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基于TRIZ理论的杏鲍菇工厂化接种污染问题研究

一、初始问题形势分析

1.1问题背景

杏鲍菇是开发栽培成功的集食用、药用、食疗于一体的珍稀食用菌新品种,富含蛋白质、碳水化合物、维生素及钙、镁、铜、锌等矿物质,其肉质肥厚,口感鲜嫩,味道清香,营养丰富,具有降血脂、降胆固醇、促进胃肠消化、增强机体免疫能力、防止心血管病等功效,极受市场喜爱,是近年来多个地区重点发展的产业之一。


接种是杏鲍菇等食用菌生产中的一个关键环节,但该环节容易遭受杂菌污染,影响食用菌的接种率和产量。在杏鲍菇工厂化生产过程中出现的空气净化不彻底,接种速度慢,造成了菌包接种污染率高,生产成本大的问题。在采用液体菌种取代固体菌种接种后,效果有所提升,仍然不能达到现实要求。

1.2工作原理

杏鲍菇工厂化生产接种工艺流程是生产中最重要的一个环节,相对于培育与管理更为重要。杏鲍菇工厂化生产主要包含以下工作流程。接种的系统中,要进行菌种制作。

基于TRIZ理论的杏鲍菇工厂化接种污染问题研究(图1)

菌种制作制作阶段首先进行培养基配方与制作、配制培养基、接种、菌丝培养等母种繁殖,其次在枝条中进行原种繁殖、菌包制作、接种等环节。在接种环节中按照下列步骤进行操作。

基于TRIZ理论的杏鲍菇工厂化接种污染问题研究(图2)

(1)接种前准备程序

  • 工作人员消毒:工作人员穿上经消毒过的工作服、鞋、帽和口罩,逐一经风淋后进入接种室;

  • 检查设备、工具:先检查离子风机和净化系统等设备是否工作正常,再做好工具到位,备足酒精灯、酒精棉与替换的干棉塞(经过高温灭菌);

  • 备好菌种:一次性准备好半日菌种用量,接种时关闭窗户;

  • 拉入菌包:先确定待接种的菌包温度必须在25℃以下再拉入。

(2)接种操作程序

  • 先用75%酒精擦洗消毒双手及工具,再进入接种程序;

  • 打开菌包塞子;

  • 取出打孔棒;采用液体菌种枪将菌种喷入菌包;

  • 接种完毕后袋口立即盖紧棉塞,以递出窗口及车运途中不掉落为宜。

1.3存在的问题

杏鲍菇工厂化接种生产过程中主要会产生下列问题。一是由于空气不能彻底净化,使得空气中存在杂菌,接种过程中杂菌和菌种共同进入菌包,在后续培养过程中菌种无法在菌包中正常生长,最终菌包中长满杂菌,整个菌包报废。较高的污染率使得菌包浪费严重,年均浪费菌包在40万瓶,造成生产成本升高。二是在接种的过程中由于菌种的特性和保证菌种更好的在菌包中生长,要求接种速度较慢,在一定程度上加重了菌包的污染。天行健咨询专注于国内企业管理先进技术的研究与开发,服务客户遍布全国各地,为客户提供专业的六西格玛管理、精益六西格玛、六西格玛设计(DFSS)、六西格玛工具、triz创新技术、精益生产管理等六西格玛项目辅_导咨询、 公开课培训、企业内训服务。

1.4限制条件

本项目主要限制条件为,一是空气净化系统是采购设备生产厂家,无法对设备进行改进,同时由于设备费用较高,无法更新空气净化效果更好的设备,设备的安装和布局在初始已经完成,无法进行改动。二是杏鲍菇接种工艺按照技术标准执行,同时现有的接种工艺较为成熟,不易做较大的改动。三是项目执行经费不能高于现有预算。

1.5类似的解决方法

面对杏鲍菇工程化接种生产过程中存在污染的问题,国内部分企业采用自动化液体菌种线和百级空气净化系统解决该问题,污染率可以控制在0.3%左右。但由于改种设备价格昂贵,很多企业无法承担其改造费用。

