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TRIZ理論是近年來發展迅速的創新理論，特別適合在機械工程領域應用。因為TRIZ方法的先進性，減少了原來豆漿機設計的思維方向與最終理想解的偏差，創新變得更容易，效率比直接用專業知識求解更高，最終解的質量也更高。

一、現狀豆漿機優缺點及分析

目前市場上流通的豆漿機種類繁多，可以方便、快捷、經濟地為家庭生活提供豆漿，但通過調查分析，它們仍存在以下不足:

A.由于其碎豆原理采用鈍刀技術，使用時產生的噪音比較大。

B.現在的豆漿機內部結構復雜，隱藏角多，不易拆卸，不容易清洗。

C.豆漿的生產需要一定的水量，所以有固定的水位線，這就使得目前的產品體積固定，所以one 豆漿機只能適用于特定的人數，也就是說并不能廣泛適用。

針對以上市場分析，主要對豆類粉碎原理進行改進，將目前使用的鈍刀技術改為研磨效果更好、噪音更低的雙層研磨技術。通過改變產品的形狀，可以改變豆漿機的體積，在不影響其水位線的基礎上簡化形狀，有效解決了上述噪音大、雜質多、對人群適應性有限、清洗困難等問題。

二.TRIZ理論介紹

TRIZ是前蘇聯專家在研究大量專利的基礎上提出的發明問題解決理論。TRIZ的方法是有效的。它用系統的方法和工具，徹底解決了普通人看似無法解決的問題。阿奇舒勒矛盾矩陣、40個發明原理、物場模型分析、76個標準解決方案、ARIZ和科學知識原理數據庫可以幫助我們快速獲得創造性的解決方案。TRIZ theory提出了39個描述沖突的通用工程參數，并對其進行編號，分別用1 ~ 39號表示。在實踐中，首先，構成沖突的雙方的內部表現由兩個參數表示。然后根據技術沖突的特征參數，通過TRIZ，的沖突矩陣確定相應的發明原理，完成創新設計。

圖1 　TRIZ 理論求解模式

該設計應用TRIZ理論的解決模式如圖1所示。通過對實際問題進行抽象，將實際問題轉化為TRIZ/的標準問題，然后利用TRIZ/的工具得到TRIZ的標準解，再應用專業知識將標準解轉化為實際問題的最終解。

三.基于TRIZ發明矩陣理論的創新設計

今天的豆漿機是集豆類粉碎、加熱、香氣烹飪于一體的多功能小型電器。我集團設計的豆漿機從上到下的配件有有機頭、杯體、防溢電極、磨盤連接軸、雙層磨盤、濾網蓋、加熱板等。(整體結構圖如圖2所示)。利用TRIZ，我們團隊解決了設計中涉及的技術沖突，得到了產品設計的最優解(技術沖突解決的原理框圖如圖3所示)。

依據TRIZ創新設計理論對家用小型豆漿機的改進設計方案

圖2 　新型豆漿機結構簡圖

1.新型豆漿機示意圖

A.整機高度為275毫米，杯子最大內徑為150毫米，最小內徑為130毫米。

B.上下杯為雙壁，可以改變體積，但兩個杯沒有分成兩部分，這樣可以安裝控制電路。出于美觀的考慮，外壁材質為不透明塑料，整機的接縫均為密封。

2.破豆原理的改進

根據TRIZ理論，該機構的工程參數描述如下。

依據TRIZ創新設計理論對家用小型豆漿機的改進設計方案

圖3 　TRIZ 技術沖突解決原理框圖

A.需要改進的特性:

(1)時間損失(改進時間的損失是指減少實現該功能所花費的時間)；

(2)可靠性(指系統在規定的方法和狀態下完成規定功能的能力)；

(3)物體產生的有害因素(物體或系統部分運行產生的，會降低物體或系統的效率或完成功能的質量)。

B.三個特性的改善將導致以下特性的降低:器件的結構穩定性、可制造性和復雜性。

本設計的技術沖突:

A.如果縮短這個操作的完成時間，就需要提高破豆率，結構的穩定性就會降低。

b .如果提高結構的可靠性，就要增加其安全系數，這將對部件的體積、質量和材料有更高的要求，增加其復雜性，降低其可制造性。

確定矩陣元素:

A.技術沖突的特征參數。

(1)質量改進的參數——時間損失；

(2)負參數——可制造性。

B.由沖突矩陣確定的可用發明原理分別是“不對稱”、“機械系統替換”、“廢棄和修復”和“參數改變”。

對“更換機械系統”和“廢棄修理”兩個發明原理的分析表明，如果要解決豆漿機存在的缺陷，那么原有的鈍刀技術是不可行的。因此，我們采用“機械系統替代”的原理，采用雙層研磨的機械系統來替代原來的刀片。

