TRIZ創新原理在磁頭研磨工藝中的應用研究

趙偉 王漢德

摘? 要：發明問題解決理論TRIZ總結出了技術發展進化所遵循的趨勢和規律，以及解決各種技術矛盾和物理矛盾的創新原理和法則，對技術創新提出了一套科學的理論和方法。文章從TRIZ理論出發，探索如何運用技術矛盾、物理矛盾、進化法則解決硬盤磁頭研磨工藝中的實際難題，從而降低生產成本，提高產品質量。

關鍵詞：硬盤磁頭;研磨;TRIZ理論;技術創新

中圖分類號：TG580? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）03-0106-02

Abstract： The TRIZ， a theory for solving problems， summarizes the trends and laws of technological development and evolution， as well as innovative principles and rules for solving various technical and physical contradictions， and proposes a set of scientific theories and methods for technological innovation. Based on TRIZ theory， this article explores how to use technical contradictions， physical contradictions， and evolutionary rules to solve practical problems in hard disk head lapping processes， so that to reduce manufacturing cost and improve product quality.

Keywords： hard-disk head; lapping; TRIZ theory; technological innovation

1 概述

技術創新在我國的國民經濟發展中占有非常重要的地位，企業要在全球化、信息化背景下提高核心競爭力，就要不斷推陳出新，加快技術創新步伐確保競爭優勢[1]。東莞新科作為機械硬盤磁頭行業碩果僅存的三大供應商之一，為了保持產品的競爭力，通過不斷地技術創新來提高磁頭質量和降低生產成本就顯得尤其重要。磁頭制造屬于資本密集型、技術密集型、人力密集型行業，在如今人工成本不斷上漲的今天，如果我們勞動生產率的提高程度不能超過上漲的人工成本，不能保持磁頭制造在國際上的競爭力，那么德國知名企業西門子2019年5月宣布的裁員萬人以節省22億歐元[2]的案例難免再現。所以，技術創新更是我們企業的生存之本，其成效決定著企業的未來。

2 技術創新與TRIZ理論

技術創新是指改進現有的或創造新的產品、生產過程或服務方式的技術活動。技術創新看起來比較抽象，那么它有沒有一些可以遵循的原理或方法來提高創新的效率呢？從1946年開始，前蘇聯的根里奇·阿奇舒勒及一批研究人員經過多年努力，在分析研究世界上大量高水平專利的基礎上，提出和創建了發明問題解決理論——TRIZ理論[3]，總結出了技術發展進化所遵循的趨勢和規律，以及解決各種技術矛盾和物理矛盾的創新原理和法則。

TRIZ關于技術創新有一套科學的理論和方法可供我們參考和學習，如技術和物理矛盾問題與解決方法、物場分析與標準解、進化法則等等。本文將就TRIZ理論中的部分原理與方法在硬盤磁頭研磨工藝改進中的應用案例做一些探討，希望對從事技術創新的工作者能有一些啟發。

3 TRIZ創新原理與方法在磁頭研磨工藝改進中的應用

研磨工藝是硬盤磁頭生產的關鍵工藝之一，將TRIZ理論應用于研磨工藝，有助于提高研磨工序能力，降低生產成本，提高產品質量。

3.1 利用技術矛盾提高納米金剛石分散均勻性和嵌入有效性

磁頭研磨工藝的磨料為納米金剛石，作用對象為磁頭，實現的功能為磨削磁頭。在研磨時，含納米金剛石的研磨液在高壓氣的作用下被噴射到研磨盤上，利用轉動的陶瓷圈將納米金剛石分散并壓嵌固著到研磨盤中，金剛石隨研磨盤的轉動而對磁頭產生磨削作用。但是研磨工藝存在著納米金剛石分散不均勻、嵌入研磨盤少的問題，影響磨削效率。經過分析發現，造成該問題的原因是陶瓷圈不能很好的貼合研磨盤表面，陶瓷圈和研磨盤之間存在著遠大于納米金剛石直徑的間隙，間隙過大的原因為陶瓷圈的平面度過大。要改善陶瓷圈平面度，需要提高加工精度，加工變得困難，那么如何解決提高平面度但是加工困難這樣的矛盾呢？

TRIZ理論提出技術系統不斷改善和進化的過程就是不斷解決技術矛盾的過程。在磁頭研磨工藝中，研磨盤、陶瓷圈、含有納米金剛石的研磨液及針管、潤滑油及針管、磁頭、研磨機、高壓氣、真空、控制系統等共同構成了一個技術系統——磁頭研磨系統。利用TRIZ理論對磁頭研磨系統構建技術矛盾：改善運動物體的面積（平面度），惡化可制造性（加工精度要求更高，制造更加困難）。查技術矛盾矩陣表找到4個解決問題的發明原理：反過來做，分割，用復制品，借助中介物。選用分割原理，將原來單個瓷圈分割成三個獨立的小瓷圈，小瓷圈的平面度更好加工。但是三個小瓷圈很難裝配到同一平面上，繼續構建技術矛盾：改善運動物體的面積，惡化操作流程的方便性（三個瓷圈很難裝配平），查技術矛盾矩陣表找到4個發明原理：動態化，轉變到新空間維度，反過來做，部分或超額行動。選用動態化原理，將每個瓷圈連接在柔性基座上，使得瓷圈可以隨著研磨盤平面度的變化而自動的動態調整。改善前后的陶瓷圈如圖1所示。

