TRIZ创新原理在磁头研磨工艺中的应用研究

赵伟 王汉德

摘  要：发明问题解决理论TRIZ总结出了技术发展进化所遵循的趋势和规律，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则，对技术创新提出了一套科学的理论和方法。文章从TRIZ理论出发，探索如何运用技术矛盾、物理矛盾、进化法则解决硬盘磁头研磨工艺中的实际难题，从而降低生产成本，提高产品质量。

关键词：硬盘磁头;研磨;TRIZ理论;技术创新

中图分类号：TG580         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）03-0106-02

Abstract： The TRIZ， a theory for solving problems， summarizes the trends and laws of technological development and evolution， as well as innovative principles and rules for solving various technical and physical contradictions， and proposes a set of scientific theories and methods for technological innovation. Based on TRIZ theory， this article explores how to use technical contradictions， physical contradictions， and evolutionary rules to solve practical problems in hard disk head lapping processes， so that to reduce manufacturing cost and improve product quality.

Keywords： hard-disk head; lapping; TRIZ theory; technological innovation

1 概述

技术创新在我国的国民经济发展中占有非常重要的地位，企业要在全球化、信息化背景下提高核心竞争力，就要不断推陈出新，加快技术创新步伐确保竞争优势[1]。东莞新科作为机械硬盘磁头行业硕果仅存的三大供应商之一，为了保持产品的竞争力，通过不断地技术创新来提高磁头质量和降低生产成本就显得尤其重要。磁头制造属于资本密集型、技术密集型、人力密集型行业，在如今人工成本不断上涨的今天，如果我们劳动生产率的提高程度不能超过上涨的人工成本，不能保持磁头制造在国际上的竞争力，那么德国知名企业西门子2019年5月宣布的裁员万人以节省22亿欧元[2]的案例难免再现。所以，技术创新更是我们企业的生存之本，其成效决定着企业的未来。

2 技术创新与TRIZ理论

技术创新是指改进现有的或创造新的产品、生产过程或服务方式的技术活动。技术创新看起来比较抽象，那么它有没有一些可以遵循的原理或方法来提高创新的效率呢？从1946年开始，前苏联的根里奇·阿奇舒勒及一批研究人员经过多年努力，在分析研究世界上大量高水平专利的基础上，提出和创建了发明问题解决理论——TRIZ理论[3]，总结出了技术发展进化所遵循的趋势和规律，以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则。

TRIZ关于技术创新有一套科学的理论和方法可供我们参考和学习，如技术和物理矛盾问题与解决方法、物场分析与标准解、进化法则等等。本文将就TRIZ理论中的部分原理与方法在硬盘磁头研磨工艺改进中的应用案例做一些探讨，希望对从事技术创新的工作者能有一些启发。

3 TRIZ创新原理与方法在磁头研磨工艺改进中的应用

研磨工艺是硬盘磁头生产的关键工艺之一，将TRIZ理论应用于研磨工艺，有助于提高研磨工序能力，降低生产成本，提高产品质量。

3.1 利用技术矛盾提高纳米金刚石分散均匀性和嵌入有效性

磁头研磨工艺的磨料为纳米金刚石，作用对象为磁头，实现的功能為磨削磁头。在研磨时，含纳米金刚石的研磨液在高压气的作用下被喷射到研磨盘上，利用转动的陶瓷圈将纳米金刚石分散并压嵌固着到研磨盘中，金刚石随研磨盘的转动而对磁头产生磨削作用。但是研磨工艺存在着纳米金刚石分散不均匀、嵌入研磨盘少的问题，影响磨削效率。经过分析发现，造成该问题的原因是陶瓷圈不能很好的贴合研磨盘表面，陶瓷圈和研磨盘之间存在着远大于纳米金刚石直径的间隙，间隙过大的原因为陶瓷圈的平面度过大。要改善陶瓷圈平面度，需要提高加工精度，加工变得困难，那么如何解决提高平面度但是加工困难这样的矛盾呢？

TRIZ理论提出技术系统不断改善和进化的过程就是不断解决技术矛盾的过程。在磁头研磨工艺中，研磨盘、陶瓷圈、含有纳米金刚石的研磨液及针管、润滑油及针管、磁头、研磨机、高压气、真空、控制系统等共同构成了一个技术系统——磁头研磨系统。利用TRIZ理论对磁头研磨系统构建技术矛盾：改善运动物体的面积（平面度），恶化可制造性（加工精度要求更高，制造更加困难）。查技术矛盾矩阵表找到4个解决问题的发明原理：反过来做，分割，用复制品，借助中介物。选用分割原理，将原来单个瓷圈分割成三个独立的小瓷圈，小瓷圈的平面度更好加工。但是三个小瓷圈很难装配到同一平面上，继续构建技术矛盾：改善运动物体的面积，恶化操作流程的方便性（三个瓷圈很难装配平），查技术矛盾矩阵表找到4个发明原理：动态化，转变到新空间维度，反过来做，部分或超额行动。选用动态化原理，将每个瓷圈连接在柔性基座上，使得瓷圈可以随着研磨盘平面度的变化而自动的动态调整。改善前后的陶瓷圈如图1所示。

