李慧君
1緒論
船舶的精度管理水平是反映船舶建造企業(yè)水平的重要指標(biāo)之一,是關(guān)系到船舶制造智能化和數(shù)字化能否實現(xiàn)的關(guān)鍵。自主管理是精度管理的重要組成部分,同時全面的自主管理也是精度管理的曰標(biāo)和方向。大連船舶重工集團(tuán)近年來高度重視精度自主管理工作,主要的生產(chǎn)工序均已形成了良好的自主管理體系,基本形成了精度控制點“有點必檢,有檢必留痕”的精度管理理念和施工習(xí)慣。但是平整度的自檢率與其他精度控制點相比差距較大,針對該問題,我們使用創(chuàng)新理論TRIZ方法進(jìn)行了分析和解決。
2當(dāng)前問題描述
未使用TRIZ方法創(chuàng)新之前,大船集團(tuán)生產(chǎn)現(xiàn)場的平整度檢測狀況如下所示:當(dāng)測量一個構(gòu)件的平整度時,需要兩個人拉拽粉線的兩端,另一個人使用鋼直尺測量粉線與鋼板尺之間的問隙。該檢測方式不僅檢測效率低,而且檢測精度極差,因此導(dǎo)致施工人員工作積極性較差,平整度的自檢率提升幅度極慢。
3運用TRIZ系統(tǒng)分析工具對系統(tǒng)進(jìn)行分析
3.1功能分析法的應(yīng)用
首先使用功能分析法,對當(dāng)前的檢測系統(tǒng)進(jìn)行了分析。
通過功能分析法,發(fā)現(xiàn)當(dāng)前系統(tǒng)存在五個問題:其一是粉線需要人移動和拉緊繃直;其二是鋼板尺需要人移動和讀數(shù);其三是鋼板尺刻度依賴構(gòu)架與粉線的限制;其四是粉線需要貼合構(gòu)件,否則影響精度;其五是鋼板尺與構(gòu)件貼合易產(chǎn)生磨損。
3.2因果鏈分析法的應(yīng)用
通過因果鏈分析法,確定了要解決的關(guān)鍵問題和根問題,后續(xù)TRIZ工具的使用正是為了解決這些根問題。隨后又使用了資源分析法,最終理想解分析法等,找到了產(chǎn)品的最終目標(biāo)和可以利用的資源。
針對因果鏈分析法中產(chǎn)生的小問題,通過功能裁剪法,確定了最終功能模型,僅僅需要一個人即可進(jìn)行檢測。
4基于發(fā)明原理的艦船平整度檢測方式設(shè)計
4.1技術(shù)矛盾描述
通過上述分析法,得到兩大技術(shù)矛盾:其一是“檢測組件與構(gòu)件接觸滑動”和“工具磨損”之間的矛盾;其二是“多種測量要求”和“便于攜帶和測量”之間的矛盾。
4.2問題概念解決方案
在第一組技術(shù)矛盾中,問題模型分別對應(yīng)39個通用工程參數(shù),需要改善的參數(shù)為:(25)時間損失、(10)力;惡化的參數(shù)為:(33)物質(zhì)損失。根據(jù)上述矛盾查找阿奇舒勒矛盾矩陣表,找到推薦的解決原理是:14號(曲面化原理)、15號(動態(tài)性)、18號(機械振動)、40號(復(fù)合材料)、35號(物理或化學(xué)參數(shù)變化)、10號(預(yù)先作用原理)、27號(廉價替代原理)7個推薦原理。通過上述推薦原理的仔細(xì)分析,發(fā)現(xiàn)對解決第一個矛盾有設(shè)計指導(dǎo)的發(fā)明原理如下。
第14號原理(曲面化原理):將接觸位置由滑動摩擦改為滾動摩擦。
第40號原理(復(fù)合材料):使用耐磨的構(gòu)件與鋼板接觸。
第10號原理(預(yù)先作用原理):摩擦部位提前涂抹潤滑油。
第27號原理(廉價替代原理):接觸部位使用廉價的構(gòu)件,磨損影響影響精度后,對其進(jìn)行替換。
在第二組技術(shù)矛盾中,問題模型分別對應(yīng)39個通用工程參數(shù),需要改善的參數(shù)為:(35)適用性;惡化的參數(shù)為:(4)靜止物體的長度、(37)控制測量的復(fù)雜性。根據(jù)上述矛盾查找阿奇舒勒矛盾矩陣表,找到推薦的解決原理是:15號(動態(tài)性)、34號(拋棄和再生)、1號(分割)、27號(廉價替代原理)、7號(嵌套)5個推薦原理。通過上述推薦原理的仔細(xì)分析,發(fā)現(xiàn)對解決第一個矛盾有設(shè)計指導(dǎo)的發(fā)明原理如下。
第15號原理(動態(tài)性):將測量滑動部分做成可拆卸,根據(jù)測量要求安裝到不同尺寸橫梁上以滿足測量要求。
