基于TRIZ理論改善拖拉機(jī)機(jī)罩扣合問(wèn)題

劉 毅

(北京工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 100000)

0 引言

TRIZ理論是俄文轉(zhuǎn)換的縮寫(xiě)，其含義為發(fā)明問(wèn)題解決理論，是1946年蘇聯(lián)發(fā)明家G.S.Altshuller 研究大量專(zhuān)利信息和文獻(xiàn)后，總結(jié)發(fā)明過(guò)程中的規(guī)律所創(chuàng)立的。TRIZ是一套復(fù)雜且系統(tǒng)的發(fā)明問(wèn)題解決理論，針對(duì)復(fù)雜的改進(jìn)問(wèn)題，有明顯矛盾的技術(shù)時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際改進(jìn)需求靈活運(yùn)用，在使用TRIZ工具時(shí)采取簡(jiǎn)化的解題步驟。首先，將待解決的改進(jìn)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行矛盾分析抽象為技術(shù)矛盾；其次，構(gòu)建矛盾矩陣，針對(duì)矛盾查出對(duì)應(yīng)發(fā)明原理；再次根據(jù)發(fā)明原理設(shè)計(jì)改進(jìn)方案；最后對(duì)方案進(jìn)行篩選。

1 作用及工作原理

拖拉機(jī)機(jī)罩作用是覆蓋和保護(hù)機(jī)頭前部發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)配套件，包括電瓶、散熱器、進(jìn)排氣管等。防止在惡劣的工況下雜草碎屑等進(jìn)入、防止發(fā)動(dòng)機(jī)熱氣倒流、防雨水等，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)能開(kāi)啟并進(jìn)行便捷檢修。拖拉機(jī)機(jī)罩后端有兩鉸鏈點(diǎn)，機(jī)罩中部左右兩側(cè)有氮?dú)鈴椈砂惭b點(diǎn)用以安裝氣彈簧，氣彈簧另一端安裝在支架上，支架左右結(jié)構(gòu)不同，分別安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上。正常狀態(tài)下機(jī)罩關(guān)閉，前端拉下后機(jī)罩鎖鼻扣在車(chē)架的鎖舌上；開(kāi)啟機(jī)罩時(shí)，拉開(kāi)機(jī)罩鎖，氮?dú)鈴椈蓪C(jī)罩頂起，以供內(nèi)部檢修及清理。

2 問(wèn)題描述

機(jī)罩扣合之后，機(jī)罩正面扭曲，左右不對(duì)稱(chēng)，影響外觀；機(jī)罩開(kāi)啟之后，扭曲更明顯，下線拖拉機(jī)產(chǎn)品中有9%存在此情況。

3 利用TRIZ理論解決機(jī)罩扣合扭曲問(wèn)題

技術(shù)矛盾是指在一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)中，當(dāng)一個(gè)參數(shù)變動(dòng)(改善)時(shí)，另一個(gè)參數(shù)就會(huì)隨之變差(惡化)。導(dǎo)致機(jī)罩扣合扭曲狀態(tài)原因分析，轉(zhuǎn)化為技術(shù)矛盾并構(gòu)建矛盾矩陣如下。

(1)問(wèn)題分析及技術(shù)沖突。原機(jī)罩板件為Q345B，2 mm厚度，由于機(jī)罩板件加工偏薄，在焊接成品時(shí)，左右兩側(cè)受力不均，機(jī)罩整體不對(duì)稱(chēng)。調(diào)整機(jī)罩板材厚度，由2 mm調(diào)整至3 mm，但會(huì)增加成本。

改善參數(shù)：強(qiáng)度(14)；惡化參數(shù)：物質(zhì)數(shù)量增加(26)。

通過(guò)構(gòu)建TRIZ矛盾矩陣(表1)，從中獲得解決本問(wèn)題對(duì)應(yīng)的解題原理:10—預(yù)操作，27—低成本代替，29—?dú)鈩?dòng)與液壓結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)，選取原理27—低成本代替最為合適。原理解釋?zhuān)河玫统杀疚矬w代替原物體。具體方案：改進(jìn)原板件材料使用Q345B的3 mm鋼板，機(jī)罩總質(zhì)量96 kg，4000～4500 元·t-1。改選用DC01板，2 mm板即達(dá)到材料需求，4200 元·t-1，機(jī)罩總質(zhì)量85 kg。

(2)問(wèn)題分析。為了達(dá)到能裝入發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度，機(jī)罩整體設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1890 mm,導(dǎo)致縱向結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠，在受力開(kāi)啟或者扣合時(shí)易出現(xiàn)變形。

改善參數(shù)：運(yùn)動(dòng)件長(zhǎng)度(3)；惡化參數(shù)：強(qiáng)度(14)。

通過(guò)構(gòu)建TRIZ 矛盾矩陣(表1)，從中獲得解決本問(wèn)題對(duì)應(yīng)的解題原理:8—補(bǔ)償(互消)，29—?dú)鈩?dòng)與液壓結(jié)構(gòu)，34—拋棄與恢復(fù)，35—材料性能轉(zhuǎn)換。根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)，選取原理8—補(bǔ)償(互消)最為合適。原理解釋?zhuān)簽榱搜a(bǔ)償一個(gè)物體重量或其他狀態(tài)，和其他物體混合以便性能提升。具體方案：機(jī)罩內(nèi)側(cè)中間段增加焊接加強(qiáng)筋，并且機(jī)罩鈑金翻邊加長(zhǎng)，增加機(jī)罩整體強(qiáng)度，保證機(jī)罩不變形。

