基于TRIZ理論SAFC模型解析汽車座椅安全氣囊故障燈常亮的研究

郭飛，曾繁林，謝文風，張愛民

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

SAFC模型是基于經典TRIZ(Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch)理論[1-3]之“物-場分析模型”，通過分析及整合76個標準解，總結出來的問題分析及解答模型，如圖1所示。

圖1 SAFC模型

圖中S表示物質或技術系統，F表示有用或無用功能，A表示屬性，C表示因果關系。在SAFC模型中，S1和S2是兩個相互作用的物質，各自對應的屬性為A1和A2。習慣上，將物質S1作為功能載體——發出動作的主體，將物質S2作為接受動作的客體；S3是實現功能后延展產生的、具有屬性A3的第三物質；F是物質S1的屬性A1與物質S2的屬性A2相互作用形成的、可能有用或有害的功能[4-7]。三者之間的因果邏輯關系即可真實反映出該技術系統中的主要矛盾以及矛盾的主要方面。從而體現出技術系統在功能、屬性、系統層級和結構等方面的所有不足，為解決工程問題找到了突破口[4,8]。該模型既繼承了經典TRIZ理論求解問題的精髓，又簡化了模型，較為明確、清晰知曉問題的解決方向及其方案，便于解決邏輯關系復雜、因素繁多的汽車安全工程問題。

汽車座椅安全氣囊(SAB)故障燈常亮(報警)是指氣囊點爆回路中存在影響發生器正常點爆的故障，該故障常見于氣囊點爆回路中阻值異常，導致氣囊點爆電流可能無法達到氣囊百分百點爆成功的電流要求(1.2 A電流持續2 ms或1.75 A電流持續0.5 ms)，由此在組合儀表上出現故障燈常亮。SAB點爆回路由發生器、連接器1、連接器2、連接器3、線束A、線束B、ECU組成，如圖2所示。點爆回路涉及的組件較多，且整個點爆回路安裝在座椅骨架上，伴隨著座椅行程調節，回路上各個組件存在相對運動。因此點爆回路出現故障的因素較多，對于故障的原因排查及解決方案帶來了很大的困難。

圖2 SAB點爆回路示意

本文作者將基于TRIZ理論SAFC模型，逐步分析SAB故障燈常亮的各種原因及其邏輯關系，并建立該問題的SAFC模型，由此完成該問題剖析及其工程解決方案的求解。

1 因果分析

TRIZ理論“物-場分析模型”認為任何事物均由兩種或兩種以上事物相互作用下產生的，不可能有單一物質產生另外一種物質。SAFC模型將這一理論體現在因果邏輯關系中，認為任何問題的產生絕非單因素即可產生，必定有兩種或以上原因相互作用而成，即便是傳統意義認知上的單因素問題，也必定有環境或外作用物一起作用。同時為了便于原因分解及問題聚焦，SAFC模型因果分析統一按雙因數進行有機延伸和整合[5,8]。

因此，針對具體問題，必先基于現場調查結果及質量問題原因分析結果，去偽因存真因，并采用“5Why”原因分析方法，剖析真因背后的真因，直至問題發生根源。隨后將所有的真因建立起平級、上下級的雙因素因果邏輯關系，并按照統一邏輯順序建立起因果邏輯樹。

1.1 物質或技術系統

SAFC模型中物質或技術系統(S)確立及定義至關重要，定義是否準確直接影響到因果邏輯關系的建立是否合理，因此該定義必須是具體且特定的。物質或技術系統一般由名詞或形容詞修飾具體物質構成，但在特定情況下，不受形式約束，需廣義理解該定義范疇。SAB故障燈常亮中涉及的物質或技術系統見表1。

表1 SAB故障燈常亮涉及到的物質或技術系統

1.2 因果邏輯關系

通過多起SAB故障燈常亮事故調查，回路阻值均高于額定的阻值，由此導致故障燈常亮。由于回路組件繁多，導致阻值異常的因素也很多，且由于故障燈常亮難以復現，靜態測量的回路阻值無法真實反映出故障燈常亮的回路阻值。因此利用雙因素理論，將可能導致氣囊點爆回路阻值異常的因素與另外一個因素建立起相互作用關系。并將這些互相作用關系按照問題起源方向的邏輯思路建立上下級、平級的邏輯關系。如SAB故障燈常亮是由于阻值異常的回路(變阻性)與靈敏的ECU(精確性)之間的相互作用導致的。然后分別推導阻值異常的回路、靈敏的ECU產生的雙因素，以此類推，直至問題發生根源。其SAB故障燈常亮完整的因果邏輯關系如圖3所示。

圖3 SAB故障燈常亮因果邏輯關系

2 SAFC模型

完整的SAFC模型在技術系統的四大基本要素(物質、屬性、功能、因果)有機融為一體，如圖1所示。物質或技術系統S1(屬性A1)與物質或技術系統S2(屬性A2)，相互作用產生有害或有益功能F，物質或技術系統S3為該功能的載體，并具有屬性A3。S1、S2與S3之間的連線表示因果關系；S1、S2與F之間的連線表示功能關系[9-12]。

