TRIZ創(chuàng)新理論在磁頭焊接工藝中的應(yīng)用研究

鄧曉膺 王麗坡 黃小華

摘 要：發(fā)明問(wèn)題解決理論TRIZ通過(guò)總結(jié)專利文獻(xiàn)，提出技術(shù)矛盾、發(fā)明原理、物理矛盾、物場(chǎng)模型、技術(shù)進(jìn)化法則等工具和方法，對(duì)科技創(chuàng)新提出了一套科學(xué)的理論和方法。文章從TRIZ理論出發(fā)，研究如何運(yùn)用技術(shù)矛盾、物理矛盾和物場(chǎng)模型工具來(lái)解決硬盤磁頭焊接工藝中的實(shí)際難題，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了制造成本，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：硬盤磁頭;焊接;TRIZ理論;技術(shù)創(chuàng)新

1 概述

硬盤的關(guān)鍵部件之一就是磁頭，磁頭的加工工藝直接影響到硬盤的壽命，讀寫的速度也會(huì)影響到顧客的體驗(yàn)和最終的銷售。磁頭的微連接工序焊接工序是磁頭加工的關(guān)鍵工序之一，在微米級(jí)的部件上焊接，對(duì)焊接精度要求非常高。將TRIZ理論應(yīng)用于磁頭焊接工序，有助于提高焊接產(chǎn)品品質(zhì)，提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

2 科技創(chuàng)新與TRIZ理論

科技創(chuàng)新對(duì)企業(yè)、國(guó)家來(lái)講至關(guān)重要，為了提升國(guó)家科技創(chuàng)新能力，需要科學(xué)高效的創(chuàng)新方法和工具來(lái)指導(dǎo)我們的科技創(chuàng)新活動(dòng)。

20世紀(jì)50年代末，前蘇聯(lián)的根里奇.阿奇舒勒為全新的發(fā)明問(wèn)題解決理論（TRIZ）奠定了基礎(chǔ)。在他的帶領(lǐng)下，與蘇聯(lián)專家們一起，經(jīng)過(guò)50多年對(duì)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的專利文獻(xiàn)加以研究、整理、歸納和提煉，建立起一整套、實(shí)用的TRIZ理論[1]。

TRIZ產(chǎn)生和運(yùn)用都是建立在唯物辯證法認(rèn)識(shí)論上“從特殊到一般，又從一般到特殊”的基礎(chǔ)之上。事物發(fā)展的根本原因不是在事物的外部而是在事物的內(nèi)部，在于事物的內(nèi)部矛盾性。事物內(nèi)部的矛盾性是事物發(fā)展的根本原因[2]。

本文就在硬盤磁頭焊接工藝改進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)用TRIZ的一些相關(guān)工具和方案做一些探討，希望對(duì)從事科技創(chuàng)新的工作者能有一些啟發(fā)。

3 TRIZ理論方法在磁頭焊接工藝改進(jìn)中的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)工作原理與問(wèn)題描述

在硬盤磁頭折片的制造過(guò)程中，使用噴射錫球系統(tǒng)將磁頭焊位和軟線路板的焊位進(jìn)行連接。噴射錫球焊接廣泛運(yùn)用于電子行業(yè)的微連接，但大都面臨定位精度不足的問(wèn)題，需要頻繁更換噴射焊嘴，由于噴射焊嘴成本高，造成制造成本高。造成定位精度不足有以下可能原因，噴射焊嘴端部孔徑變大，孔變形，孔內(nèi)壁粗糙度變大等多個(gè)方面，噴射的工作原理如圖1所示。我們要解決噴射錫球的定位精度，使錫球準(zhǔn)確噴射到焊接位，將焊位進(jìn)行連接，首先是用TRIZ理論找到根本原因，然后針對(duì)原因提出對(duì)策，并進(jìn)行驗(yàn)證。

