TRIZ理論在路面散糧撿拾機研制中的應用分析

劉心聲，滕海坤

（黑河學院 計算機與信息工程學院，黑龍江 黑河 164300）

目前，應用型本科院校面臨學生應用創新能力缺失的問題，大都在不斷地探索學生應用創新能力培養的模式與途徑，利用TRIZ理論進行應用創新能力培養是我院長期探索的一種途徑。TRIZ是前蘇聯發明家G. S. Altshuller在1946年創立的發明問題解決理論，提供了一系列發明問題解決工具和方法，是目前較為完善的創新能力培養理論體系之一。

學生要具有一定的應用創新能力，則必須要掌握一定的創新方法、工具，為此我們在人才培養方案中設置了《TRIZ創新基礎》課程，為學生提供創新能力理論體系支撐，但僅掌握創新理論體系是不夠的，它不能轉化為學生的應用創新能力，我們通過課外科技創新活動，引導師生利用TRIZ理論進行發明創新，下面就以路面散糧撿拾機的研制為例，來說明TRIZ理論在產品研制過程中的應用分析。

1 散糧撿拾機工作原理

散糧撿拾機主要由撿拾裝置、篩選分離裝置、糧食升運裝置等組成，系統結構設計如圖1所示。首先，通過撿拾裝置撿取地面上的散落糧食，使用四桿仿形裝置確保散糧撿拾機與拖拉機（動力裝置）穩固連接，同時控制撿拾裝置與地面的距離，使得收集糧食更加精確；其次，使兩層震動大篩分離裝置將雜物與糧食進行有效分離，提高糧食清潔率；最后通過升運裝置輸送至運輸車上。系統每個裝置都是模塊化，簡化了組裝難度，降低了維修成本。

圖1 散糧撿拾機結構圖

2 存在問題及限制條件

2.1 存在問題

（1）撿拾裝置風口堵塞：比如一些較大的秸稈雜草、塑料進入撿拾裝置導致風口堵塞；

（2）糧食與雜質（土壤、石子）分離效果：不同糧食的重量不同，所撿拾的東西也不一樣，例如一粒黃豆的重量和一個細小石子差不多，分離時若是根據重量來分離很難分離開；另外，若是在壟溝中，收割機剩下的糧食和秸稈以及一些土壤混合在一起很難分離；

（3）根據路面狀況及散落糧食的密度自動調整撿拾裝置離地高度：散落糧食密集程度不同，撿拾裝置所需離地的高度也應不同。若是散落的密度大，而撿拾裝置離地高度較矮，吸拾地面面積較小，則吸入散落的糧食就會比離地面相對較高時少，從而達不到快速撿拾散落糧食的目的。

2.2 限制條件

（1）本設備多用于公路旁平整地帶：農村道路多為不平坦路面，有時非常不利于撿拾機對散落糧食的撿拾。

（2）撿拾裝置離地高度及吸風口風力的智能化控制約束條件，目前只能由司機根據路面平整情況及路面糧食密度來進行手動控制調整。

（3）撿拾只適合在春秋季節，而在冬天，散落糧食混雜積雪中，無法撿拾。

3 TRIZ理論應用分析

3.1 系統分析

本設備基于模塊組件構建，根據TRIZ技術系統進化法則和分割、組合等原理，對其功能模塊組成優化分析如圖2所示。首先，建立模塊列表，描述設備模塊組成及各模塊的層次；其次進行作用分析，描述各模塊之間的相互作用關系；最后，建立模塊的功能模型，使用規范化的語言進行描述。

圖2 功能模塊分析圖

圖4 方案1散糧撿拾機示意圖

圖3 因果鏈分析圖

3.2 因果分析

根據路面散落糧食撿拾存在的問題及限制條件，分析產生這些問題的各種因素，得出圖3所示的因果鏈分析圖，然后根據TRIZ矛盾矩陣工具繪制系統矛盾矩陣表，確定系統最優化解。

3.3 創新優化方案

方案1：根據因果鏈分析，利用TRIZ分離、組合、氣動和液壓等原則，使用Solidworks軟件進行散糧撿拾機繪圖設計（如圖4所示），使用離心風機一體化裝置實現散糧的撿拾、雜質分離和升運功能，達到糧食的撿拾效果。經過產品試驗發現，由于系統使用了離心風機，散糧破碎率較高。

方案2：利用TRIZ物—場分析法對方案1中存在的問題進行分析，根據TRIZ理論局部作用或過量作用、機械振動等原則，將本系統改為模塊化設計，使用貫流式風機實現糧食的撿拾功能，然后利用兩層震動大篩實現糧食與雜物的篩選分離，最后使用液壓馬達和螺旋輸送至運輸車上，如圖5所示。經過實驗發現，提高了糧食撿拾效率，降低了糧食破碎率，提高了糧食清潔率。

3.4 方案評價

針對利用TRIZ理論得出的技術方案2改進產品設計，結合實際生產，制造樣機，經操作人員實際使用，從安裝過程到撿拾糧食各方面指標都大大提高。產品易于生產組裝，降低維修難度；提高了糧食撿拾效率和清潔率，降低了糧食破碎率和吸風口的堵塞情況；利用液壓馬達和螺旋輸送裝置提高輸送能力。這一樣機在2017第五屆全國“TRIZ”杯大學生創新方法大賽上榮獲發明制作類國家級三等獎。

圖5 方案2散糧撿拾機改進示意圖

4 結語

TRIZ理論作為創新方法的一種，在解決實際問題、產品改進、新產品研發等方面起到積極作用。本文利用這一創造性思維方法，結合原方案存在的問題進行技術改進，對整個裝置進行創造研發，最終設計出一個具有創新性、實用性的設計方案。

通過利用TRIZ理論研制路面散糧撿拾機這一案例，課題組成員研究認為：要培養提升應用型本科學生的應用創新能力，首先應該通過課程體系讓學生掌握一定的發明創新理論，然后利用相應的專業課程實例融入創新理論方法論，最后通過一個個課外創新項目，引導學生應用創新，并通過參加各種大賽進行檢驗，激發學生應用創新興趣。通過這種培養途徑，學生的應用創新能力得到飛速提升。

[1]梁秋艷.T RI Z理論在大學生創新創業訓練項目中的應用與實踐[J].高教論壇,2016, (8).

[2]楊雪榮.基于T RI Z理論的軌檢小車機械結構創新設計[J].包裝工程,2016, (7).