郭輝祥

（四川沱牌舍得酒業(yè)股份有限公司，四川射洪629209）

近年來，傳統(tǒng)白酒釀造大環(huán)境發(fā)生了劇烈變化，突出表現(xiàn)在：勞動力成本不斷攀升、從事體力勞動的人員日益老齡化、食品安全要求更加嚴格、節(jié)能降耗的重要性日益凸顯。如何減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，已然迫在眉睫。

伴隨科技不斷進步和人們思維觀念日益變化，機械釀造已經(jīng)深入觸及固態(tài)白酒的釀造領(lǐng)域。二十年來，勇于吃螃蟹的釀酒師們，在白酒機械釀造上，普遍經(jīng)歷了“嘗試→改進→擱置→再嘗試”的艱難歷程，而遲遲未決的“發(fā)酵糟出窖”“拌曲均勻度”“糟醅結(jié)構(gòu)損傷”“機器沿甑摘酒”等問題，導(dǎo)致大量名優(yōu)酒企，仍鐘情于傳統(tǒng)的人工操作，而對機械釀造保持一種喜憂參半、謹慎觀望的態(tài)度。

實踐表明，在固態(tài)白酒釀造過程中，運用仿生設(shè)計和TRIZ（萃智）理論，機器也可實現(xiàn)匠心釀造。首先，仿生設(shè)計可解決白酒機械釀造過程中對糟醅結(jié)構(gòu)損傷的行業(yè)難題，而TRIZ理論的引入，可弱化專利保護形成的壁壘，可用它山之石攻玉，有效融合釀酒、設(shè)備及其他跨行業(yè)的專業(yè)知識與技能。仿生設(shè)計和TRIZ理論聯(lián)合應(yīng)用，可助力白酒機械釀造系統(tǒng)快速進入實戰(zhàn)化，且逐漸由機械化、自動化轉(zhuǎn)向智能化，最終實現(xiàn)簡約化，促進白酒機械釀造系統(tǒng)日益完善。

1 仿生設(shè)計和TRIZ理論

1.1 仿生設(shè)計

在1960年，美國J.E.Steele第一次提出“仿生”概念。仿生設(shè)計[1]，是以自然界萬事萬物的“形、色、音、功能、結(jié)構(gòu)”等為研究對象，有選擇地在設(shè)計過程中應(yīng)用這些特征原理進行設(shè)計，從而研制新的機械裝置、新技術(shù)，解決機械技術(shù)難題。

釀酒機器的仿生設(shè)計，需側(cè)重在動作和功能模仿，通過模擬釀酒過程中人的動作，使機器在轉(zhuǎn)糟—拌料—沿甑—摘酒—加水—降溫—拌曲—入窖等系列操作中，達到人工操作的效果。

1.2 TRIZ理論

TRIZ理論自1946年創(chuàng)始，誕生于俄國。TRIZ是俄文Teoriya Reshen IyvaIzobretatel’skikh Zadatch縮寫，意思是“發(fā)明性解決問題的理論”。

TRIZ是一種科學(xué)的創(chuàng)新方法，更注重問題的分析與借用。它利用功能分析、因果鏈分析、剪裁、特性傳遞等分析工具，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新障礙中的根源，然后從前人的解決方案以及其他領(lǐng)域的類似問題中，去尋找答案，以便找到一種切實可行的、可被快速、有效運用的且低風(fēng)險的實施方案。

2 機械釀造的仿生設(shè)計

目前，清香型白酒的機械釀造技術(shù)已相對成熟，但濃香型白酒機械釀造中，沿甑系統(tǒng)和拌料系統(tǒng)則是需要進行技術(shù)攻關(guān)的重點和難點。

2.1 糟醅沿甑仿生設(shè)計

按工藝要求，人工沿甑時，布料需輕撒勻鋪，甑內(nèi)糟面平整度落差不超過5 cm，冷糟層厚度不超過15 cm。實際沿甑時，操作人員需彎腰、曲臂，盡量縮短端撮距甑內(nèi)糟面距離，讓糟醅以自由落體狀均勻、緩慢撒落。為實現(xiàn)“3端撮鋪滿甑面”，需控制好糟醅在甑面的布料軌跡，常用軌跡見圖1。

當糟醅水分較重，或者糟醅不疏松透氣時，對沿甑布料的力度要求較高，此時，蒸餾員布料常常采用“一端撮撒多次”的“穿花”式沿甑，軌跡見圖2。

沱牌舍得企業(yè)在設(shè)計機器仿生沿甑時，模擬人工操作時彎腰、曲臂的動作形態(tài)，滿足低撒勻鋪的工藝參數(shù)要求，有效控制甑內(nèi)糟面平整度，其六軸聯(lián)動仿生機器的形態(tài)如圖3，甑內(nèi)布料軌跡見圖4。

