0、引言
ARIZ (Algorithm for Inventive-Ptoblem SoMng)一發(fā)明問題解決算法,是發(fā)明問題解決理論TRIZ中一主要的分析、解決問題的方法。ARIZ算法集成應(yīng)用了TRIZ理論中絕大多數(shù)工具,包括技術(shù)矛盾、物理矛盾、物場模型、小人法、理想解、知識庫,將它們納入一個流程中,采用一套邏輯過程逐步將一個模糊的初始問題轉(zhuǎn)化為用沖突清楚表示的問題模型。ARIZ具有優(yōu)秀的易操作性、系統(tǒng)性、實用性以及易流程化等特點,尤其對于問題情境復(fù)雜、矛盾不明顯的非標(biāo)準(zhǔn)發(fā)明問題,更加可行和有效。
1、ARIZ 85C解題流程
ARIZ- 85C的解題流程分為9大部分。
(1)現(xiàn)有問題分析。發(fā)明問題情境的特征是,問題的初始定義含糊不清,沒有解決問題的方向和啟示。ARIZ第一部分的目的是從模糊的發(fā)明問題情境中建立清晰、簡單的問題模型。
(2)問題模型分析。ARIZ第二部分的目的是分析空間資源、時間資源、物質(zhì)和場資源,哪些資源可用于解決問題。
(3)描述問題的最終理想解(IFR)和物理矛盾。ARIZ第三部分的目的是描述出最終理想結(jié)果IFR.確定妨礙達(dá)到IFR的物理矛盾。雖然不是每次都能達(dá)到IFR,但I(xiàn)FR能指明解決問題的方向。
(4)調(diào)動和使用物質(zhì)一場資源。ARIZ第四部分的目的是增加可用資源的數(shù)量,通過改動已有的物質(zhì)一場資源得到派生的物質(zhì)一場資源。大多數(shù)情況下,到ARIZ第四部分能夠得到解決方案,此時可直接進(jìn)入第七部分。若到第四部分還未找到解決方案,則進(jìn)入第五部分。
(5)運用TRTZ知識庫。ARIZ第五部分的目的是運用知識庫,直接尋找解決問題的方法。
(6)改變或替換原有問題。ARIZ第六部分是重新定義問題。如果問題在前5步?jīng)]有得到解決,需要修改問題表述,并跳回到第一步。ARIZ中,創(chuàng)新問題求解的過程是對問題不斷地描述,不斷地標(biāo)準(zhǔn)化的過程。實際問題解決的過程就是不斷修正問題描述的過程,在這個過程中核心問題逐漸從初始情境描述的繁多信息中清晰浮現(xiàn)出來。
(7)分析已得到的方案。ARIZ第七部分的目的是檢查所得到方案的質(zhì)量,避免采用不理想的方案,讓問題解決的更理想。
(8)應(yīng)用已得到的方案。ARIZ第八部分的目的是最大化的利用已得到的解決方案。一個好的方案不僅能解決一個問題,同時也是一把解決其他問題的通片I鑰匙。
(9)分析解決問題的整體流程。ARIZ第九部分主要是面向TR Iz專家,用于評估改進(jìn)ARIZ。
2 ARIZ在林木生物質(zhì)粉碎機(jī)設(shè)計中的應(yīng)用
大部分林木生物質(zhì)原料在開發(fā)利用前期都需要進(jìn)行粉碎加工處理,以便進(jìn)一步加工利用,F(xiàn)需設(shè)計一臺粉碎機(jī),粉碎顆粒尺寸為lmm以下,生產(chǎn)率為1t/h以上。通過查詢、調(diào)研,沒有可以滿足上述要求的粉碎機(jī)產(chǎn)品,擬借鑒錘式粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu),如圖1所示,F(xiàn)有的錘式粉碎機(jī)一般由機(jī)體、電動機(jī)、轉(zhuǎn)子、錘刀和篩網(wǎng)組成.利用高速旋轉(zhuǎn)的錘刀在粉碎室內(nèi)對物料進(jìn)行打擊、切割,粒度合格的物料通過篩網(wǎng)的篩孔排出。
這種結(jié)構(gòu)的主要問題是粉碎顆粒尺寸過大(多為lOmm以上);生產(chǎn)率低;刀具磨損快、壽命低。應(yīng)用ARIZ進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計,首要解決的問題是工具粉碎物料有效性差。物料剛進(jìn)入粉碎室時受到有效打擊力很大,然后在錘刀高速旋轉(zhuǎn)的帶動下,物料加速,與錘刀作同一方向的旋轉(zhuǎn)運動,形成一層環(huán)流層,降低了物料和刀具的相對速度,從而使刀具粉碎物料的有效
性降低,影響了物料粉碎粒度進(jìn)一步的減。和瑫r由于離心力的作用,使大粒度物料緊靠在篩網(wǎng)上,阻礙了合格的小粒度物料及時過篩,導(dǎo)致生產(chǎn)效率低,還會產(chǎn)生過粉碎現(xiàn)象導(dǎo)致能耗增加。
