TRIZ 理論在農(nóng)戶稻谷儲糧倉創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用

摘要：應(yīng)用TRIZ理論對農(nóng)戶稻谷儲糧倉進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，根據(jù)TRIZ理論提供的思路與線索，采取矛盾矩陣、物質(zhì)—場模型等分析方法，針對儲糧問題，提出農(nóng)戶稻谷儲糧倉的創(chuàng)新設(shè)計方案，并經(jīng)實倉儲糧試驗驗證達(dá)到預(yù)期效果。研究表明，應(yīng)用TRIZ理論能夠有效解決儲糧倉設(shè)計中的技術(shù)難題，為糧食儲藏裝備研發(fā)提供思路和借鑒。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論； 稻谷； 儲糧倉； 矛盾矩陣； 物質(zhì)—場模型

中圖分類號：S229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）03-0082-03

TRIZ理論是基于知識創(chuàng)新方法論，其作為指導(dǎo)創(chuàng)新的強(qiáng)大理論工具，可有效引導(dǎo)人們突破思維障礙，以新的視角分析問題，快速找到解決問題的方法。近年來，我國在科技系統(tǒng)中大力推廣TRIZ理論，特別是在裝備制造企業(yè)中的推廣和應(yīng)用，使專業(yè)技術(shù)人員掌握先進(jìn)的創(chuàng)新思維方法，運(yùn)用創(chuàng)新手段和工具，以提高產(chǎn)品創(chuàng)新和設(shè)計能力。TRIZ理論可以使創(chuàng)新成為具有預(yù)見性的過程，有利于提高創(chuàng)新成功率，縮短解決問題周期。與傳統(tǒng)的創(chuàng)新方法相比，它能成功揭示創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，快速確認(rèn)并解決系統(tǒng)中存在的矛盾[1]。應(yīng)用TRIZ原理和工具，對農(nóng)戶稻谷糧倉存在的問題進(jìn)行深入分析，并根據(jù)TRIZ理論給出的方法和步驟，結(jié)合稻谷糧倉結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn)和實例分析，以找到農(nóng)戶稻谷糧倉存在的本質(zhì)問題并確定解決方案。

1 問題背景

我國糧食儲備由中央、地方和農(nóng)村儲備三級體系組成[2]。農(nóng)村糧食儲備點(diǎn)多面廣、數(shù)量巨大，是三級儲備體系的基礎(chǔ)。近年來，隨著規(guī)模化種植經(jīng)營的發(fā)展，農(nóng)村糧食儲備已成為我國糧食儲備的重要部分。稻谷是我國第一大糧食作物和主要儲備糧種，約有70％儲藏于農(nóng)戶家中。因此，口糧稻谷的儲藏減損關(guān)乎國計民生，是國家糧食儲備體系中最為重要的環(huán)節(jié)之一[3-4]。稻谷是遼寧省主要的糧食作物。近年來，遼寧省在全省實施農(nóng)戶科學(xué)儲糧專項工程建設(shè)，以解決農(nóng)戶玉米儲藏的難題。但是農(nóng)戶在稻谷儲藏過程中還存在一些問題，主要表現(xiàn)在：當(dāng)前多數(shù)農(nóng)戶將自產(chǎn)稻谷基本保存在自家倉房或自制的簡易糧倉中，普遍采取的方式是將稻谷裝袋后碼垛堆放儲存。農(nóng)戶儲糧裝具多為編織袋或麻袋等，密閉隔熱及防鼠防潮效果較差。因此，研制農(nóng)戶專用的稻谷儲糧裝備成為一種切實有效的解決途徑。目前，國內(nèi)文獻(xiàn)已有關(guān)于稻谷倉研究的報道，但在實際應(yīng)用過程中存在倉體材料傳熱快、自然通風(fēng)及雨雪防護(hù)性能較差等問題。因此，將TRIZ理論應(yīng)用于稻谷儲糧倉的設(shè)計中，從材料、規(guī)模、功能等方面開發(fā)設(shè)計出適合于農(nóng)戶儲糧的小型糧倉，使其在增加功能、節(jié)材降耗、方便儲糧、堅固耐用等方面得到較大提升。通過完善儲糧倉結(jié)構(gòu)設(shè)計，以實現(xiàn)安全保質(zhì)儲糧、方便作業(yè)和規(guī)模化生產(chǎn)，從而為稻谷儲糧倉的研究創(chuàng)新提供依據(jù)。

