基于Triz的鋁帶軋制系統粘連問題研究

劉艷春　盧尚工　劉剛

【摘 要】針對鋁帶鑄軋機在軋制鋁帶時軋輥與鋁帶的粘連問題，提出運用TRIZ理論，對鋁帶軋制系統進行組件功能分析、矛盾分析，并使用矛盾矩陣、物-場分析、科學效應庫和知識庫類比查詢等工具對問題進行求解，最后給出解決方案。

【關鍵詞】TRIZ理論；鋁帶軋制系統；粘連

中圖分類號： G647 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）29-0028-002

【Abstract】Aiming at the problem of aluminum strip rolling in the aluminum strip rolling mill， this paper proposes the TRIZ theory to analyze the component function and the contradiction of the aluminum strip rolling system， and uses the contradiction matrix， material-field analysis， Scientific effects library and knowledge base analog query tools to solve the problem， and finally gives solutions.

【Key words】TRIZ theory； Aluminum strip rolling system； Adhesion

0 引言

鋁帶生產通常采用雙輥鑄軋工藝。該工藝將常規的鑄、軋合二為一，鑄造后的鋁帶坯進入軋制系統，鋁帶與軋輥表面直接接觸，在軋制過程中，鋁帶與軋輥容易粘連，從而影響鋁帶表面質量，粘連嚴重時，甚至使生產中斷。常用方法是火焰噴涂法，如圖1所示，在軋輥表面形成一層均勻的碳膜，隔離軋輥與鋁帶的直接接觸，同時還要控制軋輥表面溫度不能過高，但是在軋制過程中，軋輥吸收鋁帶和火焰的熱量，使軋輥表面溫度升高，為預防軋輥溫度過高導致粘連，軋機速度要低速使用，降低了企業生產效率。因此企業提出改進鋁帶軋制工藝，提高鋁帶表面質量，提高生產效率。

1 TRIZ理論

發明問題求解理論（Theory of inventive problem solving，TRIZ）是蘇聯著名發明家 ALTSHULLER 領導的研究機構分析了全世界近 250 萬件高水平專利的基礎上，綜合多學科領域的原理后提出的一套理論方法體系[1]。經過60多年的發展，TRIZ 理論已經形成了一套成熟的解決產品開發等問題的九大經典理論體系。TRIZ理論認為發明問題的核心是發現沖突，ALTSHULER分析了大量工程參數，總結歸納出了39個通用技術參數，通過對專利進行分析，提煉出TRIZ中最重要的、具有普遍用途的40條發明原理[2]。物場模型分析是TRIZ 理論中的一個重要的問題描述和分析工具，用來建立與已存在的系統或新技術系統問題相聯系的功能模型，并提供了6種一般解和72種標準解用于解決設計問題[3]。

國內外學者對TRIZ的理論及其應用進行了廣泛而深入的研究。TRIZ高度抽象的發明原理及總結的通用技術參數，使得同樣的原理在不同的領域可以重復使用；產品或技術系統的進化和發展遵循著一定的客觀規律發展變化，進化的動力是解決沖突。激發設計者去從不同的方向去思考解決問題的多種可能，在設計者創新設計過程中提供發現和解決問題所需的概念知識和方法工具。

2 問題分析

2.1 問題模型

該問題可描述為如何在保障鋁帶表面質量的前提下，提高生產效率。

圖2為雙棍鑄軋工藝示意圖，鋁帶的入軋厚度為11-13mm，入軋溫度約為390℃；軋出厚度為7.5mm，溫度約為210℃。軋輥內部通過循環水冷卻，使軋輥表面溫度低于75℃，主電動機帶動上、下軋輥以930mm/min轉動，鋁帶坯進入軋輥間，通過軋輥轉動帶入軋機，軋出的鋁帶經過支撐軸到卷繞機卷制成鋁帶卷。

2.2 組件功能分析

建立系統組件的功能模型如圖3所示，通過相互作用分析，發現問題主要集中在軋輥、鋁帶和冷卻水之間。首先冷卻水冷卻作用不足會導致軋輥溫度升高，造成粘連；其次當軋制速度加快時，鋁帶對軋輥產生加熱的有害作用，也會造成粘連；還有原因是鐵質軋輥對鋁有很大的固溶性，鋁帶軋制過程中，鋁和鐵直接接觸，在高溫高壓下加速了固溶的發生，影響了鋁帶表面質量。從產生粘連問題的關鍵點入手，運用矛盾分析工具求解。

