運用TRIZ理論創(chuàng)新設(shè)計銀行卡自動生產(chǎn)線*

孫曉輝，黃 昊

（廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院，廣州 510925）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是電子計算機(jī)的運用，使銀行卡的使用范圍不斷擴(kuò)大，銀行卡的在用發(fā)卡量逐年增長。截至2020年末，全國銀行卡在用發(fā)卡數(shù)量89.54億張[1]。如此大規(guī)模的需求量，對智能卡生產(chǎn)設(shè)備，提出更高的要求。一張卡的制作往往要經(jīng)過多道工序，針對于某銀行卡制造公司目前存在的問題：各工序相互之間不連接，前一道工序生產(chǎn)完，都需要人工進(jìn)行控制，搬運產(chǎn)品至下一工序的設(shè)備進(jìn)行加工，增加了生產(chǎn)所需時間，降低了產(chǎn)能，因此亟待對現(xiàn)存制卡設(shè)備進(jìn)行改造升級以提高生產(chǎn)效率、增大產(chǎn)能。

TRIZ是一門科學(xué)的創(chuàng)造方法學(xué)，它是基于本體論、認(rèn)識論和自然辨證法產(chǎn)生的，也是基于技術(shù)系統(tǒng)演變的內(nèi)在客觀規(guī)律來對問題進(jìn)行邏輯分析和方案綜合的[2]。它可以定向一步一步地引導(dǎo)人們?nèi)?chuàng)新，并提供一系列的工具，如解決技術(shù)矛盾的40個發(fā)明原理和矛盾矩陣、解決物理矛盾的4個分離原理和11個方法[3]等。借助TRIZ理論，人們能夠打破思維定勢、拓寬思路，正確的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品或系統(tǒng)中存在的問題，激發(fā)創(chuàng)新思維、找到具有創(chuàng)新性的解決方案[4-12]。

應(yīng)用TRIZ理論在對某公司現(xiàn)有資源（包括設(shè)備、場地、人力）進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采用技術(shù)矛盾的方法對銀行卡制卡設(shè)備進(jìn)行整合改造升級成多工藝全自動流線化生產(chǎn)的智慧生產(chǎn)線。

1 創(chuàng)新設(shè)計思想與技術(shù)路線

從一張普通的塑料卡加工制作成一張銀行卡需經(jīng)過銑槽→封裝→沖卡→個人化這4步工序。4個工序分別對應(yīng)銑槽機(jī)、封裝機(jī)、沖卡機(jī)和個人化一體機(jī)4種設(shè)備。其中，銑槽機(jī)主要是對卡片銑槽，銑出轉(zhuǎn)載芯片的槽位；封裝機(jī)主要是安裝芯片到卡片上的槽位；沖卡機(jī)是對卡片進(jìn)行裁切，使卡片裁切后無毛邊，光滑平整；個人化一體機(jī)是對安裝好芯片的卡片進(jìn)行個人信息讀寫，通過寫磁寫芯，把個人信息錄入卡片中。經(jīng)過壓碼，給每張卡片輸入對應(yīng)編號，再通過燙金平印功能對卡片進(jìn)行外觀處理。如何將分散的工序有機(jī)地連接起來，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)以提高產(chǎn)能是需要解決的重點問題。

以制卡公司目前亟待解決的問題為切入點，將TRIZ理論的創(chuàng)新思維與方法融入銀行卡制卡設(shè)備的升級改造中，設(shè)計流程如圖1所示。首先，明確問題，分析需要改善的因素和惡化的因素，其次建立TRIZ矛盾矩陣，利用矛盾矩陣表，獲得解決問題的發(fā)明原理，然后，根據(jù)現(xiàn)有資源及實際情況類比、分析出可利用的原理，獲得最終解決方案，最后對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造升級成自動生產(chǎn)線，并在生產(chǎn)實踐中進(jìn)行檢驗。