2 問題分析及解決方案

應(yīng)用TRIZ原理，將問題所表現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)參數(shù)屬性進(jìn)行定性，將其分別歸入為“技術(shù)矛盾”“物質(zhì)—場問題”等問題模型中，并利用與模型問題對應(yīng)的TRIZ工具進(jìn)行求解。對應(yīng)的工具為“矛盾矩陣”和“76個標(biāo)準(zhǔn)解”。

2.1 技術(shù)矛盾解決方案

采用TRIZ理論的矛盾矩陣法來分析提取稻谷儲糧倉的技術(shù)矛盾參數(shù)。

技術(shù)矛盾1：為使設(shè)計的稻谷儲糧倉結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有時會選擇質(zhì)量較大、強(qiáng)度較高的金屬材料，但這會造成稻谷儲糧倉整體質(zhì)量的增加，給裝糧、拆卸及搬運(yùn)等操作帶來不便，由此構(gòu)成了一對技術(shù)系統(tǒng)的矛盾。欲改變的參數(shù)是結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，惡化的參數(shù)是可操作性。

技術(shù)矛盾2：由于農(nóng)戶對稻谷儲糧倉的倉容需求不同，設(shè)計時需兼顧倉體容積，但倉容的大小可能在一定程度上使儲糧倉的結(jié)構(gòu)或加工工藝變得復(fù)雜，由此構(gòu)成了另一對技術(shù)系統(tǒng)的矛盾。欲改變的參數(shù)是靜止物體的體積，惡化的參數(shù)是系統(tǒng)的復(fù)雜性。

通過上述分析，可以得出稻谷儲糧倉的矛盾矩陣，結(jié)果見表1。表1中的第一列表示技術(shù)矛盾中系統(tǒng)需要改善的參數(shù)名稱，第一行表示在改善參數(shù)時，導(dǎo)致惡化的另一個參數(shù)。在矛盾矩陣表中每個單元格內(nèi)的數(shù)字所對應(yīng)的內(nèi)容，均表示解決對應(yīng)的技術(shù)矛盾時有可能用到的創(chuàng)新原理。

根據(jù)創(chuàng)新原理給出的提示，對問題展開深入思考，得出以下稻谷儲糧倉的創(chuàng)新設(shè)計方案。

根據(jù)創(chuàng)新原理32改變顏色原理提示，可以考慮選用淺色系材料作為稻谷儲糧倉的倉體材料，以減少儲糧倉倉體對外界熱量的吸收。根據(jù)創(chuàng)新原理35參數(shù)變化和30柔性殼體原理提示，可以將倉體的加工材料由原來的木質(zhì)或鋼管等改為金屬板材，且加工材料既要保證強(qiáng)度，還要保證柔度（例如加工成圓柱形倉體）。由于彩鋼板具有單位質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、施工快速、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，且外觀顏色一般多為藍(lán)色和白色等淺色系，因此可以采用彩鋼板作為倉體的加工材料。

根據(jù)1分割原理和31多孔材料原理提示，可以將稻谷儲糧倉的倉體設(shè)計成分節(jié)組合式結(jié)構(gòu)，以便于組裝和拆卸；此外，在壓型彩鋼板上打魚鱗孔，有利于糧倉通風(fēng)，同時也能夠隔絕鼠患和雨雪，保證稻谷儲藏安全。

2.2 物質(zhì)—場解決方案

傳統(tǒng)的稻谷儲糧倉外殼既是裝具，又承擔(dān)著通風(fēng)的作用，其內(nèi)儲存的稻谷受外界環(huán)境的影響較大，易造成儲糧品質(zhì)參差不齊。夏季糧倉外殼受風(fēng)吹日曬雨淋，導(dǎo)致靠近倉壁及糧堆表面的稻谷易受溫度影響而品質(zhì)下降，同時糧堆內(nèi)部的稻谷由于缺少通風(fēng)而易發(fā)熱霉變。因此，利用物質(zhì)—場模型來求解稻谷儲糧倉中存在的問題。

問題描述1：靠近倉壁及糧堆表面的稻谷品質(zhì)易下降。

物質(zhì)—場模型：S1為糧堆內(nèi)部稻谷；S2為糧倉外殼；F1為溫度場。環(huán)境影響稻谷品質(zhì)的物質(zhì)—場模型如圖1所示。

由圖1可以看出，該物質(zhì)—場是熱傳導(dǎo)效應(yīng)的完整物質(zhì)—場模型，可反映糧倉外壁造成的溫度場對糧倉內(nèi)部稻谷品質(zhì)的影響。

