基于跨領域知識搜索技術在鎂合金型材工藝優化方面的研究

鄭茹萍，劉 旭

（河北工程大學,河北邯鄲 056000）

0 引言

自“十三五”以來，我國鎂合金型材產業升級趨勢明顯，實施自主創新戰略，由于鎂合金具有密度小、重量輕、散熱快等優點，使得我國鎂合金型材的產量、出口量持續增長。并且鎂合金型材的環保性極高，可重復利用，符合我國節約資源、保護環境的政策方針。然而在鎂合金型材擠壓過程中，經常出現產品裂紋、起皮等現象，使得鎂合金型材的次品率高，質量下降。基于此，本文運用工業工程相關理論和Triz 理論的分析方法對鎂合金擠壓工藝進行研究，找出其存在的關鍵問題，再運用跨領域知識搜索技術，從其他領域找出問題的解決方法，并加以整合、運用，解決鎂合金擠壓工藝中的難題，提高擠壓質量，節約成本。

1 相關理論

1.1 程序分析

程序分析是對產品的生產過程和工藝程序進行研究。通過畫出工藝程序圖的方式對生產過程有更加深入的了解。本文運用“5W1H”法對原因、對象、地點、時間、人員和方法這幾個方面進行分析。并運用“ECRS”四大原則對工藝進行取消、合并、調整順序和簡化，以此來優化流程，提高效率。

1.2 功能分析

Triz 理論是根里奇·阿奇舒勒和他的弟子們遵循技術發展規律運用多學科領域建立起來的一套理論體系[1]。功能分析是Triz 理論中的一種分析問題的方法，首先對系統的組件層次進行分析，然后分析組件間相互作用，最后建立功能模型。通過對這些組件進行兩兩分析，分析組件的功能屬性，從而找出解決問題的方法[2]。

2 跨領域知識搜索

當前，企業在創新過程中，往往由于自己領域的思維慣性，落入“思維陷阱”中去，在搜索知識時方向性不強，往往局限在熟悉的領域進行搜索。如果解決方案在熟悉的領域，肯定問題已經解決了，但是現實是僅僅依靠本領域的內源知識是很難進行創新的。

這時，外部知識獲取就成為解決問題的重要方向。那么，外部知識如何獲取呢？怎樣進行跨領域搜索呢？怎么搜？搜什么呢？現在關于知識搜索的理論模型很多，但是在產品工藝優化方面系統性不強，缺乏具體的方法和工具。企業若想在短時間內擁有更多的創新知識，就要擁有跨領域知識搜索的概念，主動去其他領域獲取先進科學技術知識，這樣才能更好地提高創新能力。

用跨領域知識解決問題是發明創造理論如Triz 理論總結出來的重要規律和技巧。本文提出跨領域知識搜索技術，探索出跨領域知識搜索技術的搜索源和搜索方式，通過技術搜索的方式對其他領域的技術知識進行整合、吸收和運用，最終得出本領域問題的解決方案，得出跨領域知識搜索技術模型，提高搜索效率和準確性。跨領域知識搜索技術模型如圖1 所示。

圖1 跨領域知識搜索技術

其中，多元化搜索源是指可以搜索到的領域很多，可以通過搜索關鍵問題的功能參數，找出那些具有相似功能參數，并且大于本領域的功能參數，我們稱這樣的領域為領先領域。在領先領域里查找類似的技術，獲取科學知識。

在進行其他領域的搜索的時候，可以通過專利庫的方式進行搜索，專利數據庫是以互聯網為平臺，提供大量專利信息，通過專利查詢可以檢索到各種各樣的專利信息。專利庫對于知識和信息的分類較為清晰，有利于知識的共享。現階段，專利數據庫的發展態勢良好，由于其便于檢索分析，使得知識搜索更加便利，數據可靠性較強。

在進行技術搜索時，分為搜索廣度和搜索深度，搜索廣度可以理解為搜索技術知識的范圍廣，可以使搜索到的知識量更多。而搜索深度是指企業對于搜索到的異質化知識可以更好更精確地進行剖析[3]。

對于獲取到的先進的科學技術知識，企業需對其進行整合吸收。知識的整合吸收能力分為潛在整合吸收能力和實際整合吸收能力。潛在整合吸收能力指的是對于外部知識進行分析、解釋，最后達到理解的程度。而實際吸收能力指的是企業將其他領域的知識與本領域知識相融合的能力。企業的實際吸收能力越強，則解決本領域工藝問題的速度越快。

3 跨領域知識搜索技術在鎂合金型材工藝改進中的應用

3.1 產品介紹

X 企業是集生產、加工、銷售于一體的企業，主要產品為鎂合金型材。鎂合金型材具有密度低、導熱性好的特性，可用于制作儀表板、空調機外殼等。鎂合金用處廣泛，可應用于交通、化工、電子工業等領域。目前鎂合金型材在我國的發展非常快，市場需求量不斷增長。因此生產鎂合金型材的工藝和技術還需不斷改進完善。

