烤烟布料设备是打叶复烤工艺的核心设备之一，主要完成打叶复烤工序前期的原料运输及分配工作。原料分配的稳定性和计量准确性对于打叶复烤产品质量具有重要影响，烤烟布料设备出现故障，将直接影响整个打叶复烤工序的进行。目前烟草企业采用了各种故障诊断手段以排除设备故障，例如开展以振动检测和分析、温度检测为主的设备巡检工作，采用诊断与精密诊断相结合的方法，监测范围从制丝、除尘、空压机扩展到所有设备；运用计算机技术结合烟草机械的运用实践，提出了基于网络的智能机械故障诊断服务系统以解决企业内部故障预测和处理问题。上述方法能够有效提高烟草制造企业设备故障诊断水平，但需要企业拥有先进的故障诊断设备、较高的信息化程度和先进的管理理念，实施成本较高。同时，这些方法虽然可以诊断出设备故障，但并未给出解决故障的方法，还要依赖于技术人员已有的工作经验去解决。为此，以四川三益烟草有限责任公司德昌复烤厂为例，将发明问题解决理论TRIZ(Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch)理论应用于烤烟布料设备故障诊断中，以消除该设备系统的瓶颈问题，提高设备生产效率。
1 TRIZ理论的问题解决模型
TRIZ理论是前苏联的阿奇舒勒G.S.Altshuller通过分析世界上著名的技术发明实例，研究了消除矛盾的方法，建立了一系列基于各学科基础知识的发明创造模型，见图1。这些模型包括发明原理(Inventive Principles)、发明问题解决算法(ARIZ.Algorithm for Inventive Problem Solving)及标准解(TRIZ Standard Techniques)等，其核心是解决技术中的深层次矛盾。在利用TRIZ解决问题的过程中，设计者首先将待设计的产品或工艺中存在的工程问题表达为TRIZ问题，然后利用TRIZ中的工具，如发明原理、标准解等，求出该TRIZ问题的普适解或模拟解，最后再将这个解转化为该领域的解决方案，使特定问题得以解决。
图1 基于TRIZ理论的问题求解方法
2 TRIZ理论在烤烟布料设备故障诊断中的应用
2.1 瓶颈设备的确定与分析
德昌复烤厂复烤车间的主要任务是将以外观特征为划分标准的商业等级烟叶，转换为以使用价值为评价依据的工业等级原料，其烤烟布料设备体系见图2。对该设备系统中的各子设备进行监控，其故障情况见表1。可见，平均每月布料车故障时间占总故障的20%以上，影响了生产的顺利进行，因此该设备系统的瓶颈设备为布料车。
图2 德昌复烤厂烤烟布料设备体系工作流程图
表1 2010年德昌复烤厂布料设备故障统计
通过现场调查与检测，并采用鱼骨图对布料车故障原因进行分析，即从人、机、料、环4个方面寻找故障原因（图3）。经过分析论证，确定布料车故障的主要原因是：①布料车频繁换向没有延时，导致布料车换向时瞬间电流超过馈电器额定电流值，致使馈电器跳闸；电机制动器在瞬间制动过程中受到较大冲击，导致减速机输出轴断裂、胶轮磨损；②托辊选材不科学，易磨损。
图3 布料车故障鱼骨分析图
2.2 TRIZ方案的确定
布料车是复烤工艺流程设备体系中的重要设备，而托辊则是布料车上的关键装置，托辊损坏会导致整个设备体系发生故障。为解决该问题，可引入TRIZ矛盾矩阵以寻找解决思路。矛盾的双方是提高设备效率、取消托辊换向时间与托辊磨损，其中改善方为取消托辊换向时间、提高设备工作效率，恶化方为托辊磨损进而破裂并造成布料车故障。将矛盾双方转化为TRIZ语言，托辊无换向时间转化为运动物体的作用时间，托辊磨损破裂转化为运动物体的体积。
在TRIZ矛盾矩阵列表中，从改善的特征中寻找到运动物体的作用时间15，在恶化的特征中寻找到运动物体的体积7，两者对应的中间矩阵即为解决该矛盾的相关发明原则，见表2。其中，2为抽取原则（提取法）：从物体中抽出产生负面影响（或必要）的部分和属性。10为预先作用原则：预先完成要求的作用（整个或部分），即预先将物体安放妥当，使之能在现场和最方便地点立即完成所起的作用。19为周期性作用原则：从连续作用过渡到周期作用（脉冲），如果已是周期作用，则改变其周期性，利用脉冲的间歇完成其他作用。30为利用软壳和薄膜原则：利用软壳和薄膜代替一般结构，即用软壳和薄膜使物体同外部介质隔离。
表2 TRIZ矛盾矩阵
2.3 TRIZ方案的实施
结合工程实际分析，优先选取周期性原则、预先作用原则、抽取原则制定解决方案，具体措施如下：
(1)根据周期性作用原则，增加布料车换向延时。由于布料车换向具有周期性，通过改进控制程序，在布料车托辊正反向时都增加一定的延时，利用脉冲的间歇减轻托辊的冲击强度。
(2)根据抽取原则，提取产生负面影响的属性，即托辊壁的厚度。重新设计布料车托辊结构，将托辊壁厚度由2.85mm增加至6mm，以增强托辊耐磨性。
(3)根据预先作用原则，改进轴承安装方式。将轴承设计为可拆卸式，可与托辊分离，解决了轴承损坏时无法更换的问题。
3 应用效果
烤烟布料设备实施TRIZ方案后，于2011年9月对3个生产班次进行了设备故障监测，结果见表3。可见，改进后布料车平均故障停机时间由6.27h/月减少到0.66h/月，平均总故障率由3.33%减少到2.63%，布料车故障率由0.81%减少到0.11%，其中平均每月更换磨损胶轮由4次减少为1次，馈电器跳闸由10次减少为2次，减速机输出轴断裂由2次减少为0，提高了烤烟布料设备的利用率。这些结果表明，运用TRIZ理论可以判断出设备体系的瓶颈问题，并能有效解决设备故障诊断领域的工程技术问题。
表3 TRIZ方案实施后设备故障统计
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