开题报告-基于TRIZ的中性笔笔杆定制印刷机构

PAGEPAGE1本科毕业设计开题报告题目：基于TRIZ的中性笔笔杆定制印刷机构学院：机械工程学院专业：机械工程班级：2018级2班学号：学生姓名：指导老师：提交日期：2022年2月23日浙江工业大学机械工程学院毕业设计（论文）开题报告PAGE11基于TRIZ的中性笔笔杆定制印刷机构1背景及意义1.1背景中国制笔行业[1]是我国轻工业中的传统产业,具有较强国际竞争力，承接着繁荣市场、稳定出口、扩大就业和满足人民日益增长美好生活的需要。进入新时代，我国制笔业已由高增长阶段转向高质量发展阶段，正处于转变发展方式、优化产业结构和转换增长动力的攻关时期。中性笔[2]是指书写介质的粘度介于水性和油性之间的一类圆珠笔。中性笔起源于日本，1988年，日本PENTEL株式会社研制出了一种粘度介于圆珠笔油墨和钢笔油墨之间的新型墨水，将其灌入圆珠笔中取名中性笔。中国制笔行业是我国轻工业中的传统产业,具有较强国际竞争力。由于中性笔兼具了圆珠笔和钢笔的优点，已经成功地取代了水性圆珠笔和钢笔，成为了用户首选的书写工具，承接着繁荣市场、稳定出口、扩大就业和满足人民日益增长美好生活的需要。数字印刷[3-7]是利用印前系统将图文信息直接通过网络传输到数字印刷机上印刷的一种新型印刷技术，又称为数码快印和短版印刷（也称无版印刷NIP技术），传统的凸印需通过菲林制成为锌版印刷，平印通过菲林制作PS版印刷，而数字印刷无须通过上述情形即可将电脑中的文件输入到印刷机的载体内转换为印刷品。数字印刷行业的服务特点就是让客户在短时间内得到想要的产品。在客户在付出合理成本的基础上，就得到精致专业的服务和印品，数字印刷可以从根本上保证客户文件的品质。另外，印品具有多样性、个性化的特点，且能同时进行改动与校对，最大程度地满足了客户的需求。如今，我国正处在第三次消费升级中，消费者在满足基本的消费需求后开始对更深层次的消费需求产生向往，个性化、差异化的消费概念日益深入人心，消费模式和需求呈现出多样性、个性化的时代特点。在注重体验和个性化产品需求的作用下，促使消费者对文创产品的购买动机往往体现在文化和精神的个性化需求上。想要赢得市场，印刷行业必须要打破传统的思维模式，顺应消费升级的时代潮流，及时调整产业结构，尽早将数字印刷技术投入生产，拥抱新零售时代的小批量定制化生产。在市场变革的关键时期务必重拳出击，尽早打入“个性化定制”的主战场。未来几年将是消费转型升级的黄金时间，是小批量市场的天下，个性化、定制化正以势不可挡的速度迅猛发展[8]。1.2相关技术国内外现状及趋势1.2.1中性笔结构插套式中性笔按笔芯的固定方式可分为前定位式和后定位式[9]，此处以前定位笔杆组件来分析通气结构。前定位式笔杆组件一般由笔杆、尖套、尾塞组成，有的还会在握笔处设计有软的橡胶套，便于手舒适地握住。从功能分析来看，笔杆组件主要功能为固定笔芯和执行手握功能，是完成书写功能的主要部件之一。在结构设计中，同样有许多需要为通气顺畅进行设计校核。从组件最主要的零件笔杆来看（见图1），笔芯装入笔杆内孔，笔芯的连接件台阶贴合笔杆端面再由尖套内孔的筋将其压住实现固定。其通气通道为图中蓝色线所示，其通路为：尖套与笔头的间隙→连接件缺口→笔杆和油管的间隙→油管尾端内孔。图1中性笔结构示意图1.2.2印刷技术1.2.1国外研究现状当今世界的印刷业已经进入了电子和光的世界，不论是印前、印刷和印后都普遍的使用计算机、激光以及信息处理等现代化技术，这直接刺激了印刷工艺和设备的机械化、自动化和智能化；而且随着社会多元化发展，越来越多的需要用到数字印刷。