錫球的傳送：錫球通過(guò)送球機(jī)構(gòu)被送入焊嘴，焊嘴端部的孔徑小于錫球的直徑，在氣壓的作用下，錫球保持在焊嘴的端部。

激光熔化錫球：打開(kāi)激光，激光作用錫球上，錫球吸收能量，溫度上升，熔化，在氣壓的作用下，熔化的錫球被噴出。

噴射焊接位：熔化的錫球被噴射在焊接位上擴(kuò)散，凝固后將焊接位連接。

3.2 原因分析

焊嘴孔發(fā)生了變形，焊嘴孔發(fā)生變形由兩個(gè)直接原因，原因一受到了大的沖擊力，原因二焊嘴顆粒的黏合力不足。

對(duì)于焊嘴受沖擊力大是因?yàn)橐徊糠衷蛴捎诘獨(dú)鈮毫Υ笤斐蓻_擊力大，另外一部分是由錫球與焊嘴的接觸面積大，黏合度也大造成錫球表面張力增大，從而帶來(lái)了大的沖擊力。

此外，激光強(qiáng)度高，頻率高，帶來(lái)了激光周期性的熱應(yīng)力大，應(yīng)力大也給焊嘴帶來(lái)了大的沖擊力。

對(duì)于焊嘴顆粒黏合力不足帶來(lái)焊嘴孔變形主要是由于焊嘴的鈷的含量比較低，鈷和鎢的混合也不均勻。由于鈷鎢含量關(guān)聯(lián)到焊嘴材料設(shè)計(jì)，需要外部供應(yīng)商協(xié)助，將作為第二步研究工作。

3.3 技術(shù)矛盾理論解決應(yīng)力大給噴嘴產(chǎn)生大的沖擊問(wèn)題

技術(shù)矛盾是指對(duì)技術(shù)系統(tǒng)某一方參數(shù)進(jìn)行改善時(shí)，會(huì)引起另一方參數(shù)惡化。惡化一方究竟惡化了什么，對(duì)于一個(gè)具體的技術(shù)矛盾是可以客觀判斷的，有時(shí)一方的改善可能產(chǎn)生幾方面的惡化，形成幾對(duì)矛盾。解決技術(shù)矛盾就是要消除惡化，是雙方的要求得到滿足[3]。

具體做法，首先把具體的技術(shù)矛盾兩個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成通用工程參數(shù);然后通過(guò)查看矛盾矩陣找到解決這個(gè)矛盾可參考的創(chuàng)新原理，最后在從中選擇恰當(dāng)?shù)膭?chuàng)新原理形成概念方案，就完成了從特殊到一般的過(guò)程，再?gòu)囊话愕教厥獾倪^(guò)程。

根據(jù)因果分析，熱應(yīng)力大的原因是激光強(qiáng)度大。通過(guò)減少激光強(qiáng)度可以減少應(yīng)力，但會(huì)增加激光作用時(shí)間，影響生產(chǎn)效率，增加成本。改善技術(shù)參數(shù)應(yīng)力和壓強(qiáng)，惡化技術(shù)參數(shù)作用時(shí)間。在矛盾矩陣上縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的技術(shù)參數(shù)11壓力/壓強(qiáng)，橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的技術(shù)參數(shù)15作用時(shí)間。對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理有：原理19局部周期性作用，原理3局部質(zhì)量，原理27廉價(jià)替代品。

發(fā)明原理19周期性作用有3個(gè)提示，采用發(fā)明原理19周期性作用提示1：用周期性動(dòng)作或脈沖代替連續(xù)性動(dòng)作。生成的實(shí)用解決方案一為：降低激光強(qiáng)度，從一次施加激光改為多次施加激光。

發(fā)明原理3局部質(zhì)量也有3個(gè)提示，采用發(fā)明原理3局部質(zhì)量提示3：讓物體的各部分，均處于完成各自動(dòng)作的最佳狀態(tài)。生成的實(shí)用解決方案二為：定期對(duì)焊嘴端部進(jìn)行退火處理，以消除應(yīng)力。

3.4 物理矛盾解決焊嘴孔與錫球接觸面積大的問(wèn)題

物理矛盾就是技術(shù)系統(tǒng)在某個(gè)參數(shù)上提出相反要求。由于物理矛盾相反要求的每一方，一般都是處于某種條件下，如時(shí)間或空間上的條件或其他不同的條件，一般采用分離方法來(lái)解決矛盾。通常使用的分離方法有四大類：空間分離、時(shí)間分離、條件分離和整體與部分分離。然后根據(jù)所選的分離方法對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理生成解決方案。