二、分析问题

2.1因果链分析

利用因果链分析工具,对生产成本高这一现象进行分析,具体如下图所示。由于菌包污染严重,造成菌包浪费严重,生产成本增加;菌包污染严重是因为菌包在接种的过程中感染杂菌。菌包中存在杂菌是由于接种室内空气中存在杂菌,同时菌包在接种的过程中需要与空气接触所导致;空气中存在杂菌是由于空气流动、空气净化器净化层级不足、空气消毒作用不足所造成;菌包与空气接触是因为菌包需要接种、菌包敞露在空气中、接种区域缺乏空气净化装置引起。

基于TRIZ理论的杏鲍菇工厂化接种污染问题研究(图3)

通过因果链分析,结合实际工况,确定空气中存在杂菌、菌包敞露在空气中、接种区域缺乏空气净化装置三个关键问题。根据因果链分析提出如下初始解决方案:

方案1:在接种区域增加空气净化装置,非接种区域保持现有状态。

方案2:将接种区域密封真空,并保证空气不含杂菌,非接种区域保持现有状态。

2.2功能分析

根据功能分析的步骤,对杏鲍菇工厂化接种系统进行分析。

(1)组件分析

基于TRIZ理论的杏鲍菇工厂化接种污染问题研究(图4)

(2)组件相互作用分析

基于TRIZ理论的杏鲍菇工厂化接种污染问题研究(图5)

(3)功能列表

基于TRIZ理论的杏鲍菇工厂化接种污染问题研究(图6)

基于TRIZ理论的杏鲍菇工厂化接种污染问题研究(图7)

(4)功能模型图

根据功能模型图可以看出系统中存在下列问题:

  • 空气过滤设备分离杂菌是不足的;

  • 空气携带杂菌是有害的;

  • 杂菌杀死菌种是有害的;

  • 菌包吸收杂菌是有害的;

  • 杂菌粘附菌包是有害的。

基于TRIZ理论的杏鲍菇工厂化接种污染问题研究(图8)

(5)剪裁

从功能模型图中可以看出杂菌是系统中存在的最大的问题,由于在接种系统中,在现有的工作条件下,无法对其剪裁或者剪裁后完成应用功能的难度较大,因此无法剪裁。但是根据剪裁的思想,可以考虑对空气进行剪裁(剪裁规则不支持对超系统组件进行剪裁),并形成下列方案。

方案3:接种过程采取真空的形式,接种完成后,对菌包进行密封,放在菌种培养棚中,只是对菌种接种区域进行真空,不是对接种室进行真空。

2.3九屏幕图

根据九屏幕图的规则,将杂菌感染的菌包定义为当前系统,画出下列九屏幕图并提出解决方案。

基于TRIZ理论的杏鲍菇工厂化接种污染问题研究(图9)

方案4:采用高级别空气净化设备,过滤掉空气中的杂菌,同时增加空气过滤的次数。

方案5:采用自动化接种系统,加快接种速度,减少杂菌感染。

2.4最终理想解

(1)设计的最终目的是什么?减少杂菌对菌包的感染。

(2)理想解是什么?菌包自己能够杀菌,菌包不会感染。

(3)达到理想解的障碍是什么?菌包不具备杀菌的功能,同时空气过滤设备不能够完全过滤掉空气中的杂菌。

(4)出现这种障碍的结果是什么?菌包被杂菌感染。

(5)不出现这种障碍条件是什么?空气过滤设备能够完全过滤掉空气中的杂菌;空气中没有杂菌,菌包杀死杂菌。(6)创造这些条件时可用的已有资源是什么?杀菌设备、空气过滤设备、空气、杂菌等根据最终理想解,可以提出如下解决问题的方向。

方案6:在接种过程中,给菌包增加杀菌功能,在菌包开口上方增加杀菌装置。

2.5资源分析

物质资源:空气过滤设备、接种设备、液体菌种;

