TTRRIIZZ理論在天冠集團(tuán)的實(shí)踐及應(yīng)用

文/曹婉瑜 熊顯

TTRRIIZZ理論在天冠集團(tuán)的實(shí)踐及應(yīng)用

文/曹婉瑜 熊顯

“自主創(chuàng)新，方法先行”—2010年7月5日至16日，科技部創(chuàng)新方法研究會在天冠集團(tuán)舉辦了以“創(chuàng)新方法TRIZ原理與應(yīng)用”為主題的培訓(xùn)班，天冠集團(tuán)共42位來自于生產(chǎn)管理或技術(shù)管理崗位的骨干參加了培訓(xùn)。通過學(xué)習(xí)TRIZ理論，再歷經(jīng)十個(gè)月的實(shí)踐與應(yīng)用，其中，24人完成工程課題并通過了科技部創(chuàng)新方法研究會組織的專家答辯。

實(shí)踐中，天冠集團(tuán)結(jié)合自身特點(diǎn)，對乙醇生產(chǎn)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行排查，圍繞著節(jié)能增產(chǎn)的目標(biāo)，利用TRIZ理論解決生產(chǎn)中的疑難問題，目前正在申請辦理的專利有20項(xiàng)（見附表），已經(jīng)實(shí)施且產(chǎn)生效益的研究課題超過十項(xiàng)。

解決生產(chǎn)中的技術(shù)難題

一、成功解決了纖維素酶生產(chǎn)中補(bǔ)料罐“倒壓”的技術(shù)難題。

纖維乙醇生產(chǎn)中使用的纖維素酶是液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的，生產(chǎn)過程中需要用補(bǔ)料罐進(jìn)行補(bǔ)料。在生產(chǎn)過程中，無論是發(fā)酵罐還是補(bǔ)料罐，都有壓縮空氣經(jīng)空氣過濾器過濾后從罐底進(jìn)入罐內(nèi)，使罐內(nèi)保持一定的壓力以滿足工藝要求。補(bǔ)料操作就是靠補(bǔ)料罐內(nèi)的壓力高于發(fā)酵罐而使料從補(bǔ)料罐通過管道進(jìn)入發(fā)酵罐的。為了使

補(bǔ)料罐有一個(gè)較高的罐壓，生產(chǎn)操作時(shí)需將補(bǔ)料罐的無菌空氣進(jìn)氣閥打開、排氣閥微開，這樣就能保持一個(gè)

較高的罐壓。在生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)壓縮空氣的管道壓力驟然下降的情況，這樣就會出現(xiàn)補(bǔ)料罐的壓力高于管道壓力，使補(bǔ)料罐內(nèi)的物料逆向進(jìn)入空氣管道，堵塞過濾器，使過濾器失效，從而造成染菌，這就是生產(chǎn)上所說的倒壓現(xiàn)象。在生產(chǎn)中，通常解決此問題的辦法是時(shí)刻關(guān)注壓縮空氣壓力的變化，當(dāng)壓力驟降時(shí)，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)料罐壓力，盡量避免出現(xiàn)倒壓現(xiàn)象。

但完全避免倒壓現(xiàn)象是相當(dāng)困難的事情，這樣就出現(xiàn)了一個(gè)物理沖突：罐壓高能滿足工藝要求但會出現(xiàn)倒壓現(xiàn)象，罐壓低不會出現(xiàn)倒壓現(xiàn)象但不能滿足工藝要求。通過創(chuàng)新方法的學(xué)習(xí)，解決問題的思路得到啟發(fā)。生物發(fā)酵有限公司工程師任建偉結(jié)合TRIZ理論，用創(chuàng)新方法中系統(tǒng)、

超系統(tǒng)分析以及資源分析的方法，將整個(gè)發(fā)酵車間的設(shè)備、管路作為一個(gè)超系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)酵罐的各部分都作為資源分析。吹視鏡管是從上部進(jìn)入補(bǔ)料罐的，根據(jù)TRIZ創(chuàng)新原理No.02分離原理，用空間分離的方法，在空氣過濾器之后、進(jìn)氣閥之前引一根管道并入吹視鏡管上，壓縮空氣從上部進(jìn)入補(bǔ)料罐。在對補(bǔ)料罐中物料滅菌的同時(shí)能對此管道滅菌，物料滅菌后補(bǔ)料罐要有一個(gè)較高的罐壓，這時(shí)關(guān)閉原無菌空氣進(jìn)氣閥，打開吹視鏡閥，空氣經(jīng)改造過的管道從上部進(jìn)入補(bǔ)料罐，關(guān)閉排氣閥，就能保持一個(gè)較高的罐壓。這樣如果出現(xiàn)壓縮空氣的管道壓力驟然下降的情況，補(bǔ)料罐的壓力高于管道壓力，也不會出現(xiàn)補(bǔ)料罐內(nèi)的物料逆向進(jìn)入空氣管道的問題，一個(gè)簡單而有效的方法解決了倒壓現(xiàn)象。

