基于TRIZ理論夾具創新設計思想

黃春萍++郭剛

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.188

摘 要：夾具的創新設計思想的培養提高了學生工程訓練綜合能力，也是提升了學生解決實際生產能力的重要途徑。通過引入TRIZ理論的設計思想以及解決算法，進一步加深了學生的創新設計理論基礎。學生通過不斷運用TRIZ理論進行設計運用，為解決以后生產制造過程的工程問題打下了堅實的理論基礎。

關鍵詞：夾具 創新設計思想 TRIZ理論

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0188-03

Based on the Theory of TRIZ Fixture Innovation Design Ideas

Huang Chunping Guo Gang

（1.Guangdong Province Sanshui Polytechnic School Foshan City，Fushan Guangdong， 528137， China；2.Guangdong University of Technology，Guangzhou Guangdong， 510006，China）

Abstract：Fixture of the cultivation of the innovative design ideas to improve the students engineering training comprehensive ability， and improve the students ability to solve practical production important way.By introducing the designing idea of TRIZ theory and solving algorithms， further deepen the students innovation design theory basis.Students by using TRIZ theory to carry on the design， to solve the problem of manufacturing process of the project after laid a solid theoretical basis.

Key Words：Fixture； Innovative design ideas； TRIZ theory

1 夾具的創新設計思想背景

1.1 創新思想的提出

創新思想在現在社會生產發展中起了重要的指導方法，是社會物質新舊更替、科技發展的重要理念，在職業教育過程中也是體現的淋漓盡致，尤其是機械制造加工教學過程中。為了更好地提升學生的綜合實踐能力，學校都會通過學生加工零件的方式來提高學生動手操作能力。而加工零件的過程中總會出現零件二次裝夾的問題，根據學生加工零件的復雜程度以及零件精度的要求就要求同時設計不同規格要求的夾具。夾具的設計要求就決定了零件是否能夠加工完成或者是否按設計要求加工。

1.2 夾具的創新設計思想

夾具的創新設計思想是機械創新設計過程中重要組成部分，它也是問題解決思想的真實體現。夾具創新設計思想的提出是由實際問題的需求應運而生，是建立在創新制造過程之中，是依托需求問題之上的。作為夾具本身是沒有任何價值意義的，但在機械制造過程夾具在特定零件加工過程中又是不可缺少的。好的夾具可以提高零件的精度水平，同時也降低了零件的裝夾難度，使加工過程由復雜變得簡單。

夾具的創新設計思想的提出是職業學校在培養學生工程訓練綜合實踐能力過程中必不可少的理念。學生在工程訓練過程中對不同零件加工過程所遇到的加工難題，通過設計夾具的方式來降低加工難度，將難易完成的工藝變得簡單化。

1.3 夾具的創新設計思想的要求

學生通過對夾具的創新設計思想的掌握，就是要求能夠正確運用自身所掌握的基本知識，解決零件加工過程中的問題，這種思想的根本性的作用就是要解決實際問題；那么如何更好更快的提高學生解決實際生產問題就是對夾具的設計思想的貼近于學生教學的要求了；夾具的創新設計思想就要求具備以下幾個方面：（1）夾具的創新設計思想要有實用性；就是能夠讓學生把這種思想正確的運用于社會生產之中，這種思想的本身就要求有一定的生產實用效果。失去實用價值的設計思想最終只能停留在紙面上，對學生的生產能力的提升毫無作用。（2）夾具的創新設計思想要可操作性；夾具本身指的是一類零件，它的概念、結構、尺寸根據零件的不同沒有定值，它的設計隨著零件的改變而改變。那么夾具的創新設計思想就要求能夠指導學生面對不同的零件根據裝夾當中出現的問題設計不同的夾具，這種設計可以是多樣性，不同的學生設計的夾具可能是一樣的，但是指導學生去設計的思想是統一的。（3）夾具的創新設計思想要最優化；在職業教學過程中，要貫徹學生設計夾具時注意到夾具的制造過程要易于零件的制作過程。不能出現夾具的加工制造難于或者等同于零件的加工制造，畢竟要讓學生明白夾具的真正作用只是輔助于零件的加工，加工夾具不是最終的目的，夾具只是為了使零件易于加工、提高加工精度。一旦出現夾具難于或者等同于零件的加工難度，就會使整個加過程出現死循環，最終無法加工零件或者降低零件的加工精度。

2 TRIZ理論的概述及運用

2.1 TRIZ理論的概述

TRIZ理論創始于1946年，是由前蘇聯著名發明家阿利赫舒列爾（G.S.Altshuller）研究并提出。其主要含義就是通過理論的指導解決實際問題，尤其是創新設計過程中出現的問題。1946年阿利赫舒列爾帶領自己的研究團隊通過對世界上250萬件發明專利進行分析總結，提出了一套專門用于創新設計的問題解決理論——TRIZ理論；這種理論思想在當時為前蘇聯在航天航空、軍事等領域的創新發展提供了強有力的理論指導，隨著前蘇聯的解體才逐步讓世界了解了TRIZ理論原理

