應(yīng)用TRIZ理論對現(xiàn)有板式過濾機(jī)的弊端分析和解決方案

劉祉 唐慶博 郭玉婷 王雙林

摘? 要：現(xiàn)如今以鋁板、帶、箔材為主的生產(chǎn)加工部門一方面對金屬冷軋的精度要求越來越高，另一方面冷軋機(jī)又不斷向高質(zhì)量、高速度發(fā)展， 流量規(guī)格需求更細(xì)化，因此冷軋機(jī)過濾系統(tǒng)核心設(shè)備--板式過濾機(jī)的升級改造至關(guān)重要，板式過濾機(jī)的性能決定了軋制過程中起到工藝潤滑、冷卻作用的軋制液的質(zhì)量，我們既要保證過濾流量又要達(dá)到更高的過濾精度，這樣才能保證生產(chǎn)出符合要求的高質(zhì)量產(chǎn)品。該文應(yīng)用 TRIZ 理論對現(xiàn)有設(shè)備的弊端進(jìn)行分析并獲求改良和升級的可行性方案，以滿足行業(yè)及當(dāng)今社會的發(fā)展需求，并使其發(fā)揮出最大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論;雙流量;PLC

中圖分類號：TH12? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 基本問題分析

1.1 冷軋過濾技術(shù)的問題描述

鋁加工包括熱加工和冷加工，其中遍及工業(yè)、建筑業(yè)、航空、食品、醫(yī)療、交通、軍事等每一個角落所用的產(chǎn)品主要以冷加工為主。在生產(chǎn)中，冷軋機(jī)軋制工序的地位已經(jīng)無可取代，它的重要性已經(jīng)得到鋁加工行業(yè)廣大專家的肯定。

近些年，板式過濾機(jī)因結(jié)構(gòu)、工藝、控制等出現(xiàn)的問題而不能高效連續(xù)生產(chǎn)的現(xiàn)象較為普遍。尤其在市場訂單急、交貨時間短、質(zhì)量要求高的情況下，制約了企業(yè)的發(fā)展。為了避免由于過濾機(jī)導(dǎo)致不能正常軋料，耽誤產(chǎn)量，影響經(jīng)濟(jì)效益的問題出現(xiàn)，我們采用TRIZ原理去嘗試找出解決方案，用更加科學(xué)的方法去解決現(xiàn)有板式過濾機(jī)存在的問題。

1.2 當(dāng)前主要解決辦法

一般情況下，板式過濾機(jī)在污油箱堵塞報警時需要換紙，在換紙前要進(jìn)行設(shè)備的清洗。完成這一過程需要 15 min，再加上開箱和開箱后運(yùn)紙以及下一個周期的合箱，需要 30 min～40 min，總體下來大約需要45 min～55 min。這個階段軋機(jī)要停止生產(chǎn)，就算待料還未軋完也要等待，持續(xù)時間長，影響整個工藝、生產(chǎn)進(jìn)度、產(chǎn)能及產(chǎn)量等。目前廠家主要通過增加人力或者增加設(shè)備數(shù)量來解決這一問題。其中增加數(shù)量是指采用多臺板式過濾機(jī)并用的方式。

1.3 現(xiàn)有板式過濾機(jī)的弊端及發(fā)展趨勢

盡管通過2臺或多臺板式過濾機(jī)的并用的方式滿足了軋制油流量的需求。但整個過濾系統(tǒng)不完整，操作不方便，人員干預(yù)較多而且產(chǎn)品單一性明顯，主要存在預(yù)沉積和正常過濾2個階段添加助濾劑只能由技術(shù)工人熟練程度來決定的問題，經(jīng)常影響過濾周期，也會造成硅藻土和活性白土配比不科學(xué)，軋制液質(zhì)量無法保證，原材料浪費。也存在設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，過濾單元受力不均勻，工作中單元間有滲漏，箱體易變性，設(shè)備使用壽命縮短的問題。還存在以硅藻土為主的固體廢物采用簡單粗暴處理方式，造成嚴(yán)重的資源浪費和環(huán)境污染的問題。同時，設(shè)備上應(yīng)用的現(xiàn)代主流工業(yè)技術(shù)有限，升級緩慢。

未來幾年無論是政策還是市場，都會迫使鋁加工行業(yè)提高門檻，朝著經(jīng)濟(jì)發(fā)展新形勢帶動的新市場和產(chǎn)生的新需求的轉(zhuǎn)型升級，已建低水平鋁加工產(chǎn)能的淘汰將會加快，促進(jìn)新一輪的行業(yè)優(yōu)化轉(zhuǎn)型升級，以滿足“升級版經(jīng)濟(jì)”對鋁材的升級版需求。

