基于FAP和TOC的工藝問(wèn)題分析方法研究

楊伯軍,萬(wàn) 鵬,蘇明岳,李 壯

(河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,天津 300131)

創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展的動(dòng)力,其可以幫助企業(yè)保持核心競(jìng)爭(zhēng)力。技術(shù)創(chuàng)新包含側(cè)重于產(chǎn)品研發(fā)階段的產(chǎn)品創(chuàng)新和側(cè)重于產(chǎn)品制造階段的工藝創(chuàng)新2個(gè)方面[1]。產(chǎn)品創(chuàng)新主要是對(duì)產(chǎn)品的功能進(jìn)行創(chuàng)新,以滿足市場(chǎng)需要。工藝創(chuàng)新則是指企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中,采用了全新的或有極大改進(jìn)的加工方式、加工設(shè)備和組織管理方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn),從而達(dá)到提高加工質(zhì)量、效率和降低成本的目的[2]。從一個(gè)產(chǎn)品誕生之初,客戶需求就驅(qū)動(dòng)著產(chǎn)品功能的創(chuàng)新,但隨著其不斷發(fā)展,需求驅(qū)動(dòng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)驅(qū)動(dòng),產(chǎn)品改進(jìn)也由產(chǎn)品創(chuàng)新轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)過(guò)程的創(chuàng)新[3]。

工藝和產(chǎn)品的一個(gè)主要區(qū)別在于工藝流程中所引入的流程性物質(zhì)經(jīng)過(guò)一次或多次改變最終形成產(chǎn)品,并且工藝流程是流動(dòng)的,可以反饋到工藝流程中的某個(gè)階段。研究工藝問(wèn)題的重點(diǎn)在于了解產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的操作和工藝,以及它們之間的關(guān)系。快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)工藝問(wèn)題的根源,是實(shí)現(xiàn)工藝創(chuàng)新的關(guān)鍵。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)工藝流程問(wèn)題分析方法進(jìn)行了廣泛的研究。SERGEI[4]最先提出適用于分析流程性問(wèn)題的流程功能模型,并提出了對(duì)應(yīng)的流程裁剪規(guī)則用于解決工藝流程中的問(wèn)題;洪琮鎰[5]則將價(jià)值分析與流程功能分析相結(jié)合,將價(jià)值較低的工序作為問(wèn)題工序,并利用流程裁剪等工具來(lái)解決,從而極大提高了流程的效率;RU等[6]在原有流程功能模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)繪制流程圖輔助建立流程功能模型,然后利用TRIZ中的發(fā)明原理解決工藝問(wèn)題從而改善工藝流程;譚若詩(shī)等[7]提出了一種基于行政流程圖的流程功能分析方法,以此來(lái)幫助建立更加有效的工藝流程模型,從而解決工藝問(wèn)題;陳子順等[8]集成TRIZ,TOC和精益生產(chǎn),建立了基于TOC的工藝創(chuàng)新集成模型,該模型能夠明確地識(shí)別出生產(chǎn)系統(tǒng)中的瓶頸,并對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)中的沖突提出可靠的解決方案。

目前既有研究多是通過(guò)流程功能模型和流程裁剪等工具處理已經(jīng)確定的某些工藝技術(shù)問(wèn)題,未能建立符合工藝流程特征的工藝創(chuàng)新問(wèn)題分析方法,無(wú)法作為一般化的方法處理在工藝創(chuàng)新中出現(xiàn)的問(wèn)題,且缺乏工藝問(wèn)題根原因分析等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的指導(dǎo)方法。因此,為了完善工藝創(chuàng)新問(wèn)題核心原因識(shí)別方法,以傳動(dòng)裝置的關(guān)鍵傳動(dòng)件為研究對(duì)象,在改進(jìn)流程功能模型的基礎(chǔ)上建立了符合工藝流程特征的工藝創(chuàng)新問(wèn)題分析方法,構(gòu)建了工藝問(wèn)題根原因分析模型。該方法可以作為通用方法處理工藝創(chuàng)新中的問(wèn)題,為企業(yè)進(jìn)行工藝創(chuàng)新時(shí)提供一定的理論參考。

1 相關(guān)理論及其工具概述

流程功能分析是基于TRIZ中的功能分析所延伸發(fā)展出的一種流程性問(wèn)題分析工具,用于識(shí)別和區(qū)分流程中各操作的功能。利用流程功能分析可以得到工藝流程的一系列功能缺點(diǎn)和流程功能模型[9]。

