TRIZ理论在分离高速剪后带钢中的应用

陈 洁

（中冶南方工程技术有限公司 湖北 武汉 ４３０２２３）

摘 要：将ＴＲＩＺ发明问题解决理论应用于高速剪后带钢分离设备的设计中，在分析目前设备分离带头和废料中存在问题的基础上，提出基于ＴＲＩＺ理论方法和步骤的解决方案。

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关键词 ：ＴＲＩＺ理论；分离技术；带钢

中图分类号：DG6 文献标识码：Ａ

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．04．０48

0 前言

镀锡板是在低碳薄钢板上镀锡保护层的耐蚀材料。因镀锡基板具有合适的强度、优良的焊接性和冲压性，表面镀层具有良好的耐腐蚀性能，且锡层无毒，易于涂布、印刷，镀锡板被广泛应用于食品、饮料、喷雾剂、化工、油漆等各种形态物品的包装以及各种器具的制造。随着我国包装行业的不断发展，对镀锡板质量、耐蚀性要求日益严格。高性能大型连续镀锡机组是生产高品质镀锡板的前提。随着我国工业的高速发展，高产量的要求促成目前连续镀锡机组工艺段的速度越来越高。要适应这一工况，必须提高带钢入出口段的分切及输出样板和废料的速度。大量飞剪机投入工作，但是受剪后带钢输出设备的结构形式制约，很多机组的入出口段速度仍无法提高，从而不得不增加入出口段活套的套量，投资巨大，产量也受到很大制约。

２００６年和２００８年，国内两家大型钢厂分别从日本新日铁引进了两条高速连续电镀锡机组，均已建成投产。按照工艺要求，镀锡带钢在出口段从出口活套出来，经表面检测、立式检测，由飞剪取样、切废、分卷后，由卷取机卷取成成品，运送至成品库。其中，高速飞剪之后均采用电磁铁吸附、皮带输送机传输的方式输出高速剪切后的带头和废料。但是均出现飞剪后的取样和废料输出装置无法正常工作的状况。截至目前，两条机组均放弃在线分离取样板和废料，改成离线剪切取样板和废料，不仅增加了工人的劳动强度，还降低了产量。两家大型钢企多次要求日方整改，可效果均不理想。

1 ＴＲＩＺ理论

ＴＲＩＺ创新理论是由前苏联发明家和教育家—根里奇·阿奇舒勒先生发现、研究得出发明与发明之间的规律，并在后面几十年不断的总结。ＴＲＩＺ是发明问题解决理论，它的核心思想有三点：①很多方法和原理在发明的过程中是在重复使用的；②技术系统的进化和发展并不是随机的，而是遵循一定的客观趋势；③技术系统的无序和离散问题，可以通过建模（系统模型、物场模型）来解决。ＴＲＩＺ包括三大体系：术语体系、工具体系和算法体系。其中工具体系，即创新的思维、创新的方法和创新的规律，是应用ＴＲＩＺ的实用工具。它提供了创新问题的解决流程，即先分析问题，再解决问题，最终达到方案实现。重点是让人们克服思维定势，多角度、多层面地分析问题，寻找并利用各方面资源，更好地解决问题。ＴＲＩＺ创新从技术系统／技术过程、矛盾、资源和理想化４大基本概念出发，运用功能分析，物—场模型，矛盾分析和资源分析４个分析工具。具体分析方法有九屏幕法、ＩＦＲ法、小人法、组件分析、系统裁剪、因果分析、资源分析等。对于一般性标准的发明可以运用发明问题标准解法，效应知识库，技术矛盾创新原理和物理矛盾分离法四大有效工具求解，将一般问题转化为ＴＲＩＺ标准问题，提取通用工程参数，查找矛盾矩阵表，运用４０个发现原理求解，确定为物理矛盾的，运用分离原理配合４０个发明原理求解，此外还可以运用物场分析工具，建立物场模型，通过７６个发明问题标准解和效应知识库求解。