2 TRIZ理論對設(shè)備弊端的分析和解決方案

2.1 現(xiàn)存弊端的因果分析

在面對現(xiàn)有板式過濾機(jī)的一系列弊端時，我們可以通過對其進(jìn)行因果分析，梳理問題中隱含的邏輯鏈及其形成的機(jī)制，從梳理的邏輯鏈中找出改進(jìn)現(xiàn)有板式過濾機(jī)的所有可能的突破點，從所有突破點中找出“最優(yōu)”突破點。我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有板式過濾機(jī)的問題總的來說就是生產(chǎn)效率低和助濾劑（以硅藻土為主）的浪費。

2.2 因果分析設(shè)計初步方案

通過結(jié)合現(xiàn)在社會需求，聯(lián)系實際，得出首要解決的問題是一方面提高過濾機(jī)的工作效率，另一方面要合理利用助濾劑（硅藻土）。

通過TRIZ理論魚骨圖的因果分析，如圖1、圖2所示，不難看出傳統(tǒng)板式過濾機(jī)的設(shè)計已經(jīng)不能滿足社會需求了，需要推翻傳統(tǒng)的設(shè)計理念，結(jié)合現(xiàn)代科技，順應(yīng)未來發(fā)展趨勢設(shè)計出一種智能高效、環(huán)保且低成本的“雙流量”過濾系統(tǒng)。

2.3 沖突矩陣與發(fā)明原理

我們從TRIZ理論39個工程參數(shù)中選擇能代表技術(shù)沖突的一對特征參數(shù)。首先是質(zhì)量提高的參數(shù)：時間損失（NO.25），提高了對時間的利用率，使時間損失大大降低。其次是帶來負(fù)面影響的參數(shù)：靜止物體重量（NO.2），一系列裝置的添加與利用增加了設(shè)備的重量。

將上述2個工程參數(shù)帶入沖突矩陣當(dāng)中，可以得到4條推薦的發(fā)明原理，分別為NO.10 預(yù)先作用原理、NO.20 有效作用的連續(xù)性原理、NO.26復(fù)制原理和NO.5 組合原理。再通過對這4個發(fā)明原理進(jìn)行深度分析，新型過濾機(jī)可以考慮增加一套電機(jī)設(shè)備，組合成宏觀的“雙流量”過濾系統(tǒng)，將另一套電機(jī)設(shè)備預(yù)先準(zhǔn)備好，在前一個過濾機(jī)進(jìn)行清洗后停機(jī)的時候，該套電機(jī)設(shè)備立刻進(jìn)入工作狀態(tài)，這種方案可以保證冷軋機(jī)連續(xù)工作，以充分利用時間來提高效率。

3 方案控制過程的實現(xiàn)

應(yīng)用 TRIZ 理論構(gòu)建的“雙流量”板式過濾機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化、完善，改進(jìn)工藝流程、提高設(shè)備性能，真正達(dá)到產(chǎn)品的高精度、高效率。如圖3所示?！半p流量”是指在原有一臺過濾機(jī)的基礎(chǔ)上增加一套電機(jī)設(shè)備，不是簡單的2臺疊加，而是依靠一套完整 PLC 控制來完成軋制油雜質(zhì)的過濾工作，達(dá)到2臺“板過”并行使用且可自由切換，降低因輔助時間造成的停機(jī)的發(fā)生概率，實現(xiàn)不停機(jī)換紙?zhí)嵘a(chǎn)效率。在生產(chǎn)過程中如果一臺“板過”箱體壓力達(dá)到設(shè)定值需要更換濾紙時，可將另一臺“板過”開啟預(yù)沉積狀態(tài)并進(jìn)入正常過濾程序，實現(xiàn)軋制油正常過濾。原先“板過”開始進(jìn)入清洗吹掃狀態(tài)，吹掃結(jié)束后可對其進(jìn)行濾紙更換，在整個過程中2臺“板過”污油輸入、凈油輸出、吹掃回油通過程序控制直接流回污油箱及凈油箱，管路互不干擾，而且還可實現(xiàn)當(dāng)軋制油受到污染時2臺“板過”同時開啟，在較短時間內(nèi)實現(xiàn)軋制油的清潔過濾。

4 TRIZ理論的發(fā)明原理在方案上的可行性應(yīng)用

4.1 利用傳感器進(jìn)行信息采集（反饋原理）

“雙流量”板式過濾機(jī)傳感器是用來采集設(shè)備狀態(tài)的重要元件，在該項目中的傳感器主要被用來檢測以下幾種狀態(tài)信息：過濾單元開箱到位情況，感知過濾單元合緊壓力情況，污油箱的液位檢測，過濾箱的入口壓力檢測，控制氣源、吹風(fēng)氣源壓力檢測，紅外線溫度感知檢測等，為有效地控制系統(tǒng)正確的運(yùn)行提供信息。尤其在工作準(zhǔn)備段，根據(jù)過濾箱內(nèi)油被污染的程度，通過光電傳感器，利用油對其反射的物理性質(zhì)，判斷油被污染的具體狀況，是添加助濾劑（硅藻土），還是需要加入活性白土，每種需要添加多少等，通過光電傳感器發(fā)送給設(shè)備的計算機(jī)里的信號來判斷并進(jìn)行定量添加，該過程節(jié)省了人力和物料，且使過濾精度更加精準(zhǔn)。

