基于TRIZ理論的艦船平整度檢測方式的改善

李慧君

1緒論

船舶的精度管理水平是反映船舶建造企業(yè)水平的重要指標之一，是關系到船舶制造智能化和數(shù)字化能否實現(xiàn)的關鍵。自主管理是精度管理的重要組成部分，同時全面的自主管理也是精度管理的曰標和方向。大連船舶重工集團近年來高度重視精度自主管理工作，主要的生產工序均已形成了良好的自主管理體系，基本形成了精度控制點“有點必檢，有檢必留痕”的精度管理理念和施工習慣。但是平整度的自檢率與其他精度控制點相比差距較大，針對該問題，我們使用創(chuàng)新理論TRIZ方法進行了分析和解決。

2當前問題描述

未使用TRIZ方法創(chuàng)新之前，大船集團生產現(xiàn)場的平整度檢測狀況如下所示：當測量一個構件的平整度時，需要兩個人拉拽粉線的兩端，另一個人使用鋼直尺測量粉線與鋼板尺之間的問隙。該檢測方式不僅檢測效率低，而且檢測精度極差，因此導致施工人員工作積極性較差，平整度的自檢率提升幅度極慢。

3運用TRIZ系統(tǒng)分析工具對系統(tǒng)進行分析

3.1功能分析法的應用

首先使用功能分析法，對當前的檢測系統(tǒng)進行了分析。

通過功能分析法，發(fā)現(xiàn)當前系統(tǒng)存在五個問題：其一是粉線需要人移動和拉緊繃直;其二是鋼板尺需要人移動和讀數(shù);其三是鋼板尺刻度依賴構架與粉線的限制;其四是粉線需要貼合構件，否則影響精度;其五是鋼板尺與構件貼合易產生磨損。

3.2因果鏈分析法的應用

通過因果鏈分析法，確定了要解決的關鍵問題和根問題，后續(xù)TRIZ工具的使用正是為了解決這些根問題。隨后又使用了資源分析法，最終理想解分析法等，找到了產品的最終目標和可以利用的資源。

針對因果鏈分析法中產生的小問題，通過功能裁剪法，確定了最終功能模型，僅僅需要一個人即可進行檢測。

4基于發(fā)明原理的艦船平整度檢測方式設計

4.1技術矛盾描述

通過上述分析法，得到兩大技術矛盾：其一是“檢測組件與構件接觸滑動”和“工具磨損”之間的矛盾;其二是“多種測量要求”和“便于攜帶和測量”之間的矛盾。

4.2問題概念解決方案

在第一組技術矛盾中，問題模型分別對應39個通用工程參數(shù)，需要改善的參數(shù)為：（25）時間損失、（10）力;惡化的參數(shù)為：（33）物質損失。根據(jù)上述矛盾查找阿奇舒勒矛盾矩陣表，找到推薦的解決原理是：14號（曲面化原理）、15號（動態(tài)性）、18號（機械振動）、40號（復合材料）、35號（物理或化學參數(shù)變化）、10號（預先作用原理）、27號（廉價替代原理）7個推薦原理。通過上述推薦原理的仔細分析，發(fā)現(xiàn)對解決第一個矛盾有設計指導的發(fā)明原理如下。

第14號原理（曲面化原理）：將接觸位置由滑動摩擦改為滾動摩擦。

第40號原理（復合材料）：使用耐磨的構件與鋼板接觸。

第10號原理（預先作用原理）：摩擦部位提前涂抹潤滑油。

第27號原理（廉價替代原理）：接觸部位使用廉價的構件，磨損影響影響精度后，對其進行替換。

在第二組技術矛盾中，問題模型分別對應39個通用工程參數(shù)，需要改善的參數(shù)為：（35）適用性;惡化的參數(shù)為：（4）靜止物體的長度、（37）控制測量的復雜性。根據(jù)上述矛盾查找阿奇舒勒矛盾矩陣表，找到推薦的解決原理是：15號（動態(tài)性）、34號（拋棄和再生）、1號（分割）、27號（廉價替代原理）、7號（嵌套）5個推薦原理。通過上述推薦原理的仔細分析，發(fā)現(xiàn)對解決第一個矛盾有設計指導的發(fā)明原理如下。