天冠集團(tuán)結(jié)合自身特點(diǎn)，圍繞著節(jié)能增產(chǎn)的目標(biāo)，利用TRIZ理論解決生產(chǎn)中的技術(shù)疑難問題。

二、成功解決了纖維素酶生產(chǎn)中不溶性固體培養(yǎng)基在拌料池里混勻的技術(shù)難題。

在纖維素酶生產(chǎn)過程中，不溶性固體培養(yǎng)基需要在拌料池中與水進(jìn)行混合，然后用泵泵入發(fā)酵罐。在混合的過程中不溶性固體物料通過吸水、浸潤、膨脹變?yōu)榘肓鲃?dòng)狀態(tài)，由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘肓鲬B(tài)。由于吸水不均勻，物料外觀狀態(tài)呈多樣性，物料流動(dòng)性差。為了使物料均勻，降低物料輸送難度，需要設(shè)置專有設(shè)備，在有限的空間和時(shí)間范圍內(nèi)，以較少的能量輸出將物料混勻并連續(xù)推進(jìn)到輸送泵的泵口。由于輸送泵的進(jìn)口必須具有適當(dāng)?shù)膲毫ψ粤鬏斔颓也粩y帶空氣入泵內(nèi)，需要容器內(nèi)物料的液位保持位差。根據(jù)以上工藝要求，該物料混勻即不屬于液體與液體融合，也不屬于固體與固體混勻，固體吸附一定的液體后，形成半固體狀，物料的特質(zhì)要求不能采用傳統(tǒng)立式攪拌和固體混勻。傳統(tǒng)的一級攪拌及直葉、斜葉、螺旋葉型攪拌槳葉不能很好地將物料混勻。

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，谷朊粉廠綜合辦主任蘇國宏結(jié)合TRIZ理論，進(jìn)行物質(zhì)一場分析，如下：

S1為混合物料，S2為攪拌裝置，F(xiàn)為攪拌的能量場

現(xiàn)在是S1、S2之間的能量場F不足作用，此系統(tǒng)需要改進(jìn)，目的是增大場的強(qiáng)度。采用76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解中改進(jìn)不充分系統(tǒng)的性能理論，通過修改S2來增大場的強(qiáng)度。將原來的一級攪拌分為沿拌料池長度方向安裝三級攪拌，攪拌槳葉外形為月牙形，在月牙形中間開兩個(gè)圓孔，攪拌槳不均勻分布，三級攪拌速率呈遞進(jìn)設(shè)置。該新型混勻裝置的底部沿物料流動(dòng)方向的底角為圓弧狀，拌料池沿物料流動(dòng)方向呈<30%的傾斜度設(shè)置，便于物料向前流動(dòng)。拌料池沿長度方向安裝了三級攪拌，攪拌槳葉外形為月牙形，攪拌槳葉外形為流線型，在月牙形中間開兩個(gè)圓孔，減小攪拌時(shí)的阻力，且攪拌均勻性好。攪拌槳不均勻分布，與底面保持適當(dāng)距離，攪拌器開啟后，可以覆蓋到物料池的任何方位，使物料徹底攪拌均勻，并且確保底部不沉積物料。三級攪拌分級遞進(jìn)，阻力小，傳動(dòng)平穩(wěn)可靠。既有混勻力矩，又具有前進(jìn)推力，防止物料集結(jié)成團(tuán)。在攪拌過程中物料從拌料池底部流動(dòng)到液面上，再由下級攪拌將物料翻至拌料池底，增加了物料的流動(dòng)距離，使攪拌更充分，效率更高，物料分布更均勻。

