TRIZ 理论就是近年来发展较快的一种创新理论,尤其适合运用于机械工程领域。由于TRIZ方法的先进性,使得原先豆浆机设计的思路方向与最终理想解的偏差得以减小,创新变得容易,比直接利用专业知识求解的效率更高,而且最终解的质量也更高。

基于TRIZ 发明矩阵理论的创新设计：

现今的豆浆机均是集碎豆、加热、熬香为一体的多功能小型电器。自上而下,本小组设计的豆浆机的配件有机头、杯体、防溢电极、磨盘连接轴、双层磨盘、过滤网罩、加热盘等(整体结构简图如图2所示) 。本小组利用TRIZ 原理,解决了设计所涉及到的技术冲突,并获得了产品设计的最优解(技术冲突解决原理框图如图3 所示) 。

1.新型豆浆机简图说明

a. 整机高度为275mm , 杯体最大内径为150mm ,最小内径为130mm。

b. 上、下杯体均为双层壁,能改变容积,但2杯体并不分开为两部分,以便安装控制线路。为美观起见,外壁材料选用不透明塑料,整个机器的连接处均采用密封装置。

2.碎豆原理的改进

根据TRIZ 理论,对于本机构,工程参数描述如下。

a. 希望改进的特性 :

(1) 时间损失(改进时间的损失是指减少实现此项功能所花费的时间) ;

(2) 可靠性(指系统在规定的方法及状态下完成规定功能的能力) ;

(3) 物体产生的有害因素(是由物体或系统操作的一部分产生的,将降低物体或系统的效率或完成功能的质量) 。

b. 3 种特性的改善将会导致以下特性的降低 :结构的稳定性、可制造性、装置的复杂性。

本设计的技术冲突:

a. 如果缩短该操作完成的时间,必然需要提高碎豆的速率,则结构的稳定性降低。

b. 如果提高该结构的可靠性,则需要增加其安全系数,那么会对部件的体积、质量、材料有更高要求,会增加其复杂性,并且会降低其可制造性。

确定矩阵元素:

a. 技术冲突的特征参数 。

(1) 质量提高的参数———时间损失;

(2) 带来负面影响的参数———可制造性。

b. 由冲突矩阵确定可用发明原理 ,分别为“不对称”、“机械系统的替代”、“抛弃与修复”、“参数变化”。

对“机械系统的替代”、“抛弃与修复”2 种发明原理的分析表明,若要解决豆浆机现有的缺陷,那么原先所采用的钝刀技术是不可行的。因而,我们运用“机械系统的替代”原理,采用双层研磨的机械系统,代替原有的刀片。

双层研磨系统部件尺寸说明(双层研磨系统简图如图2 所示) : 上研磨体直径80mm , 总厚度30mm(上下块体厚度比为5 :1) ,连接轴直径8mm;下研磨体直径60mm ,总厚度35mm(上下块体厚度比为5 :1) ;上下研磨体间距为30mm。

工作流程及分析:

a. 适量的原料自漏斗状导槽进入已经运转的上研磨体,运转速度大约为30r/ min ,经过1～2min的研磨,原料的粉碎率达到65 %～80 %。（天行健咨询一家专注于精益生产管理，六西格玛管理培训咨询与项目辅导的管理咨询公司）

b. 经过上研磨体的粉碎,豆浆以及部分碎豆顺着导槽进入下研磨体,其转速与上研磨体相同,粉碎率为70 %～80 % ,由此可以计算得到本机器的碎豆率为

最小粉碎率= 65 % + 35 % ×70 % = 89. 5 %

最大粉碎率= 80 % + 20 % ×80 % = 96 %。

总工作时间为2～4min。与采用钝刀技术的豆浆机相比,该机构粉碎率较高,因而制作出的豆浆口感较好。

3. 豆浆机的外形结构改进

根据TRIZ 理论,对于本机构,工程参数描述如下。

a. 希望改进的特性:形状(物体外部轮廓或系统的外貌) 。

b. 该特性的改善将会导致以下特性的降低:可靠性、可制造性。

本设计的技术冲突:

a. 如果改变杯体的外形整体性,那么其各部分的连接和密封性能都将会降低。

b. 如果改变杯体的外观整体性,那么其制造难度及复杂性也会上升。

确定矩阵元素:

a. 技术冲突的特征参数。

(1) 质量提高的参数———形状;

(2) 带来负面影响的参数———可靠性。

b. 由冲突矩阵确定可用发明原理 ,分别为“分割”、“预补偿”、“未达到或超过的作用”、“参数变化”。

对“分割”和“参数变化”2 种原理的分析表明,在必须改变杯体形状和保证杯体可靠性的2 个前提下,将整个杯体分割成几个局部或者改变其参数是值得优先考虑的方案。基于此,我们设计了可变容积的杯体,简图如图4 所示。

可变杯体简图说明:

a. 部件尺寸,杯体最大直径为150mm ,最小直径为130mm ,高度为170mm ,壁厚为1. 5mm。其中,上体高度为80mm ,下杯体110mm。为实现其体积可变性,上、下杯体以螺纹连接,连接部分为20mm ,以实现其体积可变性。

b. 为保证机器的密封性,螺纹连接使用密封式螺纹连接。（天行健咨询一家专注于精益生产管理，六西格玛管理培训咨询与项目辅导的管理咨询公司）

豆浆机的杯体以圆柱体为计算模板:杯体最大体积为πR2 ×h = 13 423. 5cm3 ;杯体的最小体积为πR2 ×h = 9 021. 22cm3 。

容积能够改变,其主要的优点是能适应不同家庭、不同人数的使用,扩大了市场的适用范围,降低了成本,减少了原料的浪费。并且由于外形的简单优化,不存在隐蔽角落,容易清洗。

加热盘的优点:

现今豆浆机加热用的加热管类似日常烧开水用的“热的快”,电阻丝包含在金属管里面,壁较薄,使用时,由于浸在水里,管壁经常有水垢和豆浆的残渣,而且由于不工作时加热管暴露在空气中,容易被氧化,使管壁越来越薄,电阻丝容易露出来,从而引发事故。而采用底盘加热,加热元件被严密包起来,既与水隔离,也不存在空气氧化问题,使用寿命比管加热长得多。至于维修,底盘加热实际就是一个包起来的电炉盘,冷却后从底部打开,换根电阻丝,再装好即可。因而选用底盘加热更具优势。