整个世界数字印刷技术发展的主要趋势是：彩色印刷品的比重增加，胶印仍占主导，柔性版印刷逐渐发展，印后加工工艺自动化程度更高，数字印刷的广泛使用也大大的改变了现有的印刷工艺，缩短了印刷的周期，提高了印刷的质量，而且印刷技术中的高新技术含量还在不断的增加和提高。目前世界上印刷业发达的国家是德国、日本、美国、英国以及西方其他一些发达国家，他们的印刷设备、器材、工艺技术以及教育的整体水平都比较高。总而言之，国外数字印刷的迅猛发展和印刷工艺的多样性以及印刷设备的不断更新，使整个印刷行业欣欣向荣的发展，而它们的先进性和高效率的印刷方式也很值得我们学习[10-12]。1.2.2国内研究现状在新中国成立以后，我国的传统印刷术空前发展，几十年来，中国的印刷业已经形成产品加工、机械制造、原材料生产、供应、科研教育等门类齐全、能为各行业服务的印刷工业体系。印刷科学技术研究也取得了卓著的成绩，由我国自行设计的华光激光照排机和北大方正排版系统，实现了排版工业的革命，使我国的照排系统达到了国际领先水平。但我国的数字印刷生产力水平发展不是很平衡，尤其是一些偏远地区的印刷设备落后、印刷质量差、劳动强度大，在一定程度上制约了我国印刷业的发展。数字印刷在我国具有很大的潜在市场，但发展不是很迅速，而且由于我国东西地区经济发展的差异，数字印刷在经济发达地区所占的比例和份额明显的高于偏远地区。这说明数字印刷在我国整体上发展还不是很成熟，另外，与国外发达国家相比较，我国的数字印刷市场平均增长率低于发达国家数字印刷增长率大约10个百分点。在后期工艺方面，虽然有很多的工业设备，但在制作精细度、高度自动化方面还有待于进一步改良。1.2.3.TRIZ理论研究与应用TRIZ理论是前苏联人阿奇舒勒[13]对数以万计的专利分析后所总结出来的一套科学的系统的理论方法，该理论经过不断的完善，被很多国家引进学习，不仅在理论方面做出来更多的补充，而且也利用该理论解决了各个领域的技术难题，研发出了很多专利。TRIZ的理论体系可以分为概念层、分析方法、问题解决方法层和系统化方法层，还有计算机辅助创新系统，如图2所示。图2TRIZ理论体系图《TRIZ国内外研究现状、存在问题及对策研究》一文中数据显示，从引入开始，仅5年时间，创新方法试点示范企业已达310家，涉及领域十分广泛。自TRIZ理论在我国推广以来，每年被授权的发明专利都在大幅增加，不仅让我们见到了它强大实力，提升了公司自身的创新能力和生产速度，也增强了公司自身的生命力和竞争力。无数的案例都表明，应用TRIZ进行技术创新有助于发现问题的本质、产生新灵感、缩短解决问题所需时间、提高创新效率以及预测技术进化路线[14-16]。理论研究方面：各国学者经过不断努力，在TRIZ理论的基础上做出的贡献，包括：将理论中的进化法则由原本的8个更新到了11个、发明原理由最初的40个更新到了77个、工程参数由39个更新到了48个。同时，国外学者也在TRIZ基础上创立了新的理论，如MIS理论、WOIS理论[17-18]。理论应用方面：韩国三星电子的屏幕进化路线问题，波音公司的飞机内部夹紧结构和淋雨问题，美国福特公司的汽车方向盘抖动问题，美国NASA的抗低温电池设计问题，国外军工的无壳弹药设计、战斗机防弹玻璃设计等。国外丰硕的研究成果和设计成果印证了TRIZ理论的优越性和其蕴含巨大潜能，也为该理论引入中国提供了坚实的基础。1.2.4.发展趋势随着信息技术高速迅猛地发展，数字化、个性化越来越广泛地进入到我们的日常生活中。伴随着TRIZ理论应用的逐渐成熟和定制印刷技术的广泛采用，中性笔杆作为一种个性化的文创产品，将会在定制印刷这一技术领域逐渐绽放光彩，成为定制印刷技术的关键产品之一[19]。