文/河南中煙工業(yè)有限責任公司安陽卷煙廠 孟瑾中國煙草總公司職工進修學院 王德吉

1 前言

葉片垂直分片機是煙草行業(yè)制絲生產線葉片段的關鍵設備，位于真空回潮機的前段，功能是將經過打葉復烤、醇化、拆包后的煙垛逐刀均切成片，以利于后道工序的處理[1]。

FT651葉片垂直分片機采用“兩刀五片”分片模式，雙聯(lián)氣缸帶動橫移動架左右移動，實現(xiàn)刀尖的定位；電機通過傳動鏈帶動縱移動架上下運動，完成分切，實現(xiàn)分片功能[2]。經調查，在生產過程中，經常出現(xiàn)煙垛切分不均勻，造成切分后煙塊的大塊率過高、影響真空回潮效果的現(xiàn)象；同時，刀柄固定部位和分片刀移動架產生嚴重變形，每年需更換兩組刀片。為此，我們以TRIZ 創(chuàng)新理論為指導，探索解決垂直分片機煙垛切分不均勻及移動架產生變形問題的方法。

2 TRIZ 理論的應用

TRIZ理論以辯證法、系統(tǒng)論和認識論為哲學指導，以自然科學、系統(tǒng)科學和思維科學的研究成果為根基和支柱，以技術系統(tǒng)進化法則為理論基礎，包括了技術系統(tǒng)和技術過程、（技術系統(tǒng)進化過程中產生的）矛盾、（解決矛盾所用的）資源、（技術系統(tǒng)的進化方向）理想化等基本概念[3]。圖1所示為TRIZ理論基本體系結構，提供了分析工程問題所需的方法，包括矛盾分析、功能分析、資源分析和物場分析等，同時還提供了相應的問題求解工具，包括技術矛盾創(chuàng)新原理、物理矛盾分離原理、科學原理知識庫和發(fā)明問題標準解法等[4]。TRIZ理論針對復雜問題的求解提供了發(fā)明問題解決算法（ARIZ），同時TRIZ理論還包括了一些創(chuàng)新思維的方法，例如九屏幕法、智能小人法、金魚法等等。

TRIZ理論的核心是技術系統(tǒng)進化原理：技術系統(tǒng)根據(jù)客觀發(fā)展規(guī)律進行自我發(fā)展，這些客觀規(guī)律是可以被認識的，并可利用這一客觀規(guī)律有意識的解決發(fā)明問題。按這一原理，技術系統(tǒng)一直處于進化之中，解決沖突是進化的推動力[5]。其求解過程如圖2所示：

圖2 TRIZ解決問題的過程

圖1 TRIZ理論基本體系結構

從TRIZ解決問題的過程可以看出，TRIZ的求解過程是基于標準問題的標準解，可以用39個工程參數(shù)將實際遇到的問題表達成為標準問題所描述的矛盾解決矩陣，然后利用TRIZ中的工具，如發(fā)明原理、標準解等，求出該TRIZ問題的標準解，最后在標準解的基礎上，將其具體化得到實際問題的新原理解（新概念）[6]。

3 基于TRIZ理論的FT651葉片垂直分片機分片刀驅動系統(tǒng)改造

3.1 設備現(xiàn)狀及問題

FT651葉片垂直分片機工作流程為：當裝有待分片煙垛的周轉箱到達分切位置定位后,夾緊裝置夾緊周轉箱；縱移動架下行令位于左右相距約425mm的兩排切刀插入煙垛；隨后汽缸動作，分切裝置的兩排切刀把切開的煙片分開一定距離，縱移動架和切刀上行回位；在汽缸的作用下，兩排切刀移動到相距145mm的位置后再次下行，切刀插入位于周轉箱中間的未分片的煙垛內將煙垛分片，最終整個煙垛被分成五部分，之后縱移動架和切刀上行回位[7]。

圖3 改造前分切刀驅動系統(tǒng)示意圖

如圖3所示，由于分片刀驅動系統(tǒng)中用于控制分片刀位置的雙聯(lián)氣缸行程不可調整，因此分片刀刀距不可調整。進行第二刀分片時，雙聯(lián)氣缸活塞桿全部伸出完成定位后，刀體內側間的間距僅為80mm，煙坯被夾在刀柄內側強行擠壓至周轉箱底部，導致分片不均勻，分切效果差，而且底部煙葉因擠壓產生結塊。同時，因分片刀夾著煙坯強行下行會產生巨大的反作用力，造成刀柄固定部位和分片刀驅動系統(tǒng)的機架嚴重變形，影響設備正常使用，降低設備使用壽命。

我們需要解決的就是在進行第二刀分切時，使分片刀夾著煙坯能夠順利下行，煙坯不再受到強行擠壓。在改造過程中要保證改動最小、整體分片效果及整個系統(tǒng)的安全性。

