TRIZ发明原理解决车床操作伤害事故频发问题

张天旭 侯和龙 张春青 李冰冰 宋晓明

承德石油高等专科学校 河北 承德 067000

车床作为机械加工生产中应用最广泛的一种设备,主要依靠车床主轴带动工件高速旋转与车刀产生相对运动,从而进行切削加工,但由于初学者不熟悉其工作原理、不熟悉车床结构及没有熟练掌握基本操作技术要领,稍有不慎,就会因操作失误而产生机械伤害事故。因此,快速熟悉设备、熟练掌握操作技术是避免或者降低车床伤害事故发生率的重要途径。

TRIZ理论方法是以Genrich·Altshuller为首的前苏联数十家科研团队对上百万份的专利文献进行系统地分析和整理,并对其中具有数以万计的具有代表性的专利为重点进行归纳和总结,建立了一套以技术系统进化原理为核心的、体系化的、实用性强的解决问题的理论[1]。TRIZ被认为是目前最全面系统地论述发明创造、实现技术创新的新理论,运用这一理论可以大大加快人们创造发明的进程,进而得到高质量的创新产品,其在农业[2]、机械[3]、纺织[4]、物流[5]等诸多领域得到了广泛应用。

1 TRIZ发明原理应用

1.1 发明问题初始形势分析

1.1.1 定义技术系统实现的功能

问题所在技术系统:主轴带动工件旋转加工

技术系统实现功能:加工工件

实现该功能约束:1.工件高速旋转2.操作者控制车刀等工具进给运动

1.1.2 现有技术系统的工作原理 工件通过卡盘固定在主轴上,主轴高速旋转带动工件旋转。操作者控制车刀等设备进给,对工件进行加工。由于操作者操作不当,极可能发生撞刀、衣袖卷入车床等危险事故发生。

1.1.3 当前技术系统存在的问题

①易发生撞刀、衣袖卷入车床等危险事故;

②浪费原材料,刀具损坏严重;

1.1.4 问题出现的条件和时间

条件:操作者控制过程中失误

时间:车床加工工件过程中

1.1.5 新系统的要求

车床加工工件过程中,事故发生率降至0。

1.2 系统分析

1.2.1 系统分析

制品 工件系统元件 主轴、托板、基座、车刀、铁屑、操作者、卡盘超系统元件 开关、车床

建立系统功能模型如图1:

图1 系统功能模型

通过功能模型分析,我们描述了系统元件及其之间的相互关系,并得出导致发生撞刀、衣袖卷入车床等危险事故、浪费原材料,刀具损坏严重问题的功能因素。

在建立的功能模型图中选择目标问题如下:

1.2.2 因果分析 应用因果链分析法确定产生问题的原因如图2:

图2 因果分析

1.2.3 冲突区域确定:

问题关键点1:操作发生撞刀,涉及根原因是操作者练习少,进给控制不当。

问题关键点2:铁屑伤人,涉及根原因是铁屑无遮挡。问题关键点3:铁屑伤人,涉及根原因是工件高速旋转。

2 运用TRIZ工具解决问题

2.1 针对关键点1:操作发生撞刀,涉及根原因是操作者练习少,进给控制不当,构建物质—场模型:

运用标准解解决流程,根据标准解:系统传递(产生双系统或多系统)、改进双系统或多系统中的连接,得到解决方案1:开发模拟练习装置,掌握车床技术,模拟练习装置见图3。

图3 模拟练习装置示意图

2.2 针对问题关键点2:铁屑伤人,涉及根原因是铁屑无遮挡。构建物质—场模型:

运用标准解解决流程,根据标准解:在一个系统中有用及有害效应同时存在,S1及S2不必直接接触,引入S3消除有害效应。得到解决方案2、3:操作者头部佩戴轻便头盔或者在操作者一侧施加反向力,例如鼓风。

根据标准解:在一个系统中增加铁磁材料或磁场。得到解决方案4:在工件四周安装磁铁装置,吸附铁屑,解决飞出问题。

2.3 针对问题关键点3:铁屑伤人,涉及根原因是工件高速旋转,运用冲突解决。

技术冲突描述:为了加工工件,我们需要工件高速转旋,但这样会导致切削屑高速飞出。

查找冲突矩阵,改进特性A:速度,恶化特性B:物体产生的有害因素。根据原理:中介物,得到解决方案5:将工件预先套装多孔材料介质,降低铁屑飞出速度。

根据原理:参数变化,得到解决方案6:尽可能提高转速。

物理冲突:为了加工工件,我们既需要工件高速旋转,但又为了防止切削屑飞出,又希望工件低速转动,需要转速既要大又要小。基于条件分离,根据原理:机械系统的替代,得到解决方案7:预先编程控制机器加工,代替人。

2.4 最终确定方案 结合现场,对方案解进行评价,得到最终方案如下:

开发模拟练习装置,操作者通过模拟练习,掌握车床技术。同时在加工过程中,严格要求佩戴防护工具,此外,为车床安装自动喷洒冷却液装置给刀具降温。

3 结论

本文针对车床操作中事故频发问题,利用TRIZ理论中的系统分析、因果分析,建立功能模型,确定冲突区域与问题的关键点。再运用技术冲突、物理冲突、物质-场分析及76个标准解等TRIZ工具解决问题,提出了7种解决方案。通过评价,设计了能够帮助操作者快速掌握车床基本操作的模拟练习装置。