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TRIZ理論是近年來發(fā)展迅速的創(chuàng)新理論，特別適合在機(jī)械工程領(lǐng)域應(yīng)用。因為TRIZ方法的先進(jìn)性，減少了原來豆?jié){機(jī)設(shè)計的思維方向與最終理想解的偏差，創(chuàng)新變得更容易，效率比直接用專業(yè)知識求解更高，最終解的質(zhì)量也更高。

一、現(xiàn)狀豆?jié){機(jī)優(yōu)缺點及分析

目前市場上流通的豆?jié){機(jī)種類繁多，可以方便、快捷、經(jīng)濟(jì)地為家庭生活提供豆?jié){，但通過調(diào)查分析，它們?nèi)源嬖谝韵虏蛔?

A.由于其碎豆原理采用鈍刀技術(shù)，使用時產(chǎn)生的噪音比較大。

B.現(xiàn)在的豆?jié){機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隱藏角多，不易拆卸，不容易清洗。

C.豆?jié){的生產(chǎn)需要一定的水量，所以有固定的水位線，這就使得目前的產(chǎn)品體積固定，所以one 豆?jié){機(jī)只能適用于特定的人數(shù)，也就是說并不能廣泛適用。

針對以上市場分析，主要對豆類粉碎原理進(jìn)行改進(jìn)，將目前使用的鈍刀技術(shù)改為研磨效果更好、噪音更低的雙層研磨技術(shù)。通過改變產(chǎn)品的形狀，可以改變豆?jié){機(jī)的體積，在不影響其水位線的基礎(chǔ)上簡化形狀，有效解決了上述噪音大、雜質(zhì)多、對人群適應(yīng)性有限、清洗困難等問題。

二.TRIZ理論介紹

TRIZ是前蘇聯(lián)專家在研究大量專利的基礎(chǔ)上提出的發(fā)明問題解決理論。TRIZ的方法是有效的。它用系統(tǒng)的方法和工具，徹底解決了普通人看似無法解決的問題。阿奇舒勒矛盾矩陣、40個發(fā)明原理、物場模型分析、76個標(biāo)準(zhǔn)解決方案、ARIZ和科學(xué)知識原理數(shù)據(jù)庫可以幫助我們快速獲得創(chuàng)造性的解決方案。TRIZ theory提出了39個描述沖突的通用工程參數(shù)，并對其進(jìn)行編號，分別用1 ~ 39號表示。在實踐中，首先，構(gòu)成沖突的雙方的內(nèi)部表現(xiàn)由兩個參數(shù)表示。然后根據(jù)技術(shù)沖突的特征參數(shù)，通過TRIZ，的沖突矩陣確定相應(yīng)的發(fā)明原理，完成創(chuàng)新設(shè)計。

圖1 　TRIZ 理論求解模式

該設(shè)計應(yīng)用TRIZ理論的解決模式如圖1所示。通過對實際問題進(jìn)行抽象，將實際問題轉(zhuǎn)化為TRIZ/的標(biāo)準(zhǔn)問題，然后利用TRIZ/的工具得到TRIZ的標(biāo)準(zhǔn)解，再應(yīng)用專業(yè)知識將標(biāo)準(zhǔn)解轉(zhuǎn)化為實際問題的最終解。

三.基于TRIZ發(fā)明矩陣?yán)碚摰膭?chuàng)新設(shè)計

今天的豆?jié){機(jī)是集豆類粉碎、加熱、香氣烹飪于一體的多功能小型電器。我集團(tuán)設(shè)計的豆?jié){機(jī)從上到下的配件有有機(jī)頭、杯體、防溢電極、磨盤連接軸、雙層磨盤、濾網(wǎng)蓋、加熱板等。(整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示)。利用TRIZ，我們團(tuán)隊解決了設(shè)計中涉及的技術(shù)沖突，得到了產(chǎn)品設(shè)計的最優(yōu)解(技術(shù)沖突解決的原理框圖如圖3所示)。

