王晓宏

(陕西工业职业技术学院， 陕西 咸阳 712000)

近年来，随着科学技术的高速发展，全球产业正在迈入新一轮的变革，作为我国国民经济支柱的制造业将迎来前所未有的挑战。当前，市场中众多因素都在促使传统制造系统发生变革，如消费者需求的多样化及个性化等。目前，可重构制造系统是唯一能够同时满足市场众多变革需求的新型制造系统，其具有刚性生产流水线以及柔性制造系统的优点，能够帮助传统制造业健康发展。在可重构制造系统中，可重构夹具是最为关键的组成部分，其能够起到提高制造系统重构性以及保障制造业产品质量等作用。但相关部门在对可重构夹具进行设计的过程中，缺乏解决夹具设计冲突问题的有效工具，仅靠人工经验对设计过程进行推理把握，使整个设计过程缺乏创新性[1-3]。此现象严重违背了制造业在创新驱动方面的设计初衷，对可重构制造系统的发展造成了极大的影响。基于此，本文将从制造业改革需求出发，提出将TRIZ理论应用至可重构夹具的创新设计当中，以多角度的科学思维模式，对可重构夹具进行创新设计。

1 基于TRIZ冲突的可重构夹具创新设计模型

TRIZ理论是由根里奇·阿奇舒勒团队通过对各国众多高水平专利以及自然科学知识的研究，整理归纳出的一种解决发明问题的理论。TRIZ理论在解决相关问题时，主要以发明创造中所遵循的客观规律和方法为基础，提供各种分析工具和求解工具，从而为设计人员提供一种新思维创新模式。在叶片测量夹具的创新设计中，主要通过冲突解决原理解决问题，然后对方案进行评价，进而完成对叶片测量夹具的创新设计[4]。具体流程如图1所示。

图1 基于TRIZ冲突解决原理的可重构夹具创新设计模型

由图1可以看出，模型主要通过4个步骤解决可重构夹具设计过程中的设计冲突：第一，设计人员对相关设计问题进行分析及定义；第二，确定触发冲突的夹具设计参数，并利用映射关联表将此参数转变为TRIZ标准参数；第三，借助TRIZ冲突解决原理对夹具设计冲突问题进行求解，从而获得TRIZ原理解；第四，采用类比联想以及实例推理等方法，得到针对可重构夹具的创新解。

2 叶片测量夹具设计存在的问题及过程模型构建

2.1 测量夹具设计存在的问题

以某企业发动机叶片测量夹具设计为例，利用 TRIZ理论在解决可重构夹具创新设计方面的优势。当前，该企业发动机叶片测量存在以下问题：

第一，发动机叶片进行测量时，采用样板测量方式。该方式将会使测量夹具与叶片保持长期且持续的接触，从而造成测量夹具零部件磨损问题，直接影响到夹具的定位精度与叶片最终的测量精度。

第二，由于样板测量对样板本身的精度有一定要求，从而使样板制造与叶片制造一样具有一定的难度。同时样板的测量方式主要是借助光线的透光度观察误差，这种方式虽然能够提高样板制造的精度，但却无法保证测量结果的精度。

2.2 叶片测量过程模型构建

根据上述分析可知，传统叶片测量夹具在设计过程中一般不会考虑产品的拆卸性、通用性等关键问题，进而造成产品结构存在很多相对立的参数需求，因此这种设计方法无法彻底解决夹具设计过程中出现的冲突问题。为此，本文将叶片测量夹具作为夹具创新设计的研究对象，对当前测量夹具存在的问题按模块进行划分，具体划分为四大模块，分别为矛盾冲突求解模块、技术进化求解模块、BS(简称头脑风暴法)群体创新模块、克服思维惯性模块。这些模块都能对叶片测量夹具的参数进行求解。具体叶片测量夹具设计问题求解过程模型如图2所示。

图2 叶片测量夹具设计问题求解过程模型

3 面向叶片测量夹具的CAI软件设计

3.1 系统功能设计

本文主要将叶片测量夹具软件系统分为三大模块，分别为叶片信息知识模块、问题求解模块以及辅助功能模块。其中，叶片信息知识模块主要由叶片信息、叶片参数信息以及测量夹具信息所组成，能够使设计人员更为全面地了解设计对象的相关信息，从而为叶片测量夹具的创新设计提供基础参数支持；问题求解模块主要由技术冲突求解模块、物理冲突求解模块、技术效应求解模块、技术进化求解模块、BS群体创新模块以及克服思维惯性模块所组成，是整个叶片测量夹具软件系统的核心所在，能够为不同可重构夹具创新设计问题在进行求解的过程中提供相关的方法；辅助功能模块主要由方案与知识查询、上传及系统帮助模块等构成，以提高系统的体验性。

3.2 系统软件架构设计

本文在进行叶片测量夹具的CAI软件架构设计时，采用三层架构体系，将其划分为表示层、业务层以及数据层[5]。具体叶片测量夹具CAI软件整体架构如图3所示。

3.3 整体登录流程设计

本文所设计叶片测量夹具CAI软件以TRIZ理论为核心，结合头脑风暴法和克服思维惯性法，能够解决可重构夹具创新设计过程中存在的各种冲突问题。用户在登录到该软件系统平台之后，可以根据自身不同需求，自行采用系统平台中提供的多种功能模型，从而实现对可重构夹具设计问题的分析求解、专利查看下载、解决方案查询、可重构夹具元组件信息的分析应用等操作，能够满足用户的不同需求。整体登录流程如图4所示。

4 系统实现

4.1 开发工具选取

选择C#语言对网页进行开发，以SQL Server 2012作为数据库管理系统。

图4 整体登录流程

4.2 实现结果

对航空发动机叶片测量夹具进行设计。改进前、后的叶片测具如图5所示。

由图可以看出，改进后每个模块可进行独立设计，且可轻易实现对不同组件的拆卸，并让原本不动的部件动起来，而让原本动的部件不动，实现了对夹具的重构。同时，将每个样板的末端与立板对齐，只需要调整样板，即可通过百分表读出叶片型面的误差。相比传统的样板测量中借助透光度对误差进行估算，这种方法更精确。

5 结束语

本文结合TRIZ理论在解决重构夹具设计问题上的优势，针对传统叶片夹具设计中存在的问题，运用CAI辅助软件和TRIZ理论实现了对叶片夹具设计的重构，从而大大提高了叶片测量夹具的精度，也大大提高了设计的灵活度，为当前发动机领域的创新设计提供了新的参考和借鉴。

图5 叶片测具