)人工、自動(dòng)化程度低，影響生產(chǎn)效率低。

圖1　TRIZ理論的解題模式Fig.1 TRIZ theory solution mode

1.3應(yīng)用TRIZ工具求標(biāo)準(zhǔn)解

在TRIZ理論中，技術(shù)問題的情境是通過指出不兼容的系統(tǒng)功能或功能屬性給出的，其中一個(gè)功能（或?qū)傩裕┐龠M(jìn)全系統(tǒng)的主要有益功能（系統(tǒng)目標(biāo)）的實(shí)現(xiàn)，而第二個(gè)因素阻礙其實(shí)現(xiàn)［1］。

根據(jù)上述對(duì)基質(zhì)板結(jié)問題的分析，得出技術(shù)、物理矛盾如下：

技術(shù)矛盾一：為增加清理效率就盡量增加接觸面積 （通用工程參數(shù)5—運(yùn)動(dòng)物體的表面積），就要改變其受力狀態(tài)（通用工程參數(shù)10—力）。

技術(shù)矛盾二：殘留在壓穴滾筒上的基質(zhì)是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間積累下的，非常堅(jiān)固，很難清理，為增加清理強(qiáng)度（通用工程參數(shù)14—強(qiáng)度），就要改變其受力狀態(tài)（通用工程參數(shù)10—力）。技術(shù)矛盾三：清理過程中雖然有一定的操作性 （通用工程參數(shù)32—可操作性）將會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間（通用工程參數(shù)15—運(yùn)動(dòng)物體作用時(shí)間）。

技術(shù)矛盾一查矛盾矩陣得到的發(fā)明原理為：周期作用原理19，利用軟殼或薄膜原理30，改變物體性質(zhì)原理35，2抽取原理；技術(shù)矛盾二查矛盾矩陣得到的發(fā)明原理為：預(yù)先作用原理10，機(jī)械振動(dòng)原理18，局部性質(zhì)原理3，球形原理14；技術(shù)矛盾三查矛盾矩陣得到的發(fā)明原理為：氣壓或液壓原理29，局部性質(zhì)原理3，反重量原理8，自服務(wù)原理25。

物理矛盾：因?yàn)榍謇磉^程中壓穴滾筒必須為穴盤壓出小坑，因此壓穴滾筒必須與穴盤接觸，而為了使壓穴滾筒不粘殘留基質(zhì)，希望壓穴滾筒不與穴盤接觸。解決這一矛盾我們采用分離原理中的條件分離原理，對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理中與技術(shù)矛盾法結(jié)果相同的有分割原理1，性能轉(zhuǎn)換原理35，替代原理27。

1.4方案設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析可采用的發(fā)明原理有：周期作用原理19，預(yù)先作用原理10，機(jī)械振動(dòng)原理18，氣壓或液壓原理29。①周期作用原理19提示可采用將刷絲與滾筒軸固定實(shí)現(xiàn)功能；②預(yù)先作用原理10提示將刷絲提前放在壓穴滾筒的某一固定合適位置來實(shí)現(xiàn)功能；③機(jī)械振動(dòng)原理18提示采用振動(dòng)原理清理殘留基質(zhì)；④氣壓或液壓原理29提示可以采用氣壓法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2　最終理想解和實(shí)施方案

根據(jù)以上分析得出的創(chuàng)新方案，采用周期作用原理19，預(yù)先作用原理10相結(jié)合的方法，做成最終方案。實(shí)施方案：如圖2，圖3所示。在穴盤育苗播種機(jī)壓穴滾筒的上方設(shè)置有平行的輥刷，安裝于輥刷的刷絲貼近壓穴滾筒表面，在壓穴滾筒中心軸與輥刷軸之間連接有鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，輥刷在鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下隨壓穴滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過刷絲將粘附在壓穴滾筒表面的基質(zhì)刷下，達(dá)到清理基質(zhì)的目的。

圖2　增加的清理裝置Fig.2 Increased cleaning units

圖3　清理裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Cleaning units structure diagram

3　結(jié)束語(yǔ)

基于TRIZ理論中標(biāo)準(zhǔn)解的求解模式，從技術(shù)矛盾角度分析了問題，運(yùn)用TRIZ理論中的矛盾矩陣和發(fā)明原理求得標(biāo)準(zhǔn)解，對(duì)清理裝置進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，解決了基質(zhì)清理的問題。通過該問題的研究可以看出，TRIZ理論是一套科學(xué)成熟的理論和方法體系，是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的有效開發(fā)工具。利用TRIZ理論可以全面地解決產(chǎn)品開發(fā)過程中的實(shí)際問題。

［1］曹福全，創(chuàng)新思維與方法概論——TRIZ理論與應(yīng)用［M］.黑龍江教育出版社，2009.

Innovative Design about the Pressure Hole Roller Cleaning Units of the Precision Seeder Based on TRIZ Theory

WANG Chao，LIN Lin，HU Rui，GAO Min，HUANG Jian-Guo
（Yunnan Machinery Research and Design Institute，Yunnan Province Key Laboratory of Electromechanical Integration Technology，Advanced Manufacturing Technology Research Center of Yunnan Province，Kunming Yunnan 650031，China）

TRIZ theory is the solution theory about invention problems.This article introduces the basic principles&solution models about TRIZ theory.As an example，the article describes the design process about the pressure hole roller cleaning units of the Vacuum Adsorptiontype Precision Seeder.The designers find the solutions quickly by using TRIZ theory，complete the innovative design about the products. Key words：TRIZ theory；technical contradiction；cleaning units；innovative design

TB47

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.006

1002-6673（2015）05-014-02

2015-06-01

王超（1980-），男，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：機(jī)電一體化技術(shù)，TRIZ理論的應(yīng)用。