應(yīng)用TRIZ理論求解機(jī)械問題的探討

鄭敏（福建紅旗股份有限公司，福建　漳州　363000）

應(yīng)用TRIZ理論求解機(jī)械問題的探討

鄭敏
（福建紅旗股份有限公司，福建漳州363000）

論文首先介紹了TRIZ的含義及解決問題的方法。再以打包機(jī)易損件的，壓緊刀頭和止退刀頭的改進(jìn)為例，闡述了如何提取技術(shù)矛盾、確定矛盾參數(shù)、通過查找矛盾矩陣表，找出表中推薦的發(fā)明原則，進(jìn)行分析篩選，最后求解出多種改進(jìn)方案。可以為技術(shù)人員的創(chuàng)新改進(jìn)提供快速有效的思路，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和解決問題中有很好的應(yīng)用價(jià)值。

TRIZ；發(fā)明原則；技術(shù)矛盾；矛盾矩陣；改進(jìn)

0　引言

TRIZ的意義是 “發(fā)明性問題解決的理論”，是俄文字首的縮寫，是由蘇俄發(fā)明家和其研究團(tuán)隊(duì)分析了超過250萬件專利所提出的系統(tǒng)性創(chuàng)新方法。它有別于傳統(tǒng)的頭腦風(fēng)暴，不是天馬行空和靈光一現(xiàn)式的跳躍思考，而是有章可循，依據(jù)一定的程序與步驟，有效突破自己思考的慣性，運(yùn)用理論的工具幫助設(shè)計(jì)人員快速的產(chǎn)生創(chuàng)造性的概念方案，加快創(chuàng)新發(fā)明的速度。

1　用TRIZ理論解決問題的方法

1.1TRIZ是解決問題的理論工具

TRIZ將所有發(fā)明創(chuàng)造中遇到的問題，給予分析歸類，總結(jié)出了39個(gè)工程技術(shù)參數(shù)，如：移動(dòng)物體的重量、長(zhǎng)度，固定物體的重量、長(zhǎng)度等物理特性方面的參數(shù)，還有易制造性、適應(yīng)性、生產(chǎn)力等加工實(shí)踐方面的參數(shù)，每個(gè)參數(shù)都做了說明定義，便于對(duì)應(yīng)查找。

TRIZ的研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)專利分析，總結(jié)出了40個(gè)發(fā)明原則，至今已分析上百萬件的專利，但所有的專利都沒有超出這40個(gè)發(fā)明原則，也就是這40個(gè)發(fā)明原則包含了目前所有發(fā)明專利的理論方法，為我們創(chuàng)新技術(shù)找到理論的依據(jù)。每個(gè)發(fā)明原則都有說明方法思路，并編好了固定的序號(hào)。

據(jù)此，TRIZ創(chuàng)造了一個(gè)重要的解決問題的理論工具，就是矛盾矩陣表，表中行1~行39分別是39個(gè)技術(shù)參數(shù)表示要改善的參數(shù)，列1~列39也是同樣的39個(gè)技術(shù)參數(shù)但表示的是惡化的參數(shù)。以行、列兩個(gè)維度，構(gòu)成矩陣的方格共1521個(gè)，多數(shù)方格中有1～4個(gè)數(shù)字，這數(shù)字就是40個(gè)發(fā)明原則的序號(hào)。

我們先要提出自己需要改善的參數(shù)（可多選）和可能會(huì)惡化的參數(shù)（可多選），找到對(duì)應(yīng)的行和列的交叉的方格里，就是相應(yīng)的發(fā)明原則的序號(hào)，可能有多個(gè)解，但結(jié)合現(xiàn)實(shí)條件，可以得出適合自己的參考辦法。通過這樣一個(gè)矛盾矩陣表，可以查出推薦的解決相應(yīng)技術(shù)矛盾的發(fā)明原則，從而給我們提供最有效的解決思路和方向，避免無方向的隨意聯(lián)想，從而大大縮短了發(fā)明創(chuàng)造的時(shí)間周期。

