烤煙布料設備是打葉復烤工藝的核心設備之一，主要完成打葉復烤工序前期的原料運輸及分配工作。原料分配的穩定性和計量準確性對于打葉復烤產品質量具有重要影響，烤煙布料設備出現故障，將直接影響整個打葉復烤工序的進行。目前煙草企業采用了各種故障診斷手段以排除設備故障，例如開展以振動檢測和分析、溫度檢測為主的設備巡檢工作，采用診斷與精密診斷相結合的方法，監測范圍從制絲、除塵、空壓機擴展到所有設備；運用計算機技術結合煙草機械的運用實踐，提出了基于網絡的智能機械故障診斷服務系統以解決企業內部故障預測和處理問題。上述方法能夠有效提高煙草制造企業設備故障診斷水平，但需要企業擁有先進的故障診斷設備、較高的信息化程度和先進的管理理念，實施成本較高。同時，這些方法雖然可以診斷出設備故障，但并未給出解決故障的方法，還要依賴于技術人員已有的工作經驗去解決。為此，以四川三益煙草有限責任公司德昌復烤廠為例，將發明問題解決理論TRIZ(Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch)理論應用于烤煙布料設備故障診斷中，以消除該設備系統的瓶頸問題，提高設備生產效率。
1 TRIZ理論的問題解決模型
TRIZ理論是前蘇聯的阿奇舒勒G.S.Altshuller通過分析世界上著名的技術發明實例，研究了消除矛盾的方法，建立了一系列基于各學科基礎知識的發明創造模型，見圖1。這些模型包括發明原理(Inventive Principles)、發明問題解決算法(ARIZ.Algorithm for Inventive Problem Solving)及標準解(TRIZ Standard Techniques)等，其核心是解決技術中的深層次矛盾。在利用TRIZ解決問題的過程中，設計者首先將待設計的產品或工藝中存在的工程問題表達為TRIZ問題，然后利用TRIZ中的工具，如發明原理、標準解等，求出該TRIZ問題的普適解或模擬解，最后再將這個解轉化為該領域的解決方案，使特定問題得以解決。
圖1 基于TRIZ理論的問題求解方法
2 TRIZ理論在烤煙布料設備故障診斷中的應用
2.1 瓶頸設備的確定與分析
德昌復烤廠復烤車間的主要任務是將以外觀特征為劃分標準的商業等級煙葉，轉換為以使用價值為評價依據的工業等級原料，其烤煙布料設備體系見圖2。對該設備系統中的各子設備進行監控，其故障情況見表1。可見，平均每月布料車故障時間占總故障的20%以上，影響了生產的順利進行，因此該設備系統的瓶頸設備為布料車。
圖2 德昌復烤廠烤煙布料設備體系工作流程圖
表1 2010年德昌復烤廠布料設備故障統計
通過現場調查與檢測，并采用魚骨圖對布料車故障原因進行分析，即從人、機、料、環4個方面尋找故障原因（圖3）。經過分析論證，確定布料車故障的主要原因是：①布料車頻繁換向沒有延時，導致布料車換向時瞬間電流超過饋電器額定電流值，致使饋電器跳閘；電機制動器在瞬間制動過程中受到較大沖擊，導致減速機輸出軸斷裂、膠輪磨損；②托輥選材不科學，易磨損。
圖3 布料車故障魚骨分析圖
2.2 TRIZ方案的確定
布料車是復烤工藝流程設備體系中的重要設備，而托輥則是布料車上的關鍵裝置，托輥損壞會導致整個設備體系發生故障。為解決該問題，可引入TRIZ矛盾矩陣以尋找解決思路。矛盾的雙方是提高設備效率、取消托輥換向時間與托輥磨損，其中改善方為取消托輥換向時間、提高設備工作效率，惡化方為托輥磨損進而破裂并造成布料車故障。將矛盾雙方轉化為TRIZ語言，托輥無換向時間轉化為運動物體的作用時間，托輥磨損破裂轉化為運動物體的體積。
在TRIZ矛盾矩陣列表中，從改善的特征中尋找到運動物體的作用時間15，在惡化的特征中尋找到運動物體的體積7，兩者對應的中間矩陣即為解決該矛盾的相關發明原則，見表2。其中，2為抽取原則（提取法）：從物體中抽出產生負面影響（或必要）的部分和屬性。10為預先作用原則：預先完成要求的作用（整個或部分），即預先將物體安放妥當，使之能在現場和最方便地點立即完成所起的作用。19為周期性作用原則：從連續作用過渡到周期作用（脈沖），如果已是周期作用，則改變其周期性，利用脈沖的間歇完成其他作用。30為利用軟殼和薄膜原則：利用軟殼和薄膜代替一般結構，即用軟殼和薄膜使物體同外部介質隔離。
表2 TRIZ矛盾矩陣
2.3 TRIZ方案的實施
結合工程實際分析，優先選取周期性原則、預先作用原則、抽取原則制定解決方案，具體措施如下：
(1)根據周期性作用原則，增加布料車換向延時。由于布料車換向具有周期性，通過改進控制程序，在布料車托輥正反向時都增加一定的延時，利用脈沖的間歇減輕托輥的沖擊強度。
(2)根據抽取原則，提取產生負面影響的屬性，即托輥壁的厚度。重新設計布料車托輥結構，將托輥壁厚度由2.85mm增加至6mm，以增強托輥耐磨性。
(3)根據預先作用原則，改進軸承安裝方式。將軸承設計為可拆卸式，可與托輥分離，解決了軸承損壞時無法更換的問題。
3 應用效果
烤煙布料設備實施TRIZ方案后，于2011年9月對3個生產班次進行了設備故障監測，結果見表3。可見，改進后布料車平均故障停機時間由6.27h/月減少到0.66h/月，平均總故障率由3.33%減少到2.63%，布料車故障率由0.81%減少到0.11%，其中平均每月更換磨損膠輪由4次減少為1次，饋電器跳閘由10次減少為2次，減速機輸出軸斷裂由2次減少為0，提高了烤煙布料設備的利用率。這些結果表明，運用TRIZ理論可以判斷出設備體系的瓶頸問題，并能有效解決設備故障診斷領域的工程技術問題。
表3 TRIZ方案實施后設備故障統計
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