TRIZ是建立在專利基礎(chǔ)上的一門科學(xué)的創(chuàng)造方法學(xué)，它成功地揭示了發(fā)明創(chuàng)新背后所遵循的內(nèi)在規(guī)律和原理。它將產(chǎn)品創(chuàng)新的核心——創(chuàng)新的工作原理過程具體化，提出了許多規(guī)則、算法和發(fā)明原理供人們使用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，TRIZ已成為解決所有復(fù)雜技術(shù)問題的強(qiáng)有力的方法和工具。TRIZ的基本設(shè)計(jì)思想是，對(duì)于實(shí)際工作中無(wú)法直接找到對(duì)應(yīng)解的問題，先將其轉(zhuǎn)換并表達(dá)為一個(gè)TRIZ問題，然后利用TRIZ體系中的理論和工具獲得TRIZ標(biāo)準(zhǔn)解，最后將標(biāo)準(zhǔn)解轉(zhuǎn)化為具體問題目的解，并在實(shí)際問題中得以實(shí)現(xiàn)，最終獲得解決。
1、生物質(zhì)平模成型機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理
隨著社會(huì)對(duì)能源需求的日益增長(zhǎng)，主要能源化石燃料迅速地減少，給我國(guó)的能源消費(fèi)和能源安全帶來了重大隱患。農(nóng)林生物質(zhì)能有很高的開發(fā)潛力，是未來能源利用的重要途徑。農(nóng)林生物質(zhì)（秸稈、稻殼、麥稈、樹枝等）經(jīng)過粉碎、干燥、高壓成型等過程，經(jīng)過木屑顆粒機(jī)壓縮成各種幾何形狀的固化成型生物質(zhì)顆粒燃料。與傳統(tǒng)薪材燃料相比，這種生物質(zhì)燃料具有密度高、強(qiáng)度大、便于運(yùn)輸，形狀和性質(zhì)均一、燃燒性能好、熱值高等特點(diǎn)，可用于工業(yè)燃料和農(nóng)村居民做飯洗浴取暖等領(lǐng)域，因此開發(fā)利用我國(guó)大量生物質(zhì)資源具有重要意義。生物質(zhì)平模成型機(jī)是固化成型技術(shù)的一種，成本低廉，易于維護(hù)，適合廣大農(nóng)村農(nóng)民小規(guī)模靈活使用。
傳統(tǒng)的生物質(zhì)平模顆粒機(jī)結(jié)構(gòu)以機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，帶動(dòng)傳動(dòng)軸，減速器減速至主軸，帶動(dòng)與主軸連接的壓輥，在壓輥的強(qiáng)大壓力下，松散物料被壓實(shí)，壓入平模的各種形狀的�？字�。在壓輥的壓力下，從�？字袛D出，形成生物質(zhì)固化成型燃料。
2、不安全因素分析
生物質(zhì)平模成型機(jī)有著廣泛的應(yīng)用，但也存在著一些不安全因素。主要表現(xiàn)在：．一、傳統(tǒng)的生物質(zhì)平模機(jī)成型機(jī)采用直輥平模形式，物料在平模上不能均勻分布，使得壓模的磨損不均勻。二、壓輥與平模在高溫和干摩擦下嚴(yán)重磨損，維護(hù)困難，連續(xù)工作時(shí)間短，工作性能不穩(wěn)定，單位產(chǎn)品能耗過高。三、壓輥的壓力不確定，容易造成物料擠團(tuán)、成型的不穩(wěn)定。四、壓輥內(nèi)端外端與平模相對(duì)線速度不同，形成內(nèi)外端速度差，使成型過程中擠壓能耗較大，使得成型產(chǎn)品質(zhì)量的不均勻，作業(yè)時(shí)還會(huì)發(fā)出較大噪聲。這些特點(diǎn)都給工作中的機(jī)器和人帶來不安全、不穩(wěn)定隱患。
3、平模成型機(jī)的創(chuàng)新安全設(shè)計(jì)
安全設(shè)計(jì)是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的理念，是設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)的基本恩想是“以人為本”，也就是人機(jī)系統(tǒng)的對(duì)象是人。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要能保證人的健康和安全，通過優(yōu)化改善工作條件，來相應(yīng)地提高效率和整體工作滿意度，這些因素轉(zhuǎn)化為高效率的生產(chǎn)力，從而提高整機(jī)的使用價(jià)值和生產(chǎn)率。
