基于TRIZ理論夾具創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想

黃春萍++郭剛

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.188

摘 要：夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想的培養(yǎng)提高了學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力，也是提升了學(xué)生解決實(shí)際生產(chǎn)能力的重要途徑。通過引入TRIZ理論的設(shè)計(jì)思想以及解決算法，進(jìn)一步加深了學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)。學(xué)生通過不斷運(yùn)用TRIZ理論進(jìn)行設(shè)計(jì)運(yùn)用，為解決以后生產(chǎn)制造過程的工程問題打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：夾具 創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想 TRIZ理論

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0188-03

Based on the Theory of TRIZ Fixture Innovation Design Ideas

Huang Chunping Guo Gang

（1.Guangdong Province Sanshui Polytechnic School Foshan City，F(xiàn)ushan Guangdong， 528137， China；2.Guangdong University of Technology，Guangzhou Guangdong， 510006，China）

Abstract：Fixture of the cultivation of the innovative design ideas to improve the students engineering training comprehensive ability， and improve the students ability to solve practical production important way.By introducing the designing idea of TRIZ theory and solving algorithms， further deepen the students innovation design theory basis.Students by using TRIZ theory to carry on the design， to solve the problem of manufacturing process of the project after laid a solid theoretical basis.

Key Words：Fixture； Innovative design ideas； TRIZ theory

1 夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想背景

1.1 創(chuàng)新思想的提出

創(chuàng)新思想在現(xiàn)在社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展中起了重要的指導(dǎo)方法，是社會(huì)物質(zhì)新舊更替、科技發(fā)展的重要理念，在職業(yè)教育過程中也是體現(xiàn)的淋漓盡致，尤其是機(jī)械制造加工教學(xué)過程中。為了更好地提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，學(xué)校都會(huì)通過學(xué)生加工零件的方式來提高學(xué)生動(dòng)手操作能力。而加工零件的過程中總會(huì)出現(xiàn)零件二次裝夾的問題，根據(jù)學(xué)生加工零件的復(fù)雜程度以及零件精度的要求就要求同時(shí)設(shè)計(jì)不同規(guī)格要求的夾具。夾具的設(shè)計(jì)要求就決定了零件是否能夠加工完成或者是否按設(shè)計(jì)要求加工。

1.2 夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想

夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中重要組成部分，它也是問題解決思想的真實(shí)體現(xiàn)。夾具創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想的提出是由實(shí)際問題的需求應(yīng)運(yùn)而生，是建立在創(chuàng)新制造過程之中，是依托需求問題之上的。作為夾具本身是沒有任何價(jià)值意義的，但在機(jī)械制造過程夾具在特定零件加工過程中又是不可缺少的。好的夾具可以提高零件的精度水平，同時(shí)也降低了零件的裝夾難度，使加工過程由復(fù)雜變得簡單。

夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想的提出是職業(yè)學(xué)校在培養(yǎng)學(xué)生工程訓(xùn)練綜合實(shí)踐能力過程中必不可少的理念。學(xué)生在工程訓(xùn)練過程中對不同零件加工過程所遇到的加工難題，通過設(shè)計(jì)夾具的方式來降低加工難度，將難易完成的工藝變得簡單化。

1.3 夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想的要求

學(xué)生通過對夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想的掌握，就是要求能夠正確運(yùn)用自身所掌握的基本知識(shí)，解決零件加工過程中的問題，這種思想的根本性的作用就是要解決實(shí)際問題；那么如何更好更快的提高學(xué)生解決實(shí)際生產(chǎn)問題就是對夾具的設(shè)計(jì)思想的貼近于學(xué)生教學(xué)的要求了；夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想就要求具備以下幾個(gè)方面：（1）夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想要有實(shí)用性；就是能夠讓學(xué)生把這種思想正確的運(yùn)用于社會(huì)生產(chǎn)之中，這種思想的本身就要求有一定的生產(chǎn)實(shí)用效果。失去實(shí)用價(jià)值的設(shè)計(jì)思想最終只能停留在紙面上，對學(xué)生的生產(chǎn)能力的提升毫無作用。（2）夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想要可操作性；夾具本身指的是一類零件，它的概念、結(jié)構(gòu)、尺寸根據(jù)零件的不同沒有定值，它的設(shè)計(jì)隨著零件的改變而改變。那么夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想就要求能夠指導(dǎo)學(xué)生面對不同的零件根據(jù)裝夾當(dāng)中出現(xiàn)的問題設(shè)計(jì)不同的夾具，這種設(shè)計(jì)可以是多樣性，不同的學(xué)生設(shè)計(jì)的夾具可能是一樣的，但是指導(dǎo)學(xué)生去設(shè)計(jì)的思想是統(tǒng)一的。（3）夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想要最優(yōu)化；在職業(yè)教學(xué)過程中，要貫徹學(xué)生設(shè)計(jì)夾具時(shí)注意到夾具的制造過程要易于零件的制作過程。不能出現(xiàn)夾具的加工制造難于或者等同于零件的加工制造，畢竟要讓學(xué)生明白夾具的真正作用只是輔助于零件的加工，加工夾具不是最終的目的，夾具只是為了使零件易于加工、提高加工精度。一旦出現(xiàn)夾具難于或者等同于零件的加工難度，就會(huì)使整個(gè)加過程出現(xiàn)死循環(huán)，最終無法加工零件或者降低零件的加工精度。

