基于TRIZ理論夾具設計模型構建研究

陳芳

(西安航空職業技術學院 航空制造工程學院， 西安 710000)

0 引言

近年來，在科學技術的高速發展的背景下，全球產業正在邁入新一輪的變革，作為我國國民經濟支柱的制造業也將迎來前所未有的挑戰。當前，市場中眾多因素都在逼迫著傳統制造系統進行變革，如消費者需求的多樣化及個性化、競爭方式的激烈化及全球化、生產的高效化等。在此情形下，可重構制造系統是唯一能夠同時滿足市場眾多變革需求的新型制造系統，同時具有剛性生產流水線以及柔性制造系統的優點，能夠幫助傳統制造業在面對內外挑戰中健康發展。在可重構制造系統中，可重構夾具是其中最為關鍵的組成部分，能夠起到提高制造系統重構性、減少系統斜升時間以及保障制造業產品質量等作用。但就目前情況來看，相關部門在對可重構夾具進行設計的過程中，缺乏能夠解決夾具設計沖突問題的有效工具，僅靠人工經驗對設計過程進行推理把握，整個設計過程缺乏創新性，使可重構夾具的設計工作難以取得任何創新度高的設計方案。此現象嚴重違背了制造業在創新驅動方面的設計初衷，對可重構制造系統的發展造成了極大的影響。基于此，本文將從制造業改革需求出發，提出將TRIZ理論應用至可重構夾具的創新設計當中，以多角度的科學思維模式，促進可重構夾具進行創新設計。

1 TRIZ理論概述

1.1 TRIZ定義及理論體系

TRIZ是一種由前蘇聯相關研究人員根里奇·阿奇舒勒團隊，通過對各國眾多高水平專利以及自然科學知識的研究，整理歸納出的一種解決發明問題的理論。TRIZ理論在解決相關問題過程中，主要以發明創造中所遵循的客觀規律和方法為基礎，為相關設計人員提供出一種具有邏輯思維式的創新模式。具體的體系架構如圖1所示。

通過圖1看出，TRIZ理論體系主要由TRIZ的基本理論體系以及TRIZ的解題工具體系所構成。在此基礎上，若是再將TRIZ理論體系進行細分的話，可將該理論體系劃分為創新問題標準解法、發明問題解決算法、技術系統進化等方面中。

1.2 基于TRIZ沖突解決的可重構夾具創新設計模型

據相關研究表明，TRIZ理論在面臨工作實際問題時，主要通過TRIZ沖突解決原理對相關問題進行解決。對此，本文在TRIZ沖突解決原理、可重構夾具設計工程參數以及TRIZ標準參數關聯表的基礎上，構建基于TRIZ沖突解決原理的可重構夾具創新設計模型，具體模型如圖2所示。

圖1 TRIZ理論體系結構

圖2 基于TRIZ沖突解決原理的可重構夾具創新設計模型

根據上圖顯示內容可看出，在基于TRIZ沖突解決原理的可重構夾具創新設計模型中， 主要通過四個步驟解決可重構夾具設計過程中的設計沖突：第一，可重構夾具設計人員對相關設計問題進行分析及定義；第二，根據設計人員的分析定義確定出發生沖突的夾具設計參數，并利用映射關聯表將此參數轉變為TRIZ標準參數；第三，借助TRIZ沖突解決原理對夾具設計沖突問題進行求解，從而獲得TRIZ原理解；第四，通過采用類比聯想以及實例推理等方法，得出針對可重構夾具創新生產的創新解。

2 葉片測量夾具設計存在的問題及過程模型構建

2.1 測量夾具設計存在的問題

為了使TRIZ理論在解決可重構夾具的創新設計問題中更具優勢，本文將以某發動機企業為例，對該企業發動機葉片猜測問題進行分析，具體問題如下：

第一，該發動機企業在對發動機葉片進行測量時，通常采用葉片測具大量測量的方式進行。采用這種方法，將會使測量夾具與葉片之間保持長期且持續的接觸，從而造成測量夾具零部件磨損問題，直接影響著夾具的定位精準度與葉片最終的測量精度。

2.2由于樣板測量隊樣板本身的精度有一定要求，從而使樣板制造與葉片制造一樣具有一定難度。同時設計受葉片測量設計問題求解過程經驗因素影響較大，在配合測具進行測量的過程中，主要借助光線的透光度觀察誤差。這種方式雖然能夠提高樣板制造的精度，但卻無法保障測量結果的精度。

