基于TRIZ理論的一種中央電氣接線盒的改進設計

王武軍， 王榮喜， 康金燦

(河南天海電器有限公司，河南鶴壁 458030)

基于TRIZ理論的一種中央電氣接線盒的改進設計

王武軍， 王榮喜， 康金燦

(河南天海電器有限公司，河南鶴壁 458030)

針對汽車用中央電氣接線盒在傳統設計中為滿足平臺化和通用性要求而造成的空間和成本浪費的問題，以基于發明問題解決理論(TRIZ理論)的發明問題解決過程模型為指導，利用TRIZ理論的矛盾/沖突分析矩陣、39個工程參數、40個創新發明原理等知識庫工具進行改進設計，在滿足通用性的前提下，解決了空間和成本浪費問題。

TRIZ理論；沖突矩陣；通用性

汽車用中央電氣接線盒是汽車電器系統的核心部件[1]，常規設計都是針對固定廠家、固定車型及固定功能設計的，設計出來的接線盒是一個整體，功能、型式已完全固定。一個中央電氣接線盒只能適用于一種車型的需求，與其他車型(即使同一平臺的車型)間可通用性很小，幾乎不能被其他車型所借用。這樣就造成每個汽車制造商的每個車型都需要單獨設計一個接線盒。為降低成本及縮短開發周期，實現中央電氣接線盒的通用性越來越得到各汽車制造企業的重視。

在實際的改進設計中，為實現中央電氣接線盒的通用性，傳統的設計方法是設計一個具備功能較多的電氣接線盒，盡可能滿足較多車型的要求。在一個車型上使用時，不需要的那部分功能被稱作預留功能[2]。這樣做雖然部分滿足了通用性的要求，但造成了成本的浪費、車體重量的增加和安裝空間的增加。以TRIZ理論為指導，將矛盾/沖突矩陣、39個工程參數、40個創新原理等知識庫結合應用于中央電氣接線盒的改進設計中，最終通過分析獲得了滿足需求的改進方案。

1TRIZ理論

TRIZ理論是俄文中發明問題解決理論的詞頭縮寫，是前蘇聯人阿奇舒勒及其領導的一批科研人員在分析了世界上近250萬份發明專利的基礎上，所提出的發明問題解決理論[3]。該理論將產品創新的核心——產生新的工作原理的過程具體化[4]，提出了技術系統演變的8個模式、沖突/矛盾矩陣、39個工程參數、40個發明原理及物質-場分析等發明工具和方法供人們使用，現已成為一種較完善的創新理論工具。

TRIZ理論解決問題的一般步驟如下。

第1步，對給定問題進行分析和定義。第2步，工具和方法的選擇。如果發現存在矛盾，則用“原理”去解決，如果問題明確但不知道該怎么做，則用“效應”去解決；如果系統需要改進，則用“標準解”去解決。第3步，對設計結果進行評價。如果發現新問題，則要對問題繼續分析，直到不出現新問題，設計方案得以應用[5]。圖1給出了基于TRIZ理論的沖突解決流程。

圖1 基于TRIZ理論的沖突解決流程Fig.1 Conflict solution flow based on TRIZ theory

用TRIZ理論解決特定設計領域的問題時，首先應采用TRIZ理論的定義方法將領域問題轉化為TRIZ標準問題；之后利用發明原理、標準解、效應等工具，確定TRIZ通用解；最后通過與通用解的類比及設計經驗，確定領域解[6]。

2 中央電氣接線盒的改進設計

2．1問題描述及TRIZ分析

汽車用中央電氣接線盒是車輛電氣系統的核心部件，集繼電器、熔斷器、二極管、輸入輸出接口及一些電子模塊于一體，從而實現燈光、空調、起動機、喇叭、雨刮、玻璃升降、中央門鎖等用電設備的動力及信號分配，并對各種用電設備及線束進行過載保護[7]。

由于汽車的基本功能的相似性[8]，決定了不同汽車所使用的中央電氣接線盒具有很多相似的功能和結構[9]，但由于各車型的特殊要求，決定了不同汽車所使用的中央電氣接線盒又具有一些不同的功能和結構[10]。為降低成本，汽車制造商和中央電氣接線盒供應商提出開發具有通用性、可平臺化使用的產品。常規的設計方案是在中央電氣接線盒設計時預留備用功能，可在一定程度上實現一盒多用或平臺化的通用性。但增加預留功能，其體積必然增大，會造成成本的增加、汽車重量的增加和安裝空間的浪費，與目前汽車設計的緊湊性要求不符。

