TRIZ 理論在農戶稻谷儲糧倉創新設計中的應用

摘要：應用TRIZ理論對農戶稻谷儲糧倉進行創新設計，根據TRIZ理論提供的思路與線索，采取矛盾矩陣、物質—場模型等分析方法，針對儲糧問題，提出農戶稻谷儲糧倉的創新設計方案，并經實倉儲糧試驗驗證達到預期效果。研究表明，應用TRIZ理論能夠有效解決儲糧倉設計中的技術難題，為糧食儲藏裝備研發提供思路和借鑒。

關鍵詞：TRIZ理論； 稻谷； 儲糧倉； 矛盾矩陣； 物質—場模型

中圖分類號：S229 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）03-0082-03

TRIZ理論是基于知識創新方法論，其作為指導創新的強大理論工具，可有效引導人們突破思維障礙，以新的視角分析問題，快速找到解決問題的方法。近年來，我國在科技系統中大力推廣TRIZ理論，特別是在裝備制造企業中的推廣和應用，使專業技術人員掌握先進的創新思維方法，運用創新手段和工具，以提高產品創新和設計能力。TRIZ理論可以使創新成為具有預見性的過程，有利于提高創新成功率，縮短解決問題周期。與傳統的創新方法相比，它能成功揭示創造發明的內在規律和原理，快速確認并解決系統中存在的矛盾[1]。應用TRIZ原理和工具，對農戶稻谷糧倉存在的問題進行深入分析，并根據TRIZ理論給出的方法和步驟，結合稻谷糧倉結構設計的特點和實例分析，以找到農戶稻谷糧倉存在的本質問題并確定解決方案。

1 問題背景

我國糧食儲備由中央、地方和農村儲備三級體系組成[2]。農村糧食儲備點多面廣、數量巨大，是三級儲備體系的基礎。近年來，隨著規模化種植經營的發展，農村糧食儲備已成為我國糧食儲備的重要部分。稻谷是我國第一大糧食作物和主要儲備糧種，約有70％儲藏于農戶家中。因此，口糧稻谷的儲藏減損關乎國計民生，是國家糧食儲備體系中最為重要的環節之一[3-4]。稻谷是遼寧省主要的糧食作物。近年來，遼寧省在全省實施農戶科學儲糧專項工程建設，以解決農戶玉米儲藏的難題。但是農戶在稻谷儲藏過程中還存在一些問題，主要表現在：當前多數農戶將自產稻谷基本保存在自家倉房或自制的簡易糧倉中，普遍采取的方式是將稻谷裝袋后碼垛堆放儲存。農戶儲糧裝具多為編織袋或麻袋等，密閉隔熱及防鼠防潮效果較差。因此，研制農戶專用的稻谷儲糧裝備成為一種切實有效的解決途徑。目前，國內文獻已有關于稻谷倉研究的報道，但在實際應用過程中存在倉體材料傳熱快、自然通風及雨雪防護性能較差等問題。因此，將TRIZ理論應用于稻谷儲糧倉的設計中，從材料、規模、功能等方面開發設計出適合于農戶儲糧的小型糧倉，使其在增加功能、節材降耗、方便儲糧、堅固耐用等方面得到較大提升。通過完善儲糧倉結構設計，以實現安全保質儲糧、方便作業和規模化生產，從而為稻谷儲糧倉的研究創新提供依據。

2 問題分析及解決方案

應用TRIZ原理，將問題所表現出的結構參數屬性進行定性，將其分別歸入為“技術矛盾”“物質—場問題”等問題模型中，并利用與模型問題對應的TRIZ工具進行求解。對應的工具為“矛盾矩陣”和“76個標準解”。

2.1 技術矛盾解決方案

采用TRIZ理論的矛盾矩陣法來分析提取稻谷儲糧倉的技術矛盾參數。

技術矛盾1：為使設計的稻谷儲糧倉結構穩定，有時會選擇質量較大、強度較高的金屬材料，但這會造成稻谷儲糧倉整體質量的增加，給裝糧、拆卸及搬運等操作帶來不便，由此構成了一對技術系統的矛盾。欲改變的參數是結構的穩定性，惡化的參數是可操作性。

技術矛盾2：由于農戶對稻谷儲糧倉的倉容需求不同，設計時需兼顧倉體容積，但倉容的大小可能在一定程度上使儲糧倉的結構或加工工藝變得復雜，由此構成了另一對技術系統的矛盾。欲改變的參數是靜止物體的體積，惡化的參數是系統的復雜性。

通過上述分析，可以得出稻谷儲糧倉的矛盾矩陣，結果見表1。表1中的第一列表示技術矛盾中系統需要改善的參數名稱，第一行表示在改善參數時，導致惡化的另一個參數。在矛盾矩陣表中每個單元格內的數字所對應的內容，均表示解決對應的技術矛盾時有可能用到的創新原理。

根據創新原理給出的提示，對問題展開深入思考，得出以下稻谷儲糧倉的創新設計方案。

根據創新原理32改變顏色原理提示，可以考慮選用淺色系材料作為稻谷儲糧倉的倉體材料，以減少儲糧倉倉體對外界熱量的吸收。根據創新原理35參數變化和30柔性殼體原理提示，可以將倉體的加工材料由原來的木質或鋼管等改為金屬板材，且加工材料既要保證強度，還要保證柔度（例如加工成圓柱形倉體）。由于彩鋼板具有單位質量輕、強度高、施工快速、操作方便等優點，且外觀顏色一般多為藍色和白色等淺色系，因此可以采用彩鋼板作為倉體的加工材料。