圖1 白酒蒸餾人工沿甑常用的布料軌跡

圖2 糟醅水重/不疏松時“穿花式”布料軌跡

圖3 六軸聯(lián)動仿生機器模擬人工沿甑

圖4 六軸聯(lián)動仿生機器的布料軌跡

六軸聯(lián)動仿生機器，模擬人工沿甑的效果較好，除“探汽沿甑”不能智能化處理外，其余的撒料角度和力度、甑內(nèi)平整性等，均接近人工操作。缺陷在于機器價格昂貴，且一甑配一機，成本太高。

在此基礎(chǔ)上，公司繼續(xù)研發(fā)了雙關(guān)節(jié)仿生沿甑機器，仍然模擬人工沿甑的操作效果，采用“錯位螺旋”布料法，實施立體沿甑，其軌跡見圖5，沿甑布料實際效果見圖6。

圖5“錯位螺旋”立體布料的運行軌跡

圖6 雙關(guān)節(jié)機器“錯位螺旋”立體布料

沱牌舍得企業(yè)設(shè)計的雙關(guān)節(jié)仿生機器沿甑，糟醅進甑全部采用短距離的自由落體式，下口設(shè)錐型布料器，撒糟力度輕，不塌汽，甑面均勻，糟面各點位高度落差小于5 cm；伴隨甑內(nèi)糟面高度的上升，甑面布料半徑同步緩慢放大，故不受甑桶底窄口寬的“倒棱臺型”制約，不存在設(shè)備油污影響糟醅的隱患。從成本上講，單機可在雙甑同時布料，而且不要求新建廠房。該設(shè)計幾乎集中了人工沿甑的各項優(yōu)點，值得借鑒。

2.2 拌料系統(tǒng)仿生設(shè)計

糟醅在從出窖到進窖的整個循環(huán)過程中，先后涉及到與糧、糠、水、曲等物料的拌和。若僅僅要求拌料均勻度，則容易解決，但白酒釀造的特殊性，要求翻拌過程中不能損傷糟醅結(jié)構(gòu)，母糟不能發(fā)膩。

據(jù)測定，人工拌料時也會對母糟形成一定損傷，但因不同環(huán)節(jié)的操作要求不同（見圖7），加之物料性狀不同，各工序?qū)υ沲Y(jié)構(gòu)損傷的輕重程度存在明顯區(qū)別，見圖8。

圖7 糟粒在各工序經(jīng)歷的翻拌次數(shù)

圖8 糟醅在各工序段發(fā)膩的相對機率

鑒于此，各酒企為最大限度地適應(yīng)釀酒要求，在設(shè)計生料環(huán)節(jié)和熟料環(huán)節(jié)的拌料設(shè)備時，側(cè)重點明顯不同：生料環(huán)節(jié)母糟發(fā)膩機率小，側(cè)重于拌和的“均勻度”（見圖9）；熟料環(huán)節(jié)則注重輕拌少翻而盡量“不傷糟醅”，避免糟粒破碎或發(fā)膩（見圖10）。

熟料環(huán)節(jié)的梳齒狀拌料結(jié)構(gòu)，雖然降低了對糟醅的物理擠壓強度，但曲粉拌和的均勻程度明顯不理想。截至目前，“熟料能有效翻拌均勻而不損傷糧糟結(jié)構(gòu)”，仍然是各個酒企在設(shè)計白酒釀造機器時急需解決的一個難題。

圖9 生料環(huán)節(jié)的拌糧設(shè)備（強力攪拌）

圖10 熟料環(huán)節(jié)的拌曲設(shè)備（梳齒狀）

公司研制仿生拌料機器時，針對不同物料特性，在生料的潤糧、拌糠工序模仿“人工翻锨”動作，見圖11；在熟料拌曲工序則模仿水泥窯爐的“自由落體翻料”結(jié)構(gòu)，見圖12。

圖11 仿鐵锨翻拌的潤糧設(shè)備

熟糟在翻拌過程中發(fā)膩，主要是因為受到摩擦和擠壓，導(dǎo)致糟粒（糧粒）發(fā)生明顯形變。模擬水泥窯爐結(jié)構(gòu)后，糟粒在自身重力下不斷翻轉(zhuǎn)和緩慢前移（見圖13），弱化了外力的剛性擠壓。通過調(diào)節(jié)料筒長度、轉(zhuǎn)速和傾角，可有效降低糟粒變形機率，達到拌曲均勻、不傷糟醅的效果（見圖14）。