人機(jī)工程學(xué)是安全設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是綜合性的邊緣科學(xué)，基本理論涉及到人體測(cè)量學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、行為科學(xué)及安全工程學(xué)等多門學(xué)科。針對(duì)傳統(tǒng)的平模成型機(jī)設(shè)計(jì)中存在的不安全因素，在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中既要克服以上缺點(diǎn)，又應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)原理，主要從壓輥、輥軸和平模3個(gè)方面進(jìn)行了創(chuàng)新安全設(shè)計(jì)。
3.1 安全設(shè)計(jì)中技術(shù)矛盾定義
TRIZ中系統(tǒng)的矛盾分為管理矛盾、物理矛盾和技術(shù)矛盾。
管理矛盾是指在一個(gè)系統(tǒng)中，各個(gè)子系統(tǒng)已經(jīng)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，但是子系統(tǒng)之間產(chǎn)生不利的相互作用、相互影響，使整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生問題。解決管理矛盾的方法，要依靠化解具體子系統(tǒng)的物理矛盾或者技術(shù)矛盾來解決。
物理矛盾是指對(duì)系統(tǒng)的同一個(gè)參數(shù)有不同的要求。解決物理矛盾的方法是，采用分離原理來解決。
技術(shù)矛盾是指改善技術(shù)系統(tǒng)的某個(gè)參數(shù)而導(dǎo)致另一個(gè)參數(shù)發(fā)生惡化產(chǎn)生的矛盾。解決物理矛盾的方法是，采用矛盾矩陣來解決。
壓輥和輥軸作為生物質(zhì)平模成型機(jī)的核心工作部件，其結(jié)構(gòu)參數(shù)決定了生物質(zhì)性能的重要因素，也是人機(jī)安全設(shè)計(jì)中最重要的兩個(gè)方面。不安全因素分析中看出傳統(tǒng)壓輥的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)速低、直徑大。創(chuàng)新設(shè)計(jì)中采用較大的直徑來增大壓輥的攫取角，使工作中的壓輥對(duì)物料有較強(qiáng)的攫取力，降低了磨損。用TRIZ進(jìn)行工程參數(shù)選擇，這是欲改善的特征。對(duì)應(yīng)到通用工程參數(shù)中選擇(12)形狀作為欲改善的參數(shù)。
平模成型機(jī)工作過程壓輥與平模做相向運(yùn)動(dòng)，壓輥繞輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，不僅有滾動(dòng)，也有滑動(dòng)。在擠壓時(shí)對(duì)壓輥與平模的磨損程度很大，易損，維護(hù)困難，工作性能不穩(wěn)定。這就是被惡化的特性，對(duì)應(yīng)到工程參數(shù)中選擇13（結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性）作為惡化的參數(shù)。
要改進(jìn)的工程參數(shù)，主要包括欲改善的參數(shù)和欲惡化的參數(shù)，這兩者構(gòu)成系統(tǒng)的一對(duì)技術(shù)矛盾，應(yīng)用TRIZ克服這些矛盾，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。
3.2矛盾矩陣
TRIZ把導(dǎo)致技術(shù)矛盾的因素歸納出39個(gè)工程參數(shù)（如表1所示），提供了任意兩個(gè)參數(shù)產(chǎn)生矛盾時(shí)，化解該矛盾所使用的40條創(chuàng)新原理。由39個(gè)工程參數(shù)和40條創(chuàng)新原理所構(gòu)成矛盾矩陣。矩陣中第1行為惡化的特征參數(shù)，第1列為改善的特征參數(shù)。矛盾矩陣中每個(gè)矩陣元素表示為：所定義技術(shù)矛盾推薦的發(fā)明原理序號(hào)，即標(biāo)準(zhǔn)解。按著設(shè)計(jì)思路，根據(jù)本領(lǐng)域的特點(diǎn)將標(biāo)準(zhǔn)解具體化，找到問題的具體解決方法。
3.3應(yīng)用TRIZ創(chuàng)新原理進(jìn)行安全設(shè)計(jì)
TRIZ中提供了消除技術(shù)矛盾的40條創(chuàng)新原理。根據(jù)上述分析，得出矛盾矩陣如表2中所描述。由矛盾矩陣得到推薦的創(chuàng)新原理號(hào)為33、01、18、04。