2 TRIZ理論的概述及運(yùn)用

2.1 TRIZ理論的概述

TRIZ理論創(chuàng)始于1946年，是由前蘇聯(lián)著名發(fā)明家阿利赫舒列爾（G.S.Altshuller）研究并提出。其主要含義就是通過理論的指導(dǎo)解決實(shí)際問題，尤其是創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題。1946年阿利赫舒列爾帶領(lǐng)自己的研究團(tuán)隊(duì)通過對世界上250萬件發(fā)明專利進(jìn)行分析總結(jié)，提出了一套專門用于創(chuàng)新設(shè)計(jì)的問題解決理論——TRIZ理論；這種理論思想在當(dāng)時(shí)為前蘇聯(lián)在航天航空、軍事等領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展提供了強(qiáng)有力的理論指導(dǎo)，隨著前蘇聯(lián)的解體才逐步讓世界了解了TRIZ理論原理

TRIZ理論來源于實(shí)踐又應(yīng)用于實(shí)踐，這正好唯物辯證的印證了馬克思列寧主義最基本的思想——實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。TRIZ理論提供了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本思想、設(shè)計(jì)法則以及設(shè)計(jì)過程中問題解決途徑。人們通過運(yùn)用掌握TRIZ理論中的設(shè)計(jì)思想結(jié)合實(shí)際問題，正確選擇使用問題解決工具就可以高效率得進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

TRIZ理論的基本思想是指任何一個(gè)簡單或者復(fù)雜的系統(tǒng)，都遵循其客觀發(fā)展規(guī)律，同時(shí)也都是通過解決一個(gè)個(gè)小問題最終得到。而且這些小問題的解決都是通過各種模塊組合而成。那么要解決這些小問題，TRIZ理論就提出各種解決方法和工具，其中包括：矛盾矩陣和創(chuàng)新原理、物質(zhì)場分析模型和76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解、創(chuàng)新問題解決算法（ARIZ）、科學(xué)和技術(shù)效應(yīng)庫；TRIZ提出創(chuàng)新問題中的40個(gè)發(fā)明原理，包括分割、分離、嵌套等基本原理。在技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，TRIZ理論分析了包括運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量、速度、力等39個(gè)工程參數(shù)之間的關(guān)系，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程創(chuàng)造出最優(yōu)化設(shè)計(jì)的捷徑。

2.2 TRIZ理論的運(yùn)用

在前蘇聯(lián)時(shí)期，二戰(zhàn)后TRIZ理論為蘇聯(lián)的的科技的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，提高了蘇聯(lián)的工業(yè)的發(fā)展創(chuàng)新能力。當(dāng)時(shí)，蘇聯(lián)的大多數(shù)的科學(xué)技術(shù)的成果都離不開TRIZ理論的指導(dǎo)，為蘇聯(lián)躋身于超級大國立下了汗馬功勞。蘇聯(lián)解體之后，隨著技術(shù)的解封，TRIZ理論傳入了西方國家，西方國家對TRIZ理論進(jìn)行剖析以及不斷完善，也逐步將該理論運(yùn)用于其工業(yè)領(lǐng)域，首先、在航天航空領(lǐng)域，飛機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)制造過程，包括飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造等；其次，在軍事領(lǐng)域，作戰(zhàn)用的槍支、艦艇已經(jīng)坦克火炮等的創(chuàng)新設(shè)計(jì)；最后，在民用領(lǐng)域，包括軟件的開發(fā)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以及計(jì)算機(jī)輔助制造的創(chuàng)新過程等。

