應用TRIZ理論對現有板式過濾機的弊端分析和解決方案

劉祉 唐慶博 郭玉婷 王雙林

摘? 要：現如今以鋁板、帶、箔材為主的生產加工部門一方面對金屬冷軋的精度要求越來越高，另一方面冷軋機又不斷向高質量、高速度發展， 流量規格需求更細化，因此冷軋機過濾系統核心設備--板式過濾機的升級改造至關重要，板式過濾機的性能決定了軋制過程中起到工藝潤滑、冷卻作用的軋制液的質量，我們既要保證過濾流量又要達到更高的過濾精度，這樣才能保證生產出符合要求的高質量產品。該文應用 TRIZ 理論對現有設備的弊端進行分析并獲求改良和升級的可行性方案，以滿足行業及當今社會的發展需求，并使其發揮出最大的經濟效益。

關鍵詞：TRIZ理論;雙流量;PLC

中圖分類號：TH12? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 基本問題分析

1.1 冷軋過濾技術的問題描述

鋁加工包括熱加工和冷加工，其中遍及工業、建筑業、航空、食品、醫療、交通、軍事等每一個角落所用的產品主要以冷加工為主。在生產中，冷軋機軋制工序的地位已經無可取代，它的重要性已經得到鋁加工行業廣大專家的肯定。

近些年，板式過濾機因結構、工藝、控制等出現的問題而不能高效連續生產的現象較為普遍。尤其在市場訂單急、交貨時間短、質量要求高的情況下，制約了企業的發展。為了避免由于過濾機導致不能正常軋料，耽誤產量，影響經濟效益的問題出現，我們采用TRIZ原理去嘗試找出解決方案，用更加科學的方法去解決現有板式過濾機存在的問題。

1.2 當前主要解決辦法

一般情況下，板式過濾機在污油箱堵塞報警時需要換紙，在換紙前要進行設備的清洗。完成這一過程需要 15 min，再加上開箱和開箱后運紙以及下一個周期的合箱，需要 30 min～40 min，總體下來大約需要45 min～55 min。這個階段軋機要停止生產，就算待料還未軋完也要等待，持續時間長，影響整個工藝、生產進度、產能及產量等。目前廠家主要通過增加人力或者增加設備數量來解決這一問題。其中增加數量是指采用多臺板式過濾機并用的方式。

1.3 現有板式過濾機的弊端及發展趨勢

盡管通過2臺或多臺板式過濾機的并用的方式滿足了軋制油流量的需求。但整個過濾系統不完整，操作不方便，人員干預較多而且產品單一性明顯，主要存在預沉積和正常過濾2個階段添加助濾劑只能由技術工人熟練程度來決定的問題，經常影響過濾周期，也會造成硅藻土和活性白土配比不科學，軋制液質量無法保證，原材料浪費。也存在設備結構設計不合理，過濾單元受力不均勻，工作中單元間有滲漏，箱體易變性，設備使用壽命縮短的問題。還存在以硅藻土為主的固體廢物采用簡單粗暴處理方式，造成嚴重的資源浪費和環境污染的問題。同時，設備上應用的現代主流工業技術有限，升級緩慢。

未來幾年無論是政策還是市場，都會迫使鋁加工行業提高門檻，朝著經濟發展新形勢帶動的新市場和產生的新需求的轉型升級，已建低水平鋁加工產能的淘汰將會加快，促進新一輪的行業優化轉型升級，以滿足“升級版經濟”對鋁材的升級版需求。

2 TRIZ理論對設備弊端的分析和解決方案

2.1 現存弊端的因果分析

在面對現有板式過濾機的一系列弊端時，我們可以通過對其進行因果分析，梳理問題中隱含的邏輯鏈及其形成的機制，從梳理的邏輯鏈中找出改進現有板式過濾機的所有可能的突破點，從所有突破點中找出“最優”突破點。我們發現現有板式過濾機的問題總的來說就是生產效率低和助濾劑（以硅藻土為主）的浪費。

2.2 因果分析設計初步方案

通過結合現在社會需求，聯系實際，得出首要解決的問題是一方面提高過濾機的工作效率，另一方面要合理利用助濾劑（硅藻土）。

通過TRIZ理論魚骨圖的因果分析，如圖1、圖2所示，不難看出傳統板式過濾機的設計已經不能滿足社會需求了，需要推翻傳統的設計理念，結合現代科技，順應未來發展趨勢設計出一種智能高效、環保且低成本的“雙流量”過濾系統。

2.3 沖突矩陣與發明原理

我們從TRIZ理論39個工程參數中選擇能代表技術沖突的一對特征參數。首先是質量提高的參數：時間損失（NO.25），提高了對時間的利用率，使時間損失大大降低。其次是帶來負面影響的參數：靜止物體重量（NO.2），一系列裝置的添加與利用增加了設備的重量。

將上述2個工程參數帶入沖突矩陣當中，可以得到4條推薦的發明原理，分別為NO.10 預先作用原理、NO.20 有效作用的連續性原理、NO.26復制原理和NO.5 組合原理。再通過對這4個發明原理進行深度分析，新型過濾機可以考慮增加一套電機設備，組合成宏觀的“雙流量”過濾系統，將另一套電機設備預先準備好，在前一個過濾機進行清洗后停機的時候，該套電機設備立刻進入工作狀態，這種方案可以保證冷軋機連續工作，以充分利用時間來提高效率。