2 问题描述

现有系统负责处理剪后样板和废料的分类收集和后一卷带钢的输送。系统包括高速飞剪及夹送辊、上方皮带输送机、下方皮带输送机、上方电磁铁、下方电磁铁、电能、带头和废料等。上方电磁铁负责吸附带头，上方皮带输送机负责输送带头；下方电磁铁吸附废料，并防止废料下落时被上方电磁铁吸附，下方皮带输送机负责输送废料。主要缺点是当高速飞剪剪切废料的速度达到或高于１００ｍ／ｍｉｎ时，剪切完最后一块废料之后，废料被下方皮带输送机吸引并输送至下方废料斗时，紧随其后的后一卷的带头容易一起掉入废料斗，需要机组出口段停下来，人工将带头挑起。目前机组已放弃在线样板剪切和废料剪切，而选择离线完成。

3 问题分析

首先，以阿奇舒勒定义的理想度为衡量标准，通过组件价值分析评估有用作用、有害作用及成本，来确定组件的理想度，根据功能贡献、问题影响及成本，得出下方电磁铁组件功能贡献最小而问题影响和成本高；上方电磁铁和上方皮带输送机、下方皮带输送机组件的问题和成本虽然不高，但功能贡献也小。因此确定系统改进的顺序应该是：下方电磁铁、上方电磁铁、上方皮带输送机、下方皮带输送机。

其次，通过资源分析（也称三轴分析），得出导致带头栽入废料斗的原因有：①人对上方电磁铁的得电时间控制不足；②带头和废料的间距不足；③下方电磁铁的吸引等。

从功能分析得出的改进顺序和资源分析找到的原因，已经明确了解题的思路方向。

4 问题解决

解决问题就是针对问题模型利用中间工具找到解决方案模型，再把解决方案模型转化为本领域问题解的过程。TRIZ理论中的创新原理、标准解、进化模式都是解决问题的工具，还有一个重要工具就是知识库。借助CAI工具及知识库、专利库，使人们能够快速查询到其他领域解决同类问题的解决方案作为参考，这种方法正是体现了TRIZ的重要理念，即借鉴其他领域已有的先进解决方案解决本领域的问题。

本次共得到解决方案16个。其中，基于功能查找得到2个裁剪方案：裁剪下方电磁铁，改变上方电磁铁形式；裁剪掉上方和下方电磁铁，改由气缸驱动下方导板升降来分离剪后带钢。

基于资源分析得到6个方案：①提高下方传动电机的功率；②改变下方输送系统的配置，减小摩擦损耗；③在下方皮带输送机中增加气缸翻板，改变废料和带头的前进路径；④改变上下方输送机的作用对象，下方输送机输送带头，上方输送机只吸废料；⑤将废料改在机组尾部收集；⑥在高速飞剪剪刃上设置电磁铁，提高废料初速度，增大废料和带头间距等。

通过矛盾分析建立了2对技术矛盾，查找创新原理得到2个方案：①改变带头速度反馈时间；②减小下方皮带输送机的皮带面积等。

建立物场模型，查找76个标准解，得到3个方案：①将上方电磁铁离散化；②将下方电磁铁由横向布置改为纵向分散布置；③引入气动场，克服带头下落的重力作用等。

查找知识库，得到1个方案：将下方输送导板改用弹性可变形元件，将放射性辐射转化成机械运动。

由进化路线构思得到2个方案：①简化下方皮带输送机结构，改成滚筒拨叉分离带头和废料；②将下方皮带输送机倾斜段设计成可摆动角度的，待最后一块废料落入废料斗后，倾斜段摆成水平，使上方电磁铁吸住带头，继续输送等。

最后通过对上述方案进行可靠性、操作性、结构紧凑性和成本等方面的评估，得出最佳方案是增加下方传动电机的功率。

目前，该最佳方案已经在某钢厂刚刚引进的同类型机组中实施，且效果良好。

5 结论

TRIZ理论作为一种创新方法，提供了一套完整的分析问题、解决问题的流程，讲求充分利用现有资源，对效用不佳的系统进行微小改造，这对于钢铁行业降本增效、节能减排目标的实现非常适用。通过TRIZ理论在分离高速剪后带钢中的应用，提升了产品设计水平，加快产品研发进程，开拓了一条行之有效的，立足企业自主创新和便于组织实施新路子。

（责任编辑 亢婷婷）