TRIZ 理論解決沙棗粉制備中的破核問(wèn)題

王 雅，楊 波，蔣雨紅，席 鴿，徐永強(qiáng)，趙司南，孟亞琴

（蘭州理工大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州 730050）

0 引言

沙棗（Elaeagnus angustifolia L.） 是胡頹子科胡頹子屬落葉喬木或灌木，適合生長(zhǎng)在半干旱、干旱地區(qū)，在我國(guó)主要集中生長(zhǎng)于西北地區(qū)，有較好的防風(fēng)固沙作用，是一種集生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益于一體的重要樹(shù)種[1-2]。沙棗果實(shí)含有較高的營(yíng)養(yǎng)成分和保健因子，具有抗氧化、抗腫瘤、提高機(jī)體免疫力、抑菌及抗炎等多種功能[3-4]。沙棗粉制備是沙棗研究的重要環(huán)節(jié)，若粉碎不徹底或者混入破碎的沙棗核等都會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。

TRIZ（Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch），即“發(fā)明問(wèn)題解決理論”[5]，是基于問(wèn)題的分析理論和方法體系，這一理論由前蘇聯(lián)的發(fā)明家和教育家G.S.Altshuller（根里奇·阿奇舒勒） 及其研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)大量專(zhuān)利和創(chuàng)新案例的分析后總結(jié)而來(lái)的[6]，是公認(rèn)的指導(dǎo)創(chuàng)新的最佳工具[7]。TRIZ 理論的問(wèn)題解決主要包括矛盾分析與發(fā)明原理、物-場(chǎng)模型及標(biāo)準(zhǔn)解、科學(xué)效應(yīng)與知識(shí)庫(kù)、S 曲線及技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則、最終理想解、創(chuàng)新思維方法等內(nèi)容[8-9]。

在研究沙棗果肉功能特性等時(shí)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有粉碎設(shè)備在粉碎制備果肉粉時(shí)，將沙棗核也粉碎，使其混入到沙棗粉中，影響試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)TRIZ 理論有效解決了沙棗粉制備中的破核問(wèn)題，證明了功能結(jié)構(gòu)分析與TRIZ 理論集成的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的有效性。

1 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

在沙棗可食部位（果皮和果肉） 營(yíng)養(yǎng)、保健成分測(cè)定、功能活性評(píng)價(jià)及沙棗粉的制備過(guò)程中，現(xiàn)有粉碎設(shè)備如果產(chǎn)生的力過(guò)大，將沙棗皮及果肉粉碎的同時(shí)，也將沙棗核破碎，導(dǎo)致沙棗粉中混入沙棗核雜質(zhì)；如果產(chǎn)生的力過(guò)小，沙棗果肉從果核上脫離不徹底，引起試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確及資源浪費(fèi)。

2 應(yīng)用TRIZ 理論解決沙棗粉碎破核問(wèn)題

2.1 技術(shù)矛盾分析

（1） 問(wèn)題。如何降低刀刃鋒利度。

（2） 目前解決辦法。刀刃太薄、鋒利度過(guò)度導(dǎo)致刀刃剪切力過(guò)大引起沙棗核破碎，適當(dāng)增大刀刃厚度，降低刀刃鋒利度。

（3） 缺點(diǎn)。質(zhì)量增加、速度降低、成本增加、生產(chǎn)率降低。

改善參數(shù)：力。

惡化參數(shù)：生產(chǎn)率。

創(chuàng)新原理：局部質(zhì)量、機(jī)械系統(tǒng)替代、物理或化學(xué)參數(shù)改變、熱膨脹。

根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)替代原理的啟發(fā)，得到方案：沙棗在粉碎室被粉碎時(shí)，刀刃太薄，導(dǎo)致刀片剪切力度多大引起沙棗核被破碎，適當(dāng)增加刀刃厚度，降低剪切力度， 但刀刃厚度增加，質(zhì)量增加，導(dǎo)致速度降低，時(shí)間增加，效率降低，生產(chǎn)率降低。根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)替代原理得出方案：將切割刀從機(jī)械刀變換為激光刀。激光刀通過(guò)自由彎曲的玻璃纖維或塑料纖維傳輸激光，利用激光能量高度集中產(chǎn)生的電磁效應(yīng)等切割物料。激光刀的銳利度由其功率決定，用一定功率的“激光刀”可能會(huì)滿足沙棗果肉與果核分離，果核不破，還需要樣機(jī)驗(yàn)證，其優(yōu)點(diǎn)是縮短時(shí)間、提高工作效率、保護(hù)沙棗營(yíng)養(yǎng)成分。

2.2 物場(chǎng)分析（機(jī)械場(chǎng)）

根據(jù)因果分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于刀刃鋒利，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械力（剪切力） 將沙棗核破碎，導(dǎo)致沙棗粉中混入沙棗碎核，無(wú)法食用。建立沙棗粉制備過(guò)程中不破核的物場(chǎng)模型：

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)解得到方案如下：將直型平面的刀片轉(zhuǎn)換為平面的刀銼，使原刀片刀刃的鋒利度大大降低，用刀銼與沙棗之間產(chǎn)生的摩擦力使果肉從果核上分離并被粉碎，刀矬的剪切力大大降低，果核不易破碎。刀銼是否會(huì)對(duì)果核造成破碎或是否影響粉碎效率有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

引入系統(tǒng)中現(xiàn)有物質(zhì)的變異物見(jiàn)圖1。

圖1 引入系統(tǒng)中現(xiàn)有物質(zhì)的變異物

2.3 進(jìn)化路線分析

進(jìn)化路線：沙棗粉碎刀片進(jìn)化路線——刀片組件面的進(jìn)化路線。

進(jìn)化路線見(jiàn)圖2。

圖2 進(jìn)化路線

把平面形的刀片轉(zhuǎn)換為復(fù)雜面的尖頭刀銼，將復(fù)雜面的刀銼直接連接在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，用轉(zhuǎn)動(dòng)軸直接帶動(dòng)復(fù)雜面的刀矬轉(zhuǎn)動(dòng)，降低了原刀片的鋒利度，用刀銼產(chǎn)生的摩擦力促使沙棗果肉與果核分離且果核不破。優(yōu)點(diǎn)：尖頭帶齒、保護(hù)竹節(jié)、耐用、受力面積增大，提高效率。目前，刀銼技術(shù)日益成熟，加工制造成本亦可接受，故本方案可行性較好。

3 結(jié)論

應(yīng)用TRIZ 理論，對(duì)沙棗粉制備過(guò)程中核易破碎問(wèn)題進(jìn)行了創(chuàng)新方法應(yīng)用，獲得了多種解決方案，證明了TRIZ 理論為一種具有極高創(chuàng)新理念的創(chuàng)新方法和應(yīng)用工具，為該理論的應(yīng)用提供了較好的支撐。