第1號原理(分割):將組件(橫梁部分)分割成可組裝的不同部分,根據(jù)長度需求組裝。
第7號原理(嵌套):將橫梁做成伸縮的構(gòu)件,根據(jù)檢測要求調(diào)整長短。
4.3物理矛盾解決方案
在4 2中提到的兩組技術(shù)矛盾中,均存在物理矛盾。在第一組矛盾中,山現(xiàn)的物理矛盾如下:橫梁應(yīng)該(長),以滿足(測量范同)要求;但是,橫梁應(yīng)該(短),以滿足(便于攜帶)要求;在第二組矛盾中,出現(xiàn)的物理矛盾如下:測量點應(yīng)該(多),以滿足(檢測精度)要求;但是,測量點應(yīng)該(少),以滿足(提高效率)要求。
針對第一組物理矛盾,解決方案如下。
(1)時問分離法:工裝橫梁設(shè)計為折疊形式,使用時展開,不使用時折疊。
(2)整體與局部分離法:測量組件和橫梁分開,便于攜帶的同時根據(jù)測量需求選擇橫梁。
(3)空間分離法:分割成各個可以連接的小段.根據(jù)使用需求連接。
針對第二組物理矛盾,解決方案如下。
(4)時問分離法:減少每個點測量時讀數(shù)時問(減少有害作用時問原理);測量設(shè)備在滑動過程中一直保持測量模式,不問斷測量(有益作用連續(xù)性)。
(5)整體與局部分離法:只選擇測量偏差最大的點,從而掌握整體平整度狀態(tài)。
4.4概念解決方案
通過方案的論證和選擇,最終選擇r如下可能的概念方案。
(1)方向性方案上,選擇制作一種廉價的接觸性檢測工裝;
(2)組件模型方案上,選擇鋼板尺在橫梁上組合并滑動;
(3)解決鋼板尺磨損問題上,選擇接觸部位由滑動摩擦改為滾動摩擦;
(4)在便于攜帶問題上,選擇將橫梁制作為一種可伸縮的嵌套結(jié)構(gòu);
(5)在解決測量點過多問題上,選擇讓滑動組件在滑動過程中保持持續(xù)的測量;
(6)在解決檢測后自動標(biāo)記留痕問題上,選擇了滑動組件滑輪處增加一個涂色功能,檢測后在構(gòu)件上留下痕跡;
(7)讀數(shù)困難上,除了增加一個顯示屏幕外,還增加了聲音提示組件,使其可以超差語音提醒。
通過詳細(xì)方案的選取,設(shè)計制作了新的檢測工具如圖4所示。
5成果分析與效益:
行業(yè)內(nèi)外傳統(tǒng)的平整度檢測方式除了船舶企業(yè)采用的粉線+鋼直尺的檢測方式外,還有塞尺+直橫梁、氣泡水平尺、掃描設(shè)備三種檢測方式,但均存在不同程度的不足,具體表現(xiàn)為:
(1)塞尺+直橫梁:檢測效率低,依賴人工讀數(shù)(見圖5);
(2)氣泡水平尺:不具備讀數(shù)功能,無法智能檢測平整度的優(yōu)劣(見圖6);
(3)掃描設(shè)備:價格昂貴,無法在船企大規(guī)模推廣(見圖7)。
該創(chuàng)新項曰從現(xiàn)場的實際難題出發(fā),解決工廠生產(chǎn)過程中急需解決的難題,具備高效率高精度低成本的特點。其亮點在于四個方面:一是具備電子顯示讀數(shù)功能,超差聲音提示功能,提升讀數(shù)的精度及檢測效率;二是檢測工具各部位問均為可拆卸的滑輪連接,適應(yīng)多種檢測要求,各部件損壞可進(jìn)行更換;三是橫梁采用可伸縮的嵌套結(jié)構(gòu),便于攜帶;四是檢測組件通過滑輪在檢測對象上滑動,一次可測量一條線上的全部測量點,提升檢測效率4倍以上。
通過新檢測方式的推廣使用,在檢測效率上由原來的測量一個點需要9秒,到現(xiàn)在的測量一條線僅僅需要4秒,檢測效率提高了4倍以上;在檢測精度上,由原來人工讀數(shù)的平均偏差0.5mm提升到了電子屏幕顯示讀數(shù)的0.lmm,檢測精度提高了5倍。
工欲善其事,必先利其器。隨著檢測工具在檢測效率,檢測精度和便攜性上的提升,施工人員對平整度的自檢率也由原來的46 .7%提升到了91.4%。平整度水平的提升,不僅大幅度提升建造質(zhì)量,還大大減少了分段、總組合攏工序?qū)ζ秸鹊男拚斯すr和材料浪費,每年帶來的經(jīng)濟效益在110萬元以上。該項日已經(jīng)制作出了新的檢測工具,并已經(jīng)投入使用中,其廉價,高效,高精度的特點廣泛適用于工程領(lǐng)域,在平整度的檢測方面具備較高的推廣價值和市場空問,在后續(xù)可能承接的超大型集裝箱船止裂鋼精度控制、薄膜型LNGJ船平整度控制上具備更好的應(yīng)用前景。該項日已經(jīng)申請了國家專利,并獲得了遼寧省創(chuàng)新大賽金獎。