3 TRIZ理論的應(yīng)用

3.1 TRIZ對降溫技術(shù)的趨勢分析

圖12 水泥窯爐翻料結(jié)構(gòu)

圖13 仿窯爐轉(zhuǎn)筒內(nèi)糟粒運動軌跡

圖14 仿窯爐轉(zhuǎn)筒的熟料拌曲設(shè)計

TRIZ闡述了技術(shù)系統(tǒng)進化趨勢：系統(tǒng)/產(chǎn)品是按照一定規(guī)律在進行動態(tài)化發(fā)展的。在理論上可解決常見的創(chuàng)新困惑：如何正確預(yù)測一種產(chǎn)品的未來？

由圖15可知，糧糟降溫的“攤晾床”，目前已進化至柔性鏈接、流體態(tài)階段，至于后續(xù)的“**場”，還只是一種未來發(fā)展的理論趨勢預(yù)測。同樣，白酒釀造“蒸餾設(shè)備”的技術(shù)進化趨勢，見圖16。

白酒蒸餾從最初的“天鍋”一體式，進化到活動甑分體式，再到甑體旋轉(zhuǎn)式，如今，沈陽博雅已研制出“糟醅連續(xù)進甑摘酒”的流體型蒸餾模式，雖然目前不易令人接受，但難保不會是一種趨勢？

圖15 白酒釀造“攤晾床”的技術(shù)進化趨勢分析

圖16 白酒蒸餾設(shè)備的技術(shù)進化趨勢分析

圖17 TRIZ的產(chǎn)品創(chuàng)新路線圖

3.2 TRIZ與產(chǎn)品創(chuàng)新

TRIZ理論，在進行產(chǎn)品創(chuàng)新過程中，通常會引導(dǎo)人們做到三點：怎樣克服思維惰性？怎樣找到正確問題？以及如何正確地解決問題？一般來說，其具有統(tǒng)一的產(chǎn)品創(chuàng)新路線圖，見圖17。

雖然，TRIZ理論并不能直接解決原始的工程問題，但它有助于我們尋找問題的根源和解決措施：通過功能分析→因果鏈分析→技術(shù)進化分析→合理剪裁或特性傳遞→制作問題模型，再通過合適的工具（比如40個發(fā)明原理、76種標準解、功能導(dǎo)向搜索等），作試驗設(shè)計，從而尋得切實有效的解決辦法。

3.3 TRIZ在糟醅降溫系統(tǒng)的應(yīng)用

出甑并添加量水后的糧糟，溫度90～100℃，需將其快速降溫。如何既保證降溫力度，又確保各點糟醅溫度均勻一致，同時避免損傷糧糟結(jié)構(gòu)，是直接決定機械釀造系統(tǒng)是否適用和推廣的關(guān)鍵一環(huán)。以公司研發(fā)的第一臺仿生釀造機器模型為例，經(jīng)安裝調(diào)試發(fā)現(xiàn)：在規(guī)定時間范圍內(nèi)，降溫工藝參數(shù)不達標。為此，將TRIZ理論及時引入仿生機器設(shè)計流程，予以全面系統(tǒng)分析。

3.3.1 功能分析

圖18 仿生機器糧糟降溫系統(tǒng)的功能模型

首先把完成一個特定功能的單元或系統(tǒng)定義為組件，然后在組件分析的基礎(chǔ)上，分析技術(shù)系統(tǒng)組件相互之間的聯(lián)系和作用，再分析技術(shù)系統(tǒng)中各組件間存在的功能，包括有用功能（分正常、不足、過量3種）和有害功能。將糧糟降溫系統(tǒng)各組件的功能模型以圖示化形式表現(xiàn)，見圖18。

3.3.2 因果鏈分析（圖19）

圖19 糧糟降溫效果差的因果鏈分析

機器降溫性能不達標，在整個過程中，究竟有些什么樣的原因會導(dǎo)致此結(jié)果呢？采用TRIZ理論的因果鏈分析，以求尋到解決問題的突破口。

濃香白酒釀造屬于開放式操作，為防止雜菌感染，糧糟在生產(chǎn)現(xiàn)場的裸露時間不能太長，以熱天為例，降溫時間不宜超過25 min；同時，工藝要求降溫后糧糟的整體溫度，必須達到“熱平地溫冷13℃”，且各點溫度大致均衡，波動不宜超過±1℃。