1.3意义中性笔笔杆文字、图案个性化定制要求很常见。本课题针对中性笔的不同类型笔杆，结合TRIZ创新理论，提出一种自动化机构，实现笔杆进料、提升、印刷等功能，能够快速进行文字或图案印刷，本项目具有非常好的市场前景和实际应用意义。2主要内容、目标及创新点2.1主要内容根据印刷机的工作原理，设计定制印刷机的总体方案，完成笔杆进料、提升、印刷等功能模块的结构设计，对设计中遇到的问题进行TRIZ分析、抽象化，形成功能原理矩阵，或利用其它TRIZ方法提出解决方案。在以上基础上，对运动部件进行运动分析、计算，选定电机。最后形成三维形体建模。2.2主要技术要求和技术参数或要达到的目标表1笔杆印刷机的主要技术参数项目参数中性笔笔杆直径∅6-∅15中性笔笔杆长度140中性笔笔杆厚度2最快印刷效率3000个/小时2.3主要解决的技术关键问题及创新点2.3.1主要解决的技术关键问题（1）根据技术参数要求，形成定制印刷机构的总体设计方案。（2）利用TRIZ理论，对各主要功能模块进行分析，发现其中存在的技术冲突或物理冲突，利用TRIZ解决问题的方法，寻找解决方案，并进行结构设计和三维建模。2.3.2创新点（1）定制印刷机构适用于个性化、自动化，可以作为独立的笔杆印刷机构，进行小批量定制。（2）将TRIZ理论应用于工程实际，有利于对相关知识的实践性掌握。3可行性分析课题与专业培养目标的关联度和工程意义与专业紧密联系，具有实际工程应用价值课题的先进性和创新性分析：在传统的数字打印技术基础上融入TRIZ的理论应用，进一步提升产品的效率和精度，以及个性化的空间。课题的深度、难度分析：通过对定制打印机构结构与工作流程的设计，提升产品的质量和先进性，难度与工作量适中。4研究方法4.1技术方案（1）笔杆进料功能模块的设计为进一步缩短印前准备时间和更换活件的时间，追求更高生产效率，该设计采用一种印刷机的自动进料装置及其进料方法，包括送料板，送料板的上方设有安装板，安装板底部的两侧对称固定连接有固定块，安装板的底部固定连接有V型安装块，V型安装块的底部固定连接有V型刮板，安装板的底部且位于V型安装块的一侧位置处固定连接有条形安装块，条形安装块的底部固定连接有柔性清理条，利用柔性清理条、V型刮板和集灰箱的设置，通过柔性清理条和V型刮板对待印刷板材的印刷面进行清灰和除灰的工作，并使待印刷板材印刷面上的灰尘掉落至集灰箱内，完成对灰尘的收集，实现送料和清灰的同步进行，避免了人工清灰效率低下的问题，提高了印刷工作的工作效率。（2）笔杆提升功能模块的设计为了能解决笔杆在进给至印刷机印刷时需要人工转移的问题，设计了一种用于印刷机的提升机构，包括机架，机架上设置有运输板，运输板的底部设置有若干个滚轮，机架上设置有两块移动板，两块移动板相对的两端均可拆卸连接有用于钩持运输板的钩持部，运输板的两端连接有定位板，钩持部与定位板钩持配合，机架与对应的移动板之间均设置有驱动移动板上下移动的驱动组件。本申请将装有笔杆的运输板放置于两块移动板之间，利用钩持部钩持定位板，而后驱动驱动组件使移动板上下移动，由此能够将装有笔杆的运输板提升印刷机的上料位置，相比于利用人工将纸张搬运至上料平台，该方式直接将运输板提升至上料位置，使运输板作为上料平台，提高了工作效率，减轻了工作人员的工作负担。（3）笔杆印刷功能模块的设计本设计采用一种印刷模块。