劉祉 唐慶博 郭玉婷 王雙林

摘? 要：現(xiàn)如今以鋁板、帶、箔材為主的生產(chǎn)加工部門一方面對(duì)金屬冷軋的精度要求越來越高，另一方面冷軋機(jī)又不斷向高質(zhì)量、高速度發(fā)展， 流量規(guī)格需求更細(xì)化，因此冷軋機(jī)過濾系統(tǒng)核心設(shè)備--板式過濾機(jī)的升級(jí)改造至關(guān)重要，板式過濾機(jī)的性能決定了軋制過程中起到工藝潤滑、冷卻作用的軋制液的質(zhì)量，我們既要保證過濾流量又要達(dá)到更高的過濾精度，這樣才能保證生產(chǎn)出符合要求的高質(zhì)量產(chǎn)品。該文應(yīng)用 TRIZ 理論對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的弊端進(jìn)行分析并獲求改良和升級(jí)的可行性方案，以滿足行業(yè)及當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展需求，并使其發(fā)揮出最大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論;雙流量;PLC

中圖分類號(hào)：TH12? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 基本問題分析

1.1 冷軋過濾技術(shù)的問題描述

鋁加工包括熱加工和冷加工，其中遍及工業(yè)、建筑業(yè)、航空、食品、醫(yī)療、交通、軍事等每一個(gè)角落所用的產(chǎn)品主要以冷加工為主。在生產(chǎn)中，冷軋機(jī)軋制工序的地位已經(jīng)無可取代，它的重要性已經(jīng)得到鋁加工行業(yè)廣大專家的肯定。

近些年，板式過濾機(jī)因結(jié)構(gòu)、工藝、控制等出現(xiàn)的問題而不能高效連續(xù)生產(chǎn)的現(xiàn)象較為普遍。尤其在市場(chǎng)訂單急、交貨時(shí)間短、質(zhì)量要求高的情況下，制約了企業(yè)的發(fā)展。為了避免由于過濾機(jī)導(dǎo)致不能正常軋料，耽誤產(chǎn)量，影響經(jīng)濟(jì)效益的問題出現(xiàn)，我們采用TRIZ原理去嘗試找出解決方案，用更加科學(xué)的方法去解決現(xiàn)有板式過濾機(jī)存在的問題。

1.2 當(dāng)前主要解決辦法

一般情況下，板式過濾機(jī)在污油箱堵塞報(bào)警時(shí)需要換紙，在換紙前要進(jìn)行設(shè)備的清洗。完成這一過程需要 15 min，再加上開箱和開箱后運(yùn)紙以及下一個(gè)周期的合箱，需要 30 min～40 min，總體下來大約需要45 min～55 min。這個(gè)階段軋機(jī)要停止生產(chǎn)，就算待料還未軋完也要等待，持續(xù)時(shí)間長，影響整個(gè)工藝、生產(chǎn)進(jìn)度、產(chǎn)能及產(chǎn)量等。目前廠家主要通過增加人力或者增加設(shè)備數(shù)量來解決這一問題。其中增加數(shù)量是指采用多臺(tái)板式過濾機(jī)并用的方式。

1.3 現(xiàn)有板式過濾機(jī)的弊端及發(fā)展趨勢(shì)

盡管通過2臺(tái)或多臺(tái)板式過濾機(jī)的并用的方式滿足了軋制油流量的需求。但整個(gè)過濾系統(tǒng)不完整，操作不方便，人員干預(yù)較多而且產(chǎn)品單一性明顯，主要存在預(yù)沉積和正常過濾2個(gè)階段添加助濾劑只能由技術(shù)工人熟練程度來決定的問題，經(jīng)常影響過濾周期，也會(huì)造成硅藻土和活性白土配比不科學(xué)，軋制液質(zhì)量無法保證，原材料浪費(fèi)。也存在設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，過濾單元受力不均勻，工作中單元間有滲漏，箱體易變性，設(shè)備使用壽命縮短的問題。還存在以硅藻土為主的固體廢物采用簡單粗暴處理方式，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的問題。同時(shí)，設(shè)備上應(yīng)用的現(xiàn)代主流工業(yè)技術(shù)有限，升級(jí)緩慢。

未來幾年無論是政策還是市場(chǎng)，都會(huì)迫使鋁加工行業(yè)提高門檻，朝著經(jīng)濟(jì)發(fā)展新形勢(shì)帶動(dòng)的新市場(chǎng)和產(chǎn)生的新需求的轉(zhuǎn)型升級(jí)，已建低水平鋁加工產(chǎn)能的淘汰將會(huì)加快，促進(jìn)新一輪的行業(yè)優(yōu)化轉(zhuǎn)型升級(jí)，以滿足“升級(jí)版經(jīng)濟(jì)”對(duì)鋁材的升級(jí)版需求。

