TRIZ理論在搖臂鉆床電氣控制線路改造中的應用

張斌

一、引言

TRIZ理論是前蘇聯阿奇舒勒及其領導的一批研究人員，自1946年開始，花費大量人力物力，在分析研究了世界各國250萬件專利的基礎上，所提出的發明問題解決理論。TRIZ理論自從引入我國以來，應用該理論所取得的創新成果越來越多，其創新效果也越來越被人們所認可，應用日益廣泛，為了更好的在湘鋼推廣TRIZ理論，我們利用對搖臂鉆床改造這一機會，對TRIZ理論的實踐效果進行了檢驗。

搖臂鉆床適用于單件或批量生產帶有多孔的大型零件的孔加工，是一般機械加工車間常用的機床。原來由繼電控制系統控制的搖臂鉆床存在一系列的問題，針對這些問題，我們利用TRIZ創新理論對原系統存在的問題進行了改進，并取得了較好的效果。

二、搖臂鉆床電氣控制線路存在問題

由于搖臂鉆床原有控制系統采用繼電器——接觸器控制方式，電路接線復雜，觸點多。經過長期使用后，各個地方的接線老化，造成故障率高，故障排查困難，常常影響企業的正常生產。

三、TRIZ解決方案

1.將原系統存在的問題轉換成TRIZ問題并初步找到解決方案

原系統存在問題：a.接線復雜;b.觸點多;c.故障率高;d.故障排查困難。接下來要把這些問題轉換成TRIZ問題，注意TRIZ創新方法應用的前提是：你之前采用了相關改進方法，但是遇到了兩難的問題，針對兩難的問題我們利用TRIZ理論中技術矛盾的分析方法進行分析。對于上述4個問題，我們不難發現故障率高和故障排查困難的主要原因便是接線復雜和觸點多，所以我們只要利用TRIZ工具來解決這兩個問題便可以了，分析過程如下：

（1）對于“接線復雜”這一問題

原方法：簡化繼電控制線路，但是系統的可靠性變差。

TRIZ理論分析：先確定改進參數：裝置的復雜性;惡化參數：系統的可靠性;查沖突矩陣后得到：13（反相作用原理）、35（物理或化學參數改變原理）、1（分割原理），按照每條原理對應內容提供的方向進行嘗試后，發現難以找到解決辦法，于是我們要更換參數。

第二次確定改進的參數：物質或事物的數量;惡化的參數：可靠性;查沖突矩陣后得到：18（振動原理）、3（局部特性原理）、28（替換機械系統原理）、40（復合材料原理）。按照每條原理對應內容提供的方向進行嘗試后，發現28號原理（替換機械系統原理）中的建議B：“采用電場、磁場和電磁場與物體進行相互作用”可行。按照這個方向進行如下思考：1）觸電之間的通信可不可以用磁場或者電磁場來進行，類似于無線通信？2）可不可以將一些觸點放到程序里進行處理？對于第一種思考考慮到成本的原因，我們不予考慮，但對于第二種思考，我們完全可以利用更先進的控制方式實現，如單片機、PLC控制等方式實現。

（2）對于“觸點多”這一問題

很明顯，這一問題在對于“接線復雜”這一問題的分析中便可以找到答案。改進的參數：物質或事物的數量;惡化的參數：可靠性;并可得到相同的結果。

綜合上述分析，我們找到了問題的解決方法：利用更加先進的控制方式來代替原控制方式，根據本單位的實際情況，我們選用西門子300系列PLC的控制方式。

確定控制方式以后，如何利用PLC控制車床的運動呢？更明了的說就是如何利用 “弱電”去控制搖臂鉆床電機運行所需的“強電”呢？我們仍然將這個問題轉換成成技術矛盾來處理，運用PLC以后，改善的參數是：可操作性，惡化的參數是：運動物體的能量，找到相交的矩形框，里面有3條發明原理：1、13、24，我們這里選擇24號原理：中介原理。也就是利用中介物體，來實現“以弱控強”。具體我們想到了利用用接觸器做中介物，最后制作成了一塊中間控制板。

2.進一步利用功能分析的方法完成具體的解決方案

（1）確定系統的總功能及輸入輸出流（如圖1所示）

圖1

（2）將總功能進一步分解成子功能（如圖2所示）

圖2

（3）系統接線

為了盡量保留原來的繼電控制系統，留待備用，故在進行改造時又設計了一塊繼電控制板，為的是不與原系統共用接觸器、熱繼電器、變壓器、開關等器件，車床、PLC和繼電控制板的接線如圖3所示。

圖3 系統接線圖

（4）PLC程序設計

1）本次改造選用的PLC根據實際情況為西門子的226PLC，PLC I/O分配表如表1所示。

表1 端口分配表

四、小結

本文將搖臂鉆床電氣控制線路中存在的一些問題轉換成TRIZ模型，通過TRIZ理論的分析，最后得到了解決方案，實踐證明該解決方案可行，且更具靈活性、便于操作。

參考文獻

[1]沈世德.TRIZ法簡明教程[M].機械工業出版社，2010，4.

[2]胡健.西門子s7-300PLC應用教程[M].機械工業出版社，2007，3.

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