因此需要在按雙因素原則推導出來的因果邏輯關系之上建立起功能關系，即物質或技術系統S1(屬性A1)和物質或技術系統S2(屬性A2)相互作用產生何種有害或有益功能F。如阻值異常的回路(變阻性)與靈敏的ECU(精確性)之間會產生無法正常點爆氣囊功能，這個功能的載體即SAB故障燈常亮，具有報警屬性，以此類推其余物質之間的功能關系。SAB故障燈常亮、阻值異常的回路、靈敏的ECU、接觸不良的回路、電源/電容、發生器之間的SAFC模型如圖4所示。接觸不良的回路、連接不良的接插件、晃動的線束、不良的接插件、汽車/座椅、緊固不良的線束、壓接不良的探針、緊固裝置、線束、布置空間、探針、壓接模具之間的SAFC模型如圖5所示。

圖4 SAB故障燈常亮SAFC模型1

圖5 SAB故障燈常亮SAFC模型2

3 解決方案

由圖1可知，整個SAFC模型是以S3為源頭，S1和S2雙因素為導線建立起的SAFC模型樹。當S1和S2雙因素之間任何一方更正，均可消除該問題。因此解決方案將結合科學效應知識，以屬性和功能為切入點，利用置換、迭組、并聯、串聯和復合5種求解方式，對著兩個因素進行求解。以此類推，直至找到工程問題解決方案。在此過程中，若解決方案僅理論上可行，基于成本、質量、工藝等考慮，工程上無法實現，稱之為概念解決方案；若工程上亦可行，則稱之為工程解決方案。

由圖4可知，整個SAFC模型是以SAB故障燈常亮為源頭，阻值異常的回路和靈敏的ECU兩個因素為導線建立起的SAFC模型樹。當阻值異常的回路和靈敏的ECU兩個因素之間任何一方更正，即可消除該問題，文中的解決方案將圍繞這兩個因素展開。

3.1 概念解決方案

3.1.1 取消接插件

順著阻值異常的回路這一因素展開，去除客觀因素，可知不良的接插件是回路阻值異常的重要原因。若接插件從回路中取消，即回路(線束)直連發生器和ECU，途中不涉及任何接插件，則回路阻值將不會有異常，其相應的SAFC模型如圖6所示。對比其他氣囊故障燈常亮少發情況，可知該解決方案有效。但是由于SAB需要安裝在座椅發泡里面，基于安裝工藝考慮，該方案當前不具有工程可行性，僅為概念解決方案。

圖6 取消接插件概念解決方案

3.1.2 降低ECU靈敏度

順著靈敏的ECU這一因素展開，可知造成ECU靈敏的原因是電容容量的有限性和發生器點爆可靠性造成的，如果電容容量增加或無限增加，則整個回路中的電流值始終都滿足點爆要求，則ECU的靈敏性即可降低。由此即可化解該工程問題，其相應的SAFC模型如圖7所示。但由于ECU屬于精度及集成度很高的一個零件，更改其零件內任何一個參數，都有可能影響其他參數或根本無法增加或持續增加電容量，所以該方案暫不具備工程可行性，僅為概念解決方案。

圖7 降低ECU靈敏度概念解決方案

3.2 工程解決方案

根據因果邏輯關系可知，阻值異常的回路設計的因素較多，且靈敏的ECU所涵蓋的因素均不具備工程可行性，因此工程解決方案須在阻值異常這一因素入手，根據SAFC模型分析及工程經驗，求解兩個工程解決方案。

3.2.1 采用防水防塵的緊固裝置代替緊固裝置

根據緊固裝置作用功效，采用置換模式將緊固裝置置換成防水防塵緊固裝置，有效避免緊固裝置因緊固不良導致接插件產生振動、磨損，如圖8所示。

圖8 防水防塵緊固裝置的工程解決方案

3.2.2 增加線束的布置空間

根據置換模式原理，加大線束的布置空間，使得線束固定更加牢固，且將接插件兩端的線束緊固，有效避免線束的晃動傳遞至接插件上面，如圖9所示。

圖9 增加布置空間的工程解決方案

3.2.3 工程解實施效果驗證

當前工程上已經采用防水防塵緊固裝置的接插件，并結合“三點一線”的線束布置方案進行空間布置，使得接插件不會隨著汽車行駛或座椅行程調節而發生晃動。在汽車使用過程中，暫未發現一例由此造成的氣囊故障燈亮。且對耐久之后的接插件進行切片處理，發現探針與線束包裹緊湊，探針表面鍍金涂層完好無損。說明此工程解實施有效，徹底解決該工程問題。

4 結論

文中基于TRIZ理論的SAFC模型對SAB故障燈常亮做了全面剖析，梳理了各種因素之間的內在邏輯關系，并從SAFC模型中得出相關概念解決方案和工程解決方案。主要結論如下：

(1)SAFC模型雙因素理論揭示了SAB故障燈常亮各種因素之間的內在邏輯關系，清晰明了反映出問題的根源及各因素之間的相互作用關系，其納入的環境因素及其他客觀因素，有助于問題解決思路的擴展。

(2)SAFC模型體現了物質、屬性、功能、因果關系的有機整合，有助于問題思路擴展及解決方案方向性的引導，且求解的工程解決方案在工程上的表現是可行、合理的。

(3)基于TRIZ理論的SAFC模型適合解決復雜、多因素、跨系統的汽車安全工程問題，該方法論可廣泛應用于汽車安全工程領域。