3.2 分析問題

3.2.1 工藝程序分析

鎂合金型材在擠壓過程中可以采用正向擠壓法，也可以采用反向擠壓法[4]。本文通過分析鎂合金型材正向擠壓的生產工藝，繪制出工藝程序圖，如圖2 所示。

圖2 鎂合金型材擠壓工藝程序圖

根據鎂合金型材擠壓工藝程序圖，可知熱處理與擠壓重復了兩次，對于以上工序，采用“5W1H”法與“ECRS”四大原則進行分析。

①問：兩次熱處理可以合并嗎？答：不能。因為兩次加熱的溫度不同，第一次是350℃，第二次是470℃。

②問：能否取消第二次熱處理工序？答：不能。因為如果取消了，晶粒將不能細化。

③問：兩次擠壓可以合并嗎？答：不能。因為第一次是對進行了均勻化熱處理的鑄錠進行擠壓，第二次是對中間的坯料擠壓，擠壓出鎂合金型材。

④能否取消第二次擠壓工序？答：不能。

3.2.2 功能分析

3.2.2.1 組件層次分析

通過運用組件層次分析，找出技術系統、超系統和系統作用對象，有利于解決技術難題。通過對系統進行劃分確定組件屬于哪個層次，填入組件列表中，如表1 所示。

表1 組件列表

3.2.2.2 組件間作用分析

對于上述兩兩組件，存在相互作用的用“+”表示，不存在相互作用的用“-”表示，并列入作用矩陣列表，如表2 所示。

表2 組件間作用矩陣表

3.2.2.3 功能模型建立

建立功能模型，如圖3 所示。

圖3 鎂合金系統功能模型

根據以上功能分析，我們可以得出擠壓機系統中存在的不足功能為擠壓桿擠壓鎂合金棒、加熱電流加熱擠壓筒、模具、鎂合金棒。在擠壓過程中，擠壓的速度、溫度、擠壓力等功能參數非常重要。當擠壓溫度過高時會使鎂合金型材的抗拉強度降低，而當溫度過低時不能使晶粒有效細化。當擠壓速度過快時表面容易出現裂紋的現象，而擠壓速度過低時，容易出現擠不動的現象，降低生產效率。如果擠壓力過大，則易導致爛料的產生，而擠壓力太小，則會使型材變形不均。最后，在擠壓出口如果溫度過高，則易產生斷裂并且會降低模具的使用壽命[5]。

下面針對鎂合金型材擠壓工藝中出現的問題進行分析，本文選取純度99.9%的鎂錠、鋁錠和鋅錠以及Al-10Mn 中間合金當作原料的AZ91 鎂合金型材為研究對象。對AZ91 鎂合金型材的擠壓溫度、擠壓速度、擠壓力、出口溫度四個工藝參數進行研究，列出所需要達到的功能參數[6]。如表3所示。

表3 擠壓工藝所需達到功能參數表

3.3 解決問題

通過跨領域知識搜索技術解決鎂合金擠壓工藝問題。首先，可以在專利庫中搜索擠壓溫度、擠壓速度、擠壓力和出口溫度，查找那些功能參數大于本領域的，經過搜索，航天領域和軍事領域的擠壓溫度、擠壓速度、擠壓力和出口溫度的功能參數數值均大于本領域。接下來在航天和軍事領域中搜索擠壓技術，搜索到等溫擠壓技術。

其次，對等溫擠壓技術知識進行探索，等溫擠壓技術是通過調整擠壓速度進而控制擠壓溫度，又通過在型材出口處安裝紅外測溫裝置測量出模口溫度來調整擠壓速度，使型材在擠壓出口時保持溫度穩定。擠壓速度越快，溫度越高。如果溫度偏高時，就降低速度，如果溫度偏低時，就加快速度。使型材的尺寸與物理性能等都達到最佳效果，減少廢品產生。

最后對等溫擠壓技術進行知識的整合與吸收，探索等溫擠壓技術對于鎂合金擠壓工藝的適用性。在鎂合金的擠壓工藝中，隨著溫度的升高，經常導致型材表面不均勻，對產品的標準造成了很大的影響。運用等溫擠壓技術，正好可以彌補這一方面的不足，在等溫擠壓過程中，使金屬在變形時保持溫度恒定，使金屬流動均勻，提高型材的表面質量與組織性能。綜上所述，等溫擠壓技術適用于鎂合金型材擠壓工藝[7]。

4 最終解決方案

在鎂合金棒擠壓過程中運用等溫擠壓技術，可以實時操控擠壓溫度和擠壓速度，通過在型材出口處安裝紅外線測溫儀，對出口溫度進行實時監測，從而調整速度，改善溫度，達到溫度恒定。優化后的鎂合金型材擠壓工藝如圖4 所示，可以有效改善表面質量，細化晶粒，保障型材質量，降低成本，提高生產效率。

圖4 鎂合金型材擠壓示意圖

5 結語

在我國鼓勵創新的大背景下，企業在工藝優化上的創新尤為重要，本文綜合運用工業工程相關理論與Triz 理論，提出跨領域知識搜索技術，通過搜索功能參數快速找到與之對應的領域，通過搜索技術，獲取異質化知識，再對其進行整合、吸收，大大提升企業解決工藝優化問題的效率，使企業突破思維障礙，打破遇到問題在固有知識內尋找答案的思維慣性，增強核心競爭力。此外，跨領域知識搜索技術的提出也為企業在面臨工藝優化問題時提供新思路與新方法，提升企業創新水平。