能量资源:电能、风能、机械能;

信息资源:菌丝形状、颜色、气味,接种速度;

空间资源:菌包与接种设备之间的空间、菌包与空气过滤设备之间的空间、菌包未装满基质空间、导通管空间;

时间资源:菌包开口时间、接种时间、在传送带运动时间、菌种移动时间;

功能资源:过滤杂菌、消除杂菌;

分析现有资源,可得到以下解决问题的方案。

方案7:由于菌包在开盖前是密封的,不与外部空气接触,开盖后与接种室空气接触,出现感染问题,充分利用开盖时间、接种时间以及菌包上方未装基质空间。在制作菌包时,将菌包上方用透明薄膜覆盖,同时改变打孔棒上方的,减少暴露在空气中的区域。

三、解决问题

3.1技术矛盾

对系统进行分析后发现有两对技术矛盾。

第一对技术矛盾:

TC1:如果接种速度快,那么菌包与空气接触的时间短,菌包被污染的数量就少,但是接种量不足。

TC2:如果接种速度慢,那么接种量达到要求,但是菌包与空气接触的时间长,菌包被污染的数量就多。

改善的参数:运动物体作用时间。

恶化的参数:物质的量。

查询矛盾矩阵表得到创新原理为:3、35、10、40。

根据发明原理提出技术方案:

方案8:根据3号原理局部质量改善,改善菌包与空气接触的空间,尽可能的使菌包与空气不接触。

方案9:根据35号原理物理或化学参数改变,改变液体菌种的密度和浓度,使喷头内部喷菌种,外部喷隔离物质。

方案10:根据10号原理预先作用,预先对接种枪头的周围进行杀菌,使周围不出现杂菌,同时保持空气不流动。

第二对技术矛盾:

TC1:如果菌包不与空气接触,那么菌包不会被空气中的杂菌感染,不浪费菌包,但是系统的负责程度较高。

TC2:如果菌包与空气接触,那么系统不会变得复杂,但是空气中的杂菌会污染菌包,菌包浪费严重。

改善的参数:物质的量。

恶化的参数:系统复杂性。

查询矛盾矩阵表得到创新原理为:3、13、27、10。

根据发明原理提出技术方案:

方案11:根据13号反向作用原理,将喷头向下喷改为向上喷。

3.2物理矛盾

第一对物理矛盾:

EC1:接种速度必须快,以满足菌包与空气接触的时间短,菌包被污染的数量就少。

EC2:接种速度必须慢,以满足接种量达到要求。

使用空间分离原理:

方案2:将接种的空间进行分割,改善局部空气净化。

使用条件分离:

方案13:在接种枪上通入净化空气,增加压力。

第二对物理矛盾:

EC1:菌包与空气必须不接触,以满足菌包不会被空气中的杂菌感染,不浪费菌包。

EC2:菌包与空气必须接触,以满足系统不会变得复杂。

使用空间分离原理:

方案14:将接触的空间进行分割,菌包与菌种接触前,不与空气接触,菌种接触菌包后可以接触。

3.3物场模型

(1)确定相关的元素。菌种、杂菌、化学场。

(2)绘制物-场模型。

(3)选择物-场模型的解法。该物场模型为有害效应模型,利用标准解1.2.3,消除有害作用。

(4)开发设计概念。

方案15:在现有的系统中加入臭氧,在打开菌包盖后,接种前,对菌包进行杀菌,并密闭空间,然后停止杀菌,开始接种。

四、方案整理与评价

基于TRIZ理论的杏鲍菇工厂化接种污染问题研究(图10)

基于TRIZ理论的杏鲍菇工厂化接种污染问题研究(图11)

从经济性、操作性、实施复杂性以及结合实际工况特点对各解决方案进行综合评价,方案7和方案15各项指标表现较好。但这些方案的实施中可能还存在一些二级问题需要解决。

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