TRIZ理論來源于實踐又應用于實踐，這正好唯物辯證的印證了馬克思列寧主義最基本的思想——實踐是檢驗真理的唯一標準。TRIZ理論提供了創新設計的基本思想、設計法則以及設計過程中問題解決途徑。人們通過運用掌握TRIZ理論中的設計思想結合實際問題，正確選擇使用問題解決工具就可以高效率得進行創新設計。

TRIZ理論的基本思想是指任何一個簡單或者復雜的系統，都遵循其客觀發展規律，同時也都是通過解決一個個小問題最終得到。而且這些小問題的解決都是通過各種模塊組合而成。那么要解決這些小問題，TRIZ理論就提出各種解決方法和工具，其中包括：矛盾矩陣和創新原理、物質場分析模型和76個標準解、創新問題解決算法（ARIZ）、科學和技術效應庫；TRIZ提出創新問題中的40個發明原理，包括分割、分離、嵌套等基本原理。在技術系統設計的過程中，TRIZ理論分析了包括運動物體的質量、速度、力等39個工程參數之間的關系，為創新設計過程創造出最優化設計的捷徑。

2.2 TRIZ理論的運用

在前蘇聯時期，二戰后TRIZ理論為蘇聯的的科技的發展奠定了堅實的理論基礎，提高了蘇聯的工業的發展創新能力。當時，蘇聯的大多數的科學技術的成果都離不開TRIZ理論的指導，為蘇聯躋身于超級大國立下了汗馬功勞。蘇聯解體之后，隨著技術的解封，TRIZ理論傳入了西方國家，西方國家對TRIZ理論進行剖析以及不斷完善，也逐步將該理論運用于其工業領域，首先、在航天航空領域，飛機的創新設計制造過程，包括飛機的發動機的設計制造、火箭發動機的設計制造等；其次，在軍事領域，作戰用的槍支、艦艇已經坦克火炮等的創新設計；最后，在民用領域，包括軟件的開發、計算機輔助設計以及計算機輔助制造的創新過程等。

3 夾具的創新設計

針對職業學校中的實踐教學過程，為了提高學生的創新生產能力，通過嘗試探索逐步將TRIZ理論的原理與方法引入教學過程。讓學生掌握TRIZ理論的基本思想以及創新方法。根據職業學生的認知能力以及知識儲備等因素，選擇易于去思考的零件供學生設計。

在職業學校里數控車削的教學內容里，主要是要求學生掌握內（外）輪廓以及鉆孔、鏜孔加工的工藝過程。該次就以高腳酒杯為例，如圖1。

加工工藝分為左右兩邊加工，先從右向左加工，加工完成酒杯的右邊基本輪廓之后需要二次裝夾加工左側端面，左側端面要求有一定的表面粗糙度。對于酒杯的二次裝夾就是擺在學生加工中需要解決的主要問題了，此時酒杯的右邊內外輪廓已經加工完畢，基本屬于薄壁件了，不能直接裝夾容易使輪廓發生變形，而且右側輪廓屬于曲面。不易于車床卡盤裝夾。此時就是考察學生如何去解決加工問題。有同學提出放棄左側端面的表面要求，直接采用切斷刀具在加工完右側端面后直接切斷，在切斷的過程中完成左側端面的表面粗糙度的要求。學生進過嘗試后，發現切斷刀在切斷的過程中，左側的端面無法達到設計過程中表面粗糙度的要求，并且切斷刀在切斷后酒杯的左側面會遺留下直徑2 mm、長度4 mm的圓柱凸起，這種方法根據無法解決最終酒杯的加工問題。

教師通過引導灌輸將TRIZ理論引進加工過程，讓學生去學習了解該理論的原理和思想。學生通過對TRIZ理論的掌握，運用該理論中的設計思想中的矛盾矩陣，對此次加工中問題進行分析，最終決定設計專用夾具進行二次裝夾對酒杯的左側端面進行車削加工，以此達到最終的工件的基本精度要求。緊接著學生又通過工程參數的探索，對夾具提出新的要求，要求夾具本身（1）易于加工；（2）易于裝拆；（3）夾具要有一定的可靠性；（4）裝夾過程對酒杯沒有影響。根據提出的要求，學生參照TRIZ理論給出的76個標準解以及創新問題解決算法對該夾具進行創新性設計，設計出如圖2所示酒杯的夾具。

這種夾具的設計就解決了酒杯二次裝夾的過程中所出現的一系列的問題，并且也達到了夾具設計的基本要求。學生很快通過車削加工以及線切割加工制作出如圖2所示的夾具。并且也完成了酒杯的左側端面的加工。酒杯二次裝夾的效果圖如圖3所示。

4 綜述

教師通過學生對一次實訓課程中零件加工過程中所遇到的二次裝夾的問題的引導解決，向學生講授介紹了TRIZ理論的思想原理以及運用方法，讓學生充分掌握了該理論在加工過程中出現二次裝夾的情況下夾具的創新設計思想。學生通過學習與了解，能夠辯證唯物的將該理論運用與接下來的幾周實訓課程中。教師還會接下來進一步地將該理論運用在機械設計過程的零件設計之中，培養學生實踐創新能力，將這種能力運用與未來的實際生產加工當中。

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