基于TRIZ的薄片介質(zhì)屬性鑒別技術(shù)研究

張承業(yè) 黎 明 張憲民 陳 光

（1.廣州廣電運(yùn)通金融電子股份有限公司，廣東廣州510663；2.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州510641）

0 引言

“自主創(chuàng)新，方法先行”，創(chuàng)新方法是自主創(chuàng)新的根本之源[1]。科學(xué)方法的突破是實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越式發(fā)展的重要基礎(chǔ)，只有掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵方法和核心技術(shù)，才能真正提高自主創(chuàng)新能力。廣電運(yùn)通積極響應(yīng)國家號召，并基于提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力的迫切需求，在全集團(tuán)研發(fā)體系全面導(dǎo)入TRIZ創(chuàng)新方法，并在實(shí)際工程項(xiàng)目中推廣應(yīng)用，以提升科學(xué)管理和研發(fā)水平。針對創(chuàng)新方法在企業(yè)推廣應(yīng)用中的難點(diǎn)，組織了有針對性的創(chuàng)新方法培訓(xùn)，培養(yǎng)創(chuàng)新精英團(tuán)隊(duì)，并以TRIZ理論和方法在薄片介質(zhì)屬性鑒別技術(shù)上的應(yīng)用為技術(shù)課題，提升創(chuàng)新應(yīng)用的水平。

1 問題分析

在金融自助設(shè)備中為了實(shí)現(xiàn)對薄片類介質(zhì)有價(jià)文件（如紙幣、支票、匯票等）真實(shí)性的鑒別，需對其進(jìn)行圖像識別、厚度檢測、磁信息檢測等識別，其中對薄片介質(zhì)的厚度檢測是一項(xiàng)必不可少的鑒別手段。

圖1為典型測厚裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。每個(gè)霍爾傳感器05對應(yīng)安裝1個(gè)磁鐵01，薄片介質(zhì)02進(jìn)入基準(zhǔn)軸03和浮動輪04形成的輸送通道引發(fā)浮動輪04的向上運(yùn)動，磁鐵01隨之向上運(yùn)動，使得霍爾傳感器05感應(yīng)到的磁場增強(qiáng)，霍爾傳感器05設(shè)置在PCB板06上，與控制和計(jì)算模塊實(shí)現(xiàn)電連接，通過檢測磁場的變化推算出磁鐵01的位移，完成對薄片介質(zhì)02厚度的檢測。由于磁場的變化是非線性的，即在距離磁鐵的近端和遠(yuǎn)端，磁鐵移動相同距離時(shí)，其變化量不同，造成霍爾傳感器輸出變化量也不同，而在實(shí)際應(yīng)用中為推算簡便，常采用線性推算方式，因此檢測結(jié)果會存在一定的誤差。

除了檢測精度的問題，對基準(zhǔn)軸加工的精度要求非常高，導(dǎo)致此裝置整體成本過高。目前加工此軸的供應(yīng)商也只能選擇國外企業(yè)，國內(nèi)暫還沒有出現(xiàn)具備此類高精密零件生產(chǎn)能力的企業(yè)，關(guān)鍵器件的供應(yīng)受制于人。

2 研究路線及方法

項(xiàng)目研究以技術(shù)創(chuàng)新思維和科學(xué)創(chuàng)新方法為指導(dǎo)，致力于從源頭上克服分析問題時(shí)的“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”；形成解決方案時(shí)的“隨機(jī)性、偶然性和不確定性”；解決問題的方法適用面單一，不能規(guī)模化應(yīng)用的缺陷。以培養(yǎng)創(chuàng)新人才、打造創(chuàng)新研發(fā)流程、提高自主創(chuàng)新能力為宗旨，開展薄片介質(zhì)屬性鑒別技術(shù)的研究。該研究的技術(shù)路線如圖2所示。

圖1 典型厚度檢測裝置結(jié)構(gòu)原理圖01—磁鐵 02—薄片介質(zhì) 03—基準(zhǔn)軸 04—浮動輪05—霍爾傳感器 06—PCB板

圖2 技術(shù)研究路線圖

通過加強(qiáng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)，打造一支創(chuàng)新骨干精英團(tuán)隊(duì)，引領(lǐng)集團(tuán)技術(shù)發(fā)展趨勢，項(xiàng)目的實(shí)施將進(jìn)一步提升創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)能力，強(qiáng)化創(chuàng)新氣氛，切實(shí)提高企業(yè)的自主創(chuàng)新能力。

3 基于TRIZ的薄片介質(zhì)屬性鑒別技術(shù)研究

3.1 創(chuàng)新方法專家團(tuán)隊(duì)建設(shè)

建立集團(tuán)公司總經(jīng)理、副總經(jīng)理、技術(shù)委員會等組成的創(chuàng)新方法應(yīng)用研究項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)創(chuàng)新方法專家團(tuán)隊(duì)建設(shè)，制定創(chuàng)新方法推廣應(yīng)用措施，評價(jià)創(chuàng)新方法應(yīng)用效果等。

技術(shù)委員會對創(chuàng)新種子團(tuán)隊(duì)成員及優(yōu)秀骨干成員資格進(jìn)行審核。建立由創(chuàng)新工程師、技術(shù)骨干為核心的創(chuàng)新方法實(shí)操應(yīng)用執(zhí)行小組，負(fù)責(zé)創(chuàng)新方法在項(xiàng)目中的落地實(shí)施與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。創(chuàng)新工程師負(fù)責(zé)方法指導(dǎo)與咨詢，并與項(xiàng)目管理部門協(xié)作修訂企業(yè)研發(fā)及考核制度、項(xiàng)目管理流程等，并開展經(jīng)典案例總結(jié)及經(jīng)驗(yàn)推廣等。