圖1 基于TRIZ理論的制卡自動生產(chǎn)線設(shè)計流程

2 應(yīng)用TRIZ理論解決技術(shù)矛盾

TRIZ理論認(rèn)為，發(fā)明問題的核心是解決矛盾，系統(tǒng)的進(jìn)化就是不斷地發(fā)現(xiàn)矛盾并解決矛盾，從而向理想化靠近[2]。原有設(shè)備4道工序是分散的，每臺設(shè)備加工過的卡片都需經(jīng)人工搬運至下一道工序，因此增加了生產(chǎn)的時間、降低了產(chǎn)能，增加了人工。因此，需對原有設(shè)備進(jìn)行升級改造，將各工序有機(jī)的連接起來，提高自動化程度，提高生產(chǎn)率，減少人工頻繁搬運，但會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。通過對上述問題進(jìn)行分析，應(yīng)用TRIZ理論得出技術(shù)矛盾及矛盾矩陣[2]如表1所示。

表1 自動生產(chǎn)線創(chuàng)新設(shè)計方案矛盾矩陣表

改善參數(shù)有自動化程度（38）、生產(chǎn)率（產(chǎn)能）（39）、操作流程的方便性（33）；惡化參數(shù)有系統(tǒng)的復(fù)雜性（36）。

經(jīng)分析選取15（動態(tài)化原理）、24（借助中介物原理）、12（等勢原理）。

15動態(tài)化原理：通過運動或柔性等處理，以提高系統(tǒng)的適應(yīng)性。該設(shè)計中通過中央控制系統(tǒng)，智能控制、統(tǒng)一管理各道工序，實現(xiàn)多工藝全自動流線化生產(chǎn)。

24借助中介原理：利用中間載體進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)新的方法。該設(shè)計中利用有傳送作用的傳送帶作為中間媒介，將卡片在工序間進(jìn)行傳動。

12等勢原理：在勢場內(nèi)應(yīng)避免位置的改變，如在重力場中通過改變工作狀態(tài)以減少物體提升或下降，可以避免不必要的能量損耗。根據(jù)該原理，各工序位置均在同一水平高度，避免了將工件搬上搬下。

由此可見，構(gòu)建一條將4道工序連接起來的自動化生產(chǎn)線是解決問題的關(guān)鍵所在。

3 理論資源分析與創(chuàng)新設(shè)計

機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計需要充分利用各種資源，TRIZ理論解決問題的實質(zhì)就是對資源的合理利用。該自動生產(chǎn)線的構(gòu)建，即是在充分考慮空間、場地、人力等的基礎(chǔ)上對現(xiàn)有設(shè)備的產(chǎn)能、故障率進(jìn)行分析篩選出合適的設(shè)備進(jìn)行匹配以創(chuàng)新設(shè)計生產(chǎn)線。

3.1 篩選設(shè)備

通過對銑槽機(jī)、封裝機(jī)、沖卡機(jī)和個人化一體機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，篩選出產(chǎn)能高，故障率低的設(shè)備，并根據(jù)產(chǎn)能進(jìn)行匹配。表2～5分別為銑槽機(jī)、封裝機(jī)、沖卡機(jī)和個人化一體機(jī)的數(shù)據(jù)采集結(jié)果。對數(shù)據(jù)分析可知銑槽機(jī)和封裝機(jī)的平均產(chǎn)能為2 500個/h左右，沖卡機(jī)和個人化一體機(jī)平均產(chǎn)能在5 000個/h，所以為了在建好生產(chǎn)線后每道工序平均產(chǎn)能一致，一條生產(chǎn)線選取2臺銑槽機(jī)，2臺封裝機(jī)，1臺沖卡機(jī)和1臺個人化一體機(jī)?？紤]到機(jī)器設(shè)備運行的穩(wěn)定性，在保證產(chǎn)能的基礎(chǔ)上選取故障率較低的XC3和XC5兩臺銑槽機(jī)、FZ1和FZ2兩臺封裝機(jī)、CK1沖卡機(jī)和YTJ1一體機(jī)。

