TRIZ技術(shù)系統(tǒng)進化法則在汽車后門啟閉 系統(tǒng)的應(yīng)用分析

崔曉鋒，范亞衛(wèi)，楊林剛，趙亞輝，劉 星

（陜西通力專用汽車有限責任公司，陜西 寶雞 722405）

引言

隨著我國經(jīng)濟的快速增長，我國汽車行業(yè)得到了突飛猛進的發(fā)展，作為自卸汽車在工程建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用，由于自卸汽車承載大，道路工況惡劣，在使用過程中，故障問題多，也正是因此結(jié)構(gòu)不斷地改進來滿足不同特性的運輸。后門啟閉系統(tǒng)也進行了不斷的進化，技術(shù)日趨完善，但縱貫發(fā)展過程，后門啟閉系統(tǒng)的進化正是沿著TRIZ技術(shù)進化理論中的進化法則演進，隨著客戶需求的增加，面對新的問題，設(shè)計者沿著技術(shù)進化理論演進的路線，可節(jié)省產(chǎn)品研發(fā)所需的時間和資源。

1 TRIZ理論

TRIZ是發(fā)明性解決問題的理論，是由俄國學者阿奇舒勒（G.S.Altshuller） 在1946年創(chuàng)立的。在Altshuller的帶領(lǐng)下，動用蘇聯(lián)的1 500多名專家，經(jīng)過50多年對數(shù)以百萬計的專利文獻整理，發(fā)現(xiàn)發(fā)明并不是一種隨機的事件，其背后有一套固定的進化模式、進化定律與進化路線[1]。根據(jù)這些發(fā)明規(guī)律，他總結(jié)出了一套系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)明方法，也就是TRIZ理論。

傳統(tǒng)創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)散思維“試錯法”搜索發(fā)明問題解決辦法，造成人力和物力資源的巨大浪費，人們的發(fā)明創(chuàng)新大多來自一次偶然的突發(fā)奇想或者無數(shù)次的試錯經(jīng)歷，更加接近于一種隨機的行為，所需的時間與資源無法估量。相對于傳統(tǒng)創(chuàng)新過程，TRIZ理論方法立足于創(chuàng)新發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律，研究技術(shù)發(fā)展的整個開發(fā)過程，通過分析系統(tǒng)發(fā)展過程中存在的矛盾，而得出合理的探索方向。這是一種將發(fā)明從“困難的”任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)椤昂唵蔚摹比蝿?wù)的方法，通過大幅度減少探索范圍來達到又好、又快、又省的發(fā)明目的。

2 汽車后門啟閉系統(tǒng)技術(shù)成熟度分析

TRIZ理論最初來源于專利分析，總結(jié)出發(fā)明的發(fā)展規(guī)律，技術(shù)系統(tǒng)的進化不是隨機的，而是遵循一定的客觀規(guī)律的；同生物系統(tǒng)的進化一樣，技術(shù)系統(tǒng)都有一個從誕生到淘汰的過程，像人一樣有一個完整的生命周期[2]。阿奇舒勒把產(chǎn)品的技術(shù)進化過程分為嬰兒期、成長期、成熟期和衰退期4個階段。其中產(chǎn)品的性能參數(shù)、專利數(shù)量、利潤的變化是依賴發(fā)展階段呈S曲線形式變化，如圖1所示。下面從這三方面分析后門啟閉系統(tǒng)在S曲線的階段，然后利用“S曲線與進化法則的關(guān)聯(lián)特性”圖可以看出所處階段的進化法則。

圖1 技術(shù)進化特征曲線

2.1 后門啟閉系統(tǒng)專利數(shù)量分析

在圖1中分析，專利數(shù)量能夠直觀反映出后門啟閉系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，其中專利數(shù)量曲線代表得是當前研究人員對后門啟閉系統(tǒng)的關(guān)注度[2]。每年關(guān)于后門啟閉系統(tǒng)的專利越多，代表著人們越重視后門啟閉系統(tǒng)的發(fā)展。通過網(wǎng)上提供的專利數(shù)據(jù)，收集了1997年到2020年間的921份與后門啟閉系統(tǒng)相關(guān)的專利，以專利申報年份為橫坐標，每年申請的專利數(shù)量為縱坐標，繪制出后門啟閉系統(tǒng)的專利數(shù)量曲線，如圖2所示。