攻克重大科技專項(xiàng)中的技術(shù)難題

一、攻克了“二氧化碳生產(chǎn)過程中甲烷的去除”等問題。

氣流干燥系統(tǒng)中離心風(fēng)機(jī)的泄漏一直是蛋白飼料廠副廠長王運(yùn)宏心頭纏繞的事情。他運(yùn)用TRIZ理論的知識——沖突矩陣—分離原理/動(dòng)態(tài)特性原理/周期性動(dòng)作原理，試著對這個(gè)問題進(jìn)行治理及改進(jìn)，終于獲得成功。改進(jìn)前，風(fēng)機(jī)的后側(cè)板與傳動(dòng)軸間隙處泄漏，高溫空氣外泄造成不必要浪費(fèi)和環(huán)境污染；泄露的蒸汽進(jìn)入軸承箱,引起潤滑油份變質(zhì),損壞軸承，引起風(fēng)機(jī)震動(dòng)。

改進(jìn)后，減少從軸端的蒸汽泄露量；汽封環(huán)能真正起到汽封作用；調(diào)節(jié)余量，能根據(jù)蒸汽泄露情況隨時(shí)調(diào)節(jié)；不整體更換汽封環(huán)，僅部分更換老化填料即可，節(jié)約費(fèi)用。

二、攻克了“二氧化碳生產(chǎn)過程中甲烷的去除”等問題。

二氧化碳廠技術(shù)設(shè)備科科長吳保明對二氧化碳生產(chǎn)過程中甲烷的去除很感興趣。在發(fā)酵法低溫液態(tài)二氧化碳生產(chǎn)過程中，原料氣經(jīng)過壓縮、凈化、冷凍液化至產(chǎn)品儲罐，儲罐中的二氧化碳產(chǎn)品往往因甲烷氣體含量超標(biāo)而造成產(chǎn)品不合格。造成這種情況的原因是，原料氣中甲烷含量超標(biāo)或凈化裝置能力下降引起的。

吳保明的解決方案是：更換凈化裝置的填料；在儲罐的氣相口增加一排氣閥門，當(dāng)產(chǎn)品儲罐中的甲烷氣含量超標(biāo)時(shí)，在氣相口進(jìn)行間歇排氣，直至產(chǎn)品中甲烷氣體含量合格。但現(xiàn)有解決方案增加產(chǎn)品成本，同時(shí)間歇性排氣既造成了產(chǎn)品的浪費(fèi)，也不符合低碳環(huán)保要求。

利用分離原理，將一個(gè)差壓變送器對容器內(nèi)部上下兩個(gè)壓力的測量分離為兩個(gè)壓力變送器分別測量上下兩個(gè)壓力。

優(yōu)化完善各類技術(shù)難題

一、解決液位計(jì)頻繁損壞問題。

由于乙醇生產(chǎn)物料的特殊性，許多設(shè)備容器需要測量液位，為操作提供精確的工藝參數(shù)，但是大部分設(shè)備內(nèi)的物料為黏稠、流動(dòng)性較差的醪液，同時(shí)設(shè)備直徑和高度較大，內(nèi)部多為負(fù)壓狀態(tài)，上述因素為液位測量帶來很多不易解決的問題。在初始的自控設(shè)計(jì)階段，鑒于以上多種原因，選用了羅斯蒙特的凸膜片帶毛細(xì)管測量的雙法蘭液位變送器。

運(yùn)行中，雙法蘭液位變送器損壞甚多，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。問題多為正負(fù)壓室膜片周邊變形損壞，導(dǎo)致變送器內(nèi)封閉的硅油泄露，使精確壓力傳遞中斷。分析發(fā)現(xiàn)原因在于設(shè)備內(nèi)負(fù)壓導(dǎo)致變送器膜片在運(yùn)行中長時(shí)間處于向設(shè)備內(nèi)鼓動(dòng)，使膜片外張而損壞，而該類變送器的正常使用狀態(tài)應(yīng)是向內(nèi)擠壓膜片，通過硅油傳遞正負(fù)壓室壓力至傳感器，從而計(jì)算出差壓值顯示出相應(yīng)液位。找到原因后，能源

處綜合科科長吳全志利用TRIZ理論中的分離原理，將一個(gè)差壓變送器對容器內(nèi)部上下兩個(gè)壓力的測量，分離為兩個(gè)壓力變送器分別測量上下兩個(gè)壓力，結(jié)合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的計(jì)算功能，解決了上述問題。