2 TRIZ理論對(duì)設(shè)備弊端的分析和解決方案

2.1 現(xiàn)存弊端的因果分析

在面對(duì)現(xiàn)有板式過濾機(jī)的一系列弊端時(shí)，我們可以通過對(duì)其進(jìn)行因果分析，梳理問題中隱含的邏輯鏈及其形成的機(jī)制，從梳理的邏輯鏈中找出改進(jìn)現(xiàn)有板式過濾機(jī)的所有可能的突破點(diǎn)，從所有突破點(diǎn)中找出“最優(yōu)”突破點(diǎn)。我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有板式過濾機(jī)的問題總的來說就是生產(chǎn)效率低和助濾劑（以硅藻土為主）的浪費(fèi)。

2.2 因果分析設(shè)計(jì)初步方案

通過結(jié)合現(xiàn)在社會(huì)需求，聯(lián)系實(shí)際，得出首要解決的問題是一方面提高過濾機(jī)的工作效率，另一方面要合理利用助濾劑（硅藻土）。

通過TRIZ理論魚骨圖的因果分析，如圖1、圖2所示，不難看出傳統(tǒng)板式過濾機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足社會(huì)需求了，需要推翻傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，結(jié)合現(xiàn)代科技，順應(yīng)未來發(fā)展趨勢(shì)設(shè)計(jì)出一種智能高效、環(huán)保且低成本的“雙流量”過濾系統(tǒng)。

2.3 沖突矩陣與發(fā)明原理

我們從TRIZ理論39個(gè)工程參數(shù)中選擇能代表技術(shù)沖突的一對(duì)特征參數(shù)。首先是質(zhì)量提高的參數(shù)：時(shí)間損失（NO.25），提高了對(duì)時(shí)間的利用率，使時(shí)間損失大大降低。其次是帶來負(fù)面影響的參數(shù)：靜止物體重量（NO.2），一系列裝置的添加與利用增加了設(shè)備的重量。

將上述2個(gè)工程參數(shù)帶入沖突矩陣當(dāng)中，可以得到4條推薦的發(fā)明原理，分別為NO.10 預(yù)先作用原理、NO.20 有效作用的連續(xù)性原理、NO.26復(fù)制原理和NO.5 組合原理。再通過對(duì)這4個(gè)發(fā)明原理進(jìn)行深度分析，新型過濾機(jī)可以考慮增加一套電機(jī)設(shè)備，組合成宏觀的“雙流量”過濾系統(tǒng)，將另一套電機(jī)設(shè)備預(yù)先準(zhǔn)備好，在前一個(gè)過濾機(jī)進(jìn)行清洗后停機(jī)的時(shí)候，該套電機(jī)設(shè)備立刻進(jìn)入工作狀態(tài)，這種方案可以保證冷軋機(jī)連續(xù)工作，以充分利用時(shí)間來提高效率。

3 方案控制過程的實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用 TRIZ 理論構(gòu)建的“雙流量”板式過濾機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化、完善，改進(jìn)工藝流程、提高設(shè)備性能，真正達(dá)到產(chǎn)品的高精度、高效率。如圖3所示。“雙流量”是指在原有一臺(tái)過濾機(jī)的基礎(chǔ)上增加一套電機(jī)設(shè)備，不是簡單的2臺(tái)疊加，而是依靠一套完整 PLC 控制來完成軋制油雜質(zhì)的過濾工作，達(dá)到2臺(tái)“板過”并行使用且可自由切換，降低因輔助時(shí)間造成的停機(jī)的發(fā)生概率，實(shí)現(xiàn)不停機(jī)換紙?zhí)嵘a(chǎn)效率。在生產(chǎn)過程中如果一臺(tái)“板過”箱體壓力達(dá)到設(shè)定值需要更換濾紙時(shí)，可將另一臺(tái)“板過”開啟預(yù)沉積狀態(tài)并進(jìn)入正常過濾程序，實(shí)現(xiàn)軋制油正常過濾。原先“板過”開始進(jìn)入清洗吹掃狀態(tài)，吹掃結(jié)束后可對(duì)其進(jìn)行濾紙更換，在整個(gè)過程中2臺(tái)“板過”污油輸入、凈油輸出、吹掃回油通過程序控制直接流回污油箱及凈油箱，管路互不干擾，而且還可實(shí)現(xiàn)當(dāng)軋制油受到污染時(shí)2臺(tái)“板過”同時(shí)開啟，在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)軋制油的清潔過濾。

4 TRIZ理論的發(fā)明原理在方案上的可行性應(yīng)用

4.1 利用傳感器進(jìn)行信息采集（反饋原理）

“雙流量”板式過濾機(jī)傳感器是用來采集設(shè)備狀態(tài)的重要元件，在該項(xiàng)目中的傳感器主要被用來檢測(cè)以下幾種狀態(tài)信息：過濾單元開箱到位情況，感知過濾單元合緊壓力情況，污油箱的液位檢測(cè)，過濾箱的入口壓力檢測(cè)，控制氣源、吹風(fēng)氣源壓力檢測(cè)，紅外線溫度感知檢測(cè)等，為有效地控制系統(tǒng)正確的運(yùn)行提供信息。尤其在工作準(zhǔn)備段，根據(jù)過濾箱內(nèi)油被污染的程度，通過光電傳感器，利用油對(duì)其反射的物理性質(zhì)，判斷油被污染的具體狀況，是添加助濾劑（硅藻土），還是需要加入活性白土，每種需要添加多少等，通過光電傳感器發(fā)送給設(shè)備的計(jì)算機(jī)里的信號(hào)來判斷并進(jìn)行定量添加，該過程節(jié)省了人力和物料，且使過濾精度更加精準(zhǔn)。