在圖2中分析后門啟閉系統(tǒng)專利數(shù)量曲線與TRIZ進化理論提出的S曲線吻合，4個階段的曲線特征較為明顯。在2013年以前，有關(guān)后門啟閉系統(tǒng)的專利出現(xiàn)得很少，這時后門啟閉系統(tǒng)的技術(shù)系統(tǒng)缺陷還很多，得不到人們的重視，還處于嬰兒期；而在2014～2017 年，后門啟閉系統(tǒng)的專利數(shù)量逐年增長很快，根據(jù)曲線特征可以判斷其處于嬰兒期后期或成長期；而后專利數(shù)量緩慢增加，從2018年開始之后開始減少，就現(xiàn)在后門啟閉系統(tǒng)的專利數(shù)量曲線來看，后門啟閉系統(tǒng)大概率處于成長期。

圖2 后門啟閉系統(tǒng)專利數(shù)量曲線

2.2 后門啟閉系統(tǒng)性能參數(shù)和利潤的變化分析

性能參數(shù)是衡量一個產(chǎn)品的技術(shù)成熟度的重要指標，一個產(chǎn)品成熟度越高，其性能絕對值會越高，但性能的提升就會緩慢[2]。通過對現(xiàn)有后門啟閉系統(tǒng)的性能調(diào)研發(fā)現(xiàn)，后門啟閉系統(tǒng)的主要性能參數(shù)，如工作重量、開啟角度等，目前正在向輕量化和開啟0角度發(fā)展，可以判斷出后門啟閉系統(tǒng)的技術(shù)成熟度處于成長期。

利潤是衡量一個產(chǎn)品的首要指標，當前受市場歡迎的液壓啟閉系統(tǒng)，從各家公司的后門啟閉系統(tǒng)加價上進行簡單分析后，發(fā)現(xiàn)利潤正處于上升階段，可以判斷出后門啟閉系統(tǒng)的技術(shù)成熟度處于成長期。

2.3 小結(jié)

根據(jù)對后門啟閉系統(tǒng)3個參數(shù)的分析，可以認為后門啟閉系統(tǒng)目前處于成長期的可能性較高。針對各個時期的技術(shù)系統(tǒng)，TRIZ理論都提出了一些相應(yīng)的技術(shù)系統(tǒng)進化法則，利用這些歸納出來的技術(shù)進化法則，就可以采取合理的策略，制定產(chǎn)品或技術(shù)開發(fā)路線圖，從而使企業(yè)有更好的競爭優(yōu)勢。

3 TRIZ技術(shù)進化法則在汽車后門啟閉系統(tǒng)的應(yīng)用

TRIZ技術(shù)系統(tǒng)的八大技術(shù)進化法則之下包括有多條技術(shù)進化路徑，反映了不同的技術(shù)進化過程。根據(jù)已有產(chǎn)品核心技術(shù)的特點，選擇進化法則，再選擇進化路徑，可判斷產(chǎn)品結(jié)構(gòu)狀態(tài)后期的發(fā)展趨勢[1]。

自卸汽車后門啟閉機構(gòu)是自卸汽車貨箱中重要部分，車輛在運輸過程中，貨箱后板下部需要啟閉機構(gòu)將后門與貨箱箱體鎖緊為一體，防止物料泄漏[3]。一般情況下，貨箱在舉升到3～5°左右時，啟閉機構(gòu)必須完全打開，后門鎖緊解除。否則貨物隨貨箱舉升后移，車輛可能就會翹頭，造成車輛重要構(gòu)建受損變形，甚至會有翻車的安全隱患。

汽車后門啟閉系統(tǒng)技術(shù)進化過程主要經(jīng)歷了手動啟閉系統(tǒng)，拉桿式系統(tǒng)，鋼絲繩式系統(tǒng)，鏈條式系統(tǒng)，液壓式系統(tǒng)。根據(jù)前面后門啟閉系統(tǒng)技術(shù)成熟度分析，參照“S曲線與進化法則的關(guān)聯(lián)特性”可以找到相應(yīng)的進化法則——動態(tài)性和可控性進化法則，該法則有4條技術(shù)進化路徑，從此進化過程可以看出其正是按照“增加自由度的路徑”的技術(shù)進化過程。目前成熟技術(shù)處在“多鉸鏈→柔性體”階段，前沿技術(shù)正處在“氣體/液體”階段，未來的發(fā)展趨勢就是向“場”階段過渡。

3.1 手動啟閉系統(tǒng)

手動啟閉系統(tǒng)（如圖3）主要由活動座，固定座和擋塊三部分組成。其中活動座固定在箱體的兩側(cè)，可繞固定軸做旋轉(zhuǎn)，固定座焊接在后門的兩側(cè)，后門關(guān)閉后旋轉(zhuǎn)活動座起卡槽卡住固定座，從而達到后門的鎖緊。車輛行進時，由于慣性后門很容易上跳，為了改進該系統(tǒng)，增加了擋塊，后門上跳的問題得到了改善。這個最初的系統(tǒng)正是處在技術(shù)進化過程的“剛性體→單鉸鏈”階段。