2.2 葉片測量過程模型構建

根據上述分析能夠了解到，傳統葉片測量夾具在設計過程中，一般不會考慮到產品的拆卸性、通用性等關鍵問題，產品結構具有很多相對立的參數需求。由此看出，這種傳統折中設計方法無法徹底解決夾具設計過程中出現的沖突問題。基于此，本文主要將葉片測量夾具當做本次夾具創新設計的研究對象，對當前測量夾具存在的問題按模塊進行劃分，具體主要劃分為四大模塊，分別為矛盾沖突求解模塊、技術進化求解模塊、BS群體創新模塊、克服思維慣性模塊。這些模塊都能夠對葉片測量夾具的創新設計問題起到有效求解作用。具體葉片測具設計問題求解過程模型如圖3所示。

圖3 葉片測具設計問題求解過程模型

3 面向葉片夾具測量的CAI軟件設計

3.1 系統功能設計

本文主要將葉片測量夾具軟件系統分為三大模塊，分別為葉片信息知識模塊、問題求解模塊以及輔助功能模塊。其中，葉片信息知識模塊主要由葉片信息、葉片參數信息以及測量夾具信息所組成，能夠使葉片測量夾具設計人員更為全面的了解到設計對象的相關信息，從而為葉片測量夾具的創新設計提供支持；問題求解模塊主要由技術效應求解模塊、物理沖突求解模塊、技術沖突求解模塊、技術進化求解模塊、BS群體創新模塊以及克服思維慣性模塊所組成，是整個葉片測量夾具軟件系統的核心所在，能夠為不同可重構夾具創新設計問題在進行求解的過程中提供相關的方法指導；輔助功能模塊主要由用戶對方案和知識的查詢、上傳及系統幫助模塊等組成，主要起到為用戶提供良好體驗的作用。具體葉片測量夾具軟件系統如圖4所示。

3.2 系統軟件架構設計

根據目前軟甲體系架構方面來看，最為常用的兩種結構為分層式結構以及三層架構體系。其中三層架構體系是當前應用最為廣泛的一種架構體系，主要分為表示層、業務邏輯層以及數據訪問層。其中，表示位于整個架構體系離用戶最近的上層位置中，主要負責接收用戶信息以及顯示數據的工作，是實現用戶與軟件之間溝通交流的紐帶；業務邏輯層又被稱作為領域層，處于表示與數據層的中間位置，主要負責處理業務流程的相關工作，如對數據有效性的驗證以及對一整條業務鏈的處理等。同時，業務邏輯層在整個架構體系中扮演著表示層和數據訪問層之間的傳遞橋梁，負責兩層之間數據的處理及傳遞；數據訪問層位于架構體系的底部位置，主要負責對數據庫進行訪問。本文在葉片夾具測量CAI軟件架構的設計時，也將采用三層架構體系將其劃分為用戶層、功能層以及數據層。具體葉片夾具測量CAI軟件架構如圖5所示。

圖4 葉片測量夾具軟件系統

4.3 整體登錄流程設計

本文所設計葉片夾具測量CAI軟件主要是以TRIZ理論為核心，結合頭腦風暴法和克服思維慣性法，能夠解決可重構夾具創新設計過程中存在的各種沖突問題。用戶在登錄到該軟件系統平臺之后，可以根據自身不同需求，自行采用系統平臺中提供的多種功能模型，從而實現對可重構夾具設計問題的分析求解、專利查看下載、解決方案查詢、可重構夾具元組件信息地分析應用等操作，能夠滿足用戶在針對可重構夾具創新設計過程中問題的不同需求。具體整體登錄流程設計如圖6所示。

圖5 葉片夾具測量CAI軟件架構

圖6 整體登錄流程設計

5 系統實現

5.1 開發工具選取

對該系統的開發中，選擇C#語言對網頁進行開發，以SQL Server 2008作為數據庫管理系統，進而對上述的系統進行開發設計。

5.2 實現結果

通過上述方法，可以得到前后不同的葉片測具結構，具體見圖7和圖8所示。

圖7 改進前葉片測具

圖8 改進后葉片測具

通過上述的對比看出，經本文構建的重構方法，輕易的實現了對不同組件的拆卸，并讓原本不同的部件動起來，而讓原本動的部件不動，實現了對夾具的重構。

6 總結

本文結合TRIZ理論在解決重構夾具中存在的特點，并結合傳統葉片夾具設計存在的問題，運用CAI輔助軟件和TRIZ理論實現了對葉片夾具設計的重構。而通過這種重構，加快了夾具設計的創新，為當前發動機領域的創新設計提供了新的參考和借鑒。