根據1分割原理和31多孔材料原理提示，可以將稻谷儲糧倉的倉體設計成分節組合式結構，以便于組裝和拆卸；此外，在壓型彩鋼板上打魚鱗孔，有利于糧倉通風，同時也能夠隔絕鼠患和雨雪，保證稻谷儲藏安全。

2.2 物質—場解決方案

傳統的稻谷儲糧倉外殼既是裝具，又承擔著通風的作用，其內儲存的稻谷受外界環境的影響較大，易造成儲糧品質參差不齊。夏季糧倉外殼受風吹日曬雨淋，導致靠近倉壁及糧堆表面的稻谷易受溫度影響而品質下降，同時糧堆內部的稻谷由于缺少通風而易發熱霉變。因此，利用物質—場模型來求解稻谷儲糧倉中存在的問題。

問題描述1：靠近倉壁及糧堆表面的稻谷品質易下降。

物質—場模型：S1為糧堆內部稻谷；S2為糧倉外殼；F1為溫度場。環境影響稻谷品質的物質—場模型如圖1所示。

由圖1可以看出，該物質—場是熱傳導效應的完整物質—場模型，可反映糧倉外壁造成的溫度場對糧倉內部稻谷品質的影響。

應用上述方法得出解決方案：當現有系統中存在有利因素和有害因素時，根據76個標準解中的第一類標準解（消除或抵消有害效應）來解決問題，即為了避免物質S1和物質S2直接接觸，通過引入物質S3來消除有害因素。消除有害因素的物質—場模型如圖2所示。

由圖2可以看出，糧倉熱傳導是造成該問題的主要原因，可通過改變結構來解決這一問題。糧倉倉體可增加一層夾層外殼S3，以減少外界環境溫度帶來的影響。

問題描述2：糧堆內部的稻谷易發熱霉變。

物質—場模型：S1為糧堆內部稻谷；S2為氣流；F1為熱力場。氣流影響糧堆內部稻谷品質的物質—場模型如圖3所示（虛線表示兩者之間的作用不足）。

由圖3可以看出，模型中S2對S1產生的作用不足以達到系統要求，需要加強作用。

應用上述方法得出解決方案：根據76個標準解中的第一類標準解（改進具有非完整功能的系統）來解決問題，即對F1進行改進，可以引入一個新場，如通過機械裝置引入機械場F2，以改善氣流對糧堆內部的作用方式，從而提高通風效率。改進后的物質—場模型如圖4所示。

由圖4可以看出，糧堆內部的空氣流通為造成該問題的主要原因，可通過改變結構來解決這一問題。糧堆內部可增加一組徑向通風管道，以達到糧堆內部的通風要求。

3 試驗驗證與應用效果

將上述問題的解決方案應用于農戶稻谷儲糧倉設計中，研制的稻谷儲糧倉運用徑向立體自然通風技術，能夠實現高水分稻谷自然無動力干燥降水，有利于低碳環保。倉體形狀采用圓形設計，外觀為藍色或白色，整個倉體分3節，相鄰倉圈可相互搭接，能夠自由組合裝配，以便于存放。農戶可根據不同的儲存量、空間位置進行組裝倉圈，以滿足不同需求。倉體材料采用夾層式魚鱗孔通風板，能夠達到排潮散熱、防霉防鼠的目的。安裝倉內徑向通風裝置如圖5所示，圓形稻谷儲糧倉外觀如圖6所示。

為驗證稻谷儲糧倉結構的可靠性和合理性，進行實倉儲存試驗。試驗期間，對稻谷儲糧倉倉體的變形度及穩定性和倉內稻谷的黃粒米、裂紋粒、生霉粒等品質指標進行跟蹤檢測。

結果表明，倉體結構穩定、無形變，且黃粒米、裂紋粒、生霉粒等品質指標檢測結果均為零，稻谷的色澤、氣味均正常，脂肪酸值符合《稻谷儲存品質判定規則》（GB/T 20569—2006）中“宜存”的規定。該稻谷儲糧倉結構設計可靠，能夠有效保持稻谷品質。

4 結論

實踐證明，應用TRIZ理論可以有效解決技術創新、產品創新中的技術難題。該理論具有很強的實用性，設計邏輯思路清晰，能夠高效完成設計工作。應用TRIZ理論對農戶稻谷儲糧倉進行創新設計，經實倉應用證明，糧倉結構設計可靠，達到預期效果，可為糧食儲藏裝備的科技研發提供創新思路和借鑒。

參考文獻

[1] 董艷，張正海，田媛，等.基于TRIZ理論的復合酶制劑法小米乳飲料生產工藝[J].農業機械，2013（9）：72-75.

[2] 滕祥文.淺談我國的糧食儲備[J].糧食流通技術，2003（4）：7-8.

[3] 劉盛華.農戶口糧稻谷儲藏品質跟蹤試驗研究[J].農業科技與裝備，2023（1）：46-47.

[4] 趙旭，高樹成，趙學工.遼寧省農戶口糧稻谷儲藏現狀分析及對策建議[J].糧食加工，2018，43（1）：26-27.