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TRIZ理论在企业中的应用研究

2019-11-27张颀陈富军马骏

智富时代 2019年9期
关键词:磨损

张颀 陈富军 马骏

【摘 要】本文从创新概念出发,通过分析TRIZ理论体系,TRIZ理论应用一般流程,通过减少废材系统磨损的案例,来说明在企业生产中TRIZ理论体系如何应用,达到提高生产力,降低成本的目的。

【關键词】TRIZ;废材;磨损

阿奇舒勒和他的团队通过把全球发明专利和解决问题的过程进行分析,以及对自然科学知识的分析、总结、归纳形成了TRIZ的基本理论。其核心内容就是技术进化原理。根据这一原理,技术系统一直处于进化之中,解决矛盾是其进化的推动力。

1、TRIZ理论

1.1 TRIZ理论体系

TRIZ理论的主要内容包括:技术系统八大进化法则、40个发明原理、39个工程参数、四大分离原理、物质一场模型分析和76个标准解、科学效应和现象知识库。

1.2基于问题导向的TRIZ理论应用一般流程

TRIZ解决问题的一般过程被划分为四个步骤:

(1)分析。分析是TRIZ的工具之一,是解决问题的一个重要阶段。功能分析的目的是从完成功能的角度而不是从技术的角度分析系统、子系统、部件。确认哪些使系统不能处于理想化的元件是使创新成功的关键。设计过程中从一起点向理想解过渡的过程称为理想化过程。可用资源分析是要确定可用物品、能源、信息、功能等。这些可用资源与系统中的某些元件组合将改善系统的性能。冲突区域的确定是要理解出现冲突的原因。区域既可指时间,又可指空间。假如在分析阶段问题的解已经找到,可以移到实现阶段。假如问题的解还没有找到,而该问题的解需要最大限度的创新,则基于知识的三种工具:原理、预测、效应等都可采用。

(2)原理。原理是获得矛盾解的方法。有技术与物理两种矛盾解决原理。TRIZ引导设计者挑选能解决特定矛盾的原理,其前提是要按标准参数确定矛盾。有40条原理。

(3)预测。预测又称为技术预报。TRIZ确定了8种技术系统进化的模式。当模式确定后,系统、子系统及部件的设计应向高一级的方向发展。

(4)效应。效应指应用本领域,特别是其他领域的有关定律解决设计中的问题。如采用数学、化学、生物等领域中的原理,解决设计中的创新问题。

评价该阶段将所求出的解与理想解进行比较,确信所作的改进不仅仅满足了技术需求而且推进了技术创新。相对于传统的创新方法,TRIZ理论具有鲜明的特点和优势。它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理,快速确认和解决系统中存在的矛盾,而且它是在技术的发展进化规律及整个产品发展过程的基础上运行的。

1.3企业中推广TRIZ理论的方式方法

在企业中运用TRIZ理论可以大大加快发明创造进程,提高产品创新速度。具体来说它可以帮助我们:对问题情境进行系统的分析,快速发现问题本质,准确定义创新性问题和矛盾;对创新性问题或者矛盾提供更合理的解决方案和更好的创意;打破思维定势,激发创新思维,从更广的视角看待问题;基于技术系统进化规律准确确定探索方向,预测未来发展趋势,开发新产品;打破知识领域界限,实现技术突破。

2、废材系统的问题分析

2.1玻璃废材处理系统的缺陷与需求

当前面板行业,玻璃废材的处理逐渐向半自动化、自动化方式转变,部分厂区已开始采用废材处理系统方案来实现废材的处理,该方案是将人、机、系统联动,综合实现废材的收集、搅碎、运输的整套流程。在该方案中,机器产生的玻璃废材会自动掉落至中转盒内,中转盒收集一定数量的废材后,作业员通过中转小车将中转盒运送至废材处理系统,系统中的翻转台自动完成翻转下料使废材掉落至架桥机构,架桥机构翻转对废材进行第一次破坏,再通过搅碎刀组进一步搅碎,搅碎后的废材会通过传送螺传送至厂区外部。

其主要问题点:

