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基于TRIZ理论的新型血浆重力存取装置

作品名称：基于TRIZ理论的新型血浆重力存取装置
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：季瑜队
参赛学生：李昊函陈子昂冯秀莉
指导老师：马立修

详细说明

1 血浆存取装置的结构、系统设计说明
1.1整体结构设计
装置结构包括冷藏柜体，柜体上设有可视的血浆存入口，下设血浆取用口，两口处均设有自动开合的仓门，柜体内部设有制冷装置和滑动轨道，轨道向下倾斜并往复回转，且上下两端分连存取两口，血浆箱经存入口装于轨道并借助重力向下滑动。
柜体分为内筒和外筒，内外筒为轨道的支撑主体，柜体顶部为可掀开的柜门，柜门仅作为维修或清洁时使用。
1.2主要结构特征
（1）柜体为圆筒形时，其内设置螺旋状滑动轨道，轨道下侧设置可挂接血浆箱的挂接机构，吊架通过上端的倒T型槽与轨道相配合，且前后及两侧均设置滚动单元（牛眼轴承）。轨道下端设有包含卡锁弹簧、卡块和弹簧控制单元的卡锁装置），卡块通过卡锁弹簧设置在轨道的一侧，弹簧控制单元控制弹簧带动卡块可阻挡血浆箱沿轨道向下无限滑动，实现连续存放。沿轨道设置有活动拉绳（图中未画出），拉绳上固定有拨动血浆箱的凸出体。
（2）柜体为方形时，滑动轨道为多层首尾相接的之字形直线滑道，每相邻相接的两滑道倾斜方向相反，连接处配置推送机构，其可将血浆箱从上侧的直线滑道推送至相连的下侧滑道，实现连续存放。
（3）血浆箱以及箱内的血浆袋（盒）均设有条码，血浆存取口两处均设有条码扫描装置和暂存区域。
（4）制冷装置设置于冷藏柜体底部或沿轨道布置，也可采用内部循环的风冷系统。
（5）冷藏系统（图9）内设置传送带，按照一定次序安装的多个柜体上的血浆取用口通过倾斜的滑板连接传送带，其他辅助设备均设置于整体密封的系统内。
1.3装置结构的优点
（1）柜体的结构设计摒弃了目前多用的库存结构，更为简捷。圆筒形柜体内部的螺旋状轨道，可节省结构空间，轨道可用于输送和储存大量血浆箱，取用时直接借用血浆自身重力实现从柜体上部沿螺旋轨道滑至取用口，无需采取升降装置或机械臂等，避免装置运转发热对存储环境的温度影响，保障了血浆存储质量，提高了实用性和灵活性。采用方形柜体时，内设多层相接的之字形滑道也可节省空间，采用辅助推送的力源装置（液压装置等）均设于柜体外，仍可避免对存储环境的影响，但从能效及结构设置等方面考虑，其不如圆筒形结构设置效果好。上述的结构设计因其单通道、单流向的特性，按照时间顺序自然存储可满足血浆取用的先进先出原则。各柜体可存储不同类型的血浆，根据需求随时从不同柜体取用，多柜体协同作业，互不干涉，亦方便系统化管理。
（2）通过倒T型槽与轨道配合的吊架及轨道两侧设置的滚动单元，可减少血浆箱与轨道的接触面积，减少摩擦阻力及热量，并防止血浆箱冻结于轨道上，前后的滚动单元能有效防止相邻的血浆箱冻结。
（3）弹簧控制单元控制卡锁弹簧的伸缩可使受血浆箱重力作用的弹簧快速复位来防止血浆箱连续滑出取用口；多个卡锁装置的设置及配合可以控制血浆箱的逐个滑出，实现顺序存取。
（4）每个箱体内设计可装多个血浆袋（盒），两者均印有条码，袋（盒）身的码内应包含采血日期、血型、品种、规格、血型、献血编号等精确信息，箱体上的码内应包含所处位置、检修时间、数量等精确信息，便于信息化系统管理。
（5）活动拉绳可沿轨道运行，其上的凸出体随拉绳运动时可拨动血浆箱，迫使因冻结不动的血浆箱继续运动，避免血浆箱卡顿在轨道上的问题，亦可实现手动与机动运作方式互补。
2 血浆存取装置的信息化管理系统要求
基于物流行业对仓储管理的经验以及其他方法，该血浆存取装置的管理系统应具备以下主要内容：
①出入库策略上借鉴优化后的密集式自动仓储系统进行管理；
②血浆箱存入时，扫描装置需检测获取血浆箱所带的码内信息、装柜时间及存储位置等，检测后存入，箱内血浆袋（盒）上的二维码信息需在装箱前录入，包括数量、类型等；
③血浆箱取用时，扫描装置需检测获取取用时间、柜体编号或位置，取用数量及类型等，检测后取用；
④传送带末端的检测终端通过检测二维码等方式获取当前取用的血浆数量、类型、时间等，将所获信息反馈给主系统，前三点的码内信息可借鉴“库位号”、“四号定位”管理方式设置血浆信息；
⑤冷藏系统内需实时监控冷柜温度、湿度等信息并存储较长时间，便于系统的后期维护；
⑥主系统应设置用户管理、基本数据维护及查询功能模块；
⑦设置故障报警、断电保护、风险管理等系统，当冷藏柜体或整体系统出现故障时，此类系统优先响应，发出报警信号；
⑧执行控制系统均采用工业领域多用的可编程控制系统（PLC）；