第15號原理（動態(tài)性）：將測量滑動部分做成可拆卸，根據(jù)測量要求安裝到不同尺寸橫梁上以滿足測量要求。

第1號原理（分割）：將組件（橫梁部分）分割成可組裝的不同部分，根據(jù)長度需求組裝。

第7號原理（嵌套）：將橫梁做成伸縮的構件，根據(jù)檢測要求調整長短。

4.3物理矛盾解決方案

在4 2中提到的兩組技術矛盾中，均存在物理矛盾。在第一組矛盾中，山現(xiàn)的物理矛盾如下：橫梁應該（長），以滿足（測量范同）要求;但是，橫梁應該（短），以滿足（便于攜帶）要求;在第二組矛盾中，出現(xiàn)的物理矛盾如下：測量點應該（多），以滿足（檢測精度）要求;但是，測量點應該（少），以滿足（提高效率）要求。

針對第一組物理矛盾，解決方案如下。

（1）時問分離法：工裝橫梁設計為折疊形式，使用時展開，不使用時折疊。

（2）整體與局部分離法：測量組件和橫梁分開，便于攜帶的同時根據(jù)測量需求選擇橫梁。

（3）空間分離法：分割成各個可以連接的小段.根據(jù)使用需求連接。

針對第二組物理矛盾，解決方案如下。

（4）時問分離法：減少每個點測量時讀數(shù)時問（減少有害作用時問原理）;測量設備在滑動過程中一直保持測量模式，不問斷測量（有益作用連續(xù)性）。

（5）整體與局部分離法：只選擇測量偏差最大的點，從而掌握整體平整度狀態(tài)。

4.4概念解決方案

通過方案的論證和選擇，最終選擇r如下可能的概念方案。

（1）方向性方案上，選擇制作一種廉價的接觸性檢測工裝;

（2）組件模型方案上，選擇鋼板尺在橫梁上組合并滑動;

（3）解決鋼板尺磨損問題上，選擇接觸部位由滑動摩擦改為滾動摩擦;

（4）在便于攜帶問題上，選擇將橫梁制作為一種可伸縮的嵌套結構;

（5）在解決測量點過多問題上，選擇讓滑動組件在滑動過程中保持持續(xù)的測量;

（6）在解決檢測后自動標記留痕問題上，選擇了滑動組件滑輪處增加一個涂色功能，檢測后在構件上留下痕跡;

（7）讀數(shù)困難上，除了增加一個顯示屏幕外，還增加了聲音提示組件，使其可以超差語音提醒。

通過詳細方案的選取，設計制作了新的檢測工具如圖4所示。

5成果分析與效益：

行業(yè)內外傳統(tǒng)的平整度檢測方式除了船舶企業(yè)采用的粉線+鋼直尺的檢測方式外，還有塞尺+直橫梁、氣泡水平尺、掃描設備三種檢測方式，但均存在不同程度的不足，具體表現(xiàn)為：

（1）塞尺+直橫梁：檢測效率低，依賴人工讀數(shù)（見圖5）;

（2）氣泡水平尺：不具備讀數(shù)功能，無法智能檢測平整度的優(yōu)劣（見圖6）;

（3）掃描設備：價格昂貴，無法在船企大規(guī)模推廣（見圖7）。

該創(chuàng)新項曰從現(xiàn)場的實際難題出發(fā)，解決工廠生產過程中急需解決的難題，具備高效率高精度低成本的特點。其亮點在于四個方面：一是具備電子顯示讀數(shù)功能，超差聲音提示功能，提升讀數(shù)的精度及檢測效率;二是檢測工具各部位問均為可拆卸的滑輪連接，適應多種檢測要求，各部件損壞可進行更換;三是橫梁采用可伸縮的嵌套結構，便于攜帶;四是檢測組件通過滑輪在檢測對象上滑動，一次可測量一條線上的全部測量點，提升檢測效率4倍以上。

通過新檢測方式的推廣使用，在檢測效率上由原來的測量一個點需要9秒，到現(xiàn)在的測量一條線僅僅需要4秒，檢測效率提高了4倍以上;在檢測精度上，由原來人工讀數(shù)的平均偏差0.5mm提升到了電子屏幕顯示讀數(shù)的0.lmm，檢測精度提高了5倍。

工欲善其事，必先利其器。隨著檢測工具在檢測效率，檢測精度和便攜性上的提升，施工人員對平整度的自檢率也由原來的46 .7%提升到了91.4%。平整度水平的提升，不僅大幅度提升建造質量，還大大減少了分段、總組合攏工序對平整度的修正人工工時和材料浪費，每年帶來的經濟效益在110萬元以上。該項日已經制作出了新的檢測工具，并已經投入使用中，其廉價，高效，高精度的特點廣泛適用于工程領域，在平整度的檢測方面具備較高的推廣價值和市場空問，在后續(xù)可能承接的超大型集裝箱船止裂鋼精度控制、薄膜型LNGJ船平整度控制上具備更好的應用前景。該項日已經申請了國家專利，并獲得了遼寧省創(chuàng)新大賽金獎。