基于TRIZ對硅鋼帶卷繞機進行改進

劉宏勛　梁君寧

摘 要：文章針對本廠采購的硅鋼帶卷繞機存在的問題進行了改進設計。在改進設計過程中借助TRIZ工具，找到了兩種設計方案，發現TRIZ理論在解決工程問題時能夠幫助工程人員快速找到解決方案。

關鍵詞：TRIZ；硅鋼帶卷繞機；沖突矩陣

1 概述

公司采購的硅鋼帶自動卷繞設備，在試運行中出現硅鋼帶卷繞松緊不一，硅鋼帶卷繞后，不整齊。為了解決該問題，安排一名工人，在卷繞機和控制機構之間時刻拽緊硅鋼帶，卷繞的效果較好，但是存在安全問題，該名工人被劃傷兩次。為了從結構上解決存在的問題，保證卷繞的緊密度，本文分析問題，借助TRIZ工具尋求解決方案，對卷繞機進行改進。

2 TRIZ理論

TRIZ理論起源于前蘇聯，由國家技術創新方法與實施工具工程技術研究中心主任檀潤華教授首先引入我國，在學術界和工業界進行了堅持不懈的推廣，對于指導工業界解決實際問題和實現產品創新發揮了重要作用。TRIZ作為一種方法學，是由解決技術問題和實現創新開發的各種方法、算法組成的綜合理論體系，對新設計與改進設計都能起到很好的指導作用。

利用TRIZ理論中沖突矩陣解決具體問題的過程是，首先用該問題所處技術領域中的特定術語描述沖突得到特定工程問題。之后，用標準參數描述該沖突。標準參數描述的是一般問題，借助沖突矩陣，選擇可用發明原理。一旦選定某一或某幾個原理以后，根據應用該原理指明的一般問題思維方向思考特定的問題以獲得具體解，圖1給出了求解技術沖突的過程。

3 硅鋼帶卷繞機的結構改進

硅鋼帶卷繞機由卷繞機構和電子信號發生機構組成。在自動化沖槽流水線上，硅鋼帶卷繞機布置在沖槽機的下一道工位，沖槽機每完成一次沖裁，硅鋼帶就往前運動一定長度，可以理解成是沖槽機送過來的硅鋼帶進入硅鋼帶卷繞機，這時硅鋼帶就會因為重力下垂和電子信號發生機構接觸，該機構給控制系統發送動作信號，卷繞機構就會順時針轉過一定角度，完成一次卷繞動作。很明顯，硅鋼帶卷繞機的工作原理決定了，硅鋼帶卷繞過程是一個間歇式運動過程，在該過程中硅鋼帶的處于一松一緊的變化狀態中。

硅鋼帶卷繞機的問題解決具體如下。

3.1 確定一般問題

當卷繞機構動作時，對硅鋼帶施加一個拉力使其纏繞一定角度，卷繞機構轉動結束，硅鋼帶不受力，因為硅鋼帶厚度0.5mm，具有彈性，由于彈力的作用使其不再貼合卷繞機構上前一圈硅鋼帶，形成了松圈。如果沖裁在硅鋼帶上留下的毛刺或銳角掛住硅鋼帶，將阻止硅鋼帶的回彈，就會形成了緊圈。故選擇惡化參數是12號-形狀（其實是硅鋼帶的纏繞曲率變化），改善參數是10號-力。問題描述為在保持卷繞機間歇式運動對硅鋼帶施加力的同時保證硅鋼帶纏繞形狀。

3.2 獲得一般解

根據選定的惡化及改善工程參數，在沖突矩陣中查找10行12列，得到推薦的發明原理編號是10、35、40和34。

10號是預先動作；35號是變化物理或化學狀態；40號是合成材料；34號是拋棄及再生零件

3.3 獲得工程解

借助發明原理啟發的思考方向，運用類比等方法設計解決方案。

方案一：采用浮動的滾輪從外側壓住繞上卷繞機構的硅鋼帶，滾輪受彈簧力作用壓住硅鋼帶，使其始終貼緊前一圈硅鋼帶。該機構安裝在卷繞機構的左下側，預壓緊結構見圖2左。

方案二：在卷繞機構和電子信號發生機構中間位置，布置壓緊裝置，使硅鋼帶始終受到一個張緊力，克服自身的彈力。同時，壓緊裝置和電子信號發生機構之間硅鋼帶的狀態不變，保證硅鋼帶從沖槽機輸送過來時能夠接觸電子信號發生機構。壓緊裝置結構見圖2右。

綜上所述，方案一在不移動現有設備的前提下，增加一個預壓緊結構。其設計遵循原理10提示的預先動作的方向，卷繞的目的是讓硅鋼帶一層貼一層的纏繞在卷繞機構上，現實的問題是纏繞得松緊不確定，那么在卷繞開始前就讓硅鋼帶在滾輪的壓力作用下貼合在前一層硅鋼帶上。方案二的實施需要適當加長卷繞機構和電子信號發生機構的距離。其設計遵循的是原理35變化物理狀態的方向，導致卷繞松緊不確定的原因是硅鋼帶的彈性，而卷繞機的工作原理決定了硅鋼帶在卷繞機構和電子信號發生機構之間的狀態只能是松緊變化狀態。所以，在兩者之間增加一個壓緊裝置，使硅鋼帶在壓緊裝置與卷繞機構之間一直處于張緊狀態，克服彈力的作用；而硅鋼帶在壓緊裝置與電子信號發生機構之間的狀態還是松緊變化狀態。該壓緊裝置利用上壓緊輥的重力始終將硅鋼帶伏壓在下輥上。

4 結束語

本文對卷繞機的改進過程中運用了TRIZ工具，很快找到了解決問題的方向。在實際工程問題中結構上的改進，屬于小的創新，TRIZ理論總結的40條發明原理，為創新提供思考的指引，同時TRIZ中設計的沖突矩陣，為選用發明原理提供了依據。能夠使我們快速找到思考的方向，但是沖突矩陣的利用有賴于對具體工程問題的分析和描述，并確定沖突中惡化和改善的工程參數。

參考文獻

[1]馬建紅，檀潤華.基于TRIZ及ABD的創新設計研究[J].工程設計學報，2006（04）.

[2]SEMYON D Savransky.Introduction to TRIZ methodology of inventive problem solving [M].New York：CRC Press，2000.

[3]檀潤華.產品創新設計若干問題研究進展[J].機械工程學報，2007（3）.

[4]劉曉敏，檀潤華.創新概念設計理念與虛擬設計實例分析[J].機械設計與研究，2005（5）.

[5]檀潤華.發明問題解決理論[M].北京：科學出版社，2004.

[6]劉彥磊，劉宏勛.基于TRIZ的電永磁吸盤的改進設計[J].天津科技，2011（6）.

作者簡介：劉宏勛（1982-），男，漢族，河北省平鄉縣，研究生學歷，工程師，研究方向：創新設計。

梁君寧（1988-），男，漢族，本科，工程師。