《基于QFD/TRIZ集成理论的便携式食用菌装袋机创新设计》-工学论文，工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于QFD/TRIZ集成理论的便携式食用菌装袋机创新设计

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展鑫

摘要：针对目前市场上的食用菌装袋机存在体积大、费用高、运输困难等问题，运用QFD/TRIZ集成理论，设计了一种便携式、自动化的食用菌装袋机，首先对目前食用菌装袋机进行用户需求的分析，确定了故障率、使用寿命、产品噪音、产品大小、价位合理、生产浪费、运输便利、占用空间、操作简单、安全可靠十个重要功能指标。质量屋将用户需求转化为产品设计的技术参数，发现三对技术矛盾分别为承受载荷量与耐久性，承受载荷量越大，耐久性越短;承受载荷量与外观设计规划，承受载荷量越大，外观设计越难;承受载荷量与可拆卸性，承受载荷量越大，可拆卸性越小。然后运用TRIZ理论对食用菌装袋机进行了一种创新设计。食用菌装袋机具备性价比高、体积小的特点。

Abstract： In view of the problems existing in the current market， such as large volume， high cost and difficult transportation， a portable and automatic edible fungus bagging machine is designed by using QFD/TRIZ integrated theory. Firstly， the user demand of the current edible fungus bagging machine is analyzed， and the failure rate， service life， product noise， product size， reasonable price， production waste， convenient transportation， space occupation and simple operation are determined. Ten important functional indexes of safety and reliability. The house of quality converts the needs of users into the technical parameters of product design. It is found that the three pairs of technical contradictions are load bearing and durability， and the greater the load， the greater the load. The shorter the durability; the greater the load and design planning， the greater the load， the more difficult the appearance design; the greater the load and disassembly， the smaller the detachability. Then an innovative design of edible fungus bagging machine was carried out by using TRIZ theory. Edible fungus bagging machine has the characteristics of high performance-price ratio and small volume.

关键词：QFD;TRIZ;便携式装袋机;食用菌

Key words： QFD;TRIZ;portable bagging machine;edible fungus

中图分类号：TS255.35 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2020）06-0297-03

0 ?引言

我国是食用菌产业大国，据统计，2012年我国食用菌总量约3000万吨[1]。装袋是保证产品质量、形状标准的重要环节。大型自动装袋机已经有比较成熟的技术，但家庭农场式的作业方式使得目前大型装袋机性价比低、运输困难。目前食用菌生产依旧是以家庭手工作坊为主的操作方式。半自动或者全自动小型食用菌代料栽培机械化将是需求主力。

一些学者开发对食用菌装袋机进行设计。王鹏飞等[2]利用AIP软件创建了食用菌培养料装袋机初始模型，并根据培养料装袋实际作业需求，设计了装料和卸料等零部件，但装袋工序需要较多劳动力，劳动强度大，效率低，且存在安全隐患;黄双成[3]设计的食用菌袋装工艺装袋机但资源效率低力，需要较多劳动力等;王军[4]设计了一款电动式抱筒食用菌装袋机但存在效率低问题;杨艳等[5]基于PLC设计了食用菌速装袋机，该机器结构紧凑，生产速度快，效率高，故障率低，极大地降低了劳动强度，节约了成本但是装袋机体积大、运输困难、噪声大等不足;李国一等[6]设计的自动定量装袋机，优点是大大减轻了操作者的劳动强度、提高了装袋效率，但存在安全隐患、费用高等不足。

综上，目前食用菌装袋机设计出现诸多问题，本文通过食用菌装袋机的客户需求分析，并将客户需求转化为产品设计的技术参数设计了一种创新型食用菌装袋机。

1 ?QFD/TRIZ集成理论

QFD（质量功能展开）是在上世纪七十年代由赤尾洋二和水野滋提出的一种面向顾客需求的产品开发的方法。TRIZ是由G.S.Altshuller和他的研究团队通过分析大量专利和创新案例总结出来的，揭示创造发明的内在规律和原理，，其目标是完全解决矛盾。QFD解决了用户需求到技术参数之间转化问题，而TRIZ工具则解决了技术参数矛盾问题，两者有机结合，将更加能提高设计效率和满足用户需求。设计流程见图1所示。

2 ?QFD/TRIZ集成理论对食用菌装袋机的设计

2.1 食用菌装袋机用户需求分析

通过对河南省52户食用菌种植用户和27位装袋机销售用户进行问卷调查和深度访谈，收集用户对产品的需求信息，以及现有食用菌存在的不足，并对提出的需求指标进行聚类分析后，得出用户最关键需求指标。具体需求如图2所示。

