基于TRIZ理论的舰船平整度检测方式的改善

李慧君

1绪论

船舶的精度管理水平是反映船舶建造企业水平的重要指标之一，是关系到船舶制造智能化和数字化能否实现的关键。自主管理是精度管理的重要组成部分，同时全面的自主管理也是精度管理的曰标和方向。大连船舶重工集团近年来高度重视精度自主管理工作，主要的生产工序均已形成了良好的自主管理体系，基本形成了精度控制点“有点必检，有检必留痕”的精度管理理念和施工习惯。但是平整度的自检率与其他精度控制点相比差距较大，针对该问题，我们使用创新理论TRIZ方法进行了分析和解决。

2当前问题描述

未使用TRIZ方法创新之前，大船集团生产现场的平整度检测状况如下所示：当测量一个构件的平整度时，需要两个人拉拽粉线的两端，另一个人使用钢直尺测量粉线与钢板尺之间的问隙。该检测方式不仅检测效率低，而且检测精度极差，因此导致施工人员工作积极性较差，平整度的自检率提升幅度极慢。

3运用TRIZ系统分析工具对系统进行分析

3.1功能分析法的应用

首先使用功能分析法，对当前的检测系统进行了分析。

通过功能分析法，发现当前系统存在五个问题：其一是粉线需要人移动和拉紧绷直;其二是钢板尺需要人移动和读数;其三是钢板尺刻度依赖构架与粉线的限制;其四是粉线需要贴合构件，否则影响精度;其五是钢板尺与构件贴合易产生磨损。

3.2因果链分析法的应用

通过因果链分析法，确定了要解决的关键问题和根问题，后续TRIZ工具的使用正是为了解决这些根问题。随后又使用了资源分析法，最终理想解分析法等，找到了产品的最终目标和可以利用的资源。

针对因果链分析法中产生的小问题，通过功能裁剪法，确定了最终功能模型，仅仅需要一个人即可进行检测。

4基于发明原理的舰船平整度检测方式设计

4.1技术矛盾描述

通过上述分析法，得到两大技术矛盾：其一是“检测组件与构件接触滑动”和“工具磨损”之间的矛盾;其二是“多种测量要求”和“便于携带和测量”之间的矛盾。

4.2问题概念解决方案

在第一组技术矛盾中，问题模型分别对应39个通用工程参数，需要改善的参数为：（25）时间损失、（10）力;恶化的参数为：（33）物质损失。根据上述矛盾查找阿奇舒勒矛盾矩阵表，找到推荐的解决原理是：14号（曲面化原理）、15号（动态性）、18号（机械振动）、40号（复合材料）、35号（物理或化学参数变化）、10号（预先作用原理）、27号（廉价替代原理）7个推荐原理。通过上述推荐原理的仔细分析，发现对解决第一个矛盾有设计指导的发明原理如下。

第14号原理（曲面化原理）：将接触位置由滑动摩擦改为滚动摩擦。

第40号原理（复合材料）：使用耐磨的构件与钢板接触。

第10号原理（预先作用原理）：摩擦部位提前涂抹润滑油。

第27号原理（廉价替代原理）：接触部位使用廉价的构件，磨损影响影响精度后，对其进行替换。

在第二组技术矛盾中，问题模型分别对应39个通用工程参数，需要改善的参数为：（35）适用性;恶化的参数为：（4）静止物体的长度、（37）控制测量的复杂性。根据上述矛盾查找阿奇舒勒矛盾矩阵表，找到推荐的解决原理是：15号（动态性）、34号（抛弃和再生）、1号（分割）、27号（廉价替代原理）、7号（嵌套）5个推荐原理。通过上述推荐原理的仔细分析，发现对解决第一个矛盾有设计指导的发明原理如下。

