TRIZ理论在路面散粮捡拾机研制中的应用分析

刘心声，滕海坤

（黑河学院 计算机与信息工程学院，黑龙江 黑河 164300）

目前，应用型本科院校面临学生应用创新能力缺失的问题，大都在不断地探索学生应用创新能力培养的模式与途径，利用TRIZ理论进行应用创新能力培养是我院长期探索的一种途径。TRIZ是前苏联发明家G. S. Altshuller在1946年创立的发明问题解决理论，提供了一系列发明问题解决工具和方法，是目前较为完善的创新能力培养理论体系之一。

学生要具有一定的应用创新能力，则必须要掌握一定的创新方法、工具，为此我们在人才培养方案中设置了《TRIZ创新基础》课程，为学生提供创新能力理论体系支撑，但仅掌握创新理论体系是不够的，它不能转化为学生的应用创新能力，我们通过课外科技创新活动，引导师生利用TRIZ理论进行发明创新，下面就以路面散粮捡拾机的研制为例，来说明TRIZ理论在产品研制过程中的应用分析。

1 散粮捡拾机工作原理

散粮捡拾机主要由捡拾装置、筛选分离装置、粮食升运装置等组成，系统结构设计如图1所示。首先，通过捡拾装置捡取地面上的散落粮食，使用四杆仿形装置确保散粮捡拾机与拖拉机（动力装置）稳固连接，同时控制捡拾装置与地面的距离，使得收集粮食更加精确；其次，使两层震动大筛分离装置将杂物与粮食进行有效分离，提高粮食清洁率；最后通过升运装置输送至运输车上。系统每个装置都是模块化，简化了组装难度，降低了维修成本。

图1 散粮捡拾机结构图

2 存在问题及限制条件

2.1 存在问题

（1）捡拾装置风口堵塞：比如一些较大的秸秆杂草、塑料进入捡拾装置导致风口堵塞；

（2）粮食与杂质（土壤、石子）分离效果：不同粮食的重量不同，所捡拾的东西也不一样，例如一粒黄豆的重量和一个细小石子差不多，分离时若是根据重量来分离很难分离开；另外，若是在垄沟中，收割机剩下的粮食和秸秆以及一些土壤混合在一起很难分离；

（3）根据路面状况及散落粮食的密度自动调整捡拾装置离地高度：散落粮食密集程度不同，捡拾装置所需离地的高度也应不同。若是散落的密度大，而捡拾装置离地高度较矮，吸拾地面面积较小，则吸入散落的粮食就会比离地面相对较高时少，从而达不到快速捡拾散落粮食的目的。

2.2 限制条件

（1）本设备多用于公路旁平整地带：农村道路多为不平坦路面，有时非常不利于捡拾机对散落粮食的捡拾。

（2）捡拾装置离地高度及吸风口风力的智能化控制约束条件，目前只能由司机根据路面平整情况及路面粮食密度来进行手动控制调整。

（3）捡拾只适合在春秋季节，而在冬天，散落粮食混杂积雪中，无法捡拾。

3 TRIZ理论应用分析

3.1 系统分析

本设备基于模块组件构建，根据TRIZ技术系统进化法则和分割、组合等原理，对其功能模块组成优化分析如图2所示。首先，建立模块列表，描述设备模块组成及各模块的层次；其次进行作用分析，描述各模块之间的相互作用关系；最后，建立模块的功能模型，使用规范化的语言进行描述。

图2 功能模块分析图

图4 方案1散粮捡拾机示意图

图3 因果链分析图

3.2 因果分析

根据路面散落粮食捡拾存在的问题及限制条件，分析产生这些问题的各种因素，得出图3所示的因果链分析图，然后根据TRIZ矛盾矩阵工具绘制系统矛盾矩阵表，确定系统最优化解。

3.3 创新优化方案

方案1：根据因果链分析，利用TRIZ分离、组合、气动和液压等原则，使用Solidworks软件进行散粮捡拾机绘图设计（如图4所示），使用离心风机一体化装置实现散粮的捡拾、杂质分离和升运功能，达到粮食的捡拾效果。经过产品试验发现，由于系统使用了离心风机，散粮破碎率较高。

方案2：利用TRIZ物—场分析法对方案1中存在的问题进行分析，根据TRIZ理论局部作用或过量作用、机械振动等原则，将本系统改为模块化设计，使用贯流式风机实现粮食的捡拾功能，然后利用两层震动大筛实现粮食与杂物的筛选分离，最后使用液压马达和螺旋输送至运输车上，如图5所示。经过实验发现，提高了粮食捡拾效率，降低了粮食破碎率，提高了粮食清洁率。

3.4 方案评价

针对利用TRIZ理论得出的技术方案2改进产品设计，结合实际生产，制造样机，经操作人员实际使用，从安装过程到捡拾粮食各方面指标都大大提高。产品易于生产组装，降低维修难度；提高了粮食捡拾效率和清洁率，降低了粮食破碎率和吸风口的堵塞情况；利用液压马达和螺旋输送装置提高输送能力。这一样机在2017第五届全国“TRIZ”杯大学生创新方法大赛上荣获发明制作类国家级三等奖。

图5 方案2散粮捡拾机改进示意图

4 结语

TRIZ理论作为创新方法的一种，在解决实际问题、产品改进、新产品研发等方面起到积极作用。本文利用这一创造性思维方法，结合原方案存在的问题进行技术改进，对整个装置进行创造研发，最终设计出一个具有创新性、实用性的设计方案。

通过利用TRIZ理论研制路面散粮捡拾机这一案例，课题组成员研究认为：要培养提升应用型本科学生的应用创新能力，首先应该通过课程体系让学生掌握一定的发明创新理论，然后利用相应的专业课程实例融入创新理论方法论，最后通过一个个课外创新项目，引导学生应用创新，并通过参加各种大赛进行检验，激发学生应用创新兴趣。通过这种培养途径，学生的应用创新能力得到飞速提升。

[1]梁秋艳.T RI Z理论在大学生创新创业训练项目中的应用与实践[J].高教论坛,2016, (8).

[2]杨雪荣.基于T RI Z理论的轨检小车机械结构创新设计[J].包装工程,2016, (7).