劉 毅

(北京工業(yè)大學 經(jīng)濟與管理學院，北京 100000)

0 引言

TRIZ理論是俄文轉(zhuǎn)換的縮寫，其含義為發(fā)明問題解決理論，是1946年蘇聯(lián)發(fā)明家G.S.Altshuller 研究大量專利信息和文獻后，總結(jié)發(fā)明過程中的規(guī)律所創(chuàng)立的。TRIZ是一套復雜且系統(tǒng)的發(fā)明問題解決理論，針對復雜的改進問題，有明顯矛盾的技術(shù)時，可以根據(jù)實際改進需求靈活運用，在使用TRIZ工具時采取簡化的解題步驟。首先，將待解決的改進設計問題進行矛盾分析抽象為技術(shù)矛盾；其次，構(gòu)建矛盾矩陣，針對矛盾查出對應發(fā)明原理；再次根據(jù)發(fā)明原理設計改進方案；最后對方案進行篩選。

1 作用及工作原理

拖拉機機罩作用是覆蓋和保護機頭前部發(fā)動機及相關(guān)配套件，包括電瓶、散熱器、進排氣管等。防止在惡劣的工況下雜草碎屑等進入、防止發(fā)動機熱氣倒流、防雨水等，當出現(xiàn)故障時能開啟并進行便捷檢修。拖拉機機罩后端有兩鉸鏈點，機罩中部左右兩側(cè)有氮氣彈簧安裝點用以安裝氣彈簧，氣彈簧另一端安裝在支架上，支架左右結(jié)構(gòu)不同，分別安裝在發(fā)動機上。正常狀態(tài)下機罩關(guān)閉，前端拉下后機罩鎖鼻扣在車架的鎖舌上；開啟機罩時，拉開機罩鎖，氮氣彈簧將機罩頂起，以供內(nèi)部檢修及清理。

2 問題描述

機罩扣合之后，機罩正面扭曲，左右不對稱，影響外觀；機罩開啟之后，扭曲更明顯，下線拖拉機產(chǎn)品中有9%存在此情況。

3 利用TRIZ理論解決機罩扣合扭曲問題

技術(shù)矛盾是指在一個技術(shù)系統(tǒng)中，當一個參數(shù)變動(改善)時，另一個參數(shù)就會隨之變差(惡化)。導致機罩扣合扭曲狀態(tài)原因分析，轉(zhuǎn)化為技術(shù)矛盾并構(gòu)建矛盾矩陣如下。

(1)問題分析及技術(shù)沖突。原機罩板件為Q345B，2 mm厚度，由于機罩板件加工偏薄，在焊接成品時，左右兩側(cè)受力不均，機罩整體不對稱。調(diào)整機罩板材厚度，由2 mm調(diào)整至3 mm，但會增加成本。

改善參數(shù)：強度(14)；惡化參數(shù)：物質(zhì)數(shù)量增加(26)。

通過構(gòu)建TRIZ矛盾矩陣(表1)，從中獲得解決本問題對應的解題原理:10—預操作，27—低成本代替，29—氣動與液壓結(jié)構(gòu)。根據(jù)實際情況和經(jīng)驗，選取原理27—低成本代替最為合適。原理解釋：用低成本物體代替原物體。具體方案：改進原板件材料使用Q345B的3 mm鋼板，機罩總質(zhì)量96 kg，4000～4500 元·t-1。改選用DC01板，2 mm板即達到材料需求，4200 元·t-1，機罩總質(zhì)量85 kg。

(2)問題分析。為了達到能裝入發(fā)動機長度，機罩整體設計長度1890 mm,導致縱向結(jié)構(gòu)強度不夠，在受力開啟或者扣合時易出現(xiàn)變形。

改善參數(shù)：運動件長度(3)；惡化參數(shù)：強度(14)。

通過構(gòu)建TRIZ 矛盾矩陣(表1)，從中獲得解決本問題對應的解題原理:8—補償(互消)，29—氣動與液壓結(jié)構(gòu)，34—拋棄與恢復，35—材料性能轉(zhuǎn)換。根據(jù)實際情況和經(jīng)驗，選取原理8—補償(互消)最為合適。原理解釋：為了補償一個物體重量或其他狀態(tài)，和其他物體混合以便性能提升。具體方案：機罩內(nèi)側(cè)中間段增加焊接加強筋，并且機罩鈑金翻邊加長，增加機罩整體強度，保證機罩不變形。