3 方案控制過程的實現

應用 TRIZ 理論構建的“雙流量”板式過濾機結構進一步優化、完善，改進工藝流程、提高設備性能，真正達到產品的高精度、高效率。如圖3所示。“雙流量”是指在原有一臺過濾機的基礎上增加一套電機設備，不是簡單的2臺疊加，而是依靠一套完整 PLC 控制來完成軋制油雜質的過濾工作，達到2臺“板過”并行使用且可自由切換，降低因輔助時間造成的停機的發生概率，實現不停機換紙提升生產效率。在生產過程中如果一臺“板過”箱體壓力達到設定值需要更換濾紙時，可將另一臺“板過”開啟預沉積狀態并進入正常過濾程序，實現軋制油正常過濾。原先“板過”開始進入清洗吹掃狀態，吹掃結束后可對其進行濾紙更換，在整個過程中2臺“板過”污油輸入、凈油輸出、吹掃回油通過程序控制直接流回污油箱及凈油箱，管路互不干擾，而且還可實現當軋制油受到污染時2臺“板過”同時開啟，在較短時間內實現軋制油的清潔過濾。

4 TRIZ理論的發明原理在方案上的可行性應用

4.1 利用傳感器進行信息采集（反饋原理）

“雙流量”板式過濾機傳感器是用來采集設備狀態的重要元件，在該項目中的傳感器主要被用來檢測以下幾種狀態信息：過濾單元開箱到位情況，感知過濾單元合緊壓力情況，污油箱的液位檢測，過濾箱的入口壓力檢測，控制氣源、吹風氣源壓力檢測，紅外線溫度感知檢測等，為有效地控制系統正確的運行提供信息。尤其在工作準備段，根據過濾箱內油被污染的程度，通過光電傳感器，利用油對其反射的物理性質，判斷油被污染的具體狀況，是添加助濾劑（硅藻土），還是需要加入活性白土，每種需要添加多少等，通過光電傳感器發送給設備的計算機里的信號來判斷并進行定量添加，該過程節省了人力和物料，且使過濾精度更加精準。

4.2 提高夾緊機構的穩定性（組合原理）

改進前的設備以線式雙立柱的結構支撐設備框架，這種結構方式雖能完成支撐機器框架的基本目的，但是設備結構不穩定，易搖晃，易損壞。改進后的設備采用矩形四立柱的結構來支撐機器框架，這種結構在原有結構的基礎上又增加了一倍的立柱，相比之下更為穩定且過濾單元受力均勻、美觀。

4.3 對設備進行遠程監控（預先防范原理）

通過開發一款應用在電腦或者手機上的軟件，鏈接機器本身的計算機系統及外部的監控系統。設備生產廠家負責售后保障的部門和用戶的企業技術部門下載此軟件，通過軟件了解機器運轉過程中的狀態。用戶技術部門可以實時了解該機器儲備助濾劑的量，油、紙被污染的程度，預算更換清洗的時間以及對發生的緊急故障進行報警。還可實現在終端進行簡單操控，例如急停操作、遠程預警提示等。而對于設備生產方，遠程了解機器的故障，對用戶技術人員進行遠程指導，可節省因故障造成的過長的工作暫停時間，或根據故障，可以第一時間獲取維修所需的工具或材料，判斷所需的維修人員數量或水平，節省時間和人力成本。構建一個超大型遠程實時分布式監控系統來監視和控制過濾系統的暫態運行情況，預測可能出現的過濾系統失穩或崩潰，并在暫態故障造成無可挽回的破壞之前，通過適當的控制策略來進行反事故控制。

4.4 對產生廢物的回收利用（自服務原理）

目前對硅藻土廢物的回收利用采用的僅是從硅藻土廢物中提取的煤油、鋁粉。而硅藻土廢物還有更多新鮮的去處，這些創新可行性建議可以從根本上解決硅藻土廢物的堆積問題，又可“一物多用”，例如提煉出油后的廢棄硅藻土可以作為很好的燃料，燃燒后生成水和二氧化碳，無有害氣體，環保又節約能源。再例如分離出的硅藻土可以作為裝修材料，不含對人體有害的物質，而且具有天然環保、可凈化空氣、不燃、耐高溫等優點。除此之外，硅藻土具有生物活性，其多孔的物理結構可以成為一些動植物的棲息地，并為其供應營養與生長環境。硅藻土能夠殺蟲除菌，減少病蟲害，可以驅趕黃蜂、蚊子、鼻涕蟲等害蟲。廢硅藻土能增加土壤疏松度，堆肥除臭等。

5 結語

應用TRIZ理論對金屬冷軋過程中的核心設備板式過濾機的常見問題進行充分調研和深入分析，找出當前板式過濾機的改進方案，解決了實際應用中的不足，使其在工作原理、工藝、自動化水平、維修制造成本、能源、勞動強度、固體廢物處理等方面得到提高。科研成果得到市場轉化，產品應用于國內大型鋁箔、銅箔加工企業以及有色金屬板帶箔加工廠，得到了較好的社會和經濟效益。

新型板式過濾系統不僅在機械結構、液壓、電控系統等各方面進行了全面改進，符合產品轉型需求，適合多樣化。而且順應時代發展趨勢、當今社會的需求、可持續發展、資源回收利用的環保基本國策，尤其通過充分利用“雙流量”優勢提高了過濾機的工作效率，提高了產品的競爭力。在新一輪經濟結構調整中占有了先機。

參考文獻

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