TRIZ發明原理解決車床操作傷害事故頻發問題

張天旭 侯和龍 張春青 李冰冰 宋曉明

承德石油高等專科學校 河北 承德 067000

車床作為機械加工生產中應用最廣泛的一種設備,主要依靠車床主軸帶動工件高速旋轉與車刀產生相對運動,從而進行切削加工,但由于初學者不熟悉其工作原理、不熟悉車床結構及沒有熟練掌握基本操作技術要領,稍有不慎,就會因操作失誤而產生機械傷害事故。因此,快速熟悉設備、熟練掌握操作技術是避免或者降低車床傷害事故發生率的重要途徑。

TRIZ理論方法是以Genrich·Altshuller為首的前蘇聯數十家科研團隊對上百萬份的專利文獻進行系統地分析和整理,并對其中具有數以萬計的具有代表性的專利為重點進行歸納和總結,建立了一套以技術系統進化原理為核心的、體系化的、實用性強的解決問題的理論[1]。TRIZ被認為是目前最全面系統地論述發明創造、實現技術創新的新理論,運用這一理論可以大大加快人們創造發明的進程,進而得到高質量的創新產品,其在農業[2]、機械[3]、紡織[4]、物流[5]等諸多領域得到了廣泛應用。

1 TRIZ發明原理應用

1.1 發明問題初始形勢分析

1.1.1 定義技術系統實現的功能

問題所在技術系統:主軸帶動工件旋轉加工

技術系統實現功能:加工工件

實現該功能約束:1.工件高速旋轉2.操作者控制車刀等工具進給運動

1.1.2 現有技術系統的工作原理 工件通過卡盤固定在主軸上,主軸高速旋轉帶動工件旋轉。操作者控制車刀等設備進給,對工件進行加工。由于操作者操作不當,極可能發生撞刀、衣袖卷入車床等危險事故發生。

1.1.3 當前技術系統存在的問題

①易發生撞刀、衣袖卷入車床等危險事故;

②浪費原材料,刀具損壞嚴重;

1.1.4 問題出現的條件和時間

條件:操作者控制過程中失誤

時間:車床加工工件過程中

1.1.5 新系統的要求

車床加工工件過程中,事故發生率降至0。

1.2 系統分析

1.2.1 系統分析

制品 工件系統元件 主軸、托板、基座、車刀、鐵屑、操作者、卡盤超系統元件 開關、車床

建立系統功能模型如圖1:

圖1 系統功能模型

通過功能模型分析,我們描述了系統元件及其之間的相互關系,并得出導致發生撞刀、衣袖卷入車床等危險事故、浪費原材料,刀具損壞嚴重問題的功能因素。

在建立的功能模型圖中選擇目標問題如下:

1.2.2 因果分析 應用因果鏈分析法確定產生問題的原因如圖2:

圖2 因果分析

1.2.3 沖突區域確定:

問題關鍵點1:操作發生撞刀,涉及根原因是操作者練習少,進給控制不當。

問題關鍵點2:鐵屑傷人,涉及根原因是鐵屑無遮擋。問題關鍵點3:鐵屑傷人,涉及根原因是工件高速旋轉。

2 運用TRIZ工具解決問題

2.1 針對關鍵點1:操作發生撞刀,涉及根原因是操作者練習少,進給控制不當,構建物質—場模型:

運用標準解解決流程,根據標準解:系統傳遞(產生雙系統或多系統)、改進雙系統或多系統中的連接,得到解決方案1:開發模擬練習裝置,掌握車床技術,模擬練習裝置見圖3。

圖3 模擬練習裝置示意圖

2.2 針對問題關鍵點2:鐵屑傷人,涉及根原因是鐵屑無遮擋。構建物質—場模型:

運用標準解解決流程,根據標準解:在一個系統中有用及有害效應同時存在,S1及S2不必直接接觸,引入S3消除有害效應。得到解決方案2、3:操作者頭部佩戴輕便頭盔或者在操作者一側施加反向力,例如鼓風。

根據標準解:在一個系統中增加鐵磁材料或磁場。得到解決方案4:在工件四周安裝磁鐵裝置,吸附鐵屑,解決飛出問題。

2.3 針對問題關鍵點3:鐵屑傷人,涉及根原因是工件高速旋轉,運用沖突解決。

技術沖突描述:為了加工工件,我們需要工件高速轉旋,但這樣會導致切削屑高速飛出。

查找沖突矩陣,改進特性A:速度,惡化特性B:物體產生的有害因素。根據原理:中介物,得到解決方案5:將工件預先套裝多孔材料介質,降低鐵屑飛出速度。

根據原理:參數變化,得到解決方案6:盡可能提高轉速。

物理沖突:為了加工工件,我們既需要工件高速旋轉,但又為了防止切削屑飛出,又希望工件低速轉動,需要轉速既要大又要小。基于條件分離,根據原理:機械系統的替代,得到解決方案7:預先編程控制機器加工,代替人。

2.4 最終確定方案 結合現場,對方案解進行評價,得到最終方案如下:

開發模擬練習裝置,操作者通過模擬練習,掌握車床技術。同時在加工過程中,嚴格要求佩戴防護工具,此外,為車床安裝自動噴灑冷卻液裝置給刀具降溫。

3 結論

本文針對車床操作中事故頻發問題,利用TRIZ理論中的系統分析、因果分析,建立功能模型,確定沖突區域與問題的關鍵點。再運用技術沖突、物理沖突、物質-場分析及76個標準解等TRIZ工具解決問題,提出了7種解決方案。通過評價,設計了能夠幫助操作者快速掌握車床基本操作的模擬練習裝置。