TRIZ表示發(fā)明問題解決理論，是對數(shù)以百萬的專利文獻進行研究提煉出的一套解決復雜技術問題的系統(tǒng)方法。TRIZ在解決產品創(chuàng)新和產品進化過程中發(fā)揮著重要作用。近年來，占地面積小，自動化程度高，操作簡潔，行之有效的啤酒巴氏殺菌機越來越受到客
戶的青睞。目前，一些學者對巴氏殺菌機的研究主要集中在熱力學分析、殺菌工藝參數(shù)優(yōu)化、PU值控制系統(tǒng)、噴淋方式優(yōu)化、節(jié)水節(jié)能等方面，鮮有研究在滿足啤酒殺菌工藝要求的前提下通過優(yōu)化巴氏殺菌機結構適應市場小批量產能需求。本文運用TRIZ理論對巴氏殺菌機占用空間大，產能需求限制等問題進行優(yōu)化設計研究。
目前市場上保有量較大的巴氏殺菌機，經(jīng)過多代更迭后，結構較緊湊、能耗低、自動化程度具有較大提升。如下圖1所示為輕機系列巴士殺菌機，其主體結構主要由機身框架1、管路系統(tǒng)2、進出瓶系統(tǒng)3、傳動系統(tǒng)4、噴淋系統(tǒng)5、水箱6等構成。在工作時，啤酒灌裝封口結束后的容器進入殺菌機，電機驅動容器傳送帶經(jīng)歷升溫、殺菌、降溫三個過程。在這三個階段，容器在升溫區(qū)經(jīng)受熱水的噴淋，水的溫度會逐漸升高，然后保持一定時間，直到啤酒中的PU值達到我們需要的范圍，此時容器在降溫區(qū)受循環(huán)水噴淋溫度開始下降直到達到出瓶溫度后離開殺菌機。普通巴氏殺菌機可通過PU值控制系統(tǒng)實現(xiàn)對殺菌過程中的自動化控制，而且降低了水資源的浪費，提高了經(jīng)濟效益。普通巴氏殺菌機產量2萬瓶/時左右，高產的同時，設備體積也隨之增大，其長度可達十幾米，而小批量的產能需求在3000瓶/時左右，生產空間有限。通過對其結構和功能分析可知，生產空間對設備體積影響較大的因素是設備的長度和寬度，顯然，適合小批量生產、體積小巧的設備只需減小設備的長度和寬度。但在傳動系統(tǒng)轉速一定的情況下，減小設備長度導致容器在三個溫區(qū)行程變短，容器在未滿足殺菌工藝要求情況下被輸送進入出瓶端。本文以輕機系列巴氏殺菌機為原型，設計一款結構更加緊湊，且滿足殺菌工藝要求的巴氏殺菌機。
TRIZ解決問題的核心思想是對使用通常方法不能直接解決的具體問題，將此問題轉換為一個TRIZ問題，利用TRIZ工具得到標準解，應用技術知識轉化為具體問題的解，最終得到具體問題的實際解。TRIZ理論解決問題的流程如下圖2所示。
理想解是TRIZ分析問題的重要工具，當產品處于消除了原系統(tǒng)缺陷，保留了原系統(tǒng)有點，不會使系統(tǒng)變復雜，不會產生新的缺陷等特點的理想狀態(tài)，稱為理想解。理想解是與技術無關的理想狀態(tài)，當理想化水平趨向于無窮大狀態(tài)時，得到的解決方案可稱為最終理想解。確定巴氏殺菌機最終理想解的步驟為:
1）最終設計目的
解決適合小批量生產、體積小等問題。
2）明確最終理想解
結構緊湊，占用空間小，滿足殺菌工藝要求。
3）達到理想解的障礙
結構固化，不滿足市場需求。
4）出現(xiàn)這種障礙的結果
設備體積不滿足空間要求，未實現(xiàn)傳動自動化。
5）不出現(xiàn)這種障礙的結果
結構的創(chuàng)新滿足市場需求。
6）創(chuàng)造這些條件的可用資源
巴氏殺菌機結構和功能。
TRIZ理論將工程中的矛盾分為技術矛盾和物理矛盾，技術矛盾指某一參數(shù)的改善導致另一參數(shù)的惡化，物理矛盾指同一參數(shù)產生互斥的現(xiàn)象。
應用39個通用技術參數(shù)將原始問題描述為標準工程參數(shù)：巴氏殺菌機體積減小即改善設備長度，導致設備的殺菌效果變差，改善的參數(shù)是殺菌機長度，惡化的參數(shù)為殺菌的可靠性。
根據(jù)TRIZ理論矛盾定義，確定為技術矛盾，通過查找下表1矛盾矩陣，得出15號、29號、28號創(chuàng)新原理對解決上述問題有幫助，通過對以上原理分析后認為第15號原理：動態(tài)原則，將物體分為彼此相對移動的幾個部分，有助于解決上述問題。因此提出概念方案1：針對巴氏殺菌機長度減小導致殺菌時間短、未達到殺菌工藝要求的問題，將殺菌機主傳動由直線運動改為回轉運動，提出一種可回轉的巴氏殺菌機傳動方案。