1.1 流程功能模型

1)流程與操作

流程是操作序列,即一系列操作的有序集合。操作是功能載體、功能對(duì)象及操作功能的集合[10]。

流程、操作和功能關(guān)系的示意圖如圖1所示。

圖1 流程、操作和功能的關(guān)系Fig.1 Relationship between process, operation and function

2)流程功能

在流程功能分析(function analysis for process,FAP)中,根據(jù)功能所達(dá)到的結(jié)果是否與期望一致,將功能區(qū)分為有害功能和有用功能。有用功能根據(jù)功能所達(dá)到的性能水平又可以分為正常的、不足的、過(guò)量的。在流程功能分析中,需要對(duì)有用功能進(jìn)行評(píng)級(jí)分類,以此評(píng)估每個(gè)操作的價(jià)值,根據(jù)功能對(duì)象以及功能對(duì)象所做的改變?cè)谧罱K產(chǎn)品中的狀況進(jìn)行劃分可以將其分為3種,即生產(chǎn)功能、條件功能和矯正功能。

生產(chǎn)功能是指一個(gè)給產(chǎn)品參數(shù)帶來(lái)永久性不可逆轉(zhuǎn)變化的有用功能。條件功能指幫助其他有用功能執(zhí)行的有用功能,又可分為支持功能、運(yùn)輸功能和測(cè)量功能3類。矯正功能是指消除缺陷的有用功能。流程的功能分類如圖2所示。

圖2 流程功能的分類Fig.2 Classification of process functions

1.2 約束理論

約束理論(theory of constraints,TOC)[11]是一種識(shí)別并消除目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中約束的理論。應(yīng)用約束理論中的當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹(current reality tree, CRT)可以描繪工藝系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài),利用事件的相互關(guān)系來(lái)反向定位不良效應(yīng),追溯對(duì)系統(tǒng)造成不良影響的根原因[12]。當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹如圖3所示。

圖3 當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹的構(gòu)造模式Fig.3 Construction mode of current reality tree

2 基于流程功能模型的工藝流程問(wèn)題分析模型

結(jié)合功能模型和功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)改進(jìn)流程功能模型,可以使流程功能模型表達(dá)出系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)原理,便于識(shí)別關(guān)鍵沖突區(qū)域。功能結(jié)構(gòu)可以描述系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,建立功能結(jié)構(gòu)可以清晰直觀地看出系統(tǒng)內(nèi)部中能量、物料和信息的轉(zhuǎn)換過(guò)程[13]。系統(tǒng)的每一次轉(zhuǎn)換都是通過(guò)一個(gè)功能元實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)分析系統(tǒng)問(wèn)題所涉及能量-物料-信息的轉(zhuǎn)換過(guò)程,可以在功能結(jié)構(gòu)上直接確定與問(wèn)題相關(guān)的功能元。因此,結(jié)合功能模型和功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)改進(jìn)流程功能分析可以使工藝流程分析過(guò)程更加清晰,且能夠幫助工藝人員擺脫思維慣性,明確工藝問(wèn)題的本質(zhì),進(jìn)而增強(qiáng)流程功能模型的可操作性。研究提出了結(jié)合功能模型和功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)改進(jìn)了流程功能模型,構(gòu)建了適用于工藝流程分析的流程功能模型,幫助作業(yè)人員更加全面有效地分析工藝流程。

功能模型可以明確產(chǎn)品內(nèi)各功能之間的關(guān)系,功能結(jié)構(gòu)可以描述產(chǎn)品內(nèi)元件的屬性變化。因此,可以結(jié)合功能模型和功能結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)建立面向工藝系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu),最后結(jié)合原有流程功能模型建立改進(jìn)的流程功能模型。

基于流程功能模型的工藝流程問(wèn)題分析模型構(gòu)建步驟分為構(gòu)建工藝系統(tǒng)的流程功能模型、建立當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹、利用層次分析法確定根原因重要度3個(gè)部分。

2.1 構(gòu)建工藝系統(tǒng)的流程功能模型

具體構(gòu)建工藝系統(tǒng)的流程功能模型步驟如下:

1)繪制系統(tǒng)黑箱模型,明確工藝系統(tǒng)總功能、初始加工對(duì)象及最終成品,以輸入輸出流的形式呈現(xiàn),如圖4所示。

圖4 工藝系統(tǒng)的黑箱模型Fig.4 Black box model of process system

2)依據(jù)工藝流程的定義[14],分解總功能。工藝流程包含一系列按順序?qū)嵭械墓ば?工序由一系列操作組成,每一步操作也都有其對(duì)應(yīng)的功能。將工藝流程的功能劃分為總功能、分功能、工序功能以及操作功能,將工藝流程中的功能描述為“動(dòng)詞+功能對(duì)象”的形式。根據(jù)工藝流程功能實(shí)現(xiàn)的邏輯關(guān)系以及加工對(duì)象性能參數(shù)變化,可以將工藝系統(tǒng)總功能分解為多個(gè)分功能,然后將分功能分解為各工序所包含的工序功能,最后將工序功能分解為有序?qū)崿F(xiàn)的操作功能。工藝流程的總功能為工藝流程所需要實(shí)現(xiàn)的功能,其可分解為復(fù)雜程度較低的分功能,如齒輪生產(chǎn)流程就包含切削、熱處理、鍛造等分功能。工序功能為某一道工序所需要實(shí)現(xiàn)的功能,操作功能則為工序內(nèi)某一具體操作所需要實(shí)現(xiàn)的功能,工藝系統(tǒng)功能分解如圖5所示。

圖5 工藝系統(tǒng)功能分解Fig.5 Functional decomposition of process system

3)將操作功能按照功能實(shí)現(xiàn)的邏輯順序連接起來(lái)得到工藝系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)。

4)對(duì)工藝系統(tǒng)內(nèi)的每一步操作建立基于裝置的功能模型。

5)分析操作間主要流的變換,通過(guò)操作間物料流、能量流、信號(hào)流的流動(dòng)表達(dá)各操作間的作用效果,如圖6所示。

圖6 工藝流程分析過(guò)程模型Fig.6 Process model of process flow analysis

6)分析操作內(nèi)元件作用關(guān)系,如圖7所示。

圖7 操作內(nèi)元件作用關(guān)系Fig.7 Action relationship of elements in operation

分析操作內(nèi)元件作用關(guān)系時(shí),以功能對(duì)象為單位,先分析與功能對(duì)象相互作用的功能載體功能,然后分析與超系統(tǒng)元件相互作用的功能載體功能,最后以前2步分析得到的功能載體作為功能對(duì)象,來(lái)分析與其相互作用的其他功能載體功能,直到每一個(gè)元件都分析完成。

7)分析建立的流程功能模型中全部功能,并對(duì)其進(jìn)行分類,將其按照流的流動(dòng)順序連接起來(lái),得到最終的流程功能模型如圖8所示。

圖8 流程功能模型Fig.8 Process function model

2.2 建立當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹分析工藝問(wèn)題的根原因

構(gòu)建工藝流程的流程功能模型后,可以通過(guò)物料流、能量流、信號(hào)流在各操作間的流動(dòng)順序識(shí)別出產(chǎn)生工藝問(wèn)題的問(wèn)題操作,然后通過(guò)建立問(wèn)題操作的當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹分析其產(chǎn)生的根原因。

2.3 層次分析法確定根原因重要度

識(shí)別出工藝流程中工藝問(wèn)題產(chǎn)生的根原因后,當(dāng)根原因數(shù)量為多個(gè)時(shí),可以借助層次分析法對(duì)根原因進(jìn)行重要度排序,從而使工藝人員在解決工藝問(wèn)題時(shí)可以根據(jù)根原因的重要度排序獲得更好的解決方案。

基于流程功能模型的工藝流程問(wèn)題分析模型的構(gòu)造過(guò)程如圖9所示。

圖9 基于流程功能模型的工藝流程問(wèn)題分析模型Fig.9 Process flow problem analysis model based on process function model

層次分析法構(gòu)造步驟[15]如下:

1)建立包含目標(biāo)層、判斷層和方案層3個(gè)層次的層次結(jié)構(gòu)模型如圖10所示。

圖10 層次結(jié)構(gòu)模型圖Fig.10 Hierarchy model diagram

2)分析同一層的元素之間的重要度,量化各元素間的重要度之比,劃分標(biāo)度,如表1所示。量化指標(biāo)時(shí)需要5位專家進(jìn)行打分,取專家打分的算術(shù)平均值作為最終的打分值。

表1 標(biāo)度及描述

3)比較判斷同一個(gè)層次內(nèi)各要素間的比較重要度,分別形成判斷矩陣A。

4)計(jì)算全部判斷矩陣的特征值和特征向量,進(jìn)行單層次一致性檢驗(yàn)。

(1)

(2)

得到特征向量W=(w1,w2,…,wn)T;計(jì)算最大特征值λmax,如式(3)所示:

(3)

其中,n為判斷層指標(biāo)的數(shù)量。

最后進(jìn)行單層次的一致性檢驗(yàn),如式(4)所示:

RC=IC/IR,

(4)

其中:IR為平均隨機(jī)一致性指標(biāo),從查找同階平均隨機(jī)一致性指標(biāo)表獲得;RC為一致性指標(biāo)比率;IC為一致性檢驗(yàn)指標(biāo),其計(jì)算公式如式(5)所示:

IC=(λmax-n)/(n-1) 。

(5)

(6)

其中:i=1,2,…,n;j=1,2,…,m。

總層次的一致性可接受后,對(duì)方案重要度排序,選擇重要度最大的方案為最佳方案。

3 實(shí)例驗(yàn)證

高功率密度傳動(dòng)裝置的核心在于高承載能力的齒輪和傳動(dòng)軸等關(guān)鍵零件。傳統(tǒng)的齒輪制造過(guò)程主要由以下幾個(gè)工序構(gòu)成:鍛造、正火、粗車、精車、滾齒、滲碳淬火、噴砂、低溫回火、研磨。現(xiàn)以某型號(hào)的高功率密度傳動(dòng)裝置的齒輪為例,應(yīng)用上述工藝問(wèn)題解決模型,對(duì)高承載能力齒輪制造流程進(jìn)行分析,從而提高齒輪的承載能力。

3.1 流程功能模型

對(duì)齒輪加工工藝流程進(jìn)行流程功能分析,齒輪制造的工藝流程中最先引入的初始目標(biāo)對(duì)象為棒料,經(jīng)過(guò)鍛造、正火、粗車、精車、滾齒、滲碳淬火、噴砂、低溫回火、研磨后形成最終目標(biāo)對(duì)象齒輪。按照流程功能模型的建立過(guò)程得到流程功能模型如圖11所示。

由齒輪加工流程功能模型可以看出鍛造和滲碳淬火2個(gè)工序中的有害功能和不足功能較多,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中鍛造和滲碳淬火的齒輪不合格品遠(yuǎn)高于其他工序,因此將鍛造和滲碳淬火2個(gè)工序作為主要問(wèn)題區(qū)域,對(duì)其建立當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹進(jìn)行根原因分析。

3.2 當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹的構(gòu)建

通過(guò)流程功能模型,發(fā)現(xiàn)齒輪加工過(guò)程的功能缺點(diǎn)主要發(fā)生在鍛造過(guò)程和滲碳淬火2個(gè)工序中,鍛造過(guò)程中功能缺陷的根原因主要為鍛造時(shí)對(duì)齒輪的內(nèi)部組織的擠壓破壞導(dǎo)致內(nèi)部晶粒組織變形。對(duì)滲碳過(guò)程的功能缺陷建立當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹分析導(dǎo)致該缺陷的根原因,構(gòu)建當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹如圖12所示。

圖12 滲碳過(guò)程的當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹Fig.12 Current reality tree of carburization process

由于高功率密度傳動(dòng)裝置的材料已經(jīng)確定,因此不考慮材料因素造成的影響。由滲碳過(guò)程的當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹可以得出滲碳過(guò)程的根原因?yàn)闈B碳冷卻速度慢、滲碳溫度不均勻、氣氛循環(huán)不良、滲碳冷卻速度慢。

3.3 關(guān)鍵根原因的確定

通過(guò)調(diào)查選擇發(fā)生概率、成本、難易程度、重要度4個(gè)指標(biāo)作為判斷指標(biāo),構(gòu)建高功率密度傳動(dòng)裝置根原因的層次結(jié)構(gòu)模型,見圖13。然后,分析判斷層的指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較得到其重要度,并根據(jù)比較結(jié)果構(gòu)建判斷矩陣,如表2所示。4個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的判斷矩陣見表3—表6。

表2 判斷層指標(biāo)兩兩比較判斷矩陣

表3 發(fā)生概率指標(biāo)兩兩比較判斷矩陣

表4 成本指標(biāo)兩兩比較判斷矩陣

表5 難易程度指標(biāo)兩兩比較判斷矩陣

表6 重要度指標(biāo)兩兩比較判斷矩陣

圖13 關(guān)鍵根原因決策層次結(jié)構(gòu)模型Fig.13 Key root cause decision hierarchy model

對(duì)成本指標(biāo)進(jìn)行一致性檢驗(yàn),計(jì)算得w1=0.254,w2=0.254,w3=0.444,w4=0.048,故判斷矩陣特征向量或權(quán)重W=(0.254,0.254,0.444,0.048)T。由于比較元素為4個(gè),故n=4,由式(3)得其最大特征值λmax=4.037,查表可知,當(dāng)n=4時(shí),IR=0.89,由式(4)得RC=0.014<0.1,因此,一致性可接受。