（1）改善前陶瓷圈          （2）改善后陶瓷圈

图1 改善前后的陶瓷圈对比图

新设计的陶瓷圈可以更加紧密的贴合研磨盘，使得纳米金刚石能更均匀的分散和更有效的嵌入研磨盘，提高纳米金刚石的磨削效率。使用新设计的陶瓷圈后，研磨时间缩短了4%，每年可以节省成本40万元。

3.2 利用物理矛盾解决问题原理改善研磨时间

为了提高磁头研磨工艺的生产效率，需要缩短研磨时间。减少研磨时间最直接的方法是减少研磨量，但是磁头在研磨前有一定的弯曲度，整体减少磁头的研磨量后会影响磁头的加工品质;而另一方面，为了改善加工品质，却希望增加研磨量。如何通过技术创新来解决此互相矛盾的问题呢？这是TRIZ理论中典型的物理矛盾，即在一个技术系统中对同一个参数提出了相反的或是不同的要求。

磁头研磨工序减少研磨时间与改善加工品质对研磨量不同要求的矛盾，可以应用分离原理中的条件分离来解决。以前物料的研磨量是固定的，运用条件分离原理，根据物料弯曲度的大小对物料进行分类，好物料（弯曲度小时）减小研磨量，从而减少研磨时间;差物料（弯曲度大时）增加研磨量，从而加工品质得到改善。这样就既减少了研磨时间，又照顾到了加工品质。

根据上述改进流程更新了做料系统。新系统的研磨时间减少了5%，而加工品质方面，异常物料的比率下降30%。经济效益上，每年为公司节省研磨液成本50万元，质量改善收益24万元。

3.3 利用进化法则提高研磨盘使用寿命

在磁头精密研磨阶段，为了提高研磨盘的使用寿命，希望研磨盘磨削率能随着使用寿命的增加而保持稳定。研磨盘磨削率变低的原因之一为研磨速度过低，提高研磨盘转速可以增加研磨盘的使用寿命，但是当磨料固有磨削率较高时，提高研磨盘速度会造成磁头表面粗糙度过大，影响产品质量。

研究研磨盘转速的变化历史，研磨盘转速经过了两个发展阶段：（1）单步固定转速研磨：整个研磨过程固定一个转速研磨，此时研磨表面较粗糙较大;（2）分多步研磨，每步固定转速，转速按步逐渐降低，此时研磨表面粗糙度好，质量好，但是研磨盘寿命短。按照TRIZ理论的进化法则，技术系统的进化遵循从低级向高级变化的过程，研磨盘的转速变化也遵循这一规律在动态性进化。依据动态性进化法则，可以继续提高研磨盘转速的可控性。设计一新的控制系统：研磨盘每步转速不再固定，可以根据研磨盘的固有磨削率（单位转数下的磨去量）自动调整转速，以保证研磨盘磨削率稳定。

采用自动调节研磨盘转速系统后，当因磨料性能下降而引起的研磨盘固有磨削率降低时，系统会自动提升转速作为补偿，保证单位时间下的磨削量稳定。新系统使用后研磨盘的寿命提升了30%，每年节约成本120萬元。

4 结束语

本文应用TRIZ创新原理与方法解决磁头研磨工艺中的三个实际难题，既提高了生产效率，保证了产品质量，又降低了生产成本，每年为公司带来的收益达两百多万元。最可贵的是有2项技术都只需要改进软件控制系统，不需要投资改进硬件，另一项技术投入成本也非常小，做到了“少花钱，多办事”！

通过这次应用TRIZ创新原理与方法来解决磁头研磨工艺中实际难题的研究，证明了将TRIZ工具应用于高科技产品中不断地提高质量和降低成本的巨大威力，从而提高了高科技企业在市场上的竞争力！

参考文献：

[1]廖志鹏.企业核心竞争力与技术创新辨析[J].发明与创新，2005（7）：4-6.

[2]张钦.计划裁员1.04万人西门子遭新能源挑战[N].北京青年报，2019-06-24.

[3]林岳，等.创新方法教程（初级）[M].北京：高等教育出版社，2012：38-39.