3.2 確定矛盾雙方

煙坯之所以會被夾在刀柄內側遭受強行擠壓，是由于在進行第二刀分切時，刀體內側間的間距太小，而用于控制分片刀位置的雙聯(lián)氣缸行程無法調整，因此，需采取兩項工作：1）改變氣缸結構，使氣缸伸長量實現(xiàn)可控；2）增加電氣控制，并保證系統(tǒng)的安全性。將矛盾雙方轉化為TRIZ語言，即TRIZ理論為工程問題的矛盾雙方分別提供的39個參數(shù)。即將實現(xiàn)氣缸伸長量可控轉化為提高自動化程度，將增加電氣控制、保證系統(tǒng)的安全性轉化為可靠性及增加系統(tǒng)的復雜性。

3.3 矛盾矩陣的建立

在TRIZ矛盾矩陣列表中，從改善的特征中尋找到自動化程度，對應的編號為38；在惡化的特征中尋找到可靠性及系統(tǒng)的復雜性，對應的編號為27和36。矛盾雙方組成沖突矩陣，如表1所示。

該矩陣表達了TRIZ提示的改進原理。通過查找表1沖突特性交匯處各編號所對應的原理，結合問題實際情況，擬采用編號為15,24所對應的發(fā)明原理，其創(chuàng)新思維方向如表2所示。

3.4 TRIZ方案的實施

根據(jù)沖突矩陣所提供的創(chuàng)新思維方向，我們對FT651葉片垂直分片機分片刀驅動系統(tǒng)進行改造。

1）要想使氣缸伸長量實現(xiàn)可控，則必須改變氣缸結構。采用動態(tài)特性原理中“使不動的物體可動或可自適應”的想法，在圖1所示的分片機進料端分叉左氣缸2和出料端分叉右氣缸2上各安裝一個SMC IP8101智能型定位器，用自制的安裝板和固定件將雙聯(lián)氣缸和智能型電氣定位器整合為一體，實現(xiàn)氣缸活塞桿伸長量在0～160mm內可調，改造后的分切刀驅動系統(tǒng)示意圖如圖4所示。

表1：FT651葉片垂直分片機分片刀驅動系統(tǒng)改造的沖突矩陣

表2：沖突解決原理

圖4 改造后分切刀驅動系統(tǒng)示意圖

2) 由創(chuàng)新思維方向的中介原理中采用“使用中介物傳遞或完成所需動作”的想法，改造壓縮空氣管路和控制線路，新增2個模擬量輸出模塊用于分叉氣缸開度的設定，2個模擬量輸入模塊用于分叉氣缸實際開度的反饋，并通過編程實現(xiàn)預設功能，使分切機第一刀分切模式不變，第二刀分切時，電氣定位器根據(jù)操作人員在操作面板上設定的活塞桿伸長量控制氣缸伸縮，來調節(jié)相對應切片刀刀體內側之間的間距，對刀尖進行精確定位，徹底解決切片刀夾煙坯現(xiàn)象，實現(xiàn)煙坯的順利分切。垂直分片機參數(shù)設置界面如圖5所示。

4 應用效果

圖5 改造后垂直分片機參數(shù)設置界面

通過此次改造，采用智能型電氣定位器配合原氣缸使用，使氣缸活塞桿的伸長量可調，實現(xiàn)了分切刀間距無極可調、精確定位，分切過程中分切刀下行順暢，解決了分切刀夾煙坯強行下行問題，杜絕了煙葉結塊的產生，達到了煙坯分片均勻的目的，有效提升了真空回潮機的回透率。同時，減少了分片過程中因阻力過大產生的對刀架的反作用力，解決了刀柄固定部位和分片刀驅動系統(tǒng)的機架變形問題，延長了設備使用壽命，大幅減少了設備維修、維護工作量。

5 結論

TRIZ理論成功地揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內在規(guī)律和原理，能夠幫助我們系統(tǒng)地分析問題情境，快速發(fā)現(xiàn)問題本質或者矛盾，準確確定問題探索方向，突破思維障礙，打破思維定勢，以新的視覺分析問題，進行系統(tǒng)思維。筆者運用TRIZ得到了FT651葉片垂直分片機分片刀驅動系統(tǒng)改造的創(chuàng)新解，實現(xiàn)了煙坯分片均勻的目的，延長了設備使用壽命，達到了提質降耗的目的。

[1] 張本甫.國家煙草專賣局.卷煙工藝規(guī)范[M].北京:中央文獻出版社,2013:11-13.

[2] 張建勛，劉俊峰. 制絲線FT651型葉片垂直分片機控制系統(tǒng)的改進方案[J]. 自動化應用,2012（2）：12-13，47.

[3] 根里奇·斯拉維奇·阿奇舒勒著；譚培波，茹海燕，Wenling Babbitt譯. 創(chuàng)新算法—TRIZ、系統(tǒng)創(chuàng)新和技術創(chuàng)造力[M]. 湖北：華中科技大學出版社,2008.

[4] 鄭稱德.TRIZ理論及其設計模型[J].管理工程學報.2003,17（1）：84-87.

[5] 趙新軍.技術創(chuàng)新理論(TRIZ)及應用[M]. 北京：化學工業(yè)出版社,2004.

[6] 劉華.基于TRIZ理論的產品概念設計方法及應用[D].南京：南京理工大學，2005.

[7] 李震宇，王迎彬，趙文龍，馬劍坤. 垂直分片機分切機構技術改造[J] .中國設備工程，2013（4）：53-54.