根據分析，該問題要解決的是中央電氣接線盒的通用性和平面面積增大的矛盾，可利用TRIZ理論的矛盾/沖突分析法及相應的創新原理解決。該矛盾/沖突的因果鏈分析如圖2所示。

圖2 矛盾/沖突因果鏈分析Fig.2 Contradict/Conflict causal chain analysis

由圖2的因果鏈分析可知需要解決的問題是提高接線盒的多用性，現有的解決方法是設計預留功能、增加多用性，現有解決方法的缺點是接線盒平面面積增大、成本增加，造成客戶不能接受。用TRIZ理論對該技術矛盾定義如下。

改善：多用性；惡化：靜止物體的面積。多用性vs靜止物體的面積。

查TRIZ理論的39個工程參數可知，改善的工程參數(多用性)為第35條工程參數，惡化的工程參數(靜止物體的面積)為第6條工程參數。據此查找沖突矩陣(如表1所示)。

表1 沖突矩陣

由表1可知，TRIZ理論提供的創新原理序號為15和16。對第15條和第16條發明原理進行如下分析。

原理15 動態特性原理

1)自動調節物體，使其在各動作、階段的性能最佳；2)將物體分割成既可變化又可相互配合的數個組成部分；3)使不動的物體可動或可自適應。

原理16 不足或過度作用原理

所期望的效果難以100%實現時，稍微超過或稍微小于期望結果，會使問題大大簡化。

經分析發現，原理15之2)項為“將物體分割成既可變化又可相互配合的數個組成部分”，根據設計經驗，該原理可以解決所分析的問題。

2．2改進的設計方案

2．2．1 固定本體與標準模塊組合方案(方案1)

由于平臺化的中央電氣接線盒具有一部分相同的功能要求，如燈光、起動、嗽叭、雨刮、空調等功能控制所需要的繼電器、熔斷器等是相同的，裝配功能要求一般也是相同的，因此在設計改進方案時可對這些相同的電氣功能要求所需要的繼電器座和熔斷器座模塊以及裝配功能模塊固化在接線盒本體上而重點考慮其他變化的電氣功能模塊。本研究設計了一些能實現不同電氣功能的相互獨立的標準功能模塊，在接線盒本體上設計了一些與之匹配的標準功能模塊安裝結構。具體是將平臺化的中央電氣接線盒的一部分相同的基本功能模塊(包括相同的裝配功能模塊和電氣功能模塊)固化在接線盒本體上，而可能變化的電氣功能模塊通過設計的一些相互獨立的標準功能模塊與本體上設計的標準功能模塊安裝結構的裝配組合來實現(如圖3所示)。當不同的車型需要不同的功能時，可通過更換相應的標準功能模塊來實現。

圖3 固定功能與分割功能組合方案Fig.3 Combination scheme of fixed and apart function

2．2．2 全部標準模塊組合方案(方案2)

對于平臺化的中央電氣接線盒，方案1基本解決了常規設計時存在的通用性問題和空間、成本浪費問題的矛盾。但經過進一步分析發現，當用于更多車型時，可能出現3種問題：一是需要的標準功能模塊超出本體設計的標準功能模塊安裝結構，這會造成一部分功能無法實現；二是需要的標準功能模塊較少，這會造成本體上設計的一部分標準功能模塊安裝結構的浪費；三是固化的功能模塊用于更多車型時有浪費的可能。后2種情況的性質和常規設計時存在的問題是一樣的。鑒于此，設計了方案2(如圖4所示)，該方案是將中央電氣接線盒的全部功能(包括電氣功能、裝配功能等)分別設計成相互獨立的標準模塊，各標準模塊上設計有可互相組裝的標準組裝結構，根據不同車型對裝配和電氣功能的要求，選擇不同的標準模塊進行組合和裝配，實現中央電氣接線盒的通用性要求。在實踐中發現，該方案不僅適用于平臺化的中央電氣接線盒，對于一些檔次相同的車型，即使不是一個平臺的車型，也可滿足使用要求。

圖4 全部標準模塊組合方案Fig.4 Combination scheme of all the standard module

3 改進設計方案效果分析

依據圖1所示的基于TRIZ理論的沖突解決流程對中央電氣接線盒進行改進設計，得出2種創新的設計方案。方案1大大降低了傳統設計存在的平臺化接線盒成本和空間增加的問題，但由于本體上固化了一部分功能模塊和采用了用于安裝標準功能模塊的標準功能模塊安裝結構，因此在平臺化以外的車型使用時會有一定的局限性。方案2既解決了平臺化汽車電氣接線盒要求的通用性問題，又可根據不同車型的需要采用不同標準模塊組合的方式實現所需要的功能而不會造成成本和空間的浪費，適合更多的車型使用。各設計方案的具體使用情況對比如表2所示。