(1)現(xiàn)有問題分析:①描述最小問題。系統(tǒng)的名稱:粉碎機(jī)。系統(tǒng)的功能:粉碎物料。系統(tǒng)的組成部分有物料、刀具、篩網(wǎng)、粉碎室。定義系統(tǒng)存在的技術(shù)矛盾TC1和TC2。TCI:若刀具排列密度大,可以將物料粉碎很細(xì),但增加系統(tǒng)復(fù)雜性。TC2:若刀具排列密度小,不能很好地粉碎物料,但制造容易、成本低。在對系統(tǒng)改動最小的情況下,希望達(dá)到的目標(biāo)是:不增加系統(tǒng)復(fù)雜性的前提下,能將物料粉碎至所需粒度(lmm);②找出產(chǎn)生技術(shù)矛盾的組件對。作用工具是粉碎刀具,作用對象是物料;③畫出技術(shù)矛盾的示意模型圖。技術(shù)矛盾TC1的示意模型如圖2(a),技術(shù)矛盾TC2的的示意模型如圖2(b)所示;④選取主要技術(shù)矛盾。選取與技術(shù)系統(tǒng)的主要功能有密切聯(lián)系的技術(shù)矛盾進(jìn)行解決。本系統(tǒng)的主要目的是將物料粉碎至所需細(xì)度,因此選取技術(shù)矛盾TCI;⑤加強(qiáng)矛盾沖突,指出組件作用的極限狀態(tài)。刀具排列密度很。ㄖ挥幸话训毒撸,而能將物料粉碎很細(xì):⑥建立問題模型。必須找到一個X元素,即能維持刀具排列密度很小,又能保證物料粉碎很細(xì);⑦嘗試應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解解決問題,F(xiàn)在問題的物一場模型如圖3所示,刀具S2對物料Sl的作用力不足,可應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解系統(tǒng)中的第二類標(biāo)準(zhǔn)解“增強(qiáng)物一場模型。
由標(biāo)準(zhǔn)解15“向雙物質(zhì)一場躍遷”,現(xiàn)有系統(tǒng)的有用作用力F1不足,可以加入第二個場F2來增強(qiáng)Fl的作用,得到概念方案l:采用風(fēng)力輸送,通過高壓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)力,加速合格物料通過篩網(wǎng)。由標(biāo)準(zhǔn)解17“向帶有工具分散物質(zhì)的物質(zhì)一場躍遷”,提高完成工具功能的物質(zhì)分散度,得到概念方案2:讓粉碎室內(nèi)布滿刀具,可在篩網(wǎng)上加底刀。由標(biāo)準(zhǔn)解21“向結(jié)構(gòu)物質(zhì)一場躍遷”,將均勻的物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)變成不均勻的物質(zhì)空間結(jié)構(gòu),得到概念方案3:采用不規(guī)則粉碎室如橢圓形、水滴型粉碎室替代圓形粉碎室,破壞物料環(huán)流層.增加有效打擊力度。
(2)問題模型分析。①確定操作區(qū)域:刀具和物料接觸處。一般操作區(qū)域就定義為問題模型中矛盾出現(xiàn)的地方;②確定操作時間。操作時間包括矛盾發(fā)生的時間(機(jī)器開動,粉碎作業(yè)時)以及矛盾發(fā)生前的時間(預(yù)處理物料、進(jìn)料時);③確定技術(shù)系統(tǒng)、外界環(huán)境以及作用對象的物質(zhì)一場資源?捎觅Y源見表1。
(3)調(diào)動和使用物場資源SFR。建立“小人”模型。圖4(a)為當(dāng)前系統(tǒng)小人模型,由于高速環(huán)流層的作用,物料貼在篩網(wǎng)內(nèi)壁,刀具追打物料,有效粉碎性差。圖4(b)為改進(jìn)系統(tǒng)小人模型,每個物料小人都被刀具小人包圍,提高有效打擊力度。
由改進(jìn)后的小人模型,結(jié)合資源分析,綜合分析概念方案1~3.得到問題的解決方案——雙層篩式粉碎機(jī),如圖5所示。里層篩孔尺寸大,外層篩孔尺寸小,解決了單層篩結(jié)構(gòu)中大粒度物料緊靠在篩網(wǎng)上,阻礙合格的小粒度物料及時過篩的問題。采用風(fēng)力輸送合格物料。在里層篩網(wǎng)上安裝底刀,對物料起輔助切削作用;底刀的存在也破壞了物料的高速環(huán)流層,增大了物料和刀具的相對運動速度,從而提高了刀具對物料的有效打擊力度。兩層篩之間的物料可定期導(dǎo)出后返回粉碎室繼續(xù)被粉碎,也可利用雙層篩分的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)兩種不同粒度要求的產(chǎn)品。
(4)分析已得到的方案。通過專利搜索確認(rèn)了方案的新穎性,現(xiàn)已向國家知識產(chǎn)權(quán)局提出了專利申請。
3、結(jié)束語
(1) ARIZ的解題流程是先將問題逐漸收縮,集中到最小區(qū)域,找到最核心最突出的矛盾,指引解題者朝著理想最終結(jié)果的方向前進(jìn);然后再逐漸發(fā)散、放大,從多途徑來解決問題。
(2)應(yīng)用ARIZ解題時,不提倡從最初的啟示直接過渡到解決方案或直接完善不成熟的方案,答案應(yīng)是逐步浮現(xiàn)的,以此來保證得到的方案簡便有效,能以最小的代價解決問題。
(3)由于實際問題有復(fù)雜的表象,不一定在第一次分析時就能對問題做出正確的描述,ARIZ算法的循環(huán)結(jié)構(gòu)可以對初始問題進(jìn)行一系列變形和再定義,實現(xiàn)對問題的逐步深入分析和轉(zhuǎn)化,最終解決問題。
三門峽富通新能源銷售顆粒機(jī)、秸稈粉碎機(jī)、破碎機(jī)等機(jī)械設(shè)備。