4.2 提高夾緊機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性（組合原理）

改進(jìn)前的設(shè)備以線式雙立柱的結(jié)構(gòu)支撐設(shè)備框架，這種結(jié)構(gòu)方式雖能完成支撐機(jī)器框架的基本目的，但是設(shè)備結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易搖晃，易損壞。改進(jìn)后的設(shè)備采用矩形四立柱的結(jié)構(gòu)來支撐機(jī)器框架，這種結(jié)構(gòu)在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又增加了一倍的立柱，相比之下更為穩(wěn)定且過濾單元受力均勻、美觀。

4.3 對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控（預(yù)先防范原理）

通過開發(fā)一款應(yīng)用在電腦或者手機(jī)上的軟件，鏈接機(jī)器本身的計算機(jī)系統(tǒng)及外部的監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)備生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé)售后保障的部門和用戶的企業(yè)技術(shù)部門下載此軟件，通過軟件了解機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的狀態(tài)。用戶技術(shù)部門可以實時了解該機(jī)器儲備助濾劑的量，油、紙被污染的程度，預(yù)算更換清洗的時間以及對發(fā)生的緊急故障進(jìn)行報警。還可實現(xiàn)在終端進(jìn)行簡單操控，例如急停操作、遠(yuǎn)程預(yù)警提示等。而對于設(shè)備生產(chǎn)方，遠(yuǎn)程了解機(jī)器的故障，對用戶技術(shù)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，可節(jié)省因故障造成的過長的工作暫停時間，或根據(jù)故障，可以第一時間獲取維修所需的工具或材料，判斷所需的維修人員數(shù)量或水平，節(jié)省時間和人力成本。構(gòu)建一個超大型遠(yuǎn)程實時分布式監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)視和控制過濾系統(tǒng)的暫態(tài)運(yùn)行情況，預(yù)測可能出現(xiàn)的過濾系統(tǒng)失穩(wěn)或崩潰，并在暫態(tài)故障造成無可挽回的破壞之前，通過適當(dāng)?shù)目刂撇呗詠磉M(jìn)行反事故控制。

4.4 對產(chǎn)生廢物的回收利用（自服務(wù)原理）

目前對硅藻土廢物的回收利用采用的僅是從硅藻土廢物中提取的煤油、鋁粉。而硅藻土廢物還有更多新鮮的去處，這些創(chuàng)新可行性建議可以從根本上解決硅藻土廢物的堆積問題，又可“一物多用”，例如提煉出油后的廢棄硅藻土可以作為很好的燃料，燃燒后生成水和二氧化碳，無有害氣體，環(huán)保又節(jié)約能源。再例如分離出的硅藻土可以作為裝修材料，不含對人體有害的物質(zhì)，而且具有天然環(huán)保、可凈化空氣、不燃、耐高溫等優(yōu)點。除此之外，硅藻土具有生物活性，其多孔的物理結(jié)構(gòu)可以成為一些動植物的棲息地，并為其供應(yīng)營養(yǎng)與生長環(huán)境。硅藻土能夠殺蟲除菌，減少病蟲害，可以驅(qū)趕黃蜂、蚊子、鼻涕蟲等害蟲。廢硅藻土能增加土壤疏松度，堆肥除臭等。

5 結(jié)語

應(yīng)用TRIZ理論對金屬冷軋過程中的核心設(shè)備板式過濾機(jī)的常見問題進(jìn)行充分調(diào)研和深入分析，找出當(dāng)前板式過濾機(jī)的改進(jìn)方案，解決了實際應(yīng)用中的不足，使其在工作原理、工藝、自動化水平、維修制造成本、能源、勞動強(qiáng)度、固體廢物處理等方面得到提高?？蒲谐晒玫绞袌鲛D(zhuǎn)化，產(chǎn)品應(yīng)用于國內(nèi)大型鋁箔、銅箔加工企業(yè)以及有色金屬板帶箔加工廠，得到了較好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

新型板式過濾系統(tǒng)不僅在機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓、電控系統(tǒng)等各方面進(jìn)行了全面改進(jìn)，符合產(chǎn)品轉(zhuǎn)型需求，適合多樣化。而且順應(yīng)時代發(fā)展趨勢、當(dāng)今社會的需求、可持續(xù)發(fā)展、資源回收利用的環(huán)?；緡撸绕渫ㄟ^充分利用“雙流量”優(yōu)勢提高了過濾機(jī)的工作效率，提高了產(chǎn)品的競爭力。在新一輪經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整中占有了先機(jī)。

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