基于TRIZ理论的中药煎煮机的创新设计1 http://www.paper.edu.cn 连景岩，张云文 中国农业大学 工学院（100083） E-mail：jylian205@163.com 摘 要：本文根据传统中药煎煮机理, 结合现代机电制造技术，针对现有中药煎煮机存在的 制备的汤剂疗效较差，自动化程度低的问题，基于 TRIZ——发明问题解决理论对其进行分 析，通过技术冲突的解决，提出与传统煎煮方法相类似的中药煎煮机的煎煮原理。设计了实 现先煎后下的工作方式和装置，以可编程序控制器 PLC 为控制部件实现中药煎煮机的自动控 制。 关键词：TRIZ；中药煎煮机；可编程序控制器；中药 1. 引 言 随着医药科技的不断发展及全球对中草药接受度的逐渐提高，中药的研究也进入一个新 的历史时期。中药汤剂是中药运用的重要途径，是中药发展的重要研究方向。因此，中药煎 煮机的应用越来越受到人们的欢迎。但现有中药煎煮机制备出的某些中药汤剂的疗效不及用 传统方法制备的疗效[1-2]。 TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving，发明问题解决理论），是前苏联海军部 专利局专家G.S.Altshuler及一批研究人员于 1946 年，在研究世界各国 250 万件专利的基础 上提出来的。它主要包括：40 个创造性原理、39 个技术特性、冲突矩阵、物质——场分析 等，该创新设计理论在欧美、日本等国家取得了长足的发展和卓有成效的研究与应用[3]。 本文以下将以 TRIZ 为理论基础，对中药煎煮机进行分析和创新设计。 2. 中药煎煮机的发展状况 现有的中药煎煮机大多是由韩国 HANS LWE 公司生产的，国内很多厂家也开发了中药煎 煮机（例如,东华集团生产的 YFY13 和 YFY20 型和三九数码生产的 JCR10 和 JYR40 型中药煎 煮机）。但这些中药煎煮机的煎药过程都是将一张处方的全部药材装入一布袋中，放入煎煮 机的密闭容器内，加入定量的水，通电加热，在高温高压下进行煎煮，最后滤出药液，按服 用剂量包装。 3．基于 TRIZ 理论分析中药煎煮机 分析是 TRIZ 的强大功能之一，包括产品的功能分析、理想解（IFR，Ideal Final Result） 的确定、可用资源分析和冲突区域确定等。 3.1 中药煎煮机的功能结构图 功能是从技术实现的角度对设计产品的一种理解。为便于解决问题，功能可分为分功能， 分功能又可分解为子功能，一直分解到支持功能或基本功能为止[4]。依据对中药煎煮机使用 情况的调研和分析，设计的中药煎煮机的功能结构如图 1 所示。 1 本课题为自选课题 - 1 - 

http://www.paper.edu.cn 煎煮中药 自动加热 时间 先煎后下 时间 自动分离药汁 时间 自动包装 火候 压力 先煎 后下 压力分离 挤压药渣 计量 包装 中药煎煮机的总功能为煎煮中药，该功能主要由加热、先煎后下、分离药汁、包装药液 图 1 中药煎煮机的功能树 4 个分功能实现。 3.2 中药煎煮机中技术冲突的确定 Altshuller通过对发明、功能的研究总结了 3 条规律即物质——场分析理论：1）功能 都可分解为 3 个基本元件，即两种物质和一种场。2）一个存在的功能必定由 3 个基本元件 构成。3）将相互作用的 3 个基本元件有机组合将产生一个功能[5]。 通过功能分析，得出现有煎煮机系统中存在的技术冲突如图 2 所示。图 2 中的直线表示 功能需要的效应，曲线表示功能中的有害效应。需要的效应是得到药效好的中药汤剂，而现 有的煎煮机对于有先煎要求的中药的煎煮可能会产生有毒物质，而对有后下要求的中药则会 使有效成分挥发或分解，使获得的中药汤剂达不到预想的疗效。新设计的煎煮机的物场分析 模型如图 3 所示，表明新中药煎煮机应能够解决原有煎煮机的有害效应，并不会产生其他有 害效应，也即解决原煎煮机的技术冲突，无论有无先煎后下要求的中药，应用新中药煎煮机 煎煮都能够得到药效较好的药液。 3.3 中药煎煮机中技术冲突的解决 图 3 中药煎煮机的物质——场模型 图 2 现有中药煎煮机的物质——场模型 在中药煎煮机的研究过程中，通过分析现有中药煎煮机，从 39 个标准工程参数中选择 并确定：中药煎煮机质量提高的参数为：No.31 物体产生的有害因素；其同时会带来负面影 响的参数为：No.36 装置的复杂性。 利用冲突解决矩阵，确定解决中药煎煮机技术冲突的推荐发明原理为： No.19 周期性作用：将中药煎煮机的煎煮对象——中药材，分为中医药学中常提到的解 表药、普通药、滋补药、特殊药（有先煎要求的中药、有后下要求的中药、既有先煎又有后 下要求的中药），针对不同类型的中药制定相应的煎煮工序，进行分类煎煮。 No.1 分割：对有先煎后下要求的中药的先煎、共煎和后下的药物，采用不同的装置或 措施，分时控制加入中药煎煮机中。 采用No.19 和No.1 两条发明原理可基本解决本文所研究的中药煎煮机的技术冲突。[6-8] - 2 - 

