劉 麗 陳海周 解偉民 畢義成

（青島科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院，山東 高密261500）

在我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，立式冷藏展示柜的普及率越來越高，立式冷藏展示柜由于制冷方式不同，分為直冷式和風(fēng)冷式。直冷式耗電小、噪音低、價(jià)格低。但冷藏食品速度慢，溫度均勻性差，需人工除霜。風(fēng)冷式冷藏速度快、無需（自動）除霜、溫度均勻性好，但其價(jià)格高、耗電量大、噪音高。隨著人們生活品質(zhì)越來越高，對于消費(fèi)環(huán)境的要求自然也越來越高，立式冷藏展示柜的噪聲問題也越來越得到經(jīng)銷商和客戶的關(guān)注。十九大報(bào)告58 次提創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新是現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略支撐，傳統(tǒng)的創(chuàng)新方法包括：試錯(cuò)法、頭腦風(fēng)暴法、逆向思維法等，其創(chuàng)新效率低下，易造成人力、物力巨大的浪費(fèi)。1956 年阿奇舒勒提出了“發(fā)明問題解決理論”既TRIZ 理論，其不僅提高了技術(shù)問題的解決能力，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，還使企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的方向具有可預(yù)見性，從而降低了企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的風(fēng)險(xiǎn)。目前，TRIZ 不僅在工程技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用，成為企業(yè)創(chuàng)新的利器，而且已經(jīng)在自然科學(xué)、社會科學(xué)、管理科學(xué)、生物科學(xué)等多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。本文運(yùn)用圖1 所示TRIZ 解決問題的原理對立式冷藏展示柜噪聲問題進(jìn)行分析與改進(jìn)。

圖1 TRIZ 解決問題的原理

1 定義系統(tǒng)名稱

要解決立式冷藏展示柜的噪聲問題，首先需要對解決的問題有一個(gè)清楚的定義。風(fēng)冷式立式冷藏展示柜是具有冷藏、展示等功能的隔熱柜體，主要用于飲料的存儲和銷售。壓縮機(jī)做功將制冷劑壓縮為高溫高壓的氣體，然后流過冷凝器，向外界釋放熱量變?yōu)榈蜏馗邏旱囊后w，隨后進(jìn)入蒸發(fā)器變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍怏w，吸收箱體內(nèi)熱量，實(shí)現(xiàn)箱內(nèi)的制冷。根據(jù)立式冷藏展示柜整個(gè)工作過程的描述，我們可以對系統(tǒng)名稱簡練定義為“立式冷藏展示柜各部件配合實(shí)現(xiàn)制冷”。在整個(gè)工作過程中產(chǎn)生的噪聲主要有壓縮機(jī)工作產(chǎn)生的機(jī)械噪聲、冷凝風(fēng)機(jī)工作產(chǎn)生的氣動噪聲、蒸發(fā)風(fēng)機(jī)工作產(chǎn)生的氣動噪聲、制冷劑在管路中流動產(chǎn)生的流體噪聲，其噪聲頻率分布如圖2 所示。

圖2 立式冷藏展示柜噪聲及頻率分布

2 轉(zhuǎn)化為TRIZ 問題模型

要利用TRIZ 作為解決問題的工具，需要將具體問題轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模型。根據(jù)上文對立式冷藏展示柜工作原理及噪聲問題的論述，進(jìn)一步利用TRIZ 理論來對立式冷藏展示柜進(jìn)行描述。其工作原理描述為：電源驅(qū)動壓縮機(jī)，電源驅(qū)動冷凝電機(jī)，電源驅(qū)動蒸發(fā)電機(jī)，冷凝電機(jī)帶動冷凝扇葉，蒸發(fā)電機(jī)帶動蒸發(fā)扇葉，U 型支架固定冷凝電機(jī)，直板式支架固定蒸發(fā)電機(jī)，壓縮機(jī)底板固定壓縮機(jī)，壓縮機(jī)底板固定U 型支架，頂罩固定直板式支架，壓縮機(jī)驅(qū)動制冷劑。

立式冷藏展示柜主要噪聲問題描述為：壓縮機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生機(jī)械噪聲，冷凝電機(jī)工作產(chǎn)生機(jī)械噪聲，蒸發(fā)電機(jī)工作產(chǎn)生機(jī)械噪聲，冷凝扇葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生氣動噪聲，蒸發(fā)扇葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生氣動噪聲，冷凝電機(jī)碰撞U 型支架，蒸發(fā)電機(jī)碰撞直板式支架，壓縮機(jī)碰撞壓縮機(jī)底板，U 型支架碰撞壓縮機(jī)底板，直板式支架碰撞頂罩，制冷劑碰撞制冷管路。對于本文所描述的問題模型屬于技術(shù)矛盾，解決技術(shù)矛盾的工具是矛盾矩陣，解決方案運(yùn)用40 個(gè)發(fā)明原理。

