基于TRIZ理論的新型翻身工裝創新設計

韓宏宇 尉燕 高志剛 楊艷郡 房昕 徐曄

摘要：Z型口分段翻身吊裝采用龍門吊和翻身工裝的配合，解決由于分段錯口造成的吊裝時傾斜及定位困難問題。已知的翻身工裝存在著安裝困難、材料浪費，通用性差等問題。我們通過應用TRIZ理論，采用功能分析、因果鏈分析、資源分析等工具剖析了問題產生的根本原因，并應用功能裁剪、技術矛盾等工具，最終得到了13個解決方案。對所得的方案進行了技術評價，并根據實際需要選擇了解決方案3作為實施方案，最終應用解決方案對翻身工裝進行了創新改進，解決了原有工裝人工安裝困難等問題。

摘要：TRIZ;翻身工裝;分段吊裝;工裝設計

引言

常規船大開孔分段進行分段劃分時，由于考慮板尺及分段重量等因素，大開孔的橫向邊緣通常布置在分段的中間及附近區域，分段合攏口在艏艉方向不是直線，而是呈類型Z字形。由于此類型分段橫向剛度大于縱向剛度，在進行龍門吊3鉤吊裝布置時，需要按剛度強的方向的來設計翻身吊耳，既橫向翻身，因此主鉤吊耳需要布置在靠船中合攏口處。但因合攏口不是直線，Z字形錯口的形狀會導致主鉤的吊耳之間無法布置在一條直線上，主鉤吊耳安裝位置不一致會使得分段翻身過程調平困難，影響總組定位，導致后續工作無法順利進行。

1 現有技術方案

1.1 現有技術改進前情況

目前常規的解決方案是利用翻身工裝，配合B型吊耳使用。翻身工裝與吊耳之間通過卸扣連接，使用時通過工裝將分段抬起。工裝長度彌補了錯口尺寸，銷軸連接可讓工裝繞著吊耳進行90°旋轉，保證整個吊裝過程中主鉤兩吊點受力狀態同步，可以解決由于錯口造成的分段吊裝時傾斜及定位困難問題。（如圖1）

1.2 現有技術存在的問題

由于工裝長度長，強度原因需要使用厚板，使得工裝整體重量過大，分段是反向建造，重量太大無法直接安裝，需要工人配合手拉葫蘆使用，費時費力，另外工裝孔距固定，通用性差，無法滿足不同錯口尺寸。

1.3 常規解決途徑及問題

目前有焊接型接長工裝和輔助工裝小車兩種方法解決工裝過重難以安裝問題，但存在造價高，操作不便，浪費材料等問題。因此我們需要對翻身工裝進行創新改進，提高安裝效率，更好的服務于生產。

2 TRIZ理論概述

TRIZ理論是一種專門解決發明創造問題的方法體系，通過跨行業、多學科之間基礎知識的交叉融合總結歸納出發明問題背后的普遍規律，進而指導廣大工程技術人員更加快速有效的尋求發明問題解決方案。通過先將工程實際問題轉化為TRIZ問題模型，再使用TRIZ各種創新工具進行解題，得到多種TRIZ方案，多種TRIZ方案還需要結合各行業專業知識，得到最終的TRIZ解決方案。針對現有翻身工裝存在的不足，本文通過TRIZ理論中的部分典型工具來進行問題解決。

3? 問題分析與求解過程

3.1 問題描述

Z型口分段翻身吊裝采用利用龍門吊和翻身工裝的配合，解決由于分段錯口造成的吊裝時傾斜及定位困難問題。目前現有的翻身工裝都存在重量過大，人工反向安裝困難，通用性差等問題，施工人員需要使用滑輪或者工裝小車來解決此問題，費時費力，且存在安全隱患。本文利用TRIZ理論尋求突破處理這一短板限制的有效方案。

3.2 IFR理想解

依據TRIZ理論，在解決問題開始之前，要先拋開各種限制因素，僅通過理想化來定義問題的最終理想解，通過明確理想解所在的方向和位置，以保證在解決問題過程中始終沿著此目標前行并獲得最終理想解。

我們的最終理想解是實現工裝自動安裝，對此我們提出方案1和方案2。

方案1：設計一種工裝自身攜帶的能夠方便吊車或叉車對工裝實現起升的裝置。

方案2：設計一種工裝自身攜帶的能夠方便人工對工裝實現輕松起升的裝置。

3.3 功能分析

系統的功能模型圖是由系統組件和組件中相互作用的關系組成，可以很容易得出存在問題的功能和組件的相互作用關系。系統功能模型圖如圖2所示，可以看出，翻身工裝對人工安裝來說是阻力，阻力是有害的限制，需要去掉或減少這種力。提出技術方案3和方案4

方案3：優化翻身工裝結構形式，減小重量或便于安裝。

方案4：使用輔助工具幫助人工進行安裝，節省人力。

3.4 因果鏈分析

利用因果鏈分析可以幫助我們通過層層因果分析找到隱藏于問題背后的根本原因，從而全面徹底解決問題。對于安裝困難問題，我們通過現場實際情況結合因果鏈工具分析出以下因果分析圖（見圖3）：