對(duì)難易程度指標(biāo)進(jìn)行一致性檢驗(yàn),計(jì)算得w1=0.573,w2=0.209,w3=0.109,w4=0.109,故判斷矩陣特征向量或權(quán)重W=(0.573,0.209,0.109,0.109)T。由于比較元素為4個(gè),故n=4,由式(3)得其最大特征值λmax=4.004,查表可知,當(dāng)n=4時(shí),IR=0.89,由式(4)得RC=0.002<0.1,因此,一致性可接受。

對(duì)重要度指標(biāo)進(jìn)行一致性檢驗(yàn),計(jì)算得w1=0.165,w2=0.165,w3=0.393,w4=0.277,故判斷矩陣特征向量或權(quán)重W=(0.558,0.250,0.096,0.096)T。由于比較元素為4個(gè),故n=4,由式(3)得其最大特征值λmax=4.043,查表可知,當(dāng)n=4時(shí),IR=0.89,由式(4)得RC=0.016<0.1,因此,一致性可接受。

最后進(jìn)行總層次一致性檢驗(yàn),計(jì)算公式如式(7)—式(8)所示:

(7)

(8)

其中,IC為一致性檢驗(yàn)指標(biāo),通過(guò)式(5)計(jì)算得到;Ci為目標(biāo)層-判斷層判斷矩陣的權(quán)重。

4個(gè)根原因相對(duì)發(fā)生概率、成本、難易程度、重要度4項(xiàng)指標(biāo)層次總排序計(jì)算結(jié)果見表7。

表7 層次總排序權(quán)重結(jié)果

由指標(biāo)層次總排序結(jié)果可知,關(guān)鍵根原因?yàn)殄懺爝^(guò)程對(duì)齒輪內(nèi)部的擠壓破壞。

3.4 方案解

3.4.1 有害功能分析

鍛造過(guò)程中鍛壓機(jī)械會(huì)從不同方向?qū)X胚進(jìn)行擠壓作用使其達(dá)到預(yù)期的形狀、強(qiáng)度和硬度,同時(shí)鍛壓機(jī)械對(duì)齒胚的擠壓作用也會(huì)產(chǎn)生有害作用使內(nèi)部晶粒組織產(chǎn)生裂紋,從而失去預(yù)期效果。因此,鍛壓機(jī)械對(duì)齒輪擠壓同時(shí)產(chǎn)生有用功能和有害功能。需要的理想情況為鍛壓機(jī)械既能使齒輪棒料達(dá)到預(yù)期的形狀、強(qiáng)度和硬度等,又不會(huì)對(duì)齒輪內(nèi)部的晶粒組織產(chǎn)生破壞。

3.4.2 解決方案

在流程功能模型中找到有害功能對(duì)應(yīng)的操作為平砧擠壓齒輪棒料,該操作執(zhí)行的功能為生產(chǎn)性功能,因此需要應(yīng)用對(duì)應(yīng)的裁剪規(guī)則對(duì)其進(jìn)行分析。經(jīng)分析,利用生產(chǎn)性功能操作裁剪規(guī)則P2可以得到方案,并利用閉式鍛造產(chǎn)生齒輪預(yù)期形狀,閉塞式鍛造的原理如圖14所示。即按照齒輪的形狀設(shè)計(jì)加工相應(yīng)的閉塞式鍛造模具,從而使棒料的受力均勻。

圖14 閉塞式鍛造主要原理圖Fig.14 Main schematic diagram of closed forging

具體方案如下:閉塞式鍛造模具內(nèi)空間結(jié)構(gòu)與棒料尺寸相匹配,將棒料放入預(yù)制的模具中,驅(qū)動(dòng)復(fù)數(shù)個(gè)沖頭或模腔,讓棒料主要進(jìn)行側(cè)向擠壓變形流動(dòng),進(jìn)入設(shè)置在側(cè)面的模具空間,生產(chǎn)出預(yù)期形狀和性能的齒胚,待冷卻成型后撤走模具,可直接得到性能良好的齒胚,然后將成型齒輪胚胎進(jìn)行檢驗(yàn),完成鍛造。

3.4.3 模具設(shè)計(jì)