(3)問(wèn)題分析。為了使頂起機(jī)罩的氮?dú)鈴椈赡茉诎l(fā)動(dòng)機(jī)頂端穩(wěn)定安裝，在左右兩側(cè)各安裝支架以支撐兩側(cè)氮?dú)鈴椈桑珒蓚?cè)裝置安裝固定點(diǎn)不同，左右兩側(cè)支架外形不同，導(dǎo)致在安裝后左側(cè)支架上氮?dú)鈴椈砂惭b點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)，機(jī)罩扣合時(shí)受力不平衡，要保持兩側(cè)對(duì)稱(chēng)需要增加一次檢測(cè)安裝定位尺寸。

改善參數(shù)：測(cè)試精度(28)；監(jiān)控與測(cè)試的困難性(37)。

通過(guò)構(gòu)建TRIZ 矛盾矩陣(表1)，從中獲得解決本問(wèn)題對(duì)應(yīng)的解題原理：24—中介物，26—復(fù)制，28—機(jī)械系統(tǒng)的替代，32—改變顏色。根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為選取原理24—中介物最為合適。原理解釋?zhuān)簩⒁蝗菀滓苿?dòng)物體與另一物體接合。具體方案：在氣彈簧左右支架間焊接連接板或者加裝拉桿將左右支架連接。

(4)問(wèn)題分析。“Z”型支架螺栓鏈接固定效果不好，由于需要避開(kāi)油管等干涉，將下支架設(shè)計(jì)成“Z”型(與其他機(jī)型通用)，但是支撐與受力方向不一致，機(jī)罩多次開(kāi)合或者振動(dòng)后，螺栓松動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致左側(cè)安裝支架后移動(dòng)，導(dǎo)致氣彈簧支撐點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)。

改善參數(shù)：可操作性(33)；惡化參數(shù)：可靠性(27)。

通過(guò)構(gòu)建TRIZ 矛盾矩陣(表1)，從中獲得解決本問(wèn)題對(duì)應(yīng)的解題原理：8—補(bǔ)償(互消)，17—維數(shù)變化，27—低成本代替，40—復(fù)合材料。根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為原理17—維數(shù)變化最為合適。原理解釋?zhuān)簩⑽矬w一邊使其傾斜或改變方向。具體方案：“Z”型支架取直用六棱柱代替，中間銑窄以避免與油管干涉，兩端鉆螺紋孔以適合安裝，并且支架上安裝空位對(duì)應(yīng)調(diào)整，在受力的維數(shù)上由三維降為二維。此方案還避免了“Z”型支架連接處容易松動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)罩頂殼磕碰，造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞的情況。

(5)問(wèn)題分析。兩側(cè)氮?dú)鈴椈身敵隽Σ煌瑱C(jī)罩扣合時(shí)受力不平衡。為避免受力不對(duì)稱(chēng)，在氮?dú)鈴椈砂惭b前進(jìn)行測(cè)量，選取兩件頂出力相近(差值小于5 N)的氮?dú)鈴椈蛇M(jìn)行裝配，但增加測(cè)量選取工序，操作繁瑣，增加工時(shí)。

改善參數(shù)：力(10)；惡化參數(shù)：時(shí)間損失(25)。

通過(guò)構(gòu)建TRIZ 矛盾矩陣(表1)，從中獲得解決本問(wèn)題對(duì)應(yīng)的解題原理：10—預(yù)操作，36—相態(tài)轉(zhuǎn)變，37—熱膨脹。根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為原理10—預(yù)操作最為合適。原理解釋?zhuān)侯A(yù)先對(duì)物體進(jìn)行特殊安排。具體方案：將裝配線上測(cè)量?jī)筛獨(dú)鈴椈傻墓ば蛱崆暗讲考M(jìn)入倉(cāng)庫(kù)前檢測(cè)，并將兩根頂出力相近的件捆綁在一起，在送到生產(chǎn)線上，裝配工直接取件安裝。

表1 矛盾矩陣表

基于抽象出的矛盾及問(wèn)題分析，構(gòu)建矛盾矩陣及對(duì)應(yīng)發(fā)明原理。

上述解決方案基于TRIZ理論結(jié)合長(zhǎng)期設(shè)計(jì)工作的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的，TRIZ理論提供了改進(jìn)設(shè)計(jì)的方向，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)直接選取對(duì)應(yīng)理論進(jìn)行具體方案設(shè)計(jì)，因此沒(méi)有采用其他對(duì)應(yīng)原理進(jìn)行方案設(shè)計(jì)及選優(yōu)。目前各方案均在實(shí)際生產(chǎn)和設(shè)計(jì)圖紙中予以落實(shí)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，機(jī)罩扣合后前臉扭曲的情況發(fā)生的概率降至1.5%。

4 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際使用TRIZ理論過(guò)程中存在一定的難度，若不對(duì)TRIZ進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，很難從實(shí)際的問(wèn)題中抽象出工程參數(shù)，在建立矛盾矩陣并查詢(xún)出具體原理后，對(duì)解題原理的解釋和理解也存在一定困難，最后就是根據(jù)解題原理進(jìn)行設(shè)計(jì)需要一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在工作中所遇到的設(shè)計(jì)和技術(shù)難題，要積極大膽的運(yùn)用TRIZ去探尋解題方法，在實(shí)踐中消化學(xué)習(xí)、靈活運(yùn)用，掌握其精髓。因此，設(shè)計(jì)部門(mén)、公司乃至行業(yè)應(yīng)該注重TRIZ理論的推廣和學(xué)習(xí)，擺脫思想束縛，打破原有思維方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)乃至方法創(chuàng)新。