圖3 手動啟閉系統(tǒng)

3.2 拉桿式啟閉系統(tǒng)

拉桿式啟閉系統(tǒng)（如圖4）主要是由鎖鉤，拉桿，壓縮彈簧等連接件組成。隨著箱體的舉升，鎖鉤向下旋轉(zhuǎn)，后門可自動打開。該系統(tǒng)的應(yīng)用極大地減少了操縱的工作量，提高了系統(tǒng)的可控性。這種結(jié)構(gòu)的特點是：貨箱再舉升后，后門自動打開，鎖鉤可隱藏在橫梁內(nèi)部避免外力的破壞。該系統(tǒng)由多節(jié)點連接正是處在技術(shù)進化過程的“單鉸鏈→多鉸鏈”階段。

圖4 拉桿式啟閉系統(tǒng)

3.3 柔性連接啟閉系統(tǒng)

柔性連接啟閉系統(tǒng)（如圖5和圖6）在使用過程中根據(jù)柔性體的特點可分為鋼絲繩式啟閉系統(tǒng)和鏈條式啟閉系統(tǒng)，它們均是由掛鉤（掛板），柔性體（鋼絲繩或鏈條），固定座等連接件組成。最顯著的特點是將拉桿和壓縮彈簧組成的半柔性體優(yōu)化到柔性體，向增加自由度的方向發(fā)展。箱體舉升時，鋼絲繩或鏈條松弛，掛鉤或掛板在重力的作用下，向后下落，后門打開，貨箱在下降回落時，后門回位，鏈條拉動鎖鉤，后板鎖緊。

圖5 鋼絲繩式啟閉系統(tǒng)

圖6 鏈條式啟閉系統(tǒng)

這種結(jié)構(gòu)的特點是：此結(jié)構(gòu)不受貨箱后懸長度的影響。在實際應(yīng)用中，通過變化鏈條長度即可滿足各種車型后懸尺寸，另外調(diào)節(jié)桿可對鏈條長度進行微調(diào)。此結(jié)構(gòu)開啟時間短，安全可靠，鎖鉤使用時接觸面積大，鎖緊力大。車輛在長期使用后，后板等相關(guān)件變形，鏈條下垂，可用調(diào)節(jié)桿調(diào)節(jié)長度鎖緊后板。

該系統(tǒng)后門在箱體舉升小角度時可自動打開，極大地提高了自由度和穩(wěn)定性。此系統(tǒng)由柔性體連接正是處在技術(shù)進化過程的“多鉸鏈→柔性體”階段。

3.4 液壓啟閉系統(tǒng)

液壓啟閉系統(tǒng)（如圖7，左側(cè)結(jié)構(gòu)簡圖，右側(cè)液壓原理圖）是在傳統(tǒng)的啟閉系統(tǒng)中使用了液壓系統(tǒng)，此系統(tǒng)和箱體舉升的液壓系統(tǒng)共用一套動力源，增加了多路閥，控制閥和后門油缸等管路連接件。通過液壓能轉(zhuǎn)化為掛鉤鎖緊和打開的機械能來工作。提高了系統(tǒng)的可控性，后門可在大箱未舉升時打開，可控性和穩(wěn)定性進一步提高。此系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)提供的液壓能工作，應(yīng)用液體正是處在技術(shù)進化過程的“柔性體→氣體/液體”階段。

圖7 液壓啟閉系統(tǒng)

4 汽車后門啟閉系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

縱觀后門啟閉系統(tǒng)的進化過程，可看出其發(fā)展歷程正是遵循TRIZ理論的“動態(tài)性和可控性進化法則”按“剛性體→單鉸鏈→多鉸鏈→柔性體→氣體/液體”的發(fā)展方向[4]，目前正處在“柔性體→氣體/液體”的主導階段?；谶@條進化路線，可以看出未來就是“氣體/液體→場”的階段，根據(jù)目前后門啟閉系統(tǒng)的市場需求，如對后門開啟角度要求，后門開啟時間的控制等，這些正是可以通過傳感器反饋到控制器實現(xiàn)，即應(yīng)用“場”的一種模式。未來后門啟閉系統(tǒng)中“場”技術(shù)的應(yīng)用將成為研究方向和產(chǎn)品競爭的重點。

5 結(jié)論

TRIZ 理論是一種系統(tǒng)化的技術(shù)創(chuàng)新方法，包含豐富的 工具，汽車后門啟閉系統(tǒng)技術(shù)路線的發(fā)展歷程遵循TRIZ理論的“動態(tài)性和可控性進化法則”，這只是TRIZ理論的冰山一角?！八街?，可以攻玉”，設(shè)計者按TRIZ理論可以很容易知道技術(shù)系統(tǒng)的進化方向，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。