1.2利用TRIZ中的矛盾矩陣表解決問題的步驟

（1）要準(zhǔn)確的描述和定義遇到的問題。

（2）在矛盾矩陣表中，在“改善的參數(shù)”列中，選擇要改善的工程參數(shù)（可多選）。

（3）在矛盾矩陣表中，在“惡化的參數(shù)”行中，選擇要避免惡化的工程參數(shù)（可多選）。

（4）在矛盾矩陣表中查找出對(duì)應(yīng)的發(fā)明原則，可能有多個(gè)選項(xiàng)，可按出現(xiàn)的頻率高低排列，便于篩選。

（5）根據(jù)所選出的發(fā)明原則，分析或類比得出能夠消除系統(tǒng)技術(shù)矛盾的可行方案。

2　TRIZ理論分析運(yùn)用實(shí)例

以包裝機(jī)械中的一個(gè)部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)為例，來說明利用39個(gè)工程技術(shù)參數(shù)、40個(gè)發(fā)明原則，如何在矛盾矩陣中求解的過程。

2.1問題描述

圖1是半自動(dòng)和全自動(dòng)打包機(jī)捆扎貨物工作示意圖。

圖1　打包機(jī)工作示意圖Fig.1 Schematic diagram of working priciple of strapping machine

捆扎帶由儲(chǔ)帶盤經(jīng)過收送帶機(jī)構(gòu)送出，通過夾緊刀頭中的方孔，穿過止退刀頭與上滑板之間，再繞過要捆扎的物體，從上滑板下方與夾緊刀頭的間隙中穿過，送到位置后，夾緊刀頭自動(dòng)上升將捆扎帶壓住，必須壓緊防止帶拉緊時(shí)松脫。然后捆扎帶再由收送帶機(jī)構(gòu)將帶回拉，至設(shè)定的捆扎力后，止退刀頭上升將帶壓緊，之后才進(jìn)行帶的粘合、切斷等操作。

打包機(jī)常用于打包較大或較重的各種紙箱包裝的貨物，可避免物體散落，有半自動(dòng)與全自動(dòng)兩種，因簡(jiǎn)單快捷，包裝可靠，全自動(dòng)打包機(jī)還可與流水線配套，使用范圍廣泛，而且平均每天要重復(fù)打包動(dòng)作有上千次，因此如何使機(jī)器上的易損件盡量延長(zhǎng)使用壽命，減少更換頻率是值得研究的問題。上圖中的的壓緊刀頭和止退刀頭就存在這樣的問題。刀頭與上滑板局部圖見圖2。

為防止帶子松脫，刀頭上有一個(gè)尖頂凸起，對(duì)應(yīng)的上滑板上也有個(gè)三角形凹槽，這樣在刀尖部分承受很大的應(yīng)力，容易磨損需經(jīng)常更換，而且刀尖還容易將捆扎帶表面壓壞、起毛，甚至纖維斷裂，需要改進(jìn)。

圖2　刀頭與上滑板局部圖Fig.2 Partial diagram of slide plate and the head of block

2.2提取技術(shù)矛盾從使用要求可以看出，刀頭需要對(duì)捆扎帶有足夠的壓力，捆扎帶在拉緊時(shí)才不會(huì)打滑，但是刀尖部分要不易損耗，不能增加太多成本，結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單，容易制造。

2.3確定技術(shù)參數(shù)

根據(jù)TRIZ技術(shù)系統(tǒng)中39項(xiàng)工程參數(shù)的定義，先選擇需要改善的參數(shù)為 “11——系統(tǒng)的張力或壓力：?jiǎn)挝幻娣e承受之力”；在改善 “系統(tǒng)的壓力”這個(gè)參數(shù)的同時(shí)，零件的結(jié)構(gòu)、形狀、材料有可能變化，難度加大，會(huì)相應(yīng)的增加設(shè)備、工裝的要求，因此根據(jù)39項(xiàng)工程參數(shù)的定義，選擇惡化的參數(shù)為 “參數(shù)32——易制造性：在制造或建構(gòu)中，方便、舒適、容易程度”。

2.4查找TRIZ矛盾矩陣表

從TRIZ矛盾矩陣表中按橫列和縱列分別找到改善的參數(shù) “11——張力或壓力”和惡化的參數(shù)為 “參數(shù)32——易制造性”，兩參數(shù)對(duì)應(yīng)小方格中有3個(gè)數(shù)字分別是：1、35、16。也就是推薦的發(fā)明原則的序號(hào)，這3個(gè)發(fā)明原則分別是：1—分割、35—參數(shù)改變、16—不足或過多作用。

2.5發(fā)明原則分析

具體分析每個(gè)原則的內(nèi)容，是否對(duì)本案的改進(jìn)有作用，提取可利用的發(fā)明辦法。

原則1為分割，又細(xì)化分為3種實(shí)現(xiàn)的方法：①分割物體成為幾個(gè)獨(dú)立的部分；②使物體成為區(qū)段、區(qū)塊或模塊化（容易組裝與拆卸）；③增加物體分割的程度。