33--致原則：指定物體相互作用的物體應(yīng)當(dāng)用同一（或性質(zhì)相近的）材料制成。此方法對(duì)本文中定義的技術(shù)矛盾解決無(wú)貢獻(xiàn)。
01-分割原則：①將物體分成獨(dú)立的部分：②使物體成為可拆卸的；③增加物體的分割程度。
18-機(jī)械振動(dòng)原則：此方法對(duì)本文中定義的技術(shù)矛盾解決無(wú)貢獻(xiàn)。
04-不對(duì)稱原則：①物體的對(duì)稱形式轉(zhuǎn)為不對(duì)稱形式；②如果物體不是對(duì)稱的，則加強(qiáng)它的不對(duì)稱程度。
克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中不安全因素，從人機(jī)安全設(shè)計(jì)的壓輥、輥軸和平模三個(gè)方面出發(fā)，根據(jù)不對(duì)稱原則，可將壓輥改變形狀，外形設(shè)計(jì)成錐體。而且圓周方向與平面模板的接觸線速度相同，保證壓輥與平模板間的間隙始終相同，使整個(gè)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)率始終不變，耗電量始終一致，降低噪音。
根據(jù)分割原則將壓輥分成多個(gè)獨(dú)立的壓輥，結(jié)合4號(hào)創(chuàng)新原理，把平模成型機(jī)壓輥改進(jìn)成三個(gè)錐體。當(dāng)壓輥在平模上作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，沒有滑動(dòng)摩擦力可以縮小壓輥與平模的磨損程度；增加機(jī)器的安全性，提高工作過程的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)連續(xù)工作時(shí)間。
3.4改進(jìn)壓輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)前面的分析，對(duì)壓輥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。外形圖如圖1。
首先，在物料摩擦力的作用下壓輥與平模之間是純滾動(dòng)，接觸的平模內(nèi)圈直徑為110 mm．外圈直徑為470 mm。要求圓周方向與平模的接觸線速度相同，就要求壓輥的大小直徑與接觸處平模的直徑大小相同或成比例。
確定壓輥?zhàn)畲笾睆絩i=300m，最小直徑r2-krl，比例系數(shù)k=300/470=0.64，則r2—0.64x110=70.4 mm。
壓輥與軸安裝孔的尺寸的設(shè)計(jì)：小直徑端選取一個(gè)軸承，選取深溝球軸承，型號(hào)62/22，內(nèi)徑d=22 mm，外徑D=50mm，寬度B=14 mm。則小直徑端開孔di=50 mm，長(zhǎng)度比軸承寬度大，用于軸承蓋定位軸承用，，1=17 mm。軸承另一邊用軸肩定位。
大直徑端選取兩個(gè)軸承，選取深溝球軸承，型號(hào)6211，內(nèi)徑55 mm，外徑Ø=100mm，寬度B1=21 mm。所以大直徑端孔徑d4=100mm，L4=69 mm。兩個(gè)軸承之間用套筒定位，外端用軸承蓋和套筒定位。
4、結(jié)束語(yǔ)
(1)壓輥改進(jìn)為錐形，與平模的接觸線速度一致，消除了壓輥和平模間的錯(cuò)位摩擦，減少了阻力，降低了動(dòng)能損耗，延長(zhǎng)了壓輥和平模的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)省了人力資源。
(2)壓輥分成多個(gè)獨(dú)立的壓輥，操作簡(jiǎn)單使用方便，穩(wěn)定性好，檢修方便，增大了壓制面積，提高了生產(chǎn)工作效率。
(3)壓輥外側(cè)不與物料摩擦，能最大限度地保護(hù)軸承，減少噪聲。
以TRIZ為工具的安全設(shè)計(jì)可以克服制約生物質(zhì)成型技術(shù)發(fā)展的重要因素，能最大限度地減少事故的發(fā)生，帶來明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。TRIZ解決問題的系統(tǒng)化方法為現(xiàn)實(shí)問題提供了非常有效的工具，可以減少傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中所耗費(fèi)的時(shí)間和精力，提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)安全性。
