基于TRIZ 方法的新鮮辣木葉脫葉機械化裝置的設計

李廣興 鐘義廣 沙國新

（1.廣西機電職業技術學院，廣西南寧 530007；2.廣西習緣辣木有限公司，廣西南寧 530200）

辣木樹是多年生熱帶、亞熱帶落葉喬木，最早源于印度，自古就為印度素食者提供日常所需的營養，由于較易栽培，被聯合國作為解決非洲食品缺乏的援助項目。近年來，在我國廣西、廣東、海南、云南等省份大面積推廣種植，辣木的食療價值和醫用價值被廣泛認同。

針對極具經濟價值和開發潛力的辣木葉，利用辣木葉獨特的柔軟性及其脫葉機理，開展新鮮辣木葉脫葉機械化技術研究與生產示范。通過不同的工藝措施，進行設計比較優化，獲得最優新鮮辣木葉脫葉技術模式；同時研究辣木葉脫葉后的營養成分保存的有效途徑，以獲得葉片完整、新鮮、安全、優質的辣木葉，并形成新鮮辣木葉脫葉標準化技術規程，從而帶動整個辣木產業的突破性發展。

TRIZ 作為一個強有力的創新和解決技術問題的工具，已經成為諸多世界知名企業工程文化的一部分。本文嘗試運用TRIZ理論，幫助解決新鮮辣木葉在采摘和脫葉過程中遇到的技術難題。

1 技術問題解決流程

針對辣木葉采摘中出現的問題，運用TRIZ 分析問題解決的流程及方法，運用最終理想解分析、因果分析、資源分析、矛盾分析、物-場分析以及TRIZ 創新設計軟件等工具，得到多個創意解。最后，從經濟性和應用效果兩方面對創意解進行綜合評價，提出采用柔性硅膠材料作為新鮮辣木葉脫葉機械化裝置的解決方案。

在應用TRIZ 理論解決實際問題時，可根據具體情況，不需要每一步都嚴格依照流程，可選擇其中幾個步驟進行，順序也可以調整，只要能找到理想的解決方案即可。

2 運用TRIZ 工具解決機械設備設計技術難題

2.1 新鮮辣木葉脫葉機械化裝置設計問題的項目概況

新鮮辣木葉脫葉機械化裝置是將辣木葉從辣木樹枝中采摘和分離的自動化設備。目前的難題是：采用人工采摘辣木葉效率低、成本高；采用普通茶葉采摘裝置對辣木葉進行采摘時，容易造成辣木葉的損傷。亟待解決的問題是：在盡量提高采摘效率和降低成本的情況下，保持辣木葉完好無損傷。

2.2 確定項目目標及問題的進一步描述

項目目標：在盡量提高采摘效率和降低成本的情況下，保持辣木葉完好無損傷。

目前采用人工采摘辣木葉，存在效率低、成本高的問題；如果采用茶葉采摘設備對辣木葉進行采摘，容易造成辣木葉的損傷。

2.3 分析問題的最終理想解

解決方案的理想愿景：在沒有帶來其他任何有害作用的情況下，新鮮辣木葉自動從樹枝完好無損地分離出來。

創意解1：利用氣流、水流或光照的方法分離辣木葉，使其在沒有受到損傷的情況下實現枝葉的分離。

從TRIZ 理論的角度來理解，這是不改變工程系統又提高理想度的好辦法[1]。

2.4 因果分析

采用因果分析法，對辣木葉脫葉機械裝置損傷葉子的問題產生的原因進行深入分析。

2.4.1 魚骨圖

利用魚骨圖的分析方法，可以很直觀的看出在采摘葉子的過程中易損壞的原因，如圖1 所示。

圖1 魚骨圖

2.4.2 5WHY 分析過程

根據5WHY 分析法，對關鍵問題連續以5 個“為什么”來自問，以追究其根本原因。可以得到以下創意：

創意解2：通過改變刀片結構，減少刀片對葉子的損壞程度，從而提高葉子采摘完整率。

創意解3：通過改變設備轉速，減少因轉速過高對葉子的損壞作用，從而提高葉子采摘完整率。

2.5 資源分析

運用九屏幕法對系統進行探究，針對問題，分析其輸入、輸出、過去、現在、將來、原因、結果、內部、外部資源，尋求解決方法，得到以下創意：

創意解4：通過強大水流清洗把葉子沖洗下來，從而提高葉子采摘完整率。

2.6 矛盾分析

將問題轉化為技術矛盾問題模型，運用39×39 矛盾矩陣找到對應發明原理，通過問題描述、工程參數、發明原理、創意概念四個方面得到分析結論，如表1 所示。

2.7 功能分析

使用創新設計軟件IWB，依據項目描述創建功能模型，IWB 軟件利用自帶的算子給出提示，產生解決問題的創意。

創意解10：利用風力，使辣木葉進入多孔面板，通過刀具分離面板下的辣木葉。

創意解11：利用細條狀刀具通過抽拉方式分離辣木葉[2]。

2.8 物場分析

該物-場模型為有害的物-場模型，根據標準解法引入第三種物質或第二個場，如圖2 所示。

圖2 辣木葉采摘裝置的物-場模型

創意解12：給刀片引入第三種物質減少刀片切削辣木葉的誤差。

創意解13：給辣木葉引入第二個場，可以讓葉子被切削的位置更準確。

2.9 創意解評價及優化

將取得的創意解分為下列幾類：（1）改變工藝順序；（2）高速水流采摘方式；（3）高速氣流采摘方式；（4）引入第二個場到辣木葉；（5）采用多孔結構；（6）采用細條狀刀具；（7）利用氣穴現象使葉子分離；（8）采用多維刀片結構；（9）采用周期性旋轉刀架；（10）采用柔性結構。通過影響-努力矩陣圖法進行分析，從經濟性和技術難度兩個方面考慮，創意解4、創意解5、創意解10，對解決該問題的效果比較好。

表1 技術矛盾分析

2.10 問題解決方案

2.10.1 引入第二個場到辣木葉

在辣木葉采摘裝置中加入高壓電場，使辣木葉在強電場的作用下有序排列，然后再利用刀片進行剪切，減少刀片對辣木葉的傷害，提高辣木葉的完好率。

2.10.2 采用多孔結構

在辣木葉采摘裝置中采用多孔結構，使辣木葉穿過該多孔結構，然后再利用刀片進行剪切，減少刀片對辣木葉的傷害，提高辣木葉的完好率。

2.10.3 采用柔性結構

在辣木葉采摘裝置中采用兩個相對旋轉的柔性硅膠輥輪，使辣木枝葉在快速旋轉的柔性硅膠輥輪的作用下脫掉葉子，柔性硅膠可以減少對辣木葉的傷害，提高辣木葉的完好率[3]。

3 結論

本項目通過運用5W1H 的方法、IFR、技術系統的進化法則，找出可能解題方向、畫魚骨圖和5WHY 分析法，分析問題產生的根本原因、資源分析、矛盾分析、功能分析、物場分析、科學效應后，采用親和圖法進行創意分類并評價，經過“影響-努力矩陣”篩選出最佳方案，查閱國內外相關技術資料和最新研究成果，按照TRIZ 解題流程，重新梳理項目研究流程，反復研究論證，最后確定項目的最佳解決方案為：采用柔性硅膠結構的新鮮辣木葉脫葉機械化裝置。