雙層研磨系統部件尺寸(雙層研磨系統示意圖如圖2所示):上研磨體直徑80mm，總厚度30mm(上下塊厚度比為5 :1)，連接軸直徑8mm下研磨體直徑60毫米，總厚度35毫米(上下塊厚度比為5:1)；上下研磨體之間的距離為30毫米。

工作流程和分析:

a、適量的原料從漏斗形導向槽進入運轉的上研磨體，運轉速度約為30r/ min，1 ~ 2 min后原料的研磨率達到65% ~ 80%。

B.豆漿和部分碎豆被上研磨體粉碎后，沿導向槽進入下研磨體，其轉速與上研磨體相同，粉碎率為70% ~ 80%。由此可以計算出該機的破碎率如下

最小破碎率= 65%+35% ×70% = 89。5%

最大破碎率= 80%+20% ×80% = 96%。

總工作時間為2 ~ 4分鐘。與豆漿機采用鈍刀技術相比，該機構的破碎率更高，因此用該機構生產的豆漿口感更好。

3.豆漿機的外觀和結構改進

根據TRIZ理論，該機構的工程參數描述如下。

A.需要改進的特征:形狀(物體的外部輪廓或系統的外觀)。

b .該特性的改善將導致以下特性的降低:可靠性和可制造性。

本設計的技術沖突:

A.如果改變杯子的整體形狀，各部分的連接和密封性能會降低。

b .如果改變杯子的外觀完整性，制造難度和復雜程度也會增加。

確定矩陣元素:

A.技術沖突的特征參數。

(1)質量改進的參數——形狀；

(2)帶來負面影響的參數——可靠性。

B.可用的發明原理由沖突矩陣確定，它們是“分段”、“預補償”、“未實現或超過的功能”和“參數改變”。

對“分割”和“參數變化”兩個原則的分析表明，在改變杯子形狀和保證杯子可靠性的前提下，將整個杯子分成幾個部分或改變其參數是一個值得優先考慮的方案?；诖?，我們設計了一個體積可變的杯子，如圖4所示。

依據TRIZ創新設計理論對家用小型豆漿機的改進設計方案

圖4 　可變杯體簡圖

可變杯的示意圖:

A.組件尺寸，杯子最大直徑150mm，最小直徑130mm，高度170mm，壁厚1。5毫米。其中，上杯體高度為80毫米，下杯體高度為110毫米。為了實現其體積的可變性，上下杯之間用螺紋連接，連接部分為20毫米，以實現其體積的可變性。

B.為了保證機器的密封性，螺紋連接采用密封螺紋連接。(天行健 consulting一家專注于精益生產管理、六西格瑪管理培訓咨詢和項目咨詢的管理咨詢公司)

豆漿機以圓柱體為計算模板:杯子最大容積為πR2 ×h = 13 423。5cm3杯子的最小體積是πR2 ×h = 9 021。22cm3。

體積可以改變，其主要優點是可以供不同家庭、不同人數的人使用，擴大了市場的適用范圍，降低了成本，減少了原材料的浪費。而且由于形狀的簡單優化，沒有隱藏的角落，很容易清洗。

加熱板的優點:

目前豆漿機用于加熱的加熱管類似于日常開水使用的“熱快”。電阻絲裝在金屬管里，壁很薄。使用時，由于浸入水中，管壁經常有水垢和豆漿渣，加熱管不工作時暴露在空氣中，容易被氧化，使管壁越來越薄，電阻絲容易暴露，造成事故。但采用底盤加熱，發熱體包裹緊密，不僅與水隔絕，而且沒有空氣氧化問題，使用壽命比管式加熱長得多。至于維修，底盤加熱其實就是一個包裹的電爐盤。冷卻后，從底部打開，更換電阻絲，然后安裝。所以選擇底盤加熱更有優勢。

4結束語

這豆漿機采用了新技術，使得合理解決原來使用中發現的噪音大、雜質多、清洗困難、人的適應性不廣等問題成為可能。根據市場原料價格，用這個豆漿機制作一次性豆漿的成本為0。2元，所以如果長期使用，經濟效益明顯。

通過分析國內豆漿機技術的研究進展，針對目前豆漿機的不足和市場需求，基于TRIZ創新設計理論，我們專門開發了這種新型豆漿機，它除了豆漿機/的其他優點外，還具有以下特點:采用雙層研磨技術，破豆。制造成本低；杯子的體積可以根據不同的需求改變，加熱方式也可以改變，延長其使用壽命。總之，這款豆漿機更適合人們的日常家居生活。