二、解決濕面筋與堿液均勻互混的問題。

在用濕面筋生產(chǎn)水解小麥蛋白時(shí)，需要用堿液將濕面筋進(jìn)行預(yù)處理，然后與酶反應(yīng)而制成。但小麥面筋蛋白具有較好的黏性和彈性，成膠狀，不易與堿液均勻混合，最終導(dǎo)致面筋蛋白水解度低，達(dá)不到水解蛋白標(biāo)準(zhǔn)要求。造成這種問題主要是因?yàn)閮煞N物質(zhì)的物理狀態(tài)差異較大，尤其是濕面筋的物理性狀，使其難以破碎或攪拌開，從而無法與堿液混勻。為了達(dá)到混勻目的，他們利用膠體磨對面筋進(jìn)行高速破碎，在破碎的過程中加入堿液，使其均勻混合。但該方法使用起來存在較多弊端，一方面膠體磨阻力太大，運(yùn)行不平穩(wěn)，容易超負(fù)荷運(yùn)行，為了使其平穩(wěn)運(yùn)行，需要人工去控制進(jìn)料量，且處理量非常有限，混合效果也不理想。

谷朊粉廠綜合辦主任蘇國宏的解決方案是：根據(jù)濕面筋的特性，讓濕面筋和堿液以一定的比例先通過一個(gè)多孔板，然后再通過一個(gè)彎曲的時(shí)而交匯時(shí)而分開的管道進(jìn)行混合，混合后的物料再經(jīng)過一個(gè)間隙較大的均質(zhì)裝置進(jìn)行攪拌均質(zhì)，這一方案解決了利用均質(zhì)機(jī)的種種弊端，混合效果較好，處理量明顯增加，能耗下降，但有時(shí)還會遇到一些細(xì)小的無法攪拌均勻的細(xì)小的濕面筋顆粒，在一定程度上降低了濕面筋水解率，影響終產(chǎn)品的水解度。為了達(dá)到較好的混合效果，需要加大堿液的添加量，但這又造成終產(chǎn)品的灰分超標(biāo)。

三、解決面粉輸送局部氣壓影響問題。

檢查篩至卸料器部分由檢查篩、管道、管道匯聚處料斗、電子秤、卸料器組成。經(jīng)過檢查篩的面粉由重力作用沿多根管道匯聚至料斗，再沿料斗下一根管道進(jìn)入自動(dòng)秤，經(jīng)稱量后經(jīng)卸料器卸下，由羅茨風(fēng)機(jī)吹送至谷朊粉面?zhèn)}。面粉從檢查篩落到自動(dòng)秤這一過程中，氣壓不能有效排除，一方面造成自動(dòng)秤稱量不準(zhǔn)，受壓力影響有時(shí)不能自動(dòng)打開喂料裝置，導(dǎo)致頻繁堵料；另一方面造成高方篩下布筒處面粉經(jīng)常外溢，影響現(xiàn)場環(huán)境和人員健康。

小麥制粉廠綜合辦主任葉淵淵采用TRIZ原理：物理沖突—分理原理有效解決了這一問題：把面粉匯聚處料斗加大，在料斗上安裝一插入式脈沖除塵器，將管道下落過程中的氣體經(jīng)除塵后徹底排出。這一方案已在試驗(yàn)，效果較好，徹底解決了電子秤堵料現(xiàn)象和檢查篩下方布筒面粉外溢現(xiàn)象。

四、解決沙樹剝皮取樹髓的難題。

五、制粒機(jī)進(jìn)料管防黏處理。

在顆粒飼料生產(chǎn)中，顆粒機(jī)是其核心設(shè)備，隨著飼料工業(yè)的不斷發(fā)展，對飼料的品質(zhì)也提出了很高的要求，不但重視感官指標(biāo)，更加重視衛(wèi)生指標(biāo)。對于工廠來說，不但要重視產(chǎn)品質(zhì)量，更要重視生產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)生的提高。