2.2 建立“顾客需求-产品技术参数”质量屋

通过进一步分析和整理，用质量屋表达客户需求与产品技术参数的关系，并分析产品技术参数中存在的冲突。其中若某两个产品质量指标的技术改善会彼此带动，则为正相关，用“+”表示，否则为负相关，用“-”表示。屋顶矩阵中存在负相关，则表示两产品质量指标之间存在设计冲突。通过分类、分析、整理，食用菌装袋机的产品技术参数包括“承受载荷量、耐久性、产品标准、操控技术难易程度、外观设计规格、生产率、可拆性”。顾客需求主要有“故障率、使用寿命、产生噪音、产品大小、价格合理、生产浪费、运输便利、占用空间、操作简单、安全可靠”。对食用菌装袋机的客户需求和现有产品进行相关性分析，建立了食用菌装袋机的“客户需求-产品技术参数”质量屋如图3所示。

从质量屋可以得出以下结论：①用户需求中“使用寿命”、“价格合理”、“产品大小”、“操作简单”为主要需求;②技术特征中存在两个负相关是承受载荷量与耐久性（即载荷量越大，耐久性越差）、承受载荷量与可拆卸性（载荷量越大，可拆卸性越差）。

运用TRIZ理论中的39个通用工程参数描述冲突为：No11應力或压力——掌握单位面积上的力;No13结构的稳定——了解系统的完整性和系统组成部分间的关系结构稳定性，化学分解、磨损及拆卸都能降低稳定性。存在的主要技术矛盾是物体承受的压力越大，结构的稳定性越差。

目前可用发明原理有：No28——机械系统的代替——即半圆抱筒结构的添加、使用电磁离合器代替机械离合器;No10预先作用——增设传感检测系统、加入激光传感器设计。

3 ?总体方案

根据设计要素、物化设计要素所对应的矛盾和消解，最后得出创新方案，设计了一款便携式自动食用菌装袋机。

设备主要由绞龙装置、送料装置、电磁离合器、控制电机、尾座（抱筒）、传感器系统和机架等组成。具有以下5个特征：

①尾座添加两个半圆抱筒结构，保证装袋过程中食用菌的外装塑料袋不承受压力，且装袋硬度适中，畏缩到适合位置后立刻脱袋;

②采用电磁离合器代替原来的机械离合器，保证离合器分离的可靠性、稳定性和易控性;

③增设传感检测系统，可以根据不同的生产要求改变装袋的长度;

④加入激光传感器设计，可以避免操作不当给操作人员造成人身伤害，使系统做到安全可靠;本机使用单片机来控制单元，可以根据不同生产工艺要求修正相关参数，提高设备科技创新水平，通过软件改进提高设备的保护安全性能，提升生产效率，增加经济效益;

⑤增设传送带装置，在产品退到合适位置后，脱袋至传送带上，进入下一工序。

基于单片机的食用菌装袋机工作原理：系统上电后主电机通电，通过带传动带动电磁离合器做等速空转，塑料袋套在特定套袋位置自动套袋，操作开关后，抱筒开始旋转，下一个抱筒进入套袋位置，套袋抱筒进入装料阶段，单片机发出指令让控制电机正转，通过链传动让尾座向绞龙装置方向前进。尾座和套筒之间的机械联动机构使抱筒紧闭，前置传感器检测到抱筒已经前进到位置后，发出信号给单片机，单片机收到信息后发出指令开动电磁离合器，绞龙装置的内螺旋启动开始旋转装料操作。随着绞龙装置内螺旋装料持续，尾座抱筒在培养料的推力下畏缩，当尾座（抱筒）退至中置传感器（装满状态传感器）时，单片机发送指令关停电磁离合器，同时发送指令启动控制电机展转，带动尾座畏缩。当尾座（抱筒）畏缩到后置传感器，控制电机停转同时尾座抱筒打开，装满料基的食用菌袋子顺斜抱筒的下半部分滑出至传送带上，进入下一工序，完成一次装袋操作，如图4所示。

4 ?结论

为设计适用于食用菌装袋机的生产装置，在分析现有装袋机装置以及用户需求的基础上准确、快速、便捷地提取了食用菌装袋机设计中的创新点，运用QFD与TRIZ相结合的产品创新设计方法，以QFD技术指明产品设计的方向，以TRIZ创新方法为工具，解决在便携式食用菌装袋机设计过程中所遇到的问题，从而实现食用菌装袋机的创新设计。通过集成创新理论设计的食用菌装袋机，具有较高的可行性和实用价值。

参考文献：

[1]对2012年度食用菌统计结果的分析[J].食药用菌，2013，21（06）：363.

[2]王鹏飞，王利源，何建华，杨欣，李建平.基于AIP的食用菌培养料装袋机设计[J].河北农业大学学报，2018，41（02）：110-115.

[3]黄双成，李志伟，张秋红.基于单片机的食用菌装袋机设计与实现[J].机电一体化，2017，23（09）：53-57.

[4]王军.介绍一款电动式食用菌抱筒装袋机[J].农村百事通，2016（16）：51.

[5]杨艳，王登贵.基于PLC的食用菌速装袋机的设计[J].农业装备与车辆工程，2015，53（04）：82-84.

[6]李国一，李革，苏和生，赵匀.食用菌培养料自动定量装袋机的设计[J].农机化研究，2010，32（01）：110-112.

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