應(yīng)用上述方法得出解決方案：當(dāng)現(xiàn)有系統(tǒng)中存在有利因素和有害因素時，根據(jù)76個標(biāo)準(zhǔn)解中的第一類標(biāo)準(zhǔn)解（消除或抵消有害效應(yīng)）來解決問題，即為了避免物質(zhì)S1和物質(zhì)S2直接接觸，通過引入物質(zhì)S3來消除有害因素。消除有害因素的物質(zhì)—場模型如圖2所示。

由圖2可以看出，糧倉熱傳導(dǎo)是造成該問題的主要原因，可通過改變結(jié)構(gòu)來解決這一問題。糧倉倉體可增加一層夾層外殼S3，以減少外界環(huán)境溫度帶來的影響。

問題描述2：糧堆內(nèi)部的稻谷易發(fā)熱霉變。

物質(zhì)—場模型：S1為糧堆內(nèi)部稻谷；S2為氣流；F1為熱力場。氣流影響糧堆內(nèi)部稻谷品質(zhì)的物質(zhì)—場模型如圖3所示（虛線表示兩者之間的作用不足）。

由圖3可以看出，模型中S2對S1產(chǎn)生的作用不足以達(dá)到系統(tǒng)要求，需要加強(qiáng)作用。

應(yīng)用上述方法得出解決方案：根據(jù)76個標(biāo)準(zhǔn)解中的第一類標(biāo)準(zhǔn)解（改進(jìn)具有非完整功能的系統(tǒng)）來解決問題，即對F1進(jìn)行改進(jìn)，可以引入一個新場，如通過機(jī)械裝置引入機(jī)械場F2，以改善氣流對糧堆內(nèi)部的作用方式，從而提高通風(fēng)效率。改進(jìn)后的物質(zhì)—場模型如圖4所示。

由圖4可以看出，糧堆內(nèi)部的空氣流通為造成該問題的主要原因，可通過改變結(jié)構(gòu)來解決這一問題。糧堆內(nèi)部可增加一組徑向通風(fēng)管道，以達(dá)到糧堆內(nèi)部的通風(fēng)要求。

3 試驗驗證與應(yīng)用效果

將上述問題的解決方案應(yīng)用于農(nóng)戶稻谷儲糧倉設(shè)計中，研制的稻谷儲糧倉運(yùn)用徑向立體自然通風(fēng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高水分稻谷自然無動力干燥降水，有利于低碳環(huán)保。倉體形狀采用圓形設(shè)計，外觀為藍(lán)色或白色，整個倉體分3節(jié)，相鄰倉圈可相互搭接，能夠自由組合裝配，以便于存放。農(nóng)戶可根據(jù)不同的儲存量、空間位置進(jìn)行組裝倉圈，以滿足不同需求。倉體材料采用夾層式魚鱗孔通風(fēng)板，能夠達(dá)到排潮散熱、防霉防鼠的目的。安裝倉內(nèi)徑向通風(fēng)裝置如圖5所示，圓形稻谷儲糧倉外觀如圖6所示。

為驗證稻谷儲糧倉結(jié)構(gòu)的可靠性和合理性，進(jìn)行實倉儲存試驗。試驗期間，對稻谷儲糧倉倉體的變形度及穩(wěn)定性和倉內(nèi)稻谷的黃粒米、裂紋粒、生霉粒等品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行跟蹤檢測。

結(jié)果表明，倉體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、無形變，且黃粒米、裂紋粒、生霉粒等品質(zhì)指標(biāo)檢測結(jié)果均為零，稻谷的色澤、氣味均正常，脂肪酸值符合《稻谷儲存品質(zhì)判定規(guī)則》（GB/T 20569—2006）中“宜存”的規(guī)定。該稻谷儲糧倉結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠，能夠有效保持稻谷品質(zhì)。

4 結(jié)論

實踐證明，應(yīng)用TRIZ理論可以有效解決技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新中的技術(shù)難題。該理論具有很強(qiáng)的實用性，設(shè)計邏輯思路清晰，能夠高效完成設(shè)計工作。應(yīng)用TRIZ理論對農(nóng)戶稻谷儲糧倉進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，經(jīng)實倉應(yīng)用證明，糧倉結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠，達(dá)到預(yù)期效果，可為糧食儲藏裝備的科技研發(fā)提供創(chuàng)新思路和借鑒。

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