基于TRIZ 方法的新鲜辣木叶脱叶机械化装置的设计

李广兴 钟义广 沙国新

（1.广西机电职业技术学院，广西南宁 530007；2.广西习缘辣木有限公司，广西南宁 530200）

辣木树是多年生热带、亚热带落叶乔木，最早源于印度，自古就为印度素食者提供日常所需的营养，由于较易栽培，被联合国作为解决非洲食品缺乏的援助项目。近年来，在我国广西、广东、海南、云南等省份大面积推广种植，辣木的食疗价值和医用价值被广泛认同。

针对极具经济价值和开发潜力的辣木叶，利用辣木叶独特的柔软性及其脱叶机理，开展新鲜辣木叶脱叶机械化技术研究与生产示范。通过不同的工艺措施，进行设计比较优化，获得最优新鲜辣木叶脱叶技术模式；同时研究辣木叶脱叶后的营养成分保存的有效途径，以获得叶片完整、新鲜、安全、优质的辣木叶，并形成新鲜辣木叶脱叶标准化技术规程，从而带动整个辣木产业的突破性发展。

TRIZ 作为一个强有力的创新和解决技术问题的工具，已经成为诸多世界知名企业工程文化的一部分。本文尝试运用TRIZ理论，帮助解决新鲜辣木叶在采摘和脱叶过程中遇到的技术难题。

1 技术问题解决流程

针对辣木叶采摘中出现的问题，运用TRIZ 分析问题解决的流程及方法，运用最终理想解分析、因果分析、资源分析、矛盾分析、物-场分析以及TRIZ 创新设计软件等工具，得到多个创意解。最后，从经济性和应用效果两方面对创意解进行综合评价，提出采用柔性硅胶材料作为新鲜辣木叶脱叶机械化装置的解决方案。

在应用TRIZ 理论解决实际问题时，可根据具体情况，不需要每一步都严格依照流程，可选择其中几个步骤进行，顺序也可以调整，只要能找到理想的解决方案即可。

2 运用TRIZ 工具解决机械设备设计技术难题

2.1 新鲜辣木叶脱叶机械化装置设计问题的项目概况

新鲜辣木叶脱叶机械化装置是将辣木叶从辣木树枝中采摘和分离的自动化设备。目前的难题是：采用人工采摘辣木叶效率低、成本高；采用普通茶叶采摘装置对辣木叶进行采摘时，容易造成辣木叶的损伤。亟待解决的问题是：在尽量提高采摘效率和降低成本的情况下，保持辣木叶完好无损伤。

2.2 确定项目目标及问题的进一步描述

项目目标：在尽量提高采摘效率和降低成本的情况下，保持辣木叶完好无损伤。

目前采用人工采摘辣木叶，存在效率低、成本高的问题；如果采用茶叶采摘设备对辣木叶进行采摘，容易造成辣木叶的损伤。

2.3 分析问题的最终理想解

解决方案的理想愿景：在没有带来其他任何有害作用的情况下，新鲜辣木叶自动从树枝完好无损地分离出来。

创意解1：利用气流、水流或光照的方法分离辣木叶，使其在没有受到损伤的情况下实现枝叶的分离。

从TRIZ 理论的角度来理解，这是不改变工程系统又提高理想度的好办法[1]。

2.4 因果分析

采用因果分析法，对辣木叶脱叶机械装置损伤叶子的问题产生的原因进行深入分析。

2.4.1 鱼骨图

利用鱼骨图的分析方法，可以很直观的看出在采摘叶子的过程中易损坏的原因，如图1 所示。

图1 鱼骨图

2.4.2 5WHY 分析过程

根据5WHY 分析法，对关键问题连续以5 个“为什么”来自问，以追究其根本原因。可以得到以下创意：

创意解2：通过改变刀片结构，减少刀片对叶子的损坏程度，从而提高叶子采摘完整率。

创意解3：通过改变设备转速，减少因转速过高对叶子的损坏作用，从而提高叶子采摘完整率。

2.5 资源分析

运用九屏幕法对系统进行探究，针对问题，分析其输入、输出、过去、现在、将来、原因、结果、内部、外部资源，寻求解决方法，得到以下创意：

创意解4：通过强大水流清洗把叶子冲洗下来，从而提高叶子采摘完整率。

2.6 矛盾分析

将问题转化为技术矛盾问题模型，运用39×39 矛盾矩阵找到对应发明原理，通过问题描述、工程参数、发明原理、创意概念四个方面得到分析结论，如表1 所示。

2.7 功能分析

使用创新设计软件IWB，依据项目描述创建功能模型，IWB 软件利用自带的算子给出提示，产生解决问题的创意。

创意解10：利用风力，使辣木叶进入多孔面板，通过刀具分离面板下的辣木叶。

创意解11：利用细条状刀具通过抽拉方式分离辣木叶[2]。

2.8 物场分析

该物-场模型为有害的物-场模型，根据标准解法引入第三种物质或第二个场，如图2 所示。

图2 辣木叶采摘装置的物-场模型

创意解12：给刀片引入第三种物质减少刀片切削辣木叶的误差。

创意解13：给辣木叶引入第二个场，可以让叶子被切削的位置更准确。

2.9 创意解评价及优化

将取得的创意解分为下列几类：（1）改变工艺顺序；（2）高速水流采摘方式；（3）高速气流采摘方式；（4）引入第二个场到辣木叶；（5）采用多孔结构；（6）采用细条状刀具；（7）利用气穴现象使叶子分离；（8）采用多维刀片结构；（9）采用周期性旋转刀架；（10）采用柔性结构。通过影响-努力矩阵图法进行分析，从经济性和技术难度两个方面考虑，创意解4、创意解5、创意解10，对解决该问题的效果比较好。

表1 技术矛盾分析

2.10 问题解决方案

2.10.1 引入第二个场到辣木叶

在辣木叶采摘装置中加入高压电场，使辣木叶在强电场的作用下有序排列，然后再利用刀片进行剪切，减少刀片对辣木叶的伤害，提高辣木叶的完好率。

2.10.2 采用多孔结构

在辣木叶采摘装置中采用多孔结构，使辣木叶穿过该多孔结构，然后再利用刀片进行剪切，减少刀片对辣木叶的伤害，提高辣木叶的完好率。

2.10.3 采用柔性结构

在辣木叶采摘装置中采用两个相对旋转的柔性硅胶辊轮，使辣木枝叶在快速旋转的柔性硅胶辊轮的作用下脱掉叶子，柔性硅胶可以减少对辣木叶的伤害，提高辣木叶的完好率[3]。

3 结论

本项目通过运用5W1H 的方法、IFR、技术系统的进化法则，找出可能解题方向、画鱼骨图和5WHY 分析法，分析问题产生的根本原因、资源分析、矛盾分析、功能分析、物场分析、科学效应后，采用亲和图法进行创意分类并评价，经过“影响-努力矩阵”筛选出最佳方案，查阅国内外相关技术资料和最新研究成果，按照TRIZ 解题流程，重新梳理项目研究流程，反复研究论证，最后确定项目的最佳解决方案为：采用柔性硅胶结构的新鲜辣木叶脱叶机械化装置。