其方案1如下圖3所示，容器在設備內部回轉運動的長度為先前單向運動的兩倍，根據(jù)設計經(jīng)驗，完全滿足殺菌工藝要求。
通過對技術矛盾分析，得到解決矛盾的方案1。要實現(xiàn)可回轉的傳動方式，即傳動軸驅動容器傳送帶既能向左運動，又能向右運動，這要求施加給傳動軸一對反向驅動力，這是一組物理矛盾。在矛盾矩陣39個工程參數(shù)中，力對應參數(shù)驅動力，如下表2所示。
經(jīng)過分析，這組物理矛盾在不同的空間內要求一對相反的驅動力，查找4大分離原理對應的發(fā)明創(chuàng)造原理，可采用空間分離原理解決此矛盾。因此采用與空間分離原理對應的10條發(fā)明原理，受發(fā)明原理1分割啟發(fā)，將整個傳動部分以中心線為界分成兩個獨立的傳動系統(tǒng)。因此，在方案1的基礎上提出方案2：針對巴氏殺菌機長度減小導致殺菌時間短、未達到殺菌工藝要求的問題，將殺菌機主傳動部分轉化成兩個獨立的直線運動，以此完成整個傳動系統(tǒng)回轉。
物場分析是用符號語言清楚描述系統(tǒng)的功能，能準確描述系統(tǒng)的構成要素及各要素之間的關系。一個技術系統(tǒng)可能包含若干功能，所有功能都可分解為三個基本元素：兩個物質一個場，每種功能的實現(xiàn)都是一種物質S2（工具）通過某種場F對另一種物質S1（作用對象）產生作用的結果
(1）描述問題：解決巴氏殺菌機傳動部分在空間上兩個獨立直線傳動問題。
(2）對傳動部分進行物質—場分析，可知作用物質S1為容器傳送帶，工具物質S2為傳動軸，F(xiàn)為機械場。分析發(fā)現(xiàn)，原系統(tǒng)傳動軸為效用不足功能，如下圖5所示。
(3）通過查找物場模型可知，傳動部分一分為二成兩個直線傳動系統(tǒng)，可通過改變物質或場來解決。原傳動系統(tǒng)只含有機械場F，只能為一個直線傳動系統(tǒng)提供驅動力，通過增加機械場F1為另一個直線傳動系統(tǒng)提供驅動力。同時，改進工具物質兩端傳動軸S3、S4實現(xiàn)整個傳動部分回轉運動，如圖6所示。
(4）充分分析模型，提出解決策略：在原系統(tǒng)被動軸處增加驅動設備，為子系統(tǒng)直線傳動提供驅動力。
在充分考慮物場分析原理的基礎上，提出以下兩種解決方案：
(1）方案3：將原系統(tǒng)被動軸用主動軸替換，增加驅動設備為子傳動系統(tǒng)提供驅動力。同時，兩個主動軸互為兩個直線傳動子系統(tǒng)的被動軸，即主傳動軸既驅動軸也為被動軸。其方案如圖7所示。
(2）方案4：將原系統(tǒng)完全獨立成兩個子系統(tǒng)，其方案如圖8所示。
對方案3和方案4分析后發(fā)現(xiàn)，方案3對系統(tǒng)的改變程度最小，對整個巴氏殺菌機系統(tǒng)的穩(wěn)定性和內部結構影響較方案4低。方案4傳動軸一分為二，內部結構發(fā)生較大改變，同時為了固定軸承座，占用了較多工作面積。因此，經(jīng)過分析后結合設計經(jīng)驗，最終確定方案3為最終理想方案。
(1）就產品創(chuàng)新優(yōu)化設計而言，TRIZ理論為其提供了一套成熟的理論和方法體系，在產品創(chuàng)新設計中應用TRIZ理論可以更好地解決問題。
(2）采用TRIZ創(chuàng)新方法對現(xiàn)有巴氏殺菌機進行矛盾分析和物場分析，確定問題產生的原因并找尋解決問題的創(chuàng)新方法，提出可行性的回轉式巴氏殺菌機的解決方案。
(3）方案3提出構想已應用于生產實踐，其結果表明，可回轉巴氏殺菌機結構緊湊，體積小，產能在3000瓶/時左右，滿足小批量生產、空間容積率小的市場需要。
(4）傳動系統(tǒng)與進出瓶系統(tǒng)之間有間距，對于間歇性生產，末端容器無法自動通過傳動系統(tǒng)進入進出瓶系統(tǒng)，有待于進一步研究。