因而，糧糟降溫效果差，主要體現(xiàn)在三個方面：降溫時間長、糧糟各點溫差大、團糟溫度距工藝規(guī)定的溫度偏離較遠。現(xiàn)僅以“降溫時間太長”為例進行分析，其流程見圖20。

“慕課”是借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一種授課形式，將傳統(tǒng)的校園打造成數(shù)字化、智能化校園，打破原有的傳統(tǒng)的教學(xué)模式，通過運用計算機技術(shù)將校園生活智慧化，提高教師的教科研及教學(xué)管理效率。使學(xué)生不再受到來自時間、地點的條件限制，可以隨時隨地地學(xué)習(xí)，將學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力開發(fā)到極大。做到校園網(wǎng)絡(luò)無處不在，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方，學(xué)生便可以進行學(xué)習(xí)。拓寬了學(xué)生的學(xué)習(xí)渠道，豐富了教學(xué)資源內(nèi)容，更加突出了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位。例如佳木斯大學(xué)、佳木斯職教集團的公選課選用了網(wǎng)絡(luò)平臺上的一些“慕課”，不僅豐富了教學(xué)，同時激發(fā)了學(xué)生對興趣課程的學(xué)習(xí)熱情。

由圖20可看出，僅仿生系統(tǒng)糧糟降溫時間太長，涉及的具體因素就很多。經(jīng)統(tǒng)計，在對“糧糟降溫效果差”采用TRIZ的因果鏈分析時，發(fā)現(xiàn)的問題因素累計達40個次，對其分類統(tǒng)計，見圖21和圖22。

根據(jù)因果鏈分析，對原設(shè)計的各種組件進行全面重新評估和剪裁：自然因素屬于不可更改項，工藝因素可以據(jù)工藝酌情調(diào)控而消彌，但設(shè)備上所涉及的10項因素，各項均應(yīng)存在改進空間。

最終，對該機器降溫系統(tǒng)作如下改進：調(diào)整供風(fēng)模式、提高板孔密度、增加板鏈寬度、更改風(fēng)機型號、改進導(dǎo)風(fēng)管、增加風(fēng)機數(shù)量、改善布料器、降低鏈板速率等。在控制糟醅水分適度的情形下，改進后的機器降溫效果與人工操作對比，其效果如圖23。

從總體上看，機器降溫和人工降溫，兩者在熱季高溫階段的降溫效果存在一定區(qū)別，表現(xiàn)在：

（1）仿生機器降溫單甑耗時比人工降溫時間要短2～3 min。

圖20 糧糟降溫時間太長的因果鏈分析

圖21“降溫效果差”因果鏈分析中各因素權(quán)重比較

圖22 因果鏈分析各因素的權(quán)重

（2）單粒糧糟降溫耗時最多4.5 min，僅是人工操作耗用時間的20%。

（3）每“鏈板”糧糟的降溫趨勢呈明顯而穩(wěn)定的可復(fù)制性，具備了推廣應(yīng)用的必要條件。

由上可知，仿生機器降溫與人工降溫的最終團糟溫度完全一致，均比室溫低2～3℃，完全符合釀造工藝中對降溫參數(shù)需達到“熱平地溫”的工藝要求。

4 結(jié)語

固態(tài)白酒的機械釀造，主旨仍在釀酒工藝，機械化只是配套手段，仿生設(shè)計和TRIZ原理應(yīng)用，只是使釀酒機械化著地的一種途徑：采用仿生設(shè)計，機器系統(tǒng)可比肩人工操作,實現(xiàn)匠心釀造，從而保障基酒品質(zhì)；TRIZ理論，對于產(chǎn)量已規(guī)?；S房布局已經(jīng)定型的酒企，可因地制宜，降低成本。

一直以來，釀酒師們被白酒釀造的發(fā)展模式所困擾。實際上，機械釀造的大膽嘗試創(chuàng)新，與傳統(tǒng)精髓的傳承堅守并不矛盾。但如何將兩者有機地統(tǒng)一與融合？仿生設(shè)計和TRIZ理論的聯(lián)合應(yīng)用，提供了一個有益思路，值得釀酒設(shè)計師們琢磨借鑒和深入探究。

圖23 單甑糧糟經(jīng)機器、人工降溫趨勢及時間耗用差異比較

參考文獻：

[1]張婉琳.工業(yè)設(shè)計中仿生設(shè)計的應(yīng)用[J].科技資訊,2013(6)：106.

[2]孫永偉.發(fā)明方法（TRIZ）研修班培訓(xùn)資料[R].北京：中國發(fā)明協(xié)會,2014：31-32.