4.2 提高夾緊機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性（組合原理）

改進(jìn)前的設(shè)備以線式雙立柱的結(jié)構(gòu)支撐設(shè)備框架，這種結(jié)構(gòu)方式雖能完成支撐機(jī)器框架的基本目的，但是設(shè)備結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易搖晃，易損壞。改進(jìn)后的設(shè)備采用矩形四立柱的結(jié)構(gòu)來支撐機(jī)器框架，這種結(jié)構(gòu)在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又增加了一倍的立柱，相比之下更為穩(wěn)定且過濾單元受力均勻、美觀。

4.3 對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控（預(yù)先防范原理）

通過開發(fā)一款應(yīng)用在電腦或者手機(jī)上的軟件，鏈接機(jī)器本身的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及外部的監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)備生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé)售后保障的部門和用戶的企業(yè)技術(shù)部門下載此軟件，通過軟件了解機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的狀態(tài)。用戶技術(shù)部門可以實(shí)時(shí)了解該機(jī)器儲(chǔ)備助濾劑的量，油、紙被污染的程度，預(yù)算更換清洗的時(shí)間以及對(duì)發(fā)生的緊急故障進(jìn)行報(bào)警。還可實(shí)現(xiàn)在終端進(jìn)行簡單操控，例如急停操作、遠(yuǎn)程預(yù)警提示等。而對(duì)于設(shè)備生產(chǎn)方，遠(yuǎn)程了解機(jī)器的故障，對(duì)用戶技術(shù)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，可節(jié)省因故障造成的過長的工作暫停時(shí)間，或根據(jù)故障，可以第一時(shí)間獲取維修所需的工具或材料，判斷所需的維修人員數(shù)量或水平，節(jié)省時(shí)間和人力成本。構(gòu)建一個(gè)超大型遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)分布式監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)視和控制過濾系統(tǒng)的暫態(tài)運(yùn)行情況，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的過濾系統(tǒng)失穩(wěn)或崩潰，并在暫態(tài)故障造成無可挽回的破壞之前，通過適當(dāng)?shù)目刂撇呗詠磉M(jìn)行反事故控制。

4.4 對(duì)產(chǎn)生廢物的回收利用（自服務(wù)原理）

目前對(duì)硅藻土廢物的回收利用采用的僅是從硅藻土廢物中提取的煤油、鋁粉。而硅藻土廢物還有更多新鮮的去處，這些創(chuàng)新可行性建議可以從根本上解決硅藻土廢物的堆積問題，又可“一物多用”，例如提煉出油后的廢棄硅藻土可以作為很好的燃料，燃燒后生成水和二氧化碳，無有害氣體，環(huán)保又節(jié)約能源。再例如分離出的硅藻土可以作為裝修材料，不含對(duì)人體有害的物質(zhì)，而且具有天然環(huán)保、可凈化空氣、不燃、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。除此之外，硅藻土具有生物活性，其多孔的物理結(jié)構(gòu)可以成為一些動(dòng)植物的棲息地，并為其供應(yīng)營養(yǎng)與生長環(huán)境。硅藻土能夠殺蟲除菌，減少病蟲害，可以驅(qū)趕黃蜂、蚊子、鼻涕蟲等害蟲。廢硅藻土能增加土壤疏松度，堆肥除臭等。

5 結(jié)語

應(yīng)用TRIZ理論對(duì)金屬冷軋過程中的核心設(shè)備板式過濾機(jī)的常見問題進(jìn)行充分調(diào)研和深入分析，找出當(dāng)前板式過濾機(jī)的改進(jìn)方案，解決了實(shí)際應(yīng)用中的不足，使其在工作原理、工藝、自動(dòng)化水平、維修制造成本、能源、勞動(dòng)強(qiáng)度、固體廢物處理等方面得到提高。科研成果得到市場(chǎng)轉(zhuǎn)化，產(chǎn)品應(yīng)用于國內(nèi)大型鋁箔、銅箔加工企業(yè)以及有色金屬板帶箔加工廠，得到了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

新型板式過濾系統(tǒng)不僅在機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓、電控系統(tǒng)等各方面進(jìn)行了全面改進(jìn)，符合產(chǎn)品轉(zhuǎn)型需求，適合多樣化。而且順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)、當(dāng)今社會(huì)的需求、可持續(xù)發(fā)展、資源回收利用的環(huán)?；緡?，尤其通過充分利用“雙流量”優(yōu)勢(shì)提高了過濾機(jī)的工作效率，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭力。在新一輪經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整中占有了先機(jī)。

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