依據(jù)TRIZ創(chuàng)新設(shè)計理論對家用小型豆?jié){機(jī)的改進(jìn)設(shè)計方案

圖2 　新型豆?jié){機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

1.新型豆?jié){機(jī)示意圖

A.整機(jī)高度為275毫米，杯子最大內(nèi)徑為150毫米，最小內(nèi)徑為130毫米。

B.上下杯為雙壁，可以改變體積，但兩個杯沒有分成兩部分，這樣可以安裝控制電路。出于美觀的考慮，外壁材質(zhì)為不透明塑料，整機(jī)的接縫均為密封。

2.破豆原理的改進(jìn)

根據(jù)TRIZ理論，該機(jī)構(gòu)的工程參數(shù)描述如下。

依據(jù)TRIZ創(chuàng)新設(shè)計理論對家用小型豆?jié){機(jī)的改進(jìn)設(shè)計方案

圖3 　TRIZ 技術(shù)沖突解決原理框圖

A.需要改進(jìn)的特性:

(1)時間損失(改進(jìn)時間的損失是指減少實現(xiàn)該功能所花費(fèi)的時間)；

(2)可靠性(指系統(tǒng)在規(guī)定的方法和狀態(tài)下完成規(guī)定功能的能力)；

(3)物體產(chǎn)生的有害因素(物體或系統(tǒng)部分運(yùn)行產(chǎn)生的，會降低物體或系統(tǒng)的效率或完成功能的質(zhì)量)。

B.三個特性的改善將導(dǎo)致以下特性的降低:器件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、可制造性和復(fù)雜性。

本設(shè)計的技術(shù)沖突:

A.如果縮短這個操作的完成時間，就需要提高破豆率，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就會降低。

b .如果提高結(jié)構(gòu)的可靠性，就要增加其安全系數(shù)，這將對部件的體積、質(zhì)量和材料有更高的要求，增加其復(fù)雜性，降低其可制造性。

確定矩陣元素:

A.技術(shù)沖突的特征參數(shù)。

(1)質(zhì)量改進(jìn)的參數(shù)——時間損失；

(2)負(fù)參數(shù)——可制造性。

B.由沖突矩陣確定的可用發(fā)明原理分別是“不對稱”、“機(jī)械系統(tǒng)替換”、“廢棄和修復(fù)”和“參數(shù)改變”。

對“更換機(jī)械系統(tǒng)”和“廢棄修理”兩個發(fā)明原理的分析表明，如果要解決豆?jié){機(jī)存在的缺陷，那么原有的鈍刀技術(shù)是不可行的。因此，我們采用“機(jī)械系統(tǒng)替代”的原理，采用雙層研磨的機(jī)械系統(tǒng)來替代原來的刀片。

雙層研磨系統(tǒng)部件尺寸(雙層研磨系統(tǒng)示意圖如圖2所示):上研磨體直徑80mm，總厚度30mm(上下塊厚度比為5 :1)，連接軸直徑8mm下研磨體直徑60毫米，總厚度35毫米(上下塊厚度比為5:1)；上下研磨體之間的距離為30毫米。

工作流程和分析:

a、適量的原料從漏斗形導(dǎo)向槽進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)的上研磨體，運(yùn)轉(zhuǎn)速度約為30r/ min，1 ~ 2 min后原料的研磨率達(dá)到65% ~ 80%。

B.豆?jié){和部分碎豆被上研磨體粉碎后，沿導(dǎo)向槽進(jìn)入下研磨體，其轉(zhuǎn)速與上研磨體相同，粉碎率為70% ~ 80%。由此可以計算出該機(jī)的破碎率如下

最小破碎率= 65%+35% ×70% = 89。5%

最大破碎率= 80%+20% ×80% = 96%。

總工作時間為2 ~ 4分鐘。與豆?jié){機(jī)采用鈍刀技術(shù)相比，該機(jī)構(gòu)的破碎率更高，因此用該機(jī)構(gòu)生產(chǎn)的豆?jié){口感更好。

3.豆?jié){機(jī)的外觀和結(jié)構(gòu)改進(jìn)

根據(jù)TRIZ理論，該機(jī)構(gòu)的工程參數(shù)描述如下。

A.需要改進(jìn)的特征:形狀(物體的外部輪廓或系統(tǒng)的外觀)。

b .該特性的改善將導(dǎo)致以下特性的降低:可靠性和可制造性。

本設(shè)計的技術(shù)沖突:

