TRIZ理論在路面散糧撿拾機(jī)研制中的應(yīng)用分析

劉心聲，滕海坤

（黑河學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，黑龍江 黑河 164300）

目前，應(yīng)用型本科院校面臨學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力缺失的問(wèn)題，大都在不斷地探索學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)的模式與途徑，利用TRIZ理論進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)是我院長(zhǎng)期探索的一種途徑。TRIZ是前蘇聯(lián)發(fā)明家G. S. Altshuller在1946年創(chuàng)立的發(fā)明問(wèn)題解決理論，提供了一系列發(fā)明問(wèn)題解決工具和方法，是目前較為完善的創(chuàng)新能力培養(yǎng)理論體系之一。

學(xué)生要具有一定的應(yīng)用創(chuàng)新能力，則必須要掌握一定的創(chuàng)新方法、工具，為此我們?cè)谌瞬排囵B(yǎng)方案中設(shè)置了《TRIZ創(chuàng)新基礎(chǔ)》課程，為學(xué)生提供創(chuàng)新能力理論體系支撐，但僅掌握創(chuàng)新理論體系是不夠的，它不能轉(zhuǎn)化為學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力，我們通過(guò)課外科技創(chuàng)新活動(dòng)，引導(dǎo)師生利用TRIZ理論進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)新，下面就以路面散糧撿拾機(jī)的研制為例，來(lái)說(shuō)明TRIZ理論在產(chǎn)品研制過(guò)程中的應(yīng)用分析。

1 散糧撿拾機(jī)工作原理

散糧撿拾機(jī)主要由撿拾裝置、篩選分離裝置、糧食升運(yùn)裝置等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。首先，通過(guò)撿拾裝置撿取地面上的散落糧食，使用四桿仿形裝置確保散糧撿拾機(jī)與拖拉機(jī)（動(dòng)力裝置）穩(wěn)固連接，同時(shí)控制撿拾裝置與地面的距離，使得收集糧食更加精確；其次，使兩層震動(dòng)大篩分離裝置將雜物與糧食進(jìn)行有效分離，提高糧食清潔率；最后通過(guò)升運(yùn)裝置輸送至運(yùn)輸車(chē)上。系統(tǒng)每個(gè)裝置都是模塊化，簡(jiǎn)化了組裝難度，降低了維修成本。

圖1 散糧撿拾機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 存在問(wèn)題及限制條件

2.1 存在問(wèn)題

（1）撿拾裝置風(fēng)口堵塞：比如一些較大的秸稈雜草、塑料進(jìn)入撿拾裝置導(dǎo)致風(fēng)口堵塞；

（2）糧食與雜質(zhì)（土壤、石子）分離效果：不同糧食的重量不同，所撿拾的東西也不一樣，例如一粒黃豆的重量和一個(gè)細(xì)小石子差不多，分離時(shí)若是根據(jù)重量來(lái)分離很難分離開(kāi)；另外，若是在壟溝中，收割機(jī)剩下的糧食和秸稈以及一些土壤混合在一起很難分離；

（3）根據(jù)路面狀況及散落糧食的密度自動(dòng)調(diào)整撿拾裝置離地高度：散落糧食密集程度不同，撿拾裝置所需離地的高度也應(yīng)不同。若是散落的密度大，而撿拾裝置離地高度較矮，吸拾地面面積較小，則吸入散落的糧食就會(huì)比離地面相對(duì)較高時(shí)少，從而達(dá)不到快速撿拾散落糧食的目的。

2.2 限制條件

（1）本設(shè)備多用于公路旁平整地帶：農(nóng)村道路多為不平坦路面，有時(shí)非常不利于撿拾機(jī)對(duì)散落糧食的撿拾。

（2）撿拾裝置離地高度及吸風(fēng)口風(fēng)力的智能化控制約束條件，目前只能由司機(jī)根據(jù)路面平整情況及路面糧食密度來(lái)進(jìn)行手動(dòng)控制調(diào)整。

