TRIZ 理论在立式冷藏展示柜噪声改进中的应用

刘 丽 陈海周 解伟民 毕义成

（青岛科技大学机电学院，山东 高密261500）

在我国经济快速发展的背景下，立式冷藏展示柜的普及率越来越高，立式冷藏展示柜由于制冷方式不同，分为直冷式和风冷式。直冷式耗电小、噪音低、价格低。但冷藏食品速度慢，温度均匀性差，需人工除霜。风冷式冷藏速度快、无需（自动）除霜、温度均匀性好，但其价格高、耗电量大、噪音高。随着人们生活品质越来越高，对于消费环境的要求自然也越来越高，立式冷藏展示柜的噪声问题也越来越得到经销商和客户的关注。十九大报告58 次提创新，强调创新是现代化经济的战略支撑，传统的创新方法包括：试错法、头脑风暴法、逆向思维法等，其创新效率低下，易造成人力、物力巨大的浪费。1956 年阿奇舒勒提出了“发明问题解决理论”既TRIZ 理论，其不仅提高了技术问题的解决能力，缩短了产品的研发周期，还使企业技术创新的方向具有可预见性，从而降低了企业技术创新的风险。目前，TRIZ 不仅在工程技术领域发挥着巨大作用，成为企业创新的利器，而且已经在自然科学、社会科学、管理科学、生物科学等多领域得到了应用。本文运用图1 所示TRIZ 解决问题的原理对立式冷藏展示柜噪声问题进行分析与改进。

图1 TRIZ 解决问题的原理

1 定义系统名称

要解决立式冷藏展示柜的噪声问题，首先需要对解决的问题有一个清楚的定义。风冷式立式冷藏展示柜是具有冷藏、展示等功能的隔热柜体，主要用于饮料的存储和销售。压缩机做功将制冷剂压缩为高温高压的气体，然后流过冷凝器，向外界释放热量变为低温高压的液体，随后进入蒸发器变为低温低压的气体，吸收箱体内热量，实现箱内的制冷。根据立式冷藏展示柜整个工作过程的描述，我们可以对系统名称简练定义为“立式冷藏展示柜各部件配合实现制冷”。在整个工作过程中产生的噪声主要有压缩机工作产生的机械噪声、冷凝风机工作产生的气动噪声、蒸发风机工作产生的气动噪声、制冷剂在管路中流动产生的流体噪声，其噪声频率分布如图2 所示。

图2 立式冷藏展示柜噪声及频率分布

2 转化为TRIZ 问题模型

要利用TRIZ 作为解决问题的工具，需要将具体问题转化为相应的模型。根据上文对立式冷藏展示柜工作原理及噪声问题的论述，进一步利用TRIZ 理论来对立式冷藏展示柜进行描述。其工作原理描述为：电源驱动压缩机，电源驱动冷凝电机，电源驱动蒸发电机，冷凝电机带动冷凝扇叶，蒸发电机带动蒸发扇叶，U 型支架固定冷凝电机，直板式支架固定蒸发电机，压缩机底板固定压缩机，压缩机底板固定U 型支架，顶罩固定直板式支架，压缩机驱动制冷剂。

立式冷藏展示柜主要噪声问题描述为：压缩机运行产生机械噪声，冷凝电机工作产生机械噪声，蒸发电机工作产生机械噪声，冷凝扇叶旋转产生气动噪声，蒸发扇叶旋转产生气动噪声，冷凝电机碰撞U 型支架，蒸发电机碰撞直板式支架，压缩机碰撞压缩机底板，U 型支架碰撞压缩机底板，直板式支架碰撞顶罩，制冷剂碰撞制冷管路。对于本文所描述的问题模型属于技术矛盾，解决技术矛盾的工具是矛盾矩阵，解决方案运用40 个发明原理。

3 功能分析

功能分析是一个分析问题的工具，是一种识别系统和超系统组件的功能、特点及其成本的分析工具。本文所描述的各噪声组件有的为立式冷藏展示柜的主要噪声源，有的为立式冷藏展示柜的非主要噪声源，根据各组件噪声对立式冷藏展示柜整机噪声贡献度的大小来分析判定各组件功能属性，并利用式（1）理想化水平公式来得到各组件的理想度，各组件理想度如表1 所示。

表1 组件功能分析

由表1 可以得到各功能组件理想化水平大小，有小到大为（1）制冷剂；（2）压缩机；（3）U 型支架；（4）直板式支架；（5）冷凝电机；（6）冷凝扇叶；（7）蒸发电机；（8）顶罩；（9）压缩机底板（10）蒸发扇叶。

4 应用发明原理确定解决方案

根据各组件功能分析及考虑企业改造成本我们对蒸发扇叶进行TRIZ 问题分析，蒸发扇叶如图3 所示。如果使用该普通蒸发扇叶作为风冷系统的动力源，那么产品成本较低，但是扇叶转动气动噪声较大，铝合金材质扇叶旋转存在一定危险性。如果解决方案是使用一种PP 材质的翼型扇叶作为该风冷系统的动力源，如图4 所示，那么能大大减少扇叶旋转产生的气动噪声，较铝合金扇叶安全性较高，但是该翼型扇叶结构复杂、成本稍高。由于我们的目标是要改善立式冷藏展示柜的噪声，所以我们选择将铝合金扇叶换为翼型降噪扇叶，所以翼型扇叶成为我们选择的技术矛盾。我们优化的目标是要降低立式冷藏展示柜工作过程中的噪声，因此，降低噪声是技术矛盾中要改善的参数，由于需要安装翼型扇叶来降低气动噪声，使得产品的成本增加，因此产品的成本是恶化的参数。将改善的参数和恶化的参数均化为阿奇舒勒通用工程参数，在39 个通用工程参数中寻找最接近的通用工程参数。因为“降低噪声”的措施为更换为翼型扇叶，所以最接近于通用工程参数的12“形状”。同样的，“增加产品成本”最接近于通用工程参数的24“物质损失”，所以得到表2 所示的具体参数和典型参数对应表。

在阿奇舒勒矛盾矩阵中确定改善参数“形状”和恶化参数“物质损失”，如表3 所示。改善参数“形状”在第12 行，恶化参数“物质损失”在第23 列，其交叉对应的单元显示的数字为35、29、3、5，每一个数字都分别对应40 个发明原理的编号，如表4所示。通过使用上述步骤确定的发明原理找到了具体解决方案，通过更换为翼型降噪扇叶，有效的降低了风机的气动噪声，进而明显降低了立式冷藏展示柜的整机噪声。

图3 普通蒸发扇叶

图4 翼型蒸发扇叶

表2 具体参数与典型参数对应表

5 结论

本文在立式冷藏展示柜噪声的问题上创新性的运用TRIZ理论进行了分析。依据TRIZ 理论分析解决问题步骤，确定了立式冷藏展示柜风冷系统中的蒸发扇叶为本文分析的一组技术矛盾，并在39 个通用工程参数中寻找到最接近的通用工程参数。随后根据找到的2 个通用工程参数在矛盾矩阵中确定对应40 个发明原理的编号，并最终确定了更换翼型降噪扇叶的解决方案，较好的降低了立式冷藏展示柜的整机噪声。