技術(shù)沖突解決原理及其在冷壓模具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計上的應(yīng)用

1、技術(shù)沖突解決原理及其在冷壓模具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計上的應(yīng)用    0 前言    為了提高模具使用壽命和降低生產(chǎn)成本，各模具生產(chǎn)企業(yè)都將模具產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計研究作為在市場競爭中取勝的重要手段。由于模具設(shè)計可以分為模具功能定義、概念設(shè)計、技術(shù)設(shè)計及詳細設(shè)計等幾個階段，而概念設(shè)計又是整個設(shè)計過程的關(guān)鍵，因此對模具進行概念創(chuàng)新設(shè)計或者針對原模具概念設(shè)計進行創(chuàng)新改良已成為我國模具行業(yè)進行創(chuàng)新設(shè)計研究的主要課題。目前各國科技工作者大多依據(jù)發(fā)明問題解決理論TRIZ (theory of inventive problem solving)進行產(chǎn)品

2、創(chuàng)新設(shè)計研究。    冷壓模具在使用過程中會出現(xiàn)各類問題，這主要是由于在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在沖突或者矛后而造成的。模具概念創(chuàng)新設(shè)計的核心就是解決模具設(shè)計中存在的沖突或者矛后，如果解決好沖突或矛后，就為模具設(shè)計提供了新途徑，新方法。為了解決各類沖突問題，TR1G理論的發(fā)明人前蘇聯(lián)學(xué)者G.S. Altshuller在研究世界上各種著名的發(fā)明和專利后建立了確定和解決沖突的理論方法，提出解決沖突的發(fā)明原理，運用基于知識的邏輯方法來解決沖突。這些方法包括發(fā)明原理(Inventive  Principles、發(fā)明問題解決算法(ARIZ, Algorithm for i

3、nventive Problem Solving)及標(biāo)準(zhǔn)解(TRIZ Standard Techniques)等，這些方法組成了TRTZ理論的主要內(nèi)容。    本文首先介紹了