（3）撿拾只適合在春秋季節(jié)，而在冬天，散落糧食混雜積雪中，無(wú)法撿拾。

3 TRIZ理論應(yīng)用分析

3.1 系統(tǒng)分析

本設(shè)備基于模塊組件構(gòu)建，根據(jù)TRIZ技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則和分割、組合等原理，對(duì)其功能模塊組成優(yōu)化分析如圖2所示。首先，建立模塊列表，描述設(shè)備模塊組成及各模塊的層次；其次進(jìn)行作用分析，描述各模塊之間的相互作用關(guān)系；最后，建立模塊的功能模型，使用規(guī)范化的語(yǔ)言進(jìn)行描述。

圖2 功能模塊分析圖

圖4 方案1散糧撿拾機(jī)示意圖

圖3 因果鏈分析圖

3.2 因果分析

根據(jù)路面散落糧食撿拾存在的問(wèn)題及限制條件，分析產(chǎn)生這些問(wèn)題的各種因素，得出圖3所示的因果鏈分析圖，然后根據(jù)TRIZ矛盾矩陣工具繪制系統(tǒng)矛盾矩陣表，確定系統(tǒng)最優(yōu)化解。

3.3 創(chuàng)新優(yōu)化方案

方案1：根據(jù)因果鏈分析，利用TRIZ分離、組合、氣動(dòng)和液壓等原則，使用Solidworks軟件進(jìn)行散糧撿拾機(jī)繪圖設(shè)計(jì)（如圖4所示），使用離心風(fēng)機(jī)一體化裝置實(shí)現(xiàn)散糧的撿拾、雜質(zhì)分離和升運(yùn)功能，達(dá)到糧食的撿拾效果。經(jīng)過(guò)產(chǎn)品試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于系統(tǒng)使用了離心風(fēng)機(jī)，散糧破碎率較高。

方案2：利用TRIZ物—場(chǎng)分析法對(duì)方案1中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，根據(jù)TRIZ理論局部作用或過(guò)量作用、機(jī)械振動(dòng)等原則，將本系統(tǒng)改為模塊化設(shè)計(jì)，使用貫流式風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)糧食的撿拾功能，然后利用兩層震動(dòng)大篩實(shí)現(xiàn)糧食與雜物的篩選分離，最后使用液壓馬達(dá)和螺旋輸送至運(yùn)輸車(chē)上，如圖5所示。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，提高了糧食撿拾效率，降低了糧食破碎率，提高了糧食清潔率。

3.4 方案評(píng)價(jià)

針對(duì)利用TRIZ理論得出的技術(shù)方案2改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，制造樣機(jī)，經(jīng)操作人員實(shí)際使用，從安裝過(guò)程到撿拾糧食各方面指標(biāo)都大大提高。產(chǎn)品易于生產(chǎn)組裝，降低維修難度；提高了糧食撿拾效率和清潔率，降低了糧食破碎率和吸風(fēng)口的堵塞情況；利用液壓馬達(dá)和螺旋輸送裝置提高輸送能力。這一樣機(jī)在2017第五屆全國(guó)“TRIZ”杯大學(xué)生創(chuàng)新方法大賽上榮獲發(fā)明制作類(lèi)國(guó)家級(jí)三等獎(jiǎng)。

圖5 方案2散糧撿拾機(jī)改進(jìn)示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

TRIZ理論作為創(chuàng)新方法的一種，在解決實(shí)際問(wèn)題、產(chǎn)品改進(jìn)、新產(chǎn)品研發(fā)等方面起到積極作用。本文利用這一創(chuàng)造性思維方法，結(jié)合原方案存在的問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行創(chuàng)造研發(fā)，最終設(shè)計(jì)出一個(gè)具有創(chuàng)新性、實(shí)用性的設(shè)計(jì)方案。

通過(guò)利用TRIZ理論研制路面散糧撿拾機(jī)這一案例，課題組成員研究認(rèn)為：要培養(yǎng)提升應(yīng)用型本科學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力，首先應(yīng)該通過(guò)課程體系讓學(xué)生掌握一定的發(fā)明創(chuàng)新理論，然后利用相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)課程實(shí)例融入創(chuàng)新理論方法論，最后通過(guò)一個(gè)個(gè)課外創(chuàng)新項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新，并通過(guò)參加各種大賽進(jìn)行檢驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新興趣。通過(guò)這種培養(yǎng)途徑，學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力得到飛速提升。

[1]梁秋艷.T RI Z理論在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].高教論壇,2016, (8).

[2]楊雪榮.基于T RI Z理論的軌檢小車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].包裝工程,2016, (7).