根據(jù)因果分析，焊嘴孔表面張力大的原因是錫球的黏度大。通過(guò)減小錫球的黏度可以減小表面張力，但會(huì)減小焊接的強(qiáng)度。

物理矛盾：黏度既要小又要大。小：優(yōu)點(diǎn)是張力小，缺點(diǎn)是強(qiáng)度小;大：優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度大，缺點(diǎn)是張力大。

嘗試進(jìn)行時(shí)間分離：時(shí)間1：錫球融化階段，應(yīng)力小。

時(shí)間2：錫球黏合階段，強(qiáng)度大。

通過(guò)技術(shù)矛盾的創(chuàng)新原理給我們的提示（借助中介物原理），生成的實(shí)用解決方案三：在錫球表面鍍上涂層，錫球熔化后涂層材料擴(kuò)散到焊嘴內(nèi)壁，減小表面張力，錫球本身的黏度不變，熔化后焊接強(qiáng)度不變。

3.5 物場(chǎng)模型工具消除錫球?qū)缸斓奈阶饔?/p>

物質(zhì)場(chǎng)模型分析是TRIZ理論中的另外一個(gè)重要的問(wèn)題構(gòu)造、描述和分析的工具。通過(guò)構(gòu)建物場(chǎng)模型，揭示出技術(shù)系統(tǒng)的功能機(jī)制，找出技術(shù)系統(tǒng)中不同元素之間發(fā)生的不良作用（包括不足的、有害的、過(guò)度的和不需要的相互作用），然后查詢76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解來(lái)找到通用解法，再在這基礎(chǔ)上生成具體實(shí)用方案。

首先構(gòu)建物場(chǎng)模型來(lái)消除錫球?qū)缸煳阶饔茫鐖D3所示。

三個(gè)基本要素：接收體是焊嘴S1，執(zhí)行體是錫球S2，相互作用場(chǎng)力場(chǎng)F1。錫球S1激光加熱后融化產(chǎn)生的熱力場(chǎng)F1對(duì)焊嘴產(chǎn)生有害作用，產(chǎn)生應(yīng)力對(duì)焊嘴產(chǎn)生沖擊。

錫球?qū)缸斓淖饔糜泻Γ怯泻ν暾Ｐ停胄碌奈镔|(zhì)S3消除有害作用（S1.2.1），拆解物場(chǎng)模型。查詢76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解，采用提示No.11切斷有害作用。

生成的實(shí)用解決方案四：在焊嘴內(nèi)壁加納米材料鍍層，來(lái)消除錫球?qū)缸斓奈阶饔谩?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

本案例與實(shí)際生產(chǎn)中存在的問(wèn)題解決很好的證明了TRIZ的作用，案例中采用了技術(shù)矛盾、物理矛盾以及物場(chǎng)模型等分析工具。根據(jù)40個(gè)發(fā)明原理和76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解給出改善思路，找到了切實(shí)可行的改善方案。經(jīng)過(guò)逐一對(duì)各個(gè)方案的驗(yàn)證，降低激光能量從一次施加激光改為多次施加激光和定期對(duì)焊嘴端部進(jìn)行退火處理，以消除應(yīng)力已經(jīng)被采用。對(duì)于焊嘴內(nèi)部噴涂材料和對(duì)錫球表面進(jìn)行鍍層正在試做樣品效果驗(yàn)證中。對(duì)先被采用的兩個(gè)方案，經(jīng)過(guò)半年的運(yùn)行，良品率提升了0.1%，焊嘴的壽命也提升了1.2倍，預(yù)估每年經(jīng)濟(jì)收益150萬(wàn)元，已經(jīng)推廣應(yīng)用。

隨著TRIZ工具在工作中的不斷應(yīng)用，將會(huì)為企業(yè)解決技術(shù)難題帶來(lái)更多更大的幫助，為企業(yè)的科技創(chuàng)新帶來(lái)更大的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]廖志鵬.企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力與技術(shù)創(chuàng)新辨析[J]發(fā)明與創(chuàng)新，2005（7）：4-6.

[3]王傳友.TRIZ新編創(chuàng)新40法及技術(shù)矛盾與物理矛盾.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010.9：22-23.