基于跨領(lǐng)域知識(shí)搜索技術(shù)在鎂合金型材工藝優(yōu)化方面的研究

鄭茹萍，劉 旭

（河北工程大學(xué),河北邯鄲 056000）

0 引言

自“十三五”以來(lái)，我國(guó)鎂合金型材產(chǎn)業(yè)升級(jí)趨勢(shì)明顯，實(shí)施自主創(chuàng)新戰(zhàn)略，由于鎂合金具有密度小、重量輕、散熱快等優(yōu)點(diǎn)，使得我國(guó)鎂合金型材的產(chǎn)量、出口量持續(xù)增長(zhǎng)。并且鎂合金型材的環(huán)保性極高，可重復(fù)利用，符合我國(guó)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的政策方針。然而在鎂合金型材擠壓過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品裂紋、起皮等現(xiàn)象，使得鎂合金型材的次品率高，質(zhì)量下降。基于此，本文運(yùn)用工業(yè)工程相關(guān)理論和Triz 理論的分析方法對(duì)鎂合金擠壓工藝進(jìn)行研究，找出其存在的關(guān)鍵問(wèn)題，再運(yùn)用跨領(lǐng)域知識(shí)搜索技術(shù)，從其他領(lǐng)域找出問(wèn)題的解決方法，并加以整合、運(yùn)用，解決鎂合金擠壓工藝中的難題，提高擠壓質(zhì)量，節(jié)約成本。

1 相關(guān)理論

1.1 程序分析

程序分析是對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程和工藝程序進(jìn)行研究。通過(guò)畫出工藝程序圖的方式對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有更加深入的了解。本文運(yùn)用“5W1H”法對(duì)原因、對(duì)象、地點(diǎn)、時(shí)間、人員和方法這幾個(gè)方面進(jìn)行分析。并運(yùn)用“ECRS”四大原則對(duì)工藝進(jìn)行取消、合并、調(diào)整順序和簡(jiǎn)化，以此來(lái)優(yōu)化流程，提高效率。

1.2 功能分析

Triz 理論是根里奇·阿奇舒勒和他的弟子們遵循技術(shù)發(fā)展規(guī)律運(yùn)用多學(xué)科領(lǐng)域建立起來(lái)的一套理論體系[1]。功能分析是Triz 理論中的一種分析問(wèn)題的方法，首先對(duì)系統(tǒng)的組件層次進(jìn)行分析，然后分析組件間相互作用，最后建立功能模型。通過(guò)對(duì)這些組件進(jìn)行兩兩分析，分析組件的功能屬性，從而找出解決問(wèn)題的方法[2]。

2 跨領(lǐng)域知識(shí)搜索

當(dāng)前，企業(yè)在創(chuàng)新過(guò)程中，往往由于自己領(lǐng)域的思維慣性，落入“思維陷阱”中去，在搜索知識(shí)時(shí)方向性不強(qiáng)，往往局限在熟悉的領(lǐng)域進(jìn)行搜索。如果解決方案在熟悉的領(lǐng)域，肯定問(wèn)題已經(jīng)解決了，但是現(xiàn)實(shí)是僅僅依靠本領(lǐng)域的內(nèi)源知識(shí)是很難進(jìn)行創(chuàng)新的。

這時(shí)，外部知識(shí)獲取就成為解決問(wèn)題的重要方向。那么，外部知識(shí)如何獲取呢？怎樣進(jìn)行跨領(lǐng)域搜索呢？怎么搜？搜什么呢？現(xiàn)在關(guān)于知識(shí)搜索的理論模型很多，但是在產(chǎn)品工藝優(yōu)化方面系統(tǒng)性不強(qiáng)，缺乏具體的方法和工具。企業(yè)若想在短時(shí)間內(nèi)擁有更多的創(chuàng)新知識(shí)，就要擁有跨領(lǐng)域知識(shí)搜索的概念，主動(dòng)去其他領(lǐng)域獲取先進(jìn)科學(xué)技術(shù)知識(shí)，這樣才能更好地提高創(chuàng)新能力。

用跨領(lǐng)域知識(shí)解決問(wèn)題是發(fā)明創(chuàng)造理論如Triz 理論總結(jié)出來(lái)的重要規(guī)律和技巧。本文提出跨領(lǐng)域知識(shí)搜索技術(shù)，探索出跨領(lǐng)域知識(shí)搜索技術(shù)的搜索源和搜索方式，通過(guò)技術(shù)搜索的方式對(duì)其他領(lǐng)域的技術(shù)知識(shí)進(jìn)行整合、吸收和運(yùn)用，最終得出本領(lǐng)域問(wèn)題的解決方案，得出跨領(lǐng)域知識(shí)搜索技術(shù)模型，提高搜索效率和準(zhǔn)確性。跨領(lǐng)域知識(shí)搜索技術(shù)模型如圖1 所示。

圖1 跨領(lǐng)域知識(shí)搜索技術(shù)

