基于TRIZ理论夹具设计模型构建研究

2019-04-04陈芳

微型电脑应用 2019年3期

陈芳

(西安航空职业技术学院航空制造工程学院，西安 710000)

0 引言

近年来，在科学技术的高速发展的背景下，全球产业正在迈入新一轮的变革，作为我国国民经济支柱的制造业也将迎来前所未有的挑战。当前，市场中众多因素都在逼迫着传统制造系统进行变革，如消费者需求的多样化及个性化、竞争方式的激烈化及全球化、生产的高效化等。在此情形下，可重构制造系统是唯一能够同时满足市场众多变革需求的新型制造系统，同时具有刚性生产流水线以及柔性制造系统的优点，能够帮助传统制造业在面对内外挑战中健康发展。在可重构制造系统中，可重构夹具是其中最为关键的组成部分，能够起到提高制造系统重构性、减少系统斜升时间以及保障制造业产品质量等作用。但就目前情况来看，相关部门在对可重构夹具进行设计的过程中，缺乏能够解决夹具设计冲突问题的有效工具，仅靠人工经验对设计过程进行推理把握，整个设计过程缺乏创新性，使可重构夹具的设计工作难以取得任何创新度高的设计方案。此现象严重违背了制造业在创新驱动方面的设计初衷，对可重构制造系统的发展造成了极大的影响。基于此，本文将从制造业改革需求出发，提出将TRIZ理论应用至可重构夹具的创新设计当中，以多角度的科学思维模式，促进可重构夹具进行创新设计。

1 TRIZ理论概述

1.1 TRIZ定义及理论体系

TRIZ是一种由前苏联相关研究人员根里奇·阿奇舒勒团队，通过对各国众多高水平专利以及自然科学知识的研究，整理归纳出的一种解决发明问题的理论。TRIZ理论在解决相关问题过程中，主要以发明创造中所遵循的客观规律和方法为基础，为相关设计人员提供出一种具有逻辑思维式的创新模式。具体的体系架构如图1所示。

通过图1看出，TRIZ理论体系主要由TRIZ的基本理论体系以及TRIZ的解题工具体系所构成。在此基础上，若是再将TRIZ理论体系进行细分的话，可将该理论体系划分为创新问题标准解法、发明问题解决算法、技术系统进化等方面中。

1.2 基于TRIZ冲突解决的可重构夹具创新设计模型

据相关研究表明，TRIZ理论在面临工作实际问题时，主要通过TRIZ冲突解决原理对相关问题进行解决。对此，本文在TRIZ冲突解决原理、可重构夹具设计工程参数以及TRIZ标准参数关联表的基础上，构建基于TRIZ冲突解决原理的可重构夹具创新设计模型，具体模型如图2所示。

图1 TRIZ理论体系结构

图2 基于TRIZ冲突解决原理的可重构夹具创新设计模型

根据上图显示内容可看出，在基于TRIZ冲突解决原理的可重构夹具创新设计模型中，主要通过四个步骤解决可重构夹具设计过程中的设计冲突：第一，可重构夹具设计人员对相关设计问题进行分析及定义；第二，根据设计人员的分析定义确定出发生冲突的夹具设计参数，并利用映射关联表将此参数转变为TRIZ标准参数；第三，借助TRIZ冲突解决原理对夹具设计冲突问题进行求解，从而获得TRIZ原理解；第四，通过采用类比联想以及实例推理等方法，得出针对可重构夹具创新生产的创新解。

2 叶片测量夹具设计存在的问题及过程模型构建

2.1 测量夹具设计存在的问题

为了使TRIZ理论在解决可重构夹具的创新设计问题中更具优势，本文将以某发动机企业为例，对该企业发动机叶片猜测问题进行分析，具体问题如下：

第一，该发动机企业在对发动机叶片进行测量时，通常采用叶片测具大量测量的方式进行。采用这种方法，将会使测量夹具与叶片之间保持长期且持续的接触，从而造成测量夹具零部件磨损问题，直接影响着夹具的定位精准度与叶片最终的测量精度。