其中，印刷模块包括：底板、第一喷头组件、第二喷头组件及第一角度调整组件；所述第一喷头组件、所述第二喷头组件安装在所述底板上；所述第一喷头组件的第一端可绕所述第一喷头组件的第二端与底板的连接点旋转，以调整第一喷头组件与第二喷头组件之间的距离；所述第一角度调整组件设置在所述第一喷头组件和底板之间，用于控制所述第一喷头组件的第一端的旋转角度。本设计采用的印刷模块可以通过旋转第一喷头组件来调整第一喷头组件和第二喷头组件之间的间距，从而使得第一喷头组件和第二喷头组件喷墨区域之间的间隙减小，进而提高了印刷质量。4.2课题的技术路线和步骤5课题的总体安排与时间进度序号起止时间课题内容12021.12.20~2022.2.23查阅文献，完成文献综述；完成外文翻译；查阅相关资料，完成开题报告。22022.2.23~2022.3.23中性笔杆定制印刷结构设计及图纸32022.3.23~2022.4.23系统原理图一份，测控软件一份42022.4.23~2022.5.23设计（论文）说明书52022.5.23~2022.6.10准备答辩参考文献中国制笔协会.中国制笔行业“十四五”发展规划,2021RachaelScarboroughKing.WritingtotheWorld:LettersandtheOriginsofModernPrintGenres[J].JohnsHopkinsUniversity,2020李昭,马克欣,雷志颖,张耀艺,耿宇航,王伟.印刷电子在智能物流包装中的应用[A].河南科技大学,2021.12.021黄阮莹.包装印刷技术应用方案及发展趋势[J].业者论坛,2021.12明洪升.分析喷墨印刷技术应用及展望[J].山东省委机关政务保障中心,2021秦红霞.数字印刷技术在包装印刷工业中的应用[A].河北新华第二印刷有限责任公司,2020刘祥,李艳君,庄兆华,张文明.数码印刷个性化定制时代标准化工作探讨[J].中标防伪印务有限公司,2020.11.013姜涛,赵涛.基于数字印刷技术的文创产品如何实现个性化定制[J].西安理工大学,2020贝广霞,何盛,刘世豪.中性笔绿色设计研究[A].山东科技大学,2015.11.012,2018AhmadBeltaguia,NathanKunzb,StefanGold.InternationalJournalofProductionEconomics[J].UniversityofKassel,Germany,2015CemAydemirSamedAyhanÖzsoy.Environmentalimpactofprintinginksandprintingprocess[J].1MarmaraUniversity,SchoolofAppliedScience,DepartmentofPrintingTechnologies,Istanbul,Turkey,2020M.H.H.Ishak1,M.S.AbdulAziz1,2,,M.H.S.AbdulSamad2,FarzadIsmail1andM.A.AMohdSalleh3.Influenceofsqueegeeimpactonstencilprintingprocess:CFDapproach[J].SchoolofAerospaceEngineering,UniversitiSainsMalaysia,2020邓末芝,郑峰,徐瑞康,程世杰,牛礼民.基于TRIZ理论的爬梯式行李箱设计[A].安徽工业大学,2022张春青,田瑶,刘万辉.基于TRIZ理论的便捷补水耐用儿童绘画笔创新设计与制作[A].唐山职业技术学院，2021薛凯心.基于TRIZ理论的户外运动水杯创新设计研究[D].四川师范大学,2018王倩.基于TRIZ创新理论的娱乐性厨具设计研究[