烤煙布料設(shè)備是打葉復(fù)烤工藝的核心設(shè)備之一，主要完成打葉復(fù)烤工序前期的原料運(yùn)輸及分配工作。原料分配的穩(wěn)定性和計(jì)量準(zhǔn)確性對(duì)于打葉復(fù)烤產(chǎn)品質(zhì)量具有重要影響，烤煙布料設(shè)備出現(xiàn)故障，將直接影響整個(gè)打葉復(fù)烤工序的進(jìn)行。目前煙草企業(yè)采用了各種故障診斷手段以排除設(shè)備故障，例如開展以振動(dòng)檢測和分析、溫度檢測為主的設(shè)備巡檢工作，采用診斷與精密診斷相結(jié)合的方法，監(jiān)測范圍從制絲、除塵、空壓機(jī)擴(kuò)展到所有設(shè)備；運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合煙草機(jī)械的運(yùn)用實(shí)踐，提出了基于網(wǎng)絡(luò)的智能機(jī)械故障診斷服務(wù)系統(tǒng)以解決企業(yè)內(nèi)部故障預(yù)測和處理問題。上述方法能夠有效提高煙草制造企業(yè)設(shè)備故障診斷水平，但需要企業(yè)擁有先進(jìn)的故障診斷設(shè)備、較高的信息化程度和先進(jìn)的管理理念，實(shí)施成本較高。同時(shí)，這些方法雖然可以診斷出設(shè)備故障，但并未給出解決故障的方法，還要依賴于技術(shù)人員已有的工作經(jīng)驗(yàn)去解決。為此，以四川三益煙草有限責(zé)任公司德昌復(fù)烤廠為例，將發(fā)明問題解決理論TRIZ(Teoriya  Resheniya Izobretatelskikh Zadatch)理論應(yīng)用于烤煙布料設(shè)備故障診斷中，以消除該設(shè)備系統(tǒng)的瓶頸問題，提高設(shè)備生產(chǎn)效率。

1 TRIZ理論的問題解決模型

    TRIZ理論是前蘇聯(lián)的阿奇舒勒G.S.Altshuller通過分析世界上著名的技術(shù)發(fā)明實(shí)例，研究了消除矛盾的方法，建立了一系列基于各學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)的發(fā)明創(chuàng)造模型，見圖1。這些模型包括發(fā)明原理(Inventive Principles)、發(fā)明問題解決算法(ARIZ.Algorithm for Inventive Problem Solving)及標(biāo)準(zhǔn)解(TRIZ Standard Techniques)等，其核心是解決技術(shù)中的深層次矛盾。在利用TRIZ解決問題的過程中，設(shè)計(jì)者首先將待設(shè)計(jì)的產(chǎn)品或工藝中存在的工程問題表達(dá)為TRIZ問題，然后利用TRIZ中的工具，如發(fā)明原理、標(biāo)準(zhǔn)解等，求出該TRIZ問題的普適解或模擬解，最后再將這個(gè)解轉(zhuǎn)化為該領(lǐng)域的解決方案，使特定問題得以解決。

圖1 基于TRIZ理論的問題求解方法

2 TRIZ理論在烤煙布料設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

    2.1 瓶頸設(shè)備的確定與分析

    德昌復(fù)烤廠復(fù)烤車間的主要任務(wù)是將以外觀特征為劃分標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)等級(jí)煙葉，轉(zhuǎn)換為以使用價(jià)值為評(píng)價(jià)依據(jù)的工業(yè)等級(jí)原料，其烤煙布料設(shè)備體系見圖2。對(duì)該設(shè)備系統(tǒng)中的各子設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，其故障情況見表1�？梢姡�平均每月布料車故障時(shí)間占總故障的20%以上，影響了生產(chǎn)的順利進(jìn)行，因此該設(shè)備系統(tǒng)的瓶頸設(shè)備為布料車。

圖2 德昌復(fù)烤廠烤煙布料設(shè)備體系工作流程圖

表1 2010年德昌復(fù)烤廠布料設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)