（1）改善前陶瓷圈? ? ? ? ? （2）改善后陶瓷圈

圖1 改善前后的陶瓷圈對比圖

新設計的陶瓷圈可以更加緊密的貼合研磨盤，使得納米金剛石能更均勻的分散和更有效的嵌入研磨盤，提高納米金剛石的磨削效率。使用新設計的陶瓷圈后，研磨時間縮短了4%，每年可以節省成本40萬元。

3.2 利用物理矛盾解決問題原理改善研磨時間

為了提高磁頭研磨工藝的生產效率，需要縮短研磨時間。減少研磨時間最直接的方法是減少研磨量，但是磁頭在研磨前有一定的彎曲度，整體減少磁頭的研磨量后會影響磁頭的加工品質;而另一方面，為了改善加工品質，卻希望增加研磨量。如何通過技術創新來解決此互相矛盾的問題呢？這是TRIZ理論中典型的物理矛盾，即在一個技術系統中對同一個參數提出了相反的或是不同的要求。

磁頭研磨工序減少研磨時間與改善加工品質對研磨量不同要求的矛盾，可以應用分離原理中的條件分離來解決。以前物料的研磨量是固定的，運用條件分離原理，根據物料彎曲度的大小對物料進行分類，好物料（彎曲度小時）減小研磨量，從而減少研磨時間;差物料（彎曲度大時）增加研磨量，從而加工品質得到改善。這樣就既減少了研磨時間，又照顧到了加工品質。

根據上述改進流程更新了做料系統。新系統的研磨時間減少了5%，而加工品質方面，異常物料的比率下降30%。經濟效益上，每年為公司節省研磨液成本50萬元，質量改善收益24萬元。

3.3 利用進化法則提高研磨盤使用壽命

在磁頭精密研磨階段，為了提高研磨盤的使用壽命，希望研磨盤磨削率能隨著使用壽命的增加而保持穩定。研磨盤磨削率變低的原因之一為研磨速度過低，提高研磨盤轉速可以增加研磨盤的使用壽命，但是當磨料固有磨削率較高時，提高研磨盤速度會造成磁頭表面粗糙度過大，影響產品質量。

研究研磨盤轉速的變化歷史，研磨盤轉速經過了兩個發展階段：（1）單步固定轉速研磨：整個研磨過程固定一個轉速研磨，此時研磨表面較粗糙較大;（2）分多步研磨，每步固定轉速，轉速按步逐漸降低，此時研磨表面粗糙度好，質量好，但是研磨盤壽命短。按照TRIZ理論的進化法則，技術系統的進化遵循從低級向高級變化的過程，研磨盤的轉速變化也遵循這一規律在動態性進化。依據動態性進化法則，可以繼續提高研磨盤轉速的可控性。設計一新的控制系統：研磨盤每步轉速不再固定，可以根據研磨盤的固有磨削率（單位轉數下的磨去量）自動調整轉速，以保證研磨盤磨削率穩定。

采用自動調節研磨盤轉速系統后，當因磨料性能下降而引起的研磨盤固有磨削率降低時，系統會自動提升轉速作為補償，保證單位時間下的磨削量穩定。新系統使用后研磨盤的壽命提升了30%，每年節約成本120萬元。

4 結束語

本文應用TRIZ創新原理與方法解決磁頭研磨工藝中的三個實際難題，既提高了生產效率，保證了產品質量，又降低了生產成本，每年為公司帶來的收益達兩百多萬元。最可貴的是有2項技術都只需要改進軟件控制系統，不需要投資改進硬件，另一項技術投入成本也非常小，做到了“少花錢，多辦事”！

通過這次應用TRIZ創新原理與方法來解決磁頭研磨工藝中實際難題的研究，證明了將TRIZ工具應用于高科技產品中不斷地提高質量和降低成本的巨大威力，從而提高了高科技企業在市場上的競爭力！

參考文獻：

[1]廖志鵬.企業核心競爭力與技術創新辨析[J].發明與創新，2005（7）：4-6.

[2]張欽.計劃裁員1.04萬人西門子遭新能源挑戰[N].北京青年報，2019-06-24.

[3]林岳，等.創新方法教程（初級）[M].北京：高等教育出版社，2012：38-39.