通過因果鏈分析得出結論，工裝的結構形式重量大，無高效輔助安裝工具，導致人工安裝困難。并提出技術方案5和方案6

方案5：優化翻身工裝結構形式，減小重量或便于安裝。

方案6：使用輔助工具幫助人工進行安裝，節省人力。

3.5 資源分析

根據系統功能分析結果，從物資、能量、功能這三個方面進行資源分析，分析結果如下表1所示：

根據資源分析結果，得到技術方案7：使用（升力）起升工具資源將翻身工裝提升安裝，省去人力安裝。

3.6 功能裁剪

功能裁剪是TRIZ中一種改進系統的方法，通過裁剪，將由功能分析得到的問題功能所對應的的組件進行刪除，而將其所執行的有用功能利用系統或者超系統的其他組件替代執行，實行功能再分配，從而改善整個功能模型。通過裁剪掉中間輔助工裝手拉葫蘆，使用其它具有相同功能的X1組件進行替代（見圖4）。提出技術方案8和9：

方案8：去掉對人產生阻力的手拉葫蘆，采用其它可以省力的裝置。

方案9：去掉對人產生阻力的手拉葫蘆，在工裝上增加一個可以使其實現升降功能，而無需要人工操作的裝置。

3.7 技術矛盾（見圖5）

技術矛盾是技術系統中兩個參數之間的矛盾，即當用某種辦法去改善技術系統的一個參數（或一部分）時，該系統的其它參數 （或其它部分）就要惡化。

要解決的技術矛盾發生在（重量）與（方便安裝）之間，發生在（工裝安裝）的時候。

問題模型--對應的39個通用工程參數

改善的參數為操作流程的方便性，惡化的參數為靜止物體的重量

組成通用工程參數為：6、13、1、25

對應查看阿奇舒勒矛盾矩陣表得到如下創新原理，并提出技術方案10、11、12和13：

方案10： 多用性原理，使用其它具有安裝功能的工具輔助安裝。

使用液壓小車或自動升降工裝進行輔助安裝，節省人力。

方案11：反向作用原理，使工件從上向下安裝。

使用吊車將工件進行吊起從上向下進行安裝。

方案12：分割原理，工件拆解成多件方便安裝。

將翻身工裝設計成組合件，使用時進行組合安裝。

方案13：自服務原理，設計工裝件自動安裝功能。

將工裝設計成一種自動行走或升降的裝置，實現自動安裝。

4? 技術方案整理與評價

4.1 全部技術方案及評價

我們利用TRIZ方法得出了以上13個解決方案，并對13個方案進行相似技術方案整合，得到以下解決方案。

通過整合方案3、5，提出解決方案1：優化翻身工裝結構形式，減小重量。

通過整合方案4、6、7、10，提出解決方案2：設計具有移動及升降功能的安裝小車，輔助安裝翻身工裝。

通過整合方案1、2、8、9、10、11、12和13，提出解決方案3：改進工裝件結構，使其具有可移動及升降功能。

我們對解決方案進行分析對比（見表2）

4.2 最終方案確定

通過對整合后的解決方案對比及最終評估，選擇解決方案3作為實施方案，最終創新設計了新型翻身工裝結構（見圖6）。其結構特點及功能優化如下：

1、新型翻身工裝采用的是上部T型梁，下部雙T型梁的組合式結構，組合體件之間開設多個定位孔，使組合件之間可以進行長度調節，使主吊孔能探出分段合攏口，彌補了各種類型分段的錯口尺寸，保證整個吊裝過程中主鉤兩吊點受力狀態同步，解決了由于分段錯口造成的吊裝時傾斜及定位困難問題。

2、新型翻身工裝安裝及使用過程簡單快捷，摒棄了傳統工裝吊耳安裝時由于重量大，需要利用手拉葫蘆或者輔助安裝小車工具等繁瑣過程，采用此工裝安全可靠，且極大縮短了吊裝作業時間。

3、工裝下部結構設計了升降機構，使工裝具備了升降功能，工裝上部和升降機構下部加設萬向輪，方便其移動和升降運動。

5? 實施效果及應用推廣

采用新型翻身工裝+B型吊耳使用可替代傳統的E型吊耳+結構接長，極大降低施工周期和施工成本。

若采用翻身工裝，按目前我司西區吊車工位使用情況，只需要設計6套基本可以滿足需求，每套工裝的制作成本為4000元，工裝總成本預計需要24000元。考慮吊耳的重復利用率，E型55T吊耳單次使用成本為390元，B型55T吊耳的單次使用成本為250元。

采用新方法，用B型55T吊耳配合工裝代替E型55T吊耳，既每只吊耳能節省140元，采用此方法，連續安裝170只B型吊耳，就可以收回工裝制作的成本。

以我司8萬5項目20條船為例，全船分段及子分段共需300個左右E型55T吊耳，通過此方法可節省140*300*20-24000（工裝成本）=81.6萬元。采用此工裝配合B型吊耳，可以持續產生經濟效益，達到節約成本、提高工作效率的目的。

6? 結束語

習近平總書記曾強調，創新始終是推動一個國家、一個民族向前發展的重要力量。而TRIZ 的理論體系打破了固有的設計創新模式，應用TRIZ工具進行有效地問題解決，幫助工程設計人員者改變思維模式，尋找問題根源，并獲得突破技術問題瓶頸的思路，從而得可靠有效的解決方案。

本文以TRIZ創新理論為指導工具，對翻身工裝進行了創新改進，最終達到了節約成本、提高生產效率的目的。

參考文獻

[1]黃浩.船體工藝手冊[J].國防工業出版社，2013年

注：本文為國家科技部“基于超大型智能原油船創新方法集成應用示范”項目（編號2018IMO040200）資助的成果之一。

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