    通過現(xiàn)場調(diào)查與檢測，并采用魚骨圖對(duì)布料車故障原因進(jìn)行分析，即從人、機(jī)、料、環(huán)4個(gè)方面尋找故障原因（圖3）。經(jīng)過分析論證，確定布料車故障的主要原因是：①布料車頻繁換向沒有延時(shí)，導(dǎo)致布料車換向時(shí)瞬間電流超過饋電器額定電流值，致使饋電器跳閘；電機(jī)制動(dòng)器在瞬間制動(dòng)過程中受到較大沖擊，導(dǎo)致減速機(jī)輸出軸斷裂、膠輪磨損；②托輥選材不科學(xué)，易磨損。

圖3 布料車故障魚骨分析圖

    2.2 TRIZ方案的確定

    布料車是復(fù)烤工藝流程設(shè)備體系中的重要設(shè)備，而托輥則是布料車上的關(guān)鍵裝置，托輥損壞會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備體系發(fā)生故障。為解決該問題，可引入TRIZ矛盾矩陣以尋找解決思路。矛盾的雙方是提高設(shè)備效率、取消托輥換向時(shí)間與托輥磨損，其中改善方為取消托輥換向時(shí)間、提高設(shè)備工作效率，惡化方為托輥磨損進(jìn)而破裂并造成布料車故障。將矛盾雙方轉(zhuǎn)化為TRIZ語言，托輥無換向時(shí)間轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)物體的作用時(shí)間，托輥磨損破裂轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)物體的體積。

    在TRIZ矛盾矩陣列表中，從改善的特征中尋找到運(yùn)動(dòng)物體的作用時(shí)間15，在惡化的特征中尋找到運(yùn)動(dòng)物體的體積7，兩者對(duì)應(yīng)的中間矩陣即為解決該矛盾的相關(guān)發(fā)明原則，見表2。其中，2為抽取原則（提取法）：從物體中抽出產(chǎn)生負(fù)面影響（或必要）的部分和屬性。10為預(yù)先作用原則：預(yù)先完成要求的作用（整個(gè)或部分），即預(yù)先將物體安放妥當(dāng)，使之能在現(xiàn)場和最方便地點(diǎn)立即完成所起的作用。19為周期性作用原則：從連續(xù)作用過渡到周期作用（脈沖），如果已是周期作用，則改變其周期性，利用脈沖的間歇完成其他作用。30為利用軟殼和薄膜原則：利用軟殼和薄膜代替一般結(jié)構(gòu)，即用軟殼和薄膜使物體同外部介質(zhì)隔離。

表2 TRIZ矛盾矩陣

    2.3 TRIZ方案的實(shí)施

    結(jié)合工程實(shí)際分析，優(yōu)先選取周期性原則、預(yù)先作用原則、抽取原則制定解決方案，具體措施如下：

    (1)根據(jù)周期性作用原則，增加布料車換向延時(shí)。由于布料車換向具有周期性，通過改進(jìn)控制程序，在布料車托輥正反向時(shí)都增加一定的延時(shí)，利用脈沖的間歇減輕托輥的沖擊強(qiáng)度。

    (2)根據(jù)抽取原則，提取產(chǎn)生負(fù)面影響的屬性，即托輥壁的厚度。重新設(shè)計(jì)布料車托輥結(jié)構(gòu)，將托輥壁厚度由2.85mm增加至6mm，以增強(qiáng)托輥耐磨性。

    (3)根據(jù)預(yù)先作用原則，改進(jìn)軸承安裝方式。將軸承設(shè)計(jì)為可拆卸式，可與托輥分離，解決了軸承損壞時(shí)無法更換的問題。

3 應(yīng)用效果

    烤煙布料設(shè)備實(shí)施TRIZ方案后，于2011年9月對(duì)3個(gè)生產(chǎn)班次進(jìn)行了設(shè)備故障監(jiān)測，結(jié)果見表3。可見，改進(jìn)后布料車平均故障停機(jī)時(shí)間由6.27h/月減少到0.66h/月，平均總故障率由3.33%減少到2.63%，布料車故障率由0.81%減少到0.11%，其中平均每月更換磨損膠輪由4次減少為1次，饋電器跳閘由10次減少為2次，減速機(jī)輸出軸斷裂由2次減少為0，提高了烤煙布料設(shè)備的利用率。這些結(jié)果表明，運(yùn)用TRIZ理論可以判斷出設(shè)備體系的瓶頸問題，并能有效解決設(shè)備故障診斷領(lǐng)域的工程技術(shù)問題。

表3 TRIZ方案實(shí)施后設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)

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