基于TRIZ的薄片介质属性鉴别技术研究

张承业 黎 明 张宪民 陈 光

（1.广州广电运通金融电子股份有限公司，广东广州510663；2.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510641）

0 引言

“自主创新，方法先行”，创新方法是自主创新的根本之源[1]。科学方法的突破是实现科学技术跨越式发展的重要基础，只有掌握具有自主知识产权的关键方法和核心技术，才能真正提高自主创新能力。广电运通积极响应国家号召，并基于提升企业自主创新能力的迫切需求，在全集团研发体系全面导入TRIZ创新方法，并在实际工程项目中推广应用，以提升科学管理和研发水平。针对创新方法在企业推广应用中的难点，组织了有针对性的创新方法培训，培养创新精英团队，并以TRIZ理论和方法在薄片介质属性鉴别技术上的应用为技术课题，提升创新应用的水平。

1 问题分析

在金融自助设备中为了实现对薄片类介质有价文件（如纸币、支票、汇票等）真实性的鉴别，需对其进行图像识别、厚度检测、磁信息检测等识别，其中对薄片介质的厚度检测是一项必不可少的鉴别手段。

图1为典型测厚装置的结构原理图。每个霍尔传感器05对应安装1个磁铁01，薄片介质02进入基准轴03和浮动轮04形成的输送通道引发浮动轮04的向上运动，磁铁01随之向上运动，使得霍尔传感器05感应到的磁场增强，霍尔传感器05设置在PCB板06上，与控制和计算模块实现电连接，通过检测磁场的变化推算出磁铁01的位移，完成对薄片介质02厚度的检测。由于磁场的变化是非线性的，即在距离磁铁的近端和远端，磁铁移动相同距离时，其变化量不同，造成霍尔传感器输出变化量也不同，而在实际应用中为推算简便，常采用线性推算方式，因此检测结果会存在一定的误差。

除了检测精度的问题，对基准轴加工的精度要求非常高，导致此装置整体成本过高。目前加工此轴的供应商也只能选择国外企业，国内暂还没有出现具备此类高精密零件生产能力的企业，关键器件的供应受制于人。

2 研究路线及方法

项目研究以技术创新思维和科学创新方法为指导，致力于从源头上克服分析问题时的“头痛医头、脚痛医脚”；形成解决方案时的“随机性、偶然性和不确定性”；解决问题的方法适用面单一，不能规模化应用的缺陷。以培养创新人才、打造创新研发流程、提高自主创新能力为宗旨，开展薄片介质属性鉴别技术的研究。该研究的技术路线如图2所示。

图1 典型厚度检测装置结构原理图01—磁铁 02—薄片介质 03—基准轴 04—浮动轮05—霍尔传感器 06—PCB板

图2 技术研究路线图

通过加强创新团队建设，打造一支创新骨干精英团队，引领集团技术发展趋势，项目的实施将进一步提升创新团队能力，强化创新气氛，切实提高企业的自主创新能力。

3 基于TRIZ的薄片介质属性鉴别技术研究

3.1 创新方法专家团队建设

建立集团公司总经理、副总经理、技术委员会等组成的创新方法应用研究项目领导小组，负责创新方法专家团队建设，制定创新方法推广应用措施，评价创新方法应用效果等。

技术委员会对创新种子团队成员及优秀骨干成员资格进行审核。建立由创新工程师、技术骨干为核心的创新方法实操应用执行小组，负责创新方法在项目中的落地实施与经验总结。创新工程师负责方法指导与咨询，并与项目管理部门协作修订企业研发及考核制度、项目管理流程等，并开展经典案例总结及经验推广等。

针对研究项目内容，由国家技术创新方法及实施工具工程技术研究中心创新团队成员进行封闭式培训，培训以理论深度扩展及项目实操为主，培养工程师的理论应用能力。在培训结束后，根据工程师的专业背景，组建项目团队，对企业技术难题进行攻关。

3.2 基于功能分析的创新问题原理解构建

功能分析是项目问题求解的重要过程，在TRIZ理论[2]和系统化设计方法[3]中，都给出了详细的建立功能结构的方法。分析各功能结构间的功能作用关系，可以发现相互间的矛盾或不合理的地方，有助于解决项目问题。将TRIZ中的功能模型及功能设计方法整合至项目开发流程设计中，形成一套系统化的基于功能分析的问题发现及解决流程，如图3所示。

图3 基于功能分析的原理解构建流程

对薄片介质厚度检测装置进行部件功能分析，找出影响厚度检测的关键因素，形成解决方案。

3.3 面向理想化表达的创新问题求解

基于上述流程，综合应用TRIZ工具，从最终理想解和次级理想解两个方面构建系统问题解决方案。根据问题描述及功能模型分析，借助薄片介质检测的新效应来解决此问题，可借助电涡流效应来检测薄片介质的厚度，如图4所示。该检测方法原理[4]：将薄片介质插入基准轴和浮动轮之间，固定于浮动轮的金属片沿竖直方向向上发生位移，通过测量PCB电路上电涡流线圈检测出的电压变化量来计算得出该薄片介质的厚度。

图4 电涡流检测薄片介质厚度属性原理图

根据次理想解解决方案，结合系统功能分析及可用资源，在仍采用薄片介质的霍尔厚度检测原理情况下，通过设置基准轴、浮动轮、浮动轮转轴及检测块和感应器的位置关系，以及各个部件的尺寸选择，使得当薄片介质通过基准轴与浮动轮之间时，浮动轮上浮带来的检测块引起感应器检测数据变化保持在基本的线性范围，从而保证检测结果的推算更为准确。图5为一种薄片介质的霍尔厚度检测装置示意图。

图5 一种霍尔厚度检测装置示意图[5]1—基准轴 2—浮动轮组件 21—支架 22—浮动轮23—转轴 3—检测块 4—感应器 5—PCB板

4 结论

（1）形成了“方法培训—团队建设—流程优化—实操验证”的创新问题解决的技术路线，结合TRIZ功能分析，优化了企业技术研发流程。

（2）新方案改造成本低，检测精度和稳定性均有不同程度的提高，且降低了算法及软件的设计难度。解决方案已在新机型中广泛使用，达到了预期效果。

（3）创新方法的应用研究需长期开展，同时需加强相关研发流程、奖惩制度、知识产权保护等方面的制度建设，从源头上提升企业的技术及产品创新能力，乃至战略创新能力。

[1]科学技术部、发展改革委、教育部、中国科协关于印发《关于加强创新方法工作的若干意见》的通知：国科发财〔2008〕197号[A].

[2]檀润华.创新设计—TRIZ：发明问题解决理论[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3]PAHL G,BEITZ W.Engineering Design-A Systematic approach[M].2nded.London:Springer-Verlag,2000.

[4]黎明.电涡流检测钞票厚度的方法以及装置：CN201410030052.3[P].2014-04-23.

[5]黎明，方敏杰，刘梦涛，等.一种薄片介质的霍尔厚度检测装置：CN201510543807.4[P].2015-08-28.