3 夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

針對職業(yè)學(xué)校中的實(shí)踐教學(xué)過程，為了提高學(xué)生的創(chuàng)新生產(chǎn)能力，通過嘗試探索逐步將TRIZ理論的原理與方法引入教學(xué)過程。讓學(xué)生掌握TRIZ理論的基本思想以及創(chuàng)新方法。根據(jù)職業(yè)學(xué)生的認(rèn)知能力以及知識(shí)儲(chǔ)備等因素，選擇易于去思考的零件供學(xué)生設(shè)計(jì)。

在職業(yè)學(xué)校里數(shù)控車削的教學(xué)內(nèi)容里，主要是要求學(xué)生掌握內(nèi)（外）輪廓以及鉆孔、鏜孔加工的工藝過程。該次就以高腳酒杯為例，如圖1。

加工工藝分為左右兩邊加工，先從右向左加工，加工完成酒杯的右邊基本輪廓之后需要二次裝夾加工左側(cè)端面，左側(cè)端面要求有一定的表面粗糙度。對于酒杯的二次裝夾就是擺在學(xué)生加工中需要解決的主要問題了，此時(shí)酒杯的右邊內(nèi)外輪廓已經(jīng)加工完畢，基本屬于薄壁件了，不能直接裝夾容易使輪廓發(fā)生變形，而且右側(cè)輪廓屬于曲面。不易于車床卡盤裝夾。此時(shí)就是考察學(xué)生如何去解決加工問題。有同學(xué)提出放棄左側(cè)端面的表面要求，直接采用切斷刀具在加工完右側(cè)端面后直接切斷，在切斷的過程中完成左側(cè)端面的表面粗糙度的要求。學(xué)生進(jìn)過嘗試后，發(fā)現(xiàn)切斷刀在切斷的過程中，左側(cè)的端面無法達(dá)到設(shè)計(jì)過程中表面粗糙度的要求，并且切斷刀在切斷后酒杯的左側(cè)面會(huì)遺留下直徑2 mm、長度4 mm的圓柱凸起，這種方法根據(jù)無法解決最終酒杯的加工問題。

教師通過引導(dǎo)灌輸將TRIZ理論引進(jìn)加工過程，讓學(xué)生去學(xué)習(xí)了解該理論的原理和思想。學(xué)生通過對TRIZ理論的掌握，運(yùn)用該理論中的設(shè)計(jì)思想中的矛盾矩陣，對此次加工中問題進(jìn)行分析，最終決定設(shè)計(jì)專用夾具進(jìn)行二次裝夾對酒杯的左側(cè)端面進(jìn)行車削加工，以此達(dá)到最終的工件的基本精度要求。緊接著學(xué)生又通過工程參數(shù)的探索，對夾具提出新的要求，要求夾具本身（1）易于加工；（2）易于裝拆；（3）夾具要有一定的可靠性；（4）裝夾過程對酒杯沒有影響。根據(jù)提出的要求，學(xué)生參照TRIZ理論給出的76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解以及創(chuàng)新問題解決算法對該夾具進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出如圖2所示酒杯的夾具。

這種夾具的設(shè)計(jì)就解決了酒杯二次裝夾的過程中所出現(xiàn)的一系列的問題，并且也達(dá)到了夾具設(shè)計(jì)的基本要求。學(xué)生很快通過車削加工以及線切割加工制作出如圖2所示的夾具。并且也完成了酒杯的左側(cè)端面的加工。酒杯二次裝夾的效果圖如圖3所示。

4 綜述

教師通過學(xué)生對一次實(shí)訓(xùn)課程中零件加工過程中所遇到的二次裝夾的問題的引導(dǎo)解決，向?qū)W生講授介紹了TRIZ理論的思想原理以及運(yùn)用方法，讓學(xué)生充分掌握了該理論在加工過程中出現(xiàn)二次裝夾的情況下夾具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想。學(xué)生通過學(xué)習(xí)與了解，能夠辯證唯物的將該理論運(yùn)用與接下來的幾周實(shí)訓(xùn)課程中。教師還會(huì)接下來進(jìn)一步地將該理論運(yùn)用在機(jī)械設(shè)計(jì)過程的零件設(shè)計(jì)之中，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，將這種能力運(yùn)用與未來的實(shí)際生產(chǎn)加工當(dāng)中。

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