2.3 矛盾分析

2.3.1 技術矛盾

如果軋制速度降低，軋輥吸收鋁帶熱量少，軋輥表面的溫度不會快速升高，就不會發生粘連問題，但是會降低生產效率。改善了參數軋輥溫度，會導致另一個參數生產效率的惡化，這一對矛盾屬于技術矛盾，為根據矛盾矩陣表查詢結果可知解決這一矛盾所對應的創新原理編號為：No.23 反饋、No.35 參數變化、No.40 復合材料 、No.3 局部質量。

根據創新原理的提示，得到方案1： 在冷卻循環水系統加裝水溫控制系統，采集循環水出口溫度，根據溫度反饋，實時控制冷卻水進水量，控制軋輥表面溫度低于75度，使生產過程可靠連續進行。

2.3.2 物理矛盾

為了“降低軋輥表面溫度”，需要參數“軋機速度”為“低速”，但又為了“提高生產率” ，需要參數“軋機速度”為“高速”，即對參數“軋機速度”提出了相反的需求，這是一對物理矛盾。考慮到該參數“軋機速度”在不同的“條件”下具有不同的特性，因此該矛盾可以從“條件”上進行分離。查找“條件分離”原理對應的發明原理有“No.1分割、No.7嵌套、No.25自服務、No.5組合、No.22變害為利、No.23反饋、No.33同質性、No.6多用性、No.8重量補償、No.14曲面化、No35物理或化學狀態變化 、No13反向作用”。得到解決方案2：改變軋輥內部散熱結構為螺旋式散熱管，增大軋輥內部散熱面積，使軋輥散熱效率提高，降低軋輥表面溫度。

2.3.3 物質-場分析及76個標準解

技術系統存在的問題主要在鋁帶和軋輥之間，建立二者之間的物場模型，如圖4所示，根據所建問題的物質-場模型，應用標準解解決流程，從第1類標準解中找到1.2.1（No.9）：引入便宜和廉價的物質。在S1和S2之間引入S3從而消除有害作用。得到方案3：在軋輥表面噴涂潤滑油，隔離鋁和鐵直接接觸，同時又可以吸收軋輥表面熱量，降低軋輥表面溫度，實現軋輥與鋁帶不粘連。改進后的物場模型如圖4所示。

2.3.4 科學效應庫與知識庫類比查詢

技術系統要實現的功能為防止鋁帶和軋輥的粘連，查找科學效應庫，得到可用的效應為：“金屬覆層潤滑劑效應”，得到方案4：在軋輥表面噴涂金屬潤滑劑，金屬有機化合物遇高溫分解，釋放的金屬填充鋁帶表面不平整部位，同時又可以吸收軋輥表面熱量，降低軋輥表面溫度，實現軋輥與鋁帶不粘連。

通過專利檢索關鍵詞“粘鋁”，查詢到CN104531266A，標題為一種含鋁金屬熱軋軋制油，得到方案5：在軋輥表面噴涂一種含鋁金屬熱軋軋制油，同方案4。

3 方案評價

依據系統最終理想解確定原則，不改變技術系統復雜性，軋機能夠高速軋制鋁帶，軋輥與鋁帶不粘連，軋制順暢。對方案進行評估，確定方案4為最佳

4 結束語

（1）給出了基于TRIZ矛盾解決原理和物質-場分析原理的防止軋制系統鋁帶粘連的方法。

（2）通過系統功能模型分析和因果分析，能夠快速地明確問題的矛盾所在，明確改善的和惡化的工程參數，利用40個發明原理進行問題解決。

（3）通過建立鋁帶軋制系統的物質-場模型，可方便的利用TRIZ物質-場分析的76個標準解分析解決鋁帶粘連問題。利用科學效應庫和知識庫類比查詢方法，對產生方案的可行性進行佐證和支撐。

【參考文獻】

[1]李彥，李文強.創新設計方法[M].北京：科學出版社，2012.

[2]檀潤華.TRIZ及應用：技術創新過程與方法[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]劉志峰，胡迪，高洋，等.基于TRIZ的可拆卸聯接改進設計[J].機械工程學報，2012，48（11）：66-71.endprint