表2 銑槽機(jī)數(shù)據(jù)采集表

表3 封裝機(jī)數(shù)據(jù)采集表

表4 沖卡機(jī)數(shù)據(jù)采集表

表5 個人化一體機(jī)數(shù)據(jù)采集表

3.2 機(jī)器連接排布

通過對各工序產(chǎn)能的分析，設(shè)置兩條并行的銑槽→封裝工序，然后串入到后面沖卡和個人化兩道工序中，可保證前后工序產(chǎn)能一致。本次改造生產(chǎn)線目的是提高產(chǎn)能，減少勞動力，在分析生產(chǎn)線L型和U型布局特點的基礎(chǔ)上，選擇U型生產(chǎn)線，即E型空間布局，如圖2所示。兩條銑槽→封裝線通過主傳送帶將封裝好芯片的卡片傳輸?shù)經(jīng)_卡→個人化后兩道工序。一條流水線的出口和入口在相同位置，一個加工位置中同時包含幾個工藝，所以U型布置需要培養(yǎng)多能工。它減少了步行浪費和工位數(shù)，從而縮短周期、提高效率，同時也減少了操作工，降低了成本。

圖2 自動生產(chǎn)線E型布局

總之，根據(jù)TRIZ理論，在充分分析現(xiàn)有設(shè)備、空間場地、時間、人力等基礎(chǔ)上，運用技術(shù)矛盾原理解決現(xiàn)存問題。具體如下：

（1）要提高生產(chǎn)率、自動化程度及操作方便性，根據(jù)可選用的創(chuàng)新原理，采用動態(tài)原理、中介原理和等勢原理等，以實現(xiàn)對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造升級成自動生產(chǎn)線系統(tǒng)；

（2）分析各設(shè)備的產(chǎn)能并進(jìn)行匹配，一條生產(chǎn)線需要匹配2臺銑槽機(jī)、2臺封裝機(jī)、1臺沖卡機(jī)和1臺一體機(jī)；

（3）在分析L型和U（E）型布局特點的基礎(chǔ)上，采用E型布局方式，如圖2所示，為了操作方便各工序均處在同一水平高度；

（4）為更好地將各臺設(shè)備連接起來，高效傳送銀行卡至下一工序，在系統(tǒng)中引入中間媒介傳送帶。

（5）為了保障各部分協(xié)調(diào)工作，采用自動生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)智能控制、統(tǒng)一管理各道工序。

4 改造效果

運用TRIZ理論建立矛盾矩陣，通過對矛盾因素的分析，利用TRIZ發(fā)明原理工具和TRIZ理論資源分析方法獲得解決問題的最終方案，實現(xiàn)了自動生產(chǎn)線的創(chuàng)新設(shè)計。與改進(jìn)前相比，改進(jìn)后的自動生產(chǎn)線有以下優(yōu)點：

（1）由各設(shè)備分散的作業(yè)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹醒胂到y(tǒng)統(tǒng)一控制，智能協(xié)調(diào)，無中間流通環(huán)節(jié)，安全穩(wěn)定性好；

（2）自動生產(chǎn)線的產(chǎn)能較原生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)能提高，可達(dá)到達(dá)到6 000個/h，同時，整體故障率降低，低于1%；

（3）節(jié)省了人力，人員安排由原有的6人縮減為3人；

（4）此外，還可按需求配備上下料機(jī)器人，實現(xiàn)智能卡無人工廠生產(chǎn)模式。

5 結(jié)束語

中國制造《2025》是我國實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)，為中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級設(shè)計了規(guī)劃，即將“中國制造”向“中國智造”推進(jìn)。這對智能卡生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)制造，發(fā)展轉(zhuǎn)型有著重大意義。本文針對某企業(yè)智能銀行卡制造設(shè)備存在工序分散、產(chǎn)能低的問題，通過運用TRIZ理論分析技術(shù)問題，構(gòu)建矛盾矩陣表，獲得最優(yōu)原理解，將原有分散工序，改造成多工藝全自動流線化生產(chǎn)的智慧生產(chǎn)線，并投入實際生產(chǎn)，實現(xiàn)了中央系統(tǒng)統(tǒng)一控制，智能協(xié)調(diào)，無中間流通環(huán)節(jié)，提高了產(chǎn)能、降低了故障率，節(jié)省了人力。未來還要配備上下料機(jī)器人，實現(xiàn)智能卡無人工廠生產(chǎn)模式。