2.2由于样板测量队样板本身的精度有一定要求，从而使样板制造与叶片制造一样具有一定难度。同时设计受叶片测量设计问题求解过程经验因素影响较大，在配合测具进行测量的过程中，主要借助光线的透光度观察误差。这种方式虽然能够提高样板制造的精度，但却无法保障测量结果的精度。

2.2 叶片测量过程模型构建

根据上述分析能够了解到，传统叶片测量夹具在设计过程中，一般不会考虑到产品的拆卸性、通用性等关键问题，产品结构具有很多相对立的参数需求。由此看出，这种传统折中设计方法无法彻底解决夹具设计过程中出现的冲突问题。基于此，本文主要将叶片测量夹具当做本次夹具创新设计的研究对象，对当前测量夹具存在的问题按模块进行划分，具体主要划分为四大模块，分别为矛盾冲突求解模块、技术进化求解模块、BS群体创新模块、克服思维惯性模块。这些模块都能够对叶片测量夹具的创新设计问题起到有效求解作用。具体叶片测具设计问题求解过程模型如图3所示。

图3 叶片测具设计问题求解过程模型

3 面向叶片夹具测量的CAI软件设计

3.1 系统功能设计

本文主要将叶片测量夹具软件系统分为三大模块，分别为叶片信息知识模块、问题求解模块以及辅助功能模块。其中，叶片信息知识模块主要由叶片信息、叶片参数信息以及测量夹具信息所组成，能够使叶片测量夹具设计人员更为全面的了解到设计对象的相关信息，从而为叶片测量夹具的创新设计提供支持；问题求解模块主要由技术效应求解模块、物理冲突求解模块、技术冲突求解模块、技术进化求解模块、BS群体创新模块以及克服思维惯性模块所组成，是整个叶片测量夹具软件系统的核心所在，能够为不同可重构夹具创新设计问题在进行求解的过程中提供相关的方法指导；辅助功能模块主要由用户对方案和知识的查询、上传及系统帮助模块等组成，主要起到为用户提供良好体验的作用。具体叶片测量夹具软件系统如图4所示。

3.2 系统软件架构设计

根据目前软甲体系架构方面来看，最为常用的两种结构为分层式结构以及三层架构体系。其中三层架构体系是当前应用最为广泛的一种架构体系，主要分为表示层、业务逻辑层以及数据访问层。其中，表示位于整个架构体系离用户最近的上层位置中，主要负责接收用户信息以及显示数据的工作，是实现用户与软件之间沟通交流的纽带；业务逻辑层又被称作为领域层，处于表示与数据层的中间位置，主要负责处理业务流程的相关工作，如对数据有效性的验证以及对一整条业务链的处理等。同时，业务逻辑层在整个架构体系中扮演着表示层和数据访问层之间的传递桥梁，负责两层之间数据的处理及传递；数据访问层位于架构体系的底部位置，主要负责对数据库进行访问。本文在叶片夹具测量CAI软件架构的设计时，也将采用三层架构体系将其划分为用户层、功能层以及数据层。具体叶片夹具测量CAI软件架构如图5所示。

图4 叶片测量夹具软件系统

4.3 整体登录流程设计

本文所设计叶片夹具测量CAI软件主要是以TRIZ理论为核心，结合头脑风暴法和克服思维惯性法，能够解决可重构夹具创新设计过程中存在的各种冲突问题。用户在登录到该软件系统平台之后，可以根据自身不同需求，自行采用系统平台中提供的多种功能模型，从而实现对可重构夹具设计问题的分析求解、专利查看下载、解决方案查询、可重构夹具元组件信息地分析应用等操作，能够满足用户在针对可重构夹具创新设计过程中问题的不同需求。具体整体登录流程设计如图6所示。