基于TRIZ的电永磁吸盘改进设计

刘彦磊 （天津渤海职业技术学院 天津300402）

刘宏勋 （中航工业保定向阳航空精密机械有限公司 河北保定071051）

基于TRIZ的电永磁吸盘改进设计

刘彦磊 （天津渤海职业技术学院 天津300402）

刘宏勋 （中航工业保定向阳航空精密机械有限公司 河北保定071051）

针对电永磁吸盘存在的问题进行了改进设计，在改进设计过程中借助TRIZ工具，找到了几种设计方案，发现TRIZ理论在解决问题中的优势，新设计方案在实践中得到验证和应用。

TRIZ 电永磁吸盘 可靠性

企业要在激烈的市场竞争中处于有利地位，不仅仅要把握市场需求的变化，还需要及时发现并解决现有产品存在的问题，保证产品的可靠性，这是企业发展的根本。本文借助TRIZ工具，对现有电永磁吸盘的可靠性问题进行了改进设计，并在本厂得到了实际应用的验证。

1 TRIZ理论

起源于前苏联的发明问题解决理论（TRIZ：Theory of Inventive Problem Solving），不论对学术界还是对工业界都是指导创新的重要理论之一。作为一种方法学，TRIZ是由解决技术问题和实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系。

针对具体问题，首先要用该问题所处技术领域中的特定术语描述冲突得到特定工程问题，之后，再用标准参数描述该冲突。标准参数描述的是一般问题，并在冲突矩阵中选择可用发明原理。一旦选定某一或某几个原理以后，应当根据应用该原理指明的一般问题思维方向思考特定的问题以获得具体解，图1给出了求解技术。

图1 技术冲突求解过程

2 电永磁吸盘的改进设计

电永磁吸盘由励磁线圈、永磁块、磁轭、永磁铁与基体组成。通过变换励磁线圈的电流方向，来改变磁轭中磁场方向，进而达到屏蔽和释放永磁铁磁场以吸附和释放工件的目的。在吸盘工作时起作用的是永磁铁，不消耗电能，在起磁和退磁的瞬间消耗电能，因此比传统的电磁吸盘有显著的可持续性。

可靠性是电永磁吸盘的一项重要指标。其可靠性是指能在生命周期内安全可靠地充磁和退磁。块型电永磁吸盘模型如图2所示。

图2 块型电永磁吸盘模型图

3 电永磁吸盘的问题分析

现有电永磁吸盘的可靠性较差，不能实现可靠的充磁和退磁。通过运用AFD失效分析方法对其进行失效分析，失效原因诊断分析过程如下：

①描述已发生的失效：使用几个月之后产生不能起磁现象或者使用过后无法退磁。

②放大失效形式：可以归结为永磁体磁场方向变化不可靠。

③将问题“永磁铁磁场方向变化不可靠的问题”转换为“如何使永磁铁磁场方向变化不稳定”。

④寻找反问题的解，得到以下几种使永磁铁磁场变化不稳定的假想方法：方法一，更换密封材料，使切削液破坏励磁线圈；方法二，变动磁轭，使其对永磁铁磁场作用不稳定；方法三，降低控制器的可靠性使电流方向变化不稳定；方法四，破坏永磁铁使其磁场不稳定。

⑤应用可用资源，分析这几种方法产生的可能性：方法一，由于吸盘在工作时，通常需要开切削液，吸盘是由固体胶密封，如果密封不可靠，切削液可能进入吸盘内部，故可实现性很高；方法二，吸盘用固体胶密封以后，磁轭与永磁铁被固定，故不具实现性；方法三，控制器本身故障无法实现电流方向变化，或者控制器与电永磁吸盘接触不良时吸盘断路，励磁线圈没有电流变化，无法励磁，具有可行性；方法四，吸盘用固体胶密封以后，永磁铁被置于吸盘内部，不会受到外力，导致其破坏，故不具实现性。

利用现有资源进行分析，方法一与方法三都具有可实现性。原因是切削液进入吸盘内部使励磁线圈短路，或控制器与吸盘接触不良使吸盘断路。

4 电永磁吸盘的问题解决

4.1 确定一般问题

4.1.1 切削液进入吸盘内部使励磁线圈短路 把电永磁吸盘作为一个系统研究，切削液是系统外物质。故选择恶化参数是30号物体外部有害因素作用的敏感性，改善参数是35号适用性及多用性。问题描述为降低系统对外部物质的敏感性，同时提高系统的适用性。

4.1.2 控制器与吸盘接触不良使吸盘断路 由于电永磁吸盘的往复运动导致控制器与吸盘接触不良。故选择恶化参数是9号速度，改善参数是27号可靠性。

4.2 获得一般解

4.2.1 切削液进入吸盘内部使励磁线圈短路 在冲突矩阵中查找36行31列得到推荐的发明原理编号是35，11，32和31。其中，35是参数变化，11是预补偿，32是改变颜色，31是多孔材料。

4.2.2 控制器与吸盘接触不良使吸盘断路 在冲突矩阵中查找28行10列得到推荐的发明原理编号是21，35，11和28。其中，21是紧急行动，35是参数变化，11是预补偿，28是机械系统的替代。

4.3 获得工程解

借助发明原理启发的思考方向，运用类比等方法获得工程解。

4.3.1 切削液进入吸盘内部使励磁线圈短路 方案一：励磁线圈采用串并联混合的方式连接。方案二：预补偿启示下，密封胶与基体，磁轭相互交叉接触。基体结构见图3，磁轭结构见图4。

图3 基体结构

图4 磁轭结构

4.3.2 控制器与吸盘接触不良使吸盘断路 方案三：在参数变化的启示下，利用电缆的柔性，把一部分电缆固定在吸盘上。

综上所述，原因分析得知电永磁吸盘的原理具有可持续性及先进性，而结构设计与密封材料存在问题，运用TRIZ工具中的冲突矩阵寻求解决方案，可以作为改进方案。新结构的电永磁吸盘的使用效果证明了改进方案的可行性。

5 结语

电永磁吸盘的原理具有可持续性，通过这次结构的改进设计可以提高其可靠性和稳定性。TRIZ理论提供了多套解决问题的方法。本文在电永磁吸盘的改进设计中运用了TRIZ，克服了传统的思维惯性，对于分析解决复杂及困难问题有很大优势。通过本次的设计改进电永磁吸盘在本厂得到了实际验证，效果非常好，它的可靠性和稳定性得到了大大提高。■

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2011-11-09