第15号原理（动态性）：将测量滑动部分做成可拆卸，根据测量要求安装到不同尺寸横梁上以满足测量要求。

第1号原理（分割）：将组件（横梁部分）分割成可组装的不同部分，根据长度需求组装。

第7号原理（嵌套）：将横梁做成伸缩的构件，根据检测要求调整长短。

4.3物理矛盾解决方案

在4 2中提到的两组技术矛盾中，均存在物理矛盾。在第一组矛盾中，山现的物理矛盾如下：横梁应该（长），以满足（测量范同）要求;但是，横梁应该（短），以满足（便于携带）要求;在第二组矛盾中，出现的物理矛盾如下：测量点应该（多），以满足（检测精度）要求;但是，测量点应该（少），以满足（提高效率）要求。

针对第一组物理矛盾，解决方案如下。

（1）时问分离法：工装横梁设计为折叠形式，使用时展开，不使用时折叠。

（2）整体与局部分离法：测量组件和横梁分开，便于携带的同时根据测量需求选择横梁。

（3）空间分离法：分割成各个可以连接的小段.根据使用需求连接。

针对第二组物理矛盾，解决方案如下。

（4）时问分离法：减少每个点测量时读数时问（减少有害作用时问原理）;测量设备在滑动过程中一直保持测量模式，不问断测量（有益作用连续性）。

（5）整体与局部分离法：只选择测量偏差最大的点，从而掌握整体平整度状态。

4.4概念解决方案

通过方案的论证和选择，最终选择r如下可能的概念方案。

（1）方向性方案上，选择制作一种廉价的接触性检测工装;

（2）组件模型方案上，选择钢板尺在横梁上组合并滑动;

（3）解决钢板尺磨损问题上，选择接触部位由滑动摩擦改为滚动摩擦;

（4）在便于携带问题上，选择将横梁制作为一种可伸缩的嵌套结构;

（5）在解决测量点过多问题上，选择让滑动组件在滑动过程中保持持续的测量;

（6）在解决检测后自动标记留痕问题上，选择了滑动组件滑轮处增加一个涂色功能，检测后在构件上留下痕迹;

（7）读数困难上，除了增加一个显示屏幕外，还增加了声音提示组件，使其可以超差语音提醒。

通过详细方案的选取，设计制作了新的检测工具如图4所示。

5成果分析与效益：

行业内外传统的平整度检测方式除了船舶企业采用的粉线+钢直尺的检测方式外，还有塞尺+直横梁、气泡水平尺、扫描设备三种检测方式，但均存在不同程度的不足，具体表现为：

（1）塞尺+直横梁：检测效率低，依赖人工读数（见图5）;

（2）气泡水平尺：不具備读数功能，无法智能检测平整度的优劣（见图6）;

（3）扫描设备：价格昂贵，无法在船企大规模推广（见图7）。

该创新项曰从现场的实际难题出发，解决工厂生产过程中急需解决的难题，具备高效率高精度低成本的特点。其亮点在于四个方面：一是具备电子显示读数功能，超差声音提示功能，提升读数的精度及检测效率;二是检测工具各部位问均为可拆卸的滑轮连接，适应多种检测要求，各部件损坏可进行更换;三是横梁采用可伸缩的嵌套结构，便于携带;四是检测组件通过滑轮在检测对象上滑动，一次可测量一条线上的全部测量点，提升检测效率4倍以上。

通过新检测方式的推广使用，在检测效率上由原来的测量一个点需要9秒，到现在的测量一条线仅仅需要4秒，检测效率提高了4倍以上;在检测精度上，由原来人工读数的平均偏差0.5mm提升到了电子屏幕显示读数的0.lmm，检测精度提高了5倍。

工欲善其事，必先利其器。随着检测工具在检测效率，检测精度和便携性上的提升，施工人员对平整度的自检率也由原来的46 .7%提升到了91.4%。平整度水平的提升，不仅大幅度提升建造质量，还大大减少了分段、总组合拢工序对平整度的修正人工工时和材料浪费，每年带来的经济效益在110万元以上。该项日已经制作出了新的检测工具，并已经投入使用中，其廉价，高效，高精度的特点广泛适用于工程领域，在平整度的检测方面具备较高的推广价值和市场空问，在后续可能承接的超大型集装箱船止裂钢精度控制、薄膜型LNGJ船平整度控制上具备更好的应用前景。该项日已经申请了国家专利，并获得了辽宁省创新大赛金奖。