表2 設計方案對比分析表

4 結 語

TRIZ理論將復雜的發明問題解決過程通過一種相對簡單的邏輯思維展現在人們面前，使發明問題的解決得以簡化。利用TRIZ理論的矛盾/沖突分析矩陣、39個工程參數、40個發明原理等對汽車用中央電氣接線盒傳統設計存在的為解決通用性造成的空間浪費和成本浪費等問題進行改進設計，在不增加新材料、新工藝的情況下，同時解決了中央電氣接線盒通用性不足的問題和空間、成本浪費的問題。該問題的解決也證明TRIZ理論是一種非常有效的創新設計方法。

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[1] QC/T 707—2004，車用中央電氣接線盒技術條件[S].

QC/T 707-2004，Technical Specification of Center Box for Motor Vehicles[S].

[2] 黃小莊，周利萍．一種多功能型直插式熔斷絲盒的設計及應用[J]．汽車電器，2011(6)：8-9．

HUANG Xiaozhuang，ZHOU Liping．Design and application of a multi-functional plug-in fuse box[J]．Auto Electric Parts，2011(6)：8-9．

[3] 徐起賀，任中普，戚新波．TRIZ創新理論實用指南[M]．北京：北京理工大學出版社，2011．

XU Qihe，REN Zhongpu，QI Xinbo．TRIZ Creative Theory Practical Manual[M]．Beijing:Beijing Institute of Technology Press，2011．

[4] 米 峰，王小平．基于TRIZ與QFD的故宮旅游產品造型設計研究[J]．河北工業科技，2008，25(5)：291-295．

MI Feng，WANG Xiaoping．Research in tourist product model design of Palace Museum based on TRIZ and QFD[J]．Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2008，25(5)：291-295．

[5] 江 帆，王一軍，蕭仲敏，等．基于TRIZ理論的滾筒球磨機密封結構創新設計[J]．礦山機械，2010，38(5)：71-73．

JIANG Fan，WANG Yijun，XIAO Zhongmin，et al．Innovative design of the sealing structure in the roller ball mill based on TRIZ theory[J]．Mining Machinery，2010，38(5)：71-73．

[6] 韓華亭，范海雄，王 崴，等．基于TRIZ理論的一種可調整支架的改進設計[J]．機械設計與制造，2010(2)：31-33．

HAN Huating，FAN Haixiong，WANG Wei，et al．The improvement design of a transformable supporting mechanism based on TRIZ[J]．Machinery Design & Manufacture，2010(2)：31-33．

[7] 劉占鋒，樊新煥，劉團結．車用中央電氣接線盒分類及發展[J]．汽車電器，2009(6)：1-3．

LIU Zhanfeng，FAN Xinhuan，LIU Tuanjie．Sorts and development of auto central electrical junction box[J]．Auto Electric Parts，2009(6)：1-3．

[8] 姜久超．現代電氣控制系統的特點和應用[J]．河北工業科技，2000,17(3)：18-20．

JIANG Jiuchao．Characteristics and apllication of the modern electrical control system[J]．Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2000,17(3)：18-20．

[9] 馬文勝，郎寶珠，劉 衛．現代汽車車身外形設計方法[J]．河北工業科技，2006,23(4)：30-33．

MA Wensheng，LANG Baozhu，LIU Wei．Modern automobile bodywork design technique[J]．Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2006,23(4)：30-33．

[10] 王武軍，黃小莊，張義林，等．汽車用中央電氣接線盒殼體的防翹曲設計[J]．汽車電器，2012(7)：32-33．

WANG Wujun，HUANG Xiaozhuang，ZHANG Yilin，et al．Anti-warping design of central junction box shell for vehicles[J]．Auto Electric Parts，2012(7)：32-33．

An improved design of central electrical junction box based on TRIZ

WANG Wujun, WANG Rongxi, KANG Jincan

(Henan THB Electric Company Limited, Hebi Henan 458030, China)

In order to solve the issues of space and cost waste in traditional vehicle central electrical junction box and to fulfill platformization and multiple use requirements, a new design guided by the problem-solving model (TRIZ theory) is provided. It includes the contradiction matrix and 39 engineering parameters and 40 inventive principles of the TRIZ theory. It meets general requirement and solves the conventional problems.

TRIZ theory； contradiction matrix； generality

1008-1534(2013)04-0262-04

TM502

A

10.7535/hbgykj.2013yx0410

2013-02-25;

2013-04-06

責任編輯：李 穆

王武軍(1969-)，男，河南偃師人，高級工程師，碩士，主要從事汽車用連接器、電器盒開發和推廣工作。

E-mail:wangwujun@thb.com.cn