4. 中药煎煮机工作原理的确定 http://www.paper.edu.cn 鉴于上述分析，确定中药煎煮机的主要工作原理如图 4 所示。 选用电磁炉作为加热源，不仅解决了中药煎煮机煎煮加热的问题，同时通过对各个过程 进行分时加热功率及温度控制来模拟传统煎煮方法的武火和文火，这样就可以使新型的中药 煎煮机达到与传统煎煮方法相似的效果。电磁炉的使用同时简化了控制系统，省去 PLC 的温 度控制模块，降低中药煎煮机的成本，这是本文研究的重要突破。 1.电动机 2.压力表 3.煎药容器盖 4.煎药容器 5.后下装置 6.放气电磁阀 7.挤压杆 8.药材 9.放液电磁阀 10.电磁加热 炉 11.过滤筒 12.行程开关 13.温度显示器 14.压力安全阀 15.报警器 图 4 中药煎煮机工作原理图 目前的中药煎煮机不能实现密闭状态下中药的先煎后下。本论文针对这一情况进行改进 设计，实现密闭高压情况下的后下工序。一般要求先煎的药物，是因为其不含或含有极少的 挥发物质而不易煎出有效成分，而本文中先煎药物的煎煮首先是采用常温煎煮，然后将共煎 药物由人工加入，再对整个中药煎煮机进行密封加热。一般要求后下的药物，其有效成分大 部分是挥发性的，因此设计了曲柄摇杆式的后下装置，由控制系统控制自动工作实现高压、 密闭状态下的后下工序。 为了得到尽可能多的药液，并保证药物有效成分含量较高，本文设计了全自动的齿轮齿 条式的药液分离装置来获得药渣中的药液。针对不同类型的中药，设置不同的煎煮工序和武 火、文火煎煮时间，这些工序采用可编程序控制器 PLC 作为控制系统的核心进行自动控制， 进而可根据传统中药煎煮方法对有先煎后下要求的中药实现先煎后下、火候控制，并按照工 序要求对药渣进行挤压，以得到尽可能多的药效较好的药液。 5. 结束语 在充分调查研究现有中药煎煮机存在的煎药药效差、自动化程度低、不符合传统中药煎 煮机理等情况的基础上，以 TRIZ 理论分析中药煎煮机，得出中药煎煮机的研究可以实现模 拟传统中药煎煮方法，从而获得疗效较好的中药汤剂。运用 TRIZ 冲突矩阵得出了中药煎煮 机的发明原理，利用发明原理设计了中药煎煮机解决冲突的方法，从而达到了保留目前中药 煎煮机的优点，并改进其存在的不足的目标。 总之，人为因素对新中药煎煮机煎煮的中药的疗效影响较小，保留了传统的中药煎煮方 法和目前中药煎煮机的优点。 - 3 - 

http://www.paper.edu.cn 参考文献 [1] 朱美莲，程舒里.浅谈用中药煎煮机煎药的利与弊[J]．中药天地 2001.10（9）：35 [2] 张海波.中药煎药机制备汤剂的操作及体会[J]．时珍国医国药 2003.17 (3)：141 [3] 檀润华.创新设计—TRIZ:发明问题解决理论[M].北京：机械工业出版社.2002. [4] 侯 智，张根保，丁志华.问题解决系统：TRIZ 之后的问题解决方法[J]. 机电产品开发与创新.2002.(4)16-19 [5] 檀润华，张瑞红，江屏，苑彩云.产品设计中的冲突确定方法及解决过程[J].机械设计.2000. (10)4-7 [6] Chan Joseph W. K.,Yu K.M. .TRIZ-aided technology mapping for information system implementation. In: International IEEE Engineering Management. Conference: Innovation and Entrepreneurship for Sustainable Development,IEMC 2004,2004. 239-243 International Engineering Management Conference,v1,Proceedings-2004 IEEE [7] Domb,Ellen(PQR Group). Problem solving using TRIZ. In: National Electronic Packaging and Production Conference-Proceedings of the Technical Program (West and East).1999. (2) 791-798 [8] Kourmaev, Roustem. Application of Inventing Problem-Solving Theory (TRIZ) in Pipeline Technologies. In: Proceedings of the ASCE International Conference on Pipeline Engineering and Construction: New Pipeline Technologies, Security and Safety,2003 .1465-1471 The New Design of Automatic Decoction Machine On TRIZ Lian Jingyan，Zhang Yunwen (College of Engineering, China Agricultural University, Beijing) Abstract Basing on the TRIZ and according to the traditional boiling mechanism of Chinese medicine and applied the modern mechanics—electronics technology, improve the automatic boiling machines’ performances and automatic level that were being used in hospitals and drugstores. A new cooking principles of machines was put forward and designed a PLC controlling system and software, all of these make the automatic machine become true. Keywords:TRIZ; Automatic Decoction Machine; PLC; Chinese traditional medicine - 4 -