在飼料生產(chǎn)過程中，需要用蒸汽將物料進(jìn)行預(yù)處理，保證物料具有一定的可加工性，物料與蒸汽混合后，要進(jìn)入制粒室進(jìn)行壓制顆粒，在與蒸汽混合后進(jìn)入制粒室時(shí)，要通過一段管道，該管道叫做制粒機(jī)進(jìn)料管。由于部分蒸汽要從物料中析出，遇到“冷”的進(jìn)料管壁，會產(chǎn)生水滴凝結(jié)在進(jìn)料管內(nèi)壁上，這些水滴會粘結(jié)物料，從而造成該處衛(wèi)生狀況變差，這不但會直接影響飼料的衛(wèi)生指標(biāo)，而且，隨著粘結(jié)塊的不斷變厚，這些塊狀物料會脫落進(jìn)入制粒室內(nèi)，造成設(shè)備堵塞停產(chǎn)，每次堵機(jī)清理起來非常麻煩，浪費(fèi)人力物力，也嚴(yán)重縮短了有效生產(chǎn)時(shí)間。若遇到黏性較大的物料（比如谷朊粉），物料結(jié)壁現(xiàn)象會更加嚴(yán)重，并且結(jié)塊不易脫落，最終導(dǎo)致下料管口徑變窄堵塞，造成停機(jī)停產(chǎn)。谷朊粉廠廠長勇合超采用TRIZ原理：76種標(biāo)準(zhǔn)解-物質(zhì)-場模型，將下料口用保溫材料包好，減少下料管壁與物料的溫差，使析出的蒸汽不易在壁上凝結(jié)成水珠，防止物料粘壁。但該方法不足之處是只減輕了結(jié)壁現(xiàn)象，沒有徹底消除物料結(jié)壁現(xiàn)象，若遇到黏性較大的物料，還會結(jié)壁堵機(jī)。

六、解決糧食輸送管道彎頭磨損問題。

溜管是糧食加工行業(yè)常用的一種利用重力、自流等原理實(shí)現(xiàn)從高處向低處輸送糧食的管件，一般直徑為200毫米的鐵制管道，常用來輸送玉米、小麥等糧食。實(shí)際輸送過程中，由于設(shè)備與設(shè)備之間的位置等原因，要改變輸送方向，設(shè)置彎頭，彎頭一般由小角度短節(jié)連接而成。而在彎頭處，由于玉米、小麥等糧食表皮較硬，在下落過程中沖擊、摩擦管道，經(jīng)常造成彎頭內(nèi)部磨損較快，直至磨破，影響生產(chǎn)。糧食速度越大，磨損越快，磨損越嚴(yán)重。通常解決此問題的辦法是用再生布和上面糊，對磨損處外部進(jìn)行包裹，停機(jī)時(shí)進(jìn)行更換。但現(xiàn)有解決方案的缺點(diǎn)是不美觀，且只能臨時(shí)治理，不能維持較長時(shí)間，且維修費(fèi)用增加。

供應(yīng)部業(yè)務(wù)主辦常國棟采用TRIZ原理：76種標(biāo)準(zhǔn)解-質(zhì)-模型來解決糧食輸送管道彎頭磨損問題。他的解決方案是：1.如果引入一種場使糧食在彎頭處流動(dòng)時(shí)，不與管道接觸，當(dāng)然也不可能使彎頭發(fā)生磨損；2.如果從改進(jìn)管道彎頭的角度考慮，只能做到采用質(zhì)量較好的管道彎頭，保證管道不會發(fā)生磨損，這可以在管道彎頭內(nèi)部加一耐磨層。方案分析：第一、如果引入一場，使糧食不與管道接觸、發(fā)生摩擦。這在理論上可行，實(shí)際實(shí)施過程中卻相當(dāng)困

難；第二、在管道彎頭處內(nèi)部加耐磨層，可以延緩管道彎頭的磨損速度，這是解決問題的一種辦法，但治標(biāo)不治本；第三、采用76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解中物質(zhì)-場的拆解和構(gòu)建理論，應(yīng)用NO1.1完善不完整模型，我們可以在彎頭處設(shè)置一凹陷或凸起，相當(dāng)于修改S2，糧食在管道內(nèi)部流動(dòng)時(shí)，此處始終聚集一些糧食，從而將糧食與管道彎頭的摩擦轉(zhuǎn)化為糧食內(nèi)部之間的摩擦，使問題帶到有效解決。此種方案簡單易實(shí)施。

上述利用TRIZ理論解決天冠集團(tuán)生產(chǎn)經(jīng)營過程中的疑難問題，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，其中已經(jīng)實(shí)施的項(xiàng)目效果明顯，已實(shí)施的研究課題為天冠集團(tuán)新增效益336.24萬元，若項(xiàng)目全部實(shí)施后可為天冠集團(tuán)新增效益預(yù)計(jì)1 800余萬元。

天冠集團(tuán)申請辦理的專利