3 功能分析

功能分析是一個(gè)分析問題的工具，是一種識別系統(tǒng)和超系統(tǒng)組件的功能、特點(diǎn)及其成本的分析工具。本文所描述的各噪聲組件有的為立式冷藏展示柜的主要噪聲源，有的為立式冷藏展示柜的非主要噪聲源，根據(jù)各組件噪聲對立式冷藏展示柜整機(jī)噪聲貢獻(xiàn)度的大小來分析判定各組件功能屬性，并利用式（1）理想化水平公式來得到各組件的理想度，各組件理想度如表1 所示。

表1 組件功能分析

由表1 可以得到各功能組件理想化水平大小，有小到大為（1）制冷劑；（2）壓縮機(jī)；（3）U 型支架；（4）直板式支架；（5）冷凝電機(jī)；（6）冷凝扇葉；（7）蒸發(fā)電機(jī)；（8）頂罩；（9）壓縮機(jī)底板（10）蒸發(fā)扇葉。

4 應(yīng)用發(fā)明原理確定解決方案

根據(jù)各組件功能分析及考慮企業(yè)改造成本我們對蒸發(fā)扇葉進(jìn)行TRIZ 問題分析，蒸發(fā)扇葉如圖3 所示。如果使用該普通蒸發(fā)扇葉作為風(fēng)冷系統(tǒng)的動力源，那么產(chǎn)品成本較低，但是扇葉轉(zhuǎn)動氣動噪聲較大，鋁合金材質(zhì)扇葉旋轉(zhuǎn)存在一定危險(xiǎn)性。如果解決方案是使用一種PP 材質(zhì)的翼型扇葉作為該風(fēng)冷系統(tǒng)的動力源，如圖4 所示，那么能大大減少扇葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣動噪聲，較鋁合金扇葉安全性較高，但是該翼型扇葉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本稍高。由于我們的目標(biāo)是要改善立式冷藏展示柜的噪聲，所以我們選擇將鋁合金扇葉換為翼型降噪扇葉，所以翼型扇葉成為我們選擇的技術(shù)矛盾。我們優(yōu)化的目標(biāo)是要降低立式冷藏展示柜工作過程中的噪聲，因此，降低噪聲是技術(shù)矛盾中要改善的參數(shù)，由于需要安裝翼型扇葉來降低氣動噪聲，使得產(chǎn)品的成本增加，因此產(chǎn)品的成本是惡化的參數(shù)。將改善的參數(shù)和惡化的參數(shù)均化為阿奇舒勒通用工程參數(shù)，在39 個(gè)通用工程參數(shù)中尋找最接近的通用工程參數(shù)。因?yàn)椤敖档驮肼暋钡拇胧楦鼡Q為翼型扇葉，所以最接近于通用工程參數(shù)的12“形狀”。同樣的，“增加產(chǎn)品成本”最接近于通用工程參數(shù)的24“物質(zhì)損失”，所以得到表2 所示的具體參數(shù)和典型參數(shù)對應(yīng)表。

在阿奇舒勒矛盾矩陣中確定改善參數(shù)“形狀”和惡化參數(shù)“物質(zhì)損失”，如表3 所示。改善參數(shù)“形狀”在第12 行，惡化參數(shù)“物質(zhì)損失”在第23 列，其交叉對應(yīng)的單元顯示的數(shù)字為35、29、3、5，每一個(gè)數(shù)字都分別對應(yīng)40 個(gè)發(fā)明原理的編號，如表4所示。通過使用上述步驟確定的發(fā)明原理找到了具體解決方案，通過更換為翼型降噪扇葉，有效的降低了風(fēng)機(jī)的氣動噪聲，進(jìn)而明顯降低了立式冷藏展示柜的整機(jī)噪聲。

圖3 普通蒸發(fā)扇葉

圖4 翼型蒸發(fā)扇葉

表2 具體參數(shù)與典型參數(shù)對應(yīng)表

5 結(jié)論

本文在立式冷藏展示柜噪聲的問題上創(chuàng)新性的運(yùn)用TRIZ理論進(jìn)行了分析。依據(jù)TRIZ 理論分析解決問題步驟，確定了立式冷藏展示柜風(fēng)冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)扇葉為本文分析的一組技術(shù)矛盾，并在39 個(gè)通用工程參數(shù)中尋找到最接近的通用工程參數(shù)。隨后根據(jù)找到的2 個(gè)通用工程參數(shù)在矛盾矩陣中確定對應(yīng)40 個(gè)發(fā)明原理的編號，并最終確定了更換翼型降噪扇葉的解決方案，較好的降低了立式冷藏展示柜的整機(jī)噪聲。