為保證齒輪成形完整,采用“預(yù)鍛+終鍛”的方式完成,出模由頂桿頂出,保證終鍛成型精度,頂出桿設(shè)計(jì)為與齒形腔間隙配合的形狀,使頂出時(shí)鍛件受力均勻,從而提高鍛造齒輪精度,上下模采用 T 型螺絲與設(shè)備床身和滑塊連接。設(shè)計(jì)模具如圖15所示。

圖15 預(yù)鍛模具圖Fig.15 Mold drawing of preforging

3.4.4 模具的加工制造

由于鍛造工藝采用閉式鍛造方法進(jìn)行鍛造成型,與工件接觸的模具零件材料的選擇需滿足以下條件。

1)模具材料應(yīng)該具有很高的紅硬性,在高溫下保持較高的強(qiáng)度和耐磨性。

2)模具材料應(yīng)該具有較高的熱傳導(dǎo)系數(shù),并且溫度均勻性好、抗熱疲勞開裂能力強(qiáng)、冷卻速度快。

因此,選用 H13 鋼作為上/下模和頂桿的材料。 通過(guò)前面模具設(shè)計(jì)部分的研究,完成模具實(shí)物加工制造,如圖16所示。

圖16 模具實(shí)物Fig.16 Mold objects

3.5 采用新方案后的實(shí)際效果

通過(guò)對(duì)齒輪鋼試樣的組織及力學(xué)性能測(cè)試,結(jié)合鍛造、加工、熱處理、表面強(qiáng)化等工藝試驗(yàn)。采用新方案以后齒輪齒面殘余應(yīng)力表層大于700 MPa,次表層 0.02 mm 處殘余應(yīng)力大于1 000 MPa,次表層 0.05 mm處殘余應(yīng)力大于800 MPa。通過(guò)齒輪的彎曲疲勞試驗(yàn),獲得了新齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度為706.4 MPa。通過(guò)齒輪的接觸疲勞試驗(yàn),獲得了齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度值為1 658.56 MPa。

4 結(jié) 語(yǔ)

研究通過(guò)構(gòu)建面向工藝系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)改進(jìn)流程功能模型,并結(jié)合改進(jìn)后的流程功能模型、當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹和層次分析法提出了基于流程功能模型和當(dāng)前現(xiàn)實(shí)樹的工藝問(wèn)題根原因分析過(guò)程模型。經(jīng)過(guò)高功率密度傳動(dòng)裝置的工藝創(chuàng)新實(shí)例驗(yàn)證了所提模型,得出以下結(jié)論。

1)功能模型具有屬性分析強(qiáng)和功能結(jié)構(gòu)整體性好等優(yōu)點(diǎn),其構(gòu)建的面向工藝系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)能更好地適用于工藝流程的功能分析。在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的流程功能模型可以清晰直觀地體現(xiàn)出工藝流程中操作狀態(tài)的變化和流程性物質(zhì)的屬性變化。

2)通過(guò)流程功能分析后,高功率密度齒輪工藝流程的問(wèn)題區(qū)域?yàn)殄懺旌蜐B碳淬火2個(gè)工序,與現(xiàn)場(chǎng)情況基本一致。

3)高功率密度傳動(dòng)裝置關(guān)鍵傳動(dòng)件承載能力不足的核心原因?yàn)殄懺爝^(guò)程對(duì)齒輪內(nèi)部的擠壓破壞。采用新方案后齒輪齒面的應(yīng)力值和疲勞強(qiáng)度等參數(shù)均達(dá)到了提升關(guān)鍵傳動(dòng)件承載能力的技術(shù)指標(biāo)要求。

本研究構(gòu)建了更符合工藝流程特征的流程功能模型,彌補(bǔ)了以前研究缺乏根原因評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)的不足,完善了工藝創(chuàng)新問(wèn)題根原因識(shí)別體系,豐富了工藝創(chuàng)新問(wèn)題分析的研究?jī)?nèi)容。但研究仍然存在些許不足:首先,流程功能模型構(gòu)建過(guò)程較為復(fù)雜;其次,對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化表征仍然無(wú)法脫離主觀因素的影響。在后續(xù)的研究工作中,應(yīng)簡(jiǎn)化流程功能模型的構(gòu)建過(guò)程,降低模型的應(yīng)用門檻。同時(shí),還需提高工藝問(wèn)題核心原因識(shí)別的智能化程度,融合更多數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù),為工藝問(wèn)題根原因識(shí)別提供更有力的技術(shù)支持。