(3)問題分析。為了使頂起機罩的氮氣彈簧能在發(fā)動機頂端穩(wěn)定安裝，在左右兩側(cè)各安裝支架以支撐兩側(cè)氮氣彈簧，但兩側(cè)裝置安裝固定點不同，左右兩側(cè)支架外形不同，導致在安裝后左側(cè)支架上氮氣彈簧安裝點不對稱，機罩扣合時受力不平衡，要保持兩側(cè)對稱需要增加一次檢測安裝定位尺寸。

改善參數(shù)：測試精度(28)；監(jiān)控與測試的困難性(37)。

通過構(gòu)建TRIZ 矛盾矩陣(表1)，從中獲得解決本問題對應的解題原理：24—中介物，26—復制，28—機械系統(tǒng)的替代，32—改變顏色。根據(jù)實際情況和經(jīng)驗，認為選取原理24—中介物最為合適。原理解釋：將一容易移動物體與另一物體接合。具體方案：在氣彈簧左右支架間焊接連接板或者加裝拉桿將左右支架連接。

(4)問題分析。“Z”型支架螺栓鏈接固定效果不好，由于需要避開油管等干涉，將下支架設計成“Z”型(與其他機型通用)，但是支撐與受力方向不一致，機罩多次開合或者振動后，螺栓松動，進而導致左側(cè)安裝支架后移動，導致氣彈簧支撐點不對稱。

改善參數(shù)：可操作性(33)；惡化參數(shù)：可靠性(27)。

通過構(gòu)建TRIZ 矛盾矩陣(表1)，從中獲得解決本問題對應的解題原理：8—補償(互消)，17—維數(shù)變化，27—低成本代替，40—復合材料。根據(jù)實際情況和經(jīng)驗，認為原理17—維數(shù)變化最為合適。原理解釋：將物體一邊使其傾斜或改變方向。具體方案：“Z”型支架取直用六棱柱代替，中間銑窄以避免與油管干涉，兩端鉆螺紋孔以適合安裝，并且支架上安裝空位對應調(diào)整，在受力的維數(shù)上由三維降為二維。此方案還避免了“Z”型支架連接處容易松動與發(fā)動機罩頂殼磕碰，造成發(fā)動機損壞的情況。

(5)問題分析。兩側(cè)氮氣彈簧頂出力不同，機罩扣合時受力不平衡。為避免受力不對稱，在氮氣彈簧安裝前進行測量，選取兩件頂出力相近(差值小于5 N)的氮氣彈簧進行裝配，但增加測量選取工序，操作繁瑣，增加工時。

改善參數(shù)：力(10)；惡化參數(shù)：時間損失(25)。

通過構(gòu)建TRIZ 矛盾矩陣(表1)，從中獲得解決本問題對應的解題原理：10—預操作，36—相態(tài)轉(zhuǎn)變，37—熱膨脹。根據(jù)實際情況和經(jīng)驗，認為原理10—預操作最為合適。原理解釋：預先對物體進行特殊安排。具體方案：將裝配線上測量兩根氮氣彈簧的工序提前到部件進入倉庫前檢測，并將兩根頂出力相近的件捆綁在一起，在送到生產(chǎn)線上，裝配工直接取件安裝。

表1 矛盾矩陣表

基于抽象出的矛盾及問題分析，構(gòu)建矛盾矩陣及對應發(fā)明原理。

上述解決方案基于TRIZ理論結(jié)合長期設計工作的經(jīng)驗進行的，TRIZ理論提供了改進設計的方向，結(jié)合經(jīng)驗直接選取對應理論進行具體方案設計，因此沒有采用其他對應原理進行方案設計及選優(yōu)。目前各方案均在實際生產(chǎn)和設計圖紙中予以落實。經(jīng)統(tǒng)計，機罩扣合后前臉扭曲的情況發(fā)生的概率降至1.5%。

4 結(jié)語

在實際使用TRIZ理論過程中存在一定的難度，若不對TRIZ進行系統(tǒng)的學習，很難從實際的問題中抽象出工程參數(shù)，在建立矛盾矩陣并查詢出具體原理后，對解題原理的解釋和理解也存在一定困難，最后就是根據(jù)解題原理進行設計需要一定的設計經(jīng)驗。在工作中所遇到的設計和技術(shù)難題，要積極大膽的運用TRIZ去探尋解題方法，在實踐中消化學習、靈活運用，掌握其精髓。因此，設計部門、公司乃至行業(yè)應該注重TRIZ理論的推廣和學習，擺脫思想束縛，打破原有思維方式，實現(xiàn)設計乃至方法創(chuàng)新。