分析：原頂頭只有一個(gè)凸起的尖角，可以考慮多增加幾個(gè)，該原理對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)有用。

原則35為參數(shù)改變，又分為6種參數(shù)改變：①改變物理狀態(tài)（氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)）；②改變濃度或密度；③改變彈性；④改變溫度或體積；⑤改變壓力；⑥改變其它參數(shù)。

分析：出于目前技術(shù)考慮，暫不可能改變物理狀態(tài)，還是用固體；濃度或密度和本案沒有多大關(guān)系可不考慮?？梢詤⒖几淖兊膮?shù)有：彈性、體積、壓力及其它參數(shù)。

原則16為不足或過多作用，解釋是：如果很難完成100%的理想效果，則使用 “較多一點(diǎn)”或 “較少一點(diǎn)”的作法去簡(jiǎn)化問題。

分析：這個(gè)原則對(duì)本案不能提供幫助，不考慮。

3　求解后的幾種設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案

根據(jù)TRIZ理論給出的創(chuàng)新原理的啟示和現(xiàn)實(shí)情況分析，我們可以得出下列幾種設(shè)計(jì)方案供參考：

方案A：利用分割的原則，在原有寬度范圍內(nèi)將刀頭部分分成幾個(gè)凸起，增加與帶的接觸面，可以增加壓力，而對(duì)應(yīng)的上滑板原有的一個(gè)凹槽考慮取消，這樣沒有增加成本，而且沒有了較深的凹槽，捆扎帶不被折彎，不容易起毛、斷帶。結(jié)構(gòu)見圖3。

方案B：如果擔(dān)心對(duì)帶的抓力不夠，可以再改進(jìn)，上滑板開幾個(gè)較淺的圓弧槽，槽數(shù)增加與刀頭的凸起對(duì)應(yīng)，見圖4。

圖3　方案AFig.3 Plan A

圖4　方案BFig.4 Plan B

方案C：利用彈性的原則，改用彈性材料，以增加壓力。目前彈性材料的應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)也更加成熟，刀頭部分可用彈性塑料，可直接鑄出需要的形狀，省去機(jī)械加工的工序。從所處工作條件看，刀頭僅承受壓力而沒有沖擊力，因此與金屬本體的連接可用粘接、過盈配合，或者整體注塑，都較容易實(shí)現(xiàn)，粘接示意圖見圖5。

當(dāng)然以上的原則還可以做其它的發(fā)揮，也許有更好的辦法。還有體積、壓力的原則，也可根據(jù)這個(gè)提示，做其它的改進(jìn)設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)明原則35中所說的改變物理狀態(tài)也不是不可能的，改用液態(tài)壓緊，則更加柔性，包容性更強(qiáng)，能夠更好的控制壓力的大小。

圖5　方案CFig.5 Plan C

4　結(jié)束語

本文主要通過打包機(jī)配件的改進(jìn)實(shí)例，來說明根據(jù)TRIZ理論的發(fā)明原則求解方法的基本過程，可以為機(jī)械技術(shù)人員的創(chuàng)新改進(jìn)提供快速有效的思路，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和解決問題中有很好的應(yīng)用價(jià)值。

［1］成思源，周金平.技術(shù)創(chuàng)新方法［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2014.

［2］周署玲，方烏糖.TRIZ理論在優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及及中的作用［J］.機(jī)電技術(shù)，2014，1.

Discussion of Solving Machinery Problem Using TRIZ Theory

ZHENG Min
（Fujian Hongqi Co.，Ltd.，Zhangzhou Fujian 363000，China）

Firstly，this paper introduces the definition of TRIZ and the method to solve the problem using TRIZ.Secondly，it introduces an example of improving Pressed Tip and Return Tip in packing machine and illustrates how to extract technical contradiction，determine contradiction parameter，find out invention principle recommended in the table by searching contradiction matrix，then perform analysis screening，and finally bring out many kinds of improving schedule，which can provide fast and effective ideas for innovation or improvement of technical personnel.The TRIZ has a good application value in product design and solving problem.

TRIZ；Invention principle；technical contradiction；contradiction matrix；improving

TH122

Adoi：10.3969/j.issn.1002-6673.2015.05.009

1002-6673（2015）05-022-03

2015-04-29

鄭敏（1975-），女，福建莆田人，工程師。主要研究方向：針織機(jī)械關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)及制造。在國(guó)內(nèi)專業(yè)期刊已發(fā)表論文兩篇。