3 具体实施方式及过程
3.1圆筒形冷藏柜体的存取系统实施过程及说明
工作人员将信息已统计完全并设置好条形码的血浆袋（盒）扫码录入系统后按次序、类别存入血浆箱，再借助外部升降装置将血浆箱运至存入口（当冷藏系统设置于地下时不需要升降装置），并通过入口处的条码扫描装置扫码后挂接于吊架滑入柜体。轨道上设置多组卡锁装置，每相邻配合的两组之间至少容纳一个血浆箱，当两者间没有血浆箱时，上游的卡锁装置打开，允许一个血浆箱通过后再关闭，取用时依次打开最下游的卡锁装置，并按照存入时的相似过程扫码出库。假设每一血浆箱内存放5个血浆袋（盒），当存储时超过5个，多余的可存放于暂存区域，当取用时的取用数量小于5个，剩余的可存于取用口处的暂存区域。挂接在轨道上的血浆箱在重力的作用下沿轨道下滑，同时卡锁装置上的卡锁弹簧（拉簧）带动卡块阻挡血浆箱无限制下滑并定位，在取用血浆箱时可通过手动或机动方式控制活动拉绳，迫使凸出体拨动卡锁弹簧或卡块，使得卡块向上拉起，允许血浆箱经过卡块，此过程中卡块在卡锁弹簧的作用下迅速复位，并依靠在挂接机构前侧开设的与卡块配合的插槽在卡块复位时直接插入插槽内，防止其他血浆箱依次经过卡块或出现碰撞，同时，血浆箱借助滚动单元沿轨道下滑至取用口，经条码扫描装置检测后在推送装置作用下沿滑板运动至传送带，经检测终端后实现出库，多柜体在主系统的控制下协同作业，可实现不同类型、数量的取用。
3.2方形冷藏柜体的存取系统实施过程及说明
方形柜体的工作过程与圆筒形类似，主要区别在血浆箱入库时只需将箱体推上直线滑道，此方式能实现较为稳定的滑落，存储时箱体即在连接处存放；箱体下滑至为圆弧状的相接处坡道后，依靠第一推送机构从上侧直线滑道下端运行至下侧直线滑道上端，实现箱体沿首尾相接的之字形直线滑道下滑；取用时经条码扫描装置检测后在推送装置作用下沿滑板运动至传送带，检测后出库，出入口处同样设置暂存区域，系统设置与圆筒形一致，也可实现多柜体协同作业。比较上述两方案，圆筒形结构方案综合性较好。此外，柜体及整体冷藏系统设计均可按照实际生产、储存要求等灵活处理。

重力存取方式本身是很新颖的设计，可以简化存取装置，操控上较简单，便于制造，较好的实现了成本与功效的平衡，同时对于血浆等具有较高稳定环境要求的存储物品而言，不会对其内部环境造成影响。
4.项目创新特色概述：
（1）可实现在低温、密封环境下的自动化存取血浆；（2）可实现自动登记、自动寻址；
（3）可通过重力存取的方式实现一次性大量的顺序存取；
（4）可保证内部存储环境的稳定及平衡；
（5）可方便进行现代化库存管理方法的结合、应用等。

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