(1)搅碎时有可能因负载过高造成搅碎刀组卡死,导致系统瘫痪影响产品出货

(2)传送机构易磨损,造成系统瘫痪、漏料,增加维修频率及维修成本,影响生产节奏

市场大环境下,客制化产品向多元化发展,产量需求的增大使废材数量同步上升,目前所使用的废材处理系统不够稳定,难以应对实际生产需要,新系统改良势在必行;绿色、安全、环保一直是生产制造的主要基调,因此漏料及扬尘急待改善。

2.2项目描述

项目描述为玻璃废材处理系统,该系统集成了下料、搅碎以及运输功能,是一种通过系统控制自动处理废材的设备。

2.2.1问题发生的条件

(1)中转盒集中收集的模式,可能出现废材单次装载过多,导致搬运过程中发生掉落,并在搅碎时加重了搅碎刀组负载,造成系统瘫痪;

(2)传送螺旋的轴承座及螺旋末端易发生机械磨损,轴杆逐步脱离轴心位置并掉落,掉落的轴杆接触并磨穿保护盖,造成漏料及系统瘫痪;

(3)传送螺旋的叶片会与玻璃废材间产生机械磨损,螺旋叶片因磨损变小逐渐失去传送能力,使得废料持续堆积,加重传送螺旋负载,造成系统瘫痪。

(4)搅碎前,人员和机器掉落金属硬质物的情况难以避免,因其硬度过大,搅碎刀组的负载瞬时升高并卡死,造成系统瘫痪;

2.2.2对新系统的要求

结合原系统缺陷及实际诉求,期望通过改良系统性能,得到一种易于维护且瘫痪频率较低的系统,该系统具备较强的搅碎能力及传送能力,且系统内组件均有较长的使用寿命。

3、TRIZ理论的应用

(1)对于项目描述中涉及的问题点,得出两个初始解决方案:

通过减少中转盒的装载量,减少系统运作时的负载,得出方案1,存在缺陷:人员搬运次数增加,人力成本上升;

通过增加投料间隔时间,减少系统因集中投料的瞬时负载,得出方案2,存在缺陷:废材处理时间增加,造成人力、产能损失。

(2)根据系统存在的意义,即系统是为了处理废材而存在的,进而得到技术系统实现对工作对象的最终理想解IFR为:切割后没有玻璃废材产生或切割产生的玻璃废材能瞬间传送到厂区外部。

由于產品整体的利用率无法达到100%,切割后一定会产生玻璃废材,故暂无解决方案,结合可实现的程度得到次要理想解:导入单板制程设备,不进行切割,得出方案3。

由于不可能实现瞬间传送,必须经过通道运输,就一定会产生设备磨损,结合可实现的程度得到次要理想解:导入非接触式运输设备,得出方案4。

(3)通过改善的参数:减少中转盒装载量,以及恶化的参数:废材处理时间延长及人员工作负荷增大这对技术矛盾,得出8个发明原理,并结合实际情况采用3个发明原理设计方案。

动态性原理,通过电控系统控制翻转台的翻转状态,由原先一次性翻转改良为多次小角度翻转,减少废材一次掉落的数量,降低搅碎刀组的负载,得出方案5。

多用性原理,增大架桥机构密度,使架桥机构即保留了预先破坏的功能,又实现了拦截废材的作用,得出方案6。

柔性外壳或薄膜原理,设计一种易拉式的中转小车,底板设计滚轮组方便中转盒取用,外部包裹可翻转盖板,使玻璃废材无法掉落,得出方案7。

(4)通过改善的参数:增加搅碎刀组刀口的锋利程度,以及恶化的参数:搅碎刀口使用寿命降低这对技术矛盾,得出8个发明原理,并结合实际情况采用2个发明原理设计方案。

增加不对称性原理,设计新的搅碎刀组, 该刀组背面为长方形平面,正面沿搅碎方向设计为弧形锯齿凹面,通过减小废材与刀组的瞬时接触面积增加搅碎效果,得出方案8。

周期性作用原理,通过数控系统控制搅碎刀组的搅碎方式,使刀组实现正向转动60度→反向转动30度→正向转动60度的工作循环,增大对废材的搅碎力,得出方案9。

(5)定义一组物理矛盾的参数:传送螺旋叶片的间距。为了提升传送速度,叶片的间距要大,但为了确保传送交接处不堵料,叶片的间距要小,即定义了传送螺旋叶片的间距既要大又要小这一物理矛盾。运用条件分离,结合实际情况采用了2个创新原理:

空间维数变化原理,设计了一种双叶片的传送螺旋,单个叶片的螺旋间距变大,提升了传送速度;而两个叶片相互交错使得相邻叶片间距变小,实现分料传输,得出方案10。

多孔材料原理,传送螺旋盖板两两交互,通过增加交互位置的接口数量增加接口流量,降低因废材过多造成的堵料风险,得出方案11。

(6)通过组件模型分析,描述了系统中各个组件以及他们之间的相互关系,得出各部位磨耗产生系统瘫痪的功能因素,并通过功能价值分析后进行系统组件裁剪,确定螺旋叶片刮板及硬质异物为优先裁剪对象:

取消叶片刮板,针对叶片刮板带动玻璃废材对水平螺旋盖板产生磨损的现象,设计一种斜坡式传送螺旋,废材传送至交接处后直接落入下游螺旋的接口,消除叶片刮板横向拨动产生的磨耗,得出方案12。

消除硬质金属异物落入,设计一种强磁性可旋转的腔体,搅碎前将玻璃废材倒入该腔体进行旋转,通过腔体磁性剔除金属异物,得出方案13。

金属硬质异物自动检测,翻转台上方设计多组金属探测传感器,并联动声光报警,得出方案14。

(7)系统分析:针对传送螺旋与末端轴承及基座间的机械磨损,建立物场分析模型,通过添加中介物构造解决方案:

螺旋表面贴附耐磨橡胶层,使机械力作用于橡胶层上,消除螺旋磨损,得出方案15。

基座内壁增加淬火钢耐磨环,使机械力作用于耐磨环上,消除基座磨损,得出方案16。

(8)通过因果分析,发现问题产生的薄弱点为:玻璃废材与传送设备存在相对运动,造成传送机构的快速磨损,由此得到一对技术矛盾,改善的参数:螺旋自动传送自动化程度高省时省力,恶化的参数:自动化运输时传送螺旋与废材产生相对运动,加速螺旋磨损降低使用寿命,并由此得到2个发明原理,评估可行性后采用1个发明原理设计方案:

同质性原理,在螺旋叶片表面涂布固态胶,玻璃废材粘附在固态胶上,固态胶涂布在螺旋叶片上,螺旋带动叶片运动,使得玻璃废材与玻璃废材间发生机械磨损,从而降低螺旋磨损,得出方案17.

4、方案的总结

对所得的方案进行综合评估,结合实际生产需要及可操作性,得出方案排序,进行知识产权布局并进行进一步的研发和改造。通过废材系统的分析,并根据实际应用环境,不同的部位采用不同的设计,重新设计耐磨螺旋,降低传送螺旋与末端轴承及基座间的机械磨损,优先解决传送螺旋寿命短的问题,目前该项目已提出实用新型专利3项,方案转化5项,每年解约维修费10万余元,取得了良好的效益。

【参考文献】

1. Toru Nakagawa, Essence of TRIZ in 50 Words[J/OL]. The TRIZ Journal, June 2001.

2.(苏)阿奇舒勒 著,黄玉霖, 范怡红 译. 创新40法:TRIZ创造性解决技术问题的诀窍[M].西南交通大学出版社,  2004-7-1

3. 江苏省生产力促进中心。发明问题,解决理论  凤凰出版传媒集团,江苏科学技术出版社

4. 陈子顺,檀润华,张建辉.TRIZ和TOC理论在六西格玛中的应用[J].机械设计,2008,25(10).

5. 顾林.TRIZ 理论在技术预测中的应用[J].机电产品开发与创新.2006,19(3):18-19.

6.牛占文, 徐燕申, 林岳. 发明创造的科学方法论—TRIZ[J], 中国机械工程, 1999,1: 84-89

7.吴永志, 曹俊强, 李乃川, 国思茗. TRIZ技术创新方法在企业中推广模式研究[J], 黑龙江科学, 2012, 1: 43-46

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