ARIZ算法应用故林木生物质粉碎机

1.ARIZ85C解题流程

ARIZ-85C的解题流程分为9大部分。

（1）现有问题分析。发明问题情境的特征是，问题的初始定义含糊不清，没有解决问题的方向和启示。ARIZ第一部分的目的是从模糊的发明问题情境中建立清晰、简单的问题模型。
（2）问题模型分析。ARIZ第二部分的目的是分析空间资源、时间资源、物质和场资源，哪些资源可用于解决问题。
（3）描述问题的最终理想解（IFR）和物理矛盾。ARIZ第三部分的目的是描述出最终理想结果IFR，确定妨碍达到IFR的物理矛盾。虽然不是每次都能达到IFR，但IFR能指明解决问题的方向。
（4）调动和使用物质-场资源。ARIZ第四部分的目的是增加可用资源的数量，通过改动已有的物质-场资源得到派生的物质-场资源。大多数情况下，到ARIZ第四部分能够得到解决方案，此时可直接进入第七部分。若到第四部分还未找到解决方案，则进入第五部分。
（5）运用TRIZ知识库。ARIZ第五部分的目的是运用知识库，直接寻找解决问题的方法。
（6）改变或替换原有问题。ARIZ第六部分是重新定义问题。如果问题在前5步没有得到解决，需要修改问题表述，并跳回到第一步。ARIZ中，创新问题求解的过程是对问题不断地描述，不断地标准化的过程。实际问题解决的过程就是不断修正问题描述的过程，在这个过程中核心问题逐渐从初始情境描述的繁多信息中清晰浮现出来。
（7）分析已得到的方案。ARIZ第七部分的目的是检查所得到方案的质量，避免采用不理想的方案，让问题解决的更理想。
（8）应用已得到的方案。ARIZ第八部分的目的是最大化的利用已得到的解决方案。一个好的方案不仅能解决一个问题，同时也是一把解决其他问题的通用钥匙。
（9）分析解决问题的整体流程。ARIZ第九部分主要是面向TRIZ专家，用于评估改进ARIZ。

2.ARIZ在林木生物质粉碎机设计中的应用

大部分林木生物质原料在开发利用前期都需要进行粉碎加工处理，以便进一步加工利用。现需设计一台粉碎机，粉碎颗粒尺寸为1mm以下，生产率为1t/h以上。通过查询、调研，没有可以满足上述要求的粉碎机产品，拟借鉴锤式粉碎机的结构，如图1所示。现有的锤式粉碎机一般由机体、电动机、转子、锤刀和筛网组成，利用高速旋转的锤刀在粉碎室内对物料进行打击、切割，粒度合格的物料通过筛网的筛孔排出。这种结构的主要问题是粉碎颗粒尺寸过大（多为10mm以上）；生产率低；刀具磨损快、寿命低。应用ARIZ进行改进设计,首要解决的问题是工具粉碎物料有效性差。物料刚进入粉碎室时受到有效打击力很大，然后在锤刀高速旋转的带动下，物料加速，与锤刀作同一方向的旋转运动，形成一层环流层，降低了物料和刀具的相对速度，从而使刀具粉碎物料的有效性降低，影响了物料粉碎粒度进一步的减小；同时由于离心力的作用，使大粒度物料紧靠在筛网上，阻碍了合格的小粒度物料及时过筛，导致生产效率低，还会产生过粉碎现象导致能耗增加。

（1）现有问题分析：
①描述最小问题。系统的名称：粉碎机。系统的功能：粉碎物料。系统的组成部分有物料、刀具、筛网、粉碎室。定义系统存在的技术矛盾TC1和TC2。TC1：若刀具排列密度大，可以将物料粉碎很细，但增加系统复杂性。TC2：若刀具排列密度小，不能很好地粉碎物料，但制造容易、成本低。在对系统改动最小的情况下，希望达到的目标是：不增加系统复杂性的前提下，能将物料粉碎至所需粒度（1mm）；
②找出产生技术矛盾的组件对。作用工具是粉碎刀具，作用对象是物料；③画出技术矛盾的示意模型图。
④选取主要技术矛盾。选取与技术系统的主要功能有密切联系的技术矛盾进行解决。本系统的主要目的是将物料粉碎至所需细度，因此选取技术矛盾TC1；
⑤加强矛盾冲突，指出组件作用的极限状态。刀具排列密度很小（只有一把刀具），而能将物料粉碎很细；⑥建立问题模型。必须找到一个X元素，即能维持刀具排列密度很小，又能保证物料粉碎很细；⑦尝试应用标准解解决问题。现在问题的物-场模型如图3所示，刀具S2对物料S1的作用力不足，可应用标准解系统中的第二类标准解“增强物-场模型”。

由标准解15“向双物质-场跃迁”，现有系统的有用作用力F1不足，可以加入第二个场F2来增强F1的作用，得到概念方案1：采用风力输送，通过高压风机产生的风力，加速合格物料通过筛网。由标准解17“向带有工具分散物质的物质-场跃迁”，提高完成工具功能的物质分散度，得到概念方案2：让粉碎室内布满刀具，可在筛网上加底刀。由标准解21“向结构物质-场跃迁”，将均匀的物质空间结构变成不均匀的物质空间结构，得到概念方案3：采用不规则粉碎室如椭圆形、水滴型粉碎室替代圆形粉碎室，破坏物料环流层，增加有效打击力度。

（2）问题模型分析。
①确定操作区域：刀具和物料接触处。一般操作区域就定义为问题模型中矛盾出现的地方；
②确定操作时间。操作时间包括矛盾发生的时间（机器开动，粉碎作业时）以及矛盾发生前的时间（预处理物料、进料时）；
③确定技术系统、外界环境以及作用对象的物质-场资源。

（3）调动和使用物场资源SFR。建立“小人”模型。由于高速环流层的作用，物料贴在筛网内壁，刀具追打物料，有效粉碎性差。每个物料小人都被刀具小人包围，提高有效打击力度。由改进后的小人模型，结合资源分析，综合分析概念方案1~3，得到问题的解决方案———双层筛式粉碎机，如图5所示。里层筛孔尺寸大，外层筛孔尺寸小，解决了单层筛结构中大粒度物料紧靠在筛网上，阻碍合格的小粒度物料及时过筛的问题。采用风力输送合格物料。在里层筛网上安装底刀，对物料起辅助切削作用；底刀的存在也破坏了物料的高速环流层，增大了物料和刀具的相对运动速度，从而提高了刀具对物料的有效打击力度。两层筛之间的物料可定期导出后返回粉碎室继续被粉碎，也可利用双层筛分的结构生产两种不同粒度要求的产品。

（4）分析已得到的方案。通过专利搜索确认了方案的新颖性，现已向国家知识产权局提出了专利申请。