A.如果改變杯子的整體形狀，各部分的連接和密封性能會降低。

b .如果改變杯子的外觀完整性，制造難度和復(fù)雜程度也會增加。

確定矩陣元素:

A.技術(shù)沖突的特征參數(shù)。

(1)質(zhì)量改進(jìn)的參數(shù)——形狀；

(2)帶來負(fù)面影響的參數(shù)——可靠性。

B.可用的發(fā)明原理由沖突矩陣確定，它們是“分段”、“預(yù)補(bǔ)償”、“未實現(xiàn)或超過的功能”和“參數(shù)改變”。

對“分割”和“參數(shù)變化”兩個原則的分析表明，在改變杯子形狀和保證杯子可靠性的前提下，將整個杯子分成幾個部分或改變其參數(shù)是一個值得優(yōu)先考慮的方案。基于此，我們設(shè)計了一個體積可變的杯子，如圖4所示。

依據(jù)TRIZ創(chuàng)新設(shè)計理論對家用小型豆?jié){機(jī)的改進(jìn)設(shè)計方案

圖4 　可變杯體簡圖

可變杯的示意圖:

A.組件尺寸，杯子最大直徑150mm，最小直徑130mm，高度170mm，壁厚1。5毫米。其中，上杯體高度為80毫米，下杯體高度為110毫米。為了實現(xiàn)其體積的可變性，上下杯之間用螺紋連接，連接部分為20毫米，以實現(xiàn)其體積的可變性。

B.為了保證機(jī)器的密封性，螺紋連接采用密封螺紋連接。(天行健 consulting一家專注于精益生產(chǎn)管理、六西格瑪管理培訓(xùn)咨詢和項目咨詢的管理咨詢公司)

豆?jié){機(jī)以圓柱體為計算模板:杯子最大容積為πR2 ×h = 13 423。5cm3杯子的最小體積是πR2 ×h = 9 021。22cm3。

體積可以改變，其主要優(yōu)點是可以供不同家庭、不同人數(shù)的人使用，擴(kuò)大了市場的適用范圍，降低了成本，減少了原材料的浪費(fèi)。而且由于形狀的簡單優(yōu)化，沒有隱藏的角落，很容易清洗。

加熱板的優(yōu)點:

目前豆?jié){機(jī)用于加熱的加熱管類似于日常開水使用的“熱快”。電阻絲裝在金屬管里，壁很薄。使用時，由于浸入水中，管壁經(jīng)常有水垢和豆?jié){渣，加熱管不工作時暴露在空氣中，容易被氧化，使管壁越來越薄，電阻絲容易暴露，造成事故。但采用底盤加熱，發(fā)熱體包裹緊密，不僅與水隔絕，而且沒有空氣氧化問題，使用壽命比管式加熱長得多。至于維修，底盤加熱其實就是一個包裹的電爐盤。冷卻后，從底部打開，更換電阻絲，然后安裝。所以選擇底盤加熱更有優(yōu)勢。

4結(jié)束語

這豆?jié){機(jī)采用了新技術(shù)，使得合理解決原來使用中發(fā)現(xiàn)的噪音大、雜質(zhì)多、清洗困難、人的適應(yīng)性不廣等問題成為可能。根據(jù)市場原料價格，用這個豆?jié){機(jī)制作一次性豆?jié){的成本為0。2元，所以如果長期使用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

通過分析國內(nèi)豆?jié){機(jī)技術(shù)的研究進(jìn)展，針對目前豆?jié){機(jī)的不足和市場需求，基于TRIZ創(chuàng)新設(shè)計理論，我們專門開發(fā)了這種新型豆?jié){機(jī)，它除了豆?jié){機(jī)/的其他優(yōu)點外，還具有以下特點:采用雙層研磨技術(shù)，破豆。制造成本低；杯子的體積可以根據(jù)不同的需求改變，加熱方式也可以改變，延長其使用壽命。總之，這款豆?jié){機(jī)更適合人們的日常家居生活。