針對研究項(xiàng)目內(nèi)容，由國家技術(shù)創(chuàng)新方法及實(shí)施工具工程技術(shù)研究中心創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行封閉式培訓(xùn)，培訓(xùn)以理論深度擴(kuò)展及項(xiàng)目實(shí)操為主，培養(yǎng)工程師的理論應(yīng)用能力。在培訓(xùn)結(jié)束后，根據(jù)工程師的專業(yè)背景，組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，對企業(yè)技術(shù)難題進(jìn)行攻關(guān)。

3.2 基于功能分析的創(chuàng)新問題原理解構(gòu)建

功能分析是項(xiàng)目問題求解的重要過程，在TRIZ理論[2]和系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法[3]中，都給出了詳細(xì)的建立功能結(jié)構(gòu)的方法。分析各功能結(jié)構(gòu)間的功能作用關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)相互間的矛盾或不合理的地方，有助于解決項(xiàng)目問題。將TRIZ中的功能模型及功能設(shè)計(jì)方法整合至項(xiàng)目開發(fā)流程設(shè)計(jì)中，形成一套系統(tǒng)化的基于功能分析的問題發(fā)現(xiàn)及解決流程，如圖3所示。

圖3 基于功能分析的原理解構(gòu)建流程

對薄片介質(zhì)厚度檢測裝置進(jìn)行部件功能分析，找出影響厚度檢測的關(guān)鍵因素，形成解決方案。

3.3 面向理想化表達(dá)的創(chuàng)新問題求解

基于上述流程，綜合應(yīng)用TRIZ工具，從最終理想解和次級理想解兩個(gè)方面構(gòu)建系統(tǒng)問題解決方案。根據(jù)問題描述及功能模型分析，借助薄片介質(zhì)檢測的新效應(yīng)來解決此問題，可借助電渦流效應(yīng)來檢測薄片介質(zhì)的厚度，如圖4所示。該檢測方法原理[4]：將薄片介質(zhì)插入基準(zhǔn)軸和浮動輪之間，固定于浮動輪的金屬片沿豎直方向向上發(fā)生位移，通過測量PCB電路上電渦流線圈檢測出的電壓變化量來計(jì)算得出該薄片介質(zhì)的厚度。

圖4 電渦流檢測薄片介質(zhì)厚度屬性原理圖

根據(jù)次理想解解決方案，結(jié)合系統(tǒng)功能分析及可用資源，在仍采用薄片介質(zhì)的霍爾厚度檢測原理情況下，通過設(shè)置基準(zhǔn)軸、浮動輪、浮動輪轉(zhuǎn)軸及檢測塊和感應(yīng)器的位置關(guān)系，以及各個(gè)部件的尺寸選擇，使得當(dāng)薄片介質(zhì)通過基準(zhǔn)軸與浮動輪之間時(shí)，浮動輪上浮帶來的檢測塊引起感應(yīng)器檢測數(shù)據(jù)變化保持在基本的線性范圍，從而保證檢測結(jié)果的推算更為準(zhǔn)確。圖5為一種薄片介質(zhì)的霍爾厚度檢測裝置示意圖。

圖5 一種霍爾厚度檢測裝置示意圖[5]1—基準(zhǔn)軸 2—浮動輪組件 21—支架 22—浮動輪23—轉(zhuǎn)軸 3—檢測塊 4—感應(yīng)器 5—PCB板

4 結(jié)論

（1）形成了“方法培訓(xùn)—團(tuán)隊(duì)建設(shè)—流程優(yōu)化—實(shí)操驗(yàn)證”的創(chuàng)新問題解決的技術(shù)路線，結(jié)合TRIZ功能分析，優(yōu)化了企業(yè)技術(shù)研發(fā)流程。

（2）新方案改造成本低，檢測精度和穩(wěn)定性均有不同程度的提高，且降低了算法及軟件的設(shè)計(jì)難度。解決方案已在新機(jī)型中廣泛使用，達(dá)到了預(yù)期效果。

（3）創(chuàng)新方法的應(yīng)用研究需長期開展，同時(shí)需加強(qiáng)相關(guān)研發(fā)流程、獎懲制度、知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等方面的制度建設(shè)，從源頭上提升企業(yè)的技術(shù)及產(chǎn)品創(chuàng)新能力，乃至戰(zhàn)略創(chuàng)新能力。

[1]科學(xué)技術(shù)部、發(fā)展改革委、教育部、中國科協(xié)關(guān)于印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)創(chuàng)新方法工作的若干意見》的通知：國科發(fā)財(cái)〔2008〕197號[A].

[2]檀潤華.創(chuàng)新設(shè)計(jì)—TRIZ：發(fā)明問題解決理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[3]PAHL G,BEITZ W.Engineering Design-A Systematic approach[M].2nded.London:Springer-Verlag,2000.

[4]黎明.電渦流檢測鈔票厚度的方法以及裝置：CN201410030052.3[P].2014-04-23.

[5]黎明，方敏杰，劉夢濤，等.一種薄片介質(zhì)的霍爾厚度檢測裝置：CN201510543807.4[P].2015-08-28.