其中，多元化搜索源是指可以搜索到的領(lǐng)域很多，可以通過(guò)搜索關(guān)鍵問(wèn)題的功能參數(shù)，找出那些具有相似功能參數(shù)，并且大于本領(lǐng)域的功能參數(shù)，我們稱這樣的領(lǐng)域?yàn)轭I(lǐng)先領(lǐng)域。在領(lǐng)先領(lǐng)域里查找類似的技術(shù)，獲取科學(xué)知識(shí)。

在進(jìn)行其他領(lǐng)域的搜索的時(shí)候，可以通過(guò)專利庫(kù)的方式進(jìn)行搜索，專利數(shù)據(jù)庫(kù)是以互聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)，提供大量專利信息，通過(guò)專利查詢可以檢索到各種各樣的專利信息。專利庫(kù)對(duì)于知識(shí)和信息的分類較為清晰，有利于知識(shí)的共享。現(xiàn)階段，專利數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，由于其便于檢索分析，使得知識(shí)搜索更加便利，數(shù)據(jù)可靠性較強(qiáng)。

在進(jìn)行技術(shù)搜索時(shí)，分為搜索廣度和搜索深度，搜索廣度可以理解為搜索技術(shù)知識(shí)的范圍廣，可以使搜索到的知識(shí)量更多。而搜索深度是指企業(yè)對(duì)于搜索到的異質(zhì)化知識(shí)可以更好更精確地進(jìn)行剖析[3]。

對(duì)于獲取到的先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)，企業(yè)需對(duì)其進(jìn)行整合吸收。知識(shí)的整合吸收能力分為潛在整合吸收能力和實(shí)際整合吸收能力。潛在整合吸收能力指的是對(duì)于外部知識(shí)進(jìn)行分析、解釋，最后達(dá)到理解的程度。而實(shí)際吸收能力指的是企業(yè)將其他領(lǐng)域的知識(shí)與本領(lǐng)域知識(shí)相融合的能力。企業(yè)的實(shí)際吸收能力越強(qiáng)，則解決本領(lǐng)域工藝問(wèn)題的速度越快。

3 跨領(lǐng)域知識(shí)搜索技術(shù)在鎂合金型材工藝改進(jìn)中的應(yīng)用

3.1 產(chǎn)品介紹

X 企業(yè)是集生產(chǎn)、加工、銷售于一體的企業(yè)，主要產(chǎn)品為鎂合金型材。鎂合金型材具有密度低、導(dǎo)熱性好的特性，可用于制作儀表板、空調(diào)機(jī)外殼等。鎂合金用處廣泛，可應(yīng)用于交通、化工、電子工業(yè)等領(lǐng)域。目前鎂合金型材在我國(guó)的發(fā)展非常快，市場(chǎng)需求量不斷增長(zhǎng)。因此生產(chǎn)鎂合金型材的工藝和技術(shù)還需不斷改進(jìn)完善。

3.2 分析問(wèn)題

3.2.1 工藝程序分析

鎂合金型材在擠壓過(guò)程中可以采用正向擠壓法，也可以采用反向擠壓法[4]。本文通過(guò)分析鎂合金型材正向擠壓的生產(chǎn)工藝，繪制出工藝程序圖，如圖2 所示。

圖2 鎂合金型材擠壓工藝程序圖

根據(jù)鎂合金型材擠壓工藝程序圖，可知熱處理與擠壓重復(fù)了兩次，對(duì)于以上工序，采用“5W1H”法與“ECRS”四大原則進(jìn)行分析。

①問(wèn)：兩次熱處理可以合并嗎？答：不能。因?yàn)閮纱渭訜岬臏囟炔煌?，第一次?50℃，第二次是470℃。

②問(wèn)：能否取消第二次熱處理工序？答：不能。因?yàn)槿绻∠?，晶粒將不能?xì)化。

③問(wèn)：兩次擠壓可以合并嗎？答：不能。因?yàn)榈谝淮问菍?duì)進(jìn)行了均勻化熱處理的鑄錠進(jìn)行擠壓，第二次是對(duì)中間的坯料擠壓，擠壓出鎂合金型材。

④能否取消第二次擠壓工序？答：不能。

3.2.2 功能分析

3.2.2.1 組件層次分析

通過(guò)運(yùn)用組件層次分析，找出技術(shù)系統(tǒng)、超系統(tǒng)和系統(tǒng)作用對(duì)象，有利于解決技術(shù)難題。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分確定組件屬于哪個(gè)層次，填入組件列表中，如表1 所示。

表1 組件列表

3.2.2.2 組件間作用分析

對(duì)于上述兩兩組件，存在相互作用的用“+”表示，不存在相互作用的用“-”表示，并列入作用矩陣列表，如表2 所示。

表2 組件間作用矩陣表

3.2.2.3 功能模型建立

建立功能模型，如圖3 所示。

圖3 鎂合金系統(tǒng)功能模型

根據(jù)以上功能分析，我們可以得出擠壓機(jī)系統(tǒng)中存在的不足功能為擠壓桿擠壓鎂合金棒、加熱電流加熱擠壓筒、模具、鎂合金棒。在擠壓過(guò)程中，擠壓的速度、溫度、擠壓力等功能參數(shù)非常重要。當(dāng)擠壓溫度過(guò)高時(shí)會(huì)使鎂合金型材的抗拉強(qiáng)度降低，而當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)不能使晶粒有效細(xì)化。當(dāng)擠壓速度過(guò)快時(shí)表面容易出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象，而擠壓速度過(guò)低時(shí)，容易出現(xiàn)擠不動(dòng)的現(xiàn)象，降低生產(chǎn)效率。如果擠壓力過(guò)大，則易導(dǎo)致爛料的產(chǎn)生，而擠壓力太小，則會(huì)使型材變形不均。最后，在擠壓出口如果溫度過(guò)高，則易產(chǎn)生斷裂并且會(huì)降低模具的使用壽命[5]。

下面針對(duì)鎂合金型材擠壓工藝中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，本文選取純度99.9%的鎂錠、鋁錠和鋅錠以及Al-10Mn 中間合金當(dāng)作原料的AZ91 鎂合金型材為研究對(duì)象。對(duì)AZ91 鎂合金型材的擠壓溫度、擠壓速度、擠壓力、出口溫度四個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行研究，列出所需要達(dá)到的功能參數(shù)[6]。如表3所示。

表3 擠壓工藝所需達(dá)到功能參數(shù)表

3.3 解決問(wèn)題

通過(guò)跨領(lǐng)域知識(shí)搜索技術(shù)解決鎂合金擠壓工藝問(wèn)題。首先，可以在專利庫(kù)中搜索擠壓溫度、擠壓速度、擠壓力和出口溫度，查找那些功能參數(shù)大于本領(lǐng)域的，經(jīng)過(guò)搜索，航天領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域的擠壓溫度、擠壓速度、擠壓力和出口溫度的功能參數(shù)數(shù)值均大于本領(lǐng)域。接下來(lái)在航天和軍事領(lǐng)域中搜索擠壓技術(shù)，搜索到等溫?cái)D壓技術(shù)。

其次，對(duì)等溫?cái)D壓技術(shù)知識(shí)進(jìn)行探索，等溫?cái)D壓技術(shù)是通過(guò)調(diào)整擠壓速度進(jìn)而控制擠壓溫度，又通過(guò)在型材出口處安裝紅外測(cè)溫裝置測(cè)量出模口溫度來(lái)調(diào)整擠壓速度，使型材在擠壓出口時(shí)保持溫度穩(wěn)定。擠壓速度越快，溫度越高。如果溫度偏高時(shí)，就降低速度，如果溫度偏低時(shí)，就加快速度。使型材的尺寸與物理性能等都達(dá)到最佳效果，減少?gòu)U品產(chǎn)生。

最后對(duì)等溫?cái)D壓技術(shù)進(jìn)行知識(shí)的整合與吸收，探索等溫?cái)D壓技術(shù)對(duì)于鎂合金擠壓工藝的適用性。在鎂合金的擠壓工藝中，隨著溫度的升高，經(jīng)常導(dǎo)致型材表面不均勻，對(duì)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)造成了很大的影響。運(yùn)用等溫?cái)D壓技術(shù)，正好可以彌補(bǔ)這一方面的不足，在等溫?cái)D壓過(guò)程中，使金屬在變形時(shí)保持溫度恒定，使金屬流動(dòng)均勻，提高型材的表面質(zhì)量與組織性能。綜上所述，等溫?cái)D壓技術(shù)適用于鎂合金型材擠壓工藝[7]。

4 最終解決方案

在鎂合金棒擠壓過(guò)程中運(yùn)用等溫?cái)D壓技術(shù)，可以實(shí)時(shí)操控?cái)D壓溫度和擠壓速度，通過(guò)在型材出口處安裝紅外線測(cè)溫儀，對(duì)出口溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而調(diào)整速度，改善溫度，達(dá)到溫度恒定。優(yōu)化后的鎂合金型材擠壓工藝如圖4 所示，可以有效改善表面質(zhì)量，細(xì)化晶粒，保障型材質(zhì)量，降低成本，提高生產(chǎn)效率。

圖4 鎂合金型材擠壓示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)鼓勵(lì)創(chuàng)新的大背景下，企業(yè)在工藝優(yōu)化上的創(chuàng)新尤為重要，本文綜合運(yùn)用工業(yè)工程相關(guān)理論與Triz 理論，提出跨領(lǐng)域知識(shí)搜索技術(shù)，通過(guò)搜索功能參數(shù)快速找到與之對(duì)應(yīng)的領(lǐng)域，通過(guò)搜索技術(shù)，獲取異質(zhì)化知識(shí)，再對(duì)其進(jìn)行整合、吸收，大大提升企業(yè)解決工藝優(yōu)化問(wèn)題的效率，使企業(yè)突破思維障礙，打破遇到問(wèn)題在固有知識(shí)內(nèi)尋找答案的思維慣性，增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。此外，跨領(lǐng)域知識(shí)搜索技術(shù)的提出也為企業(yè)在面臨工藝優(yōu)化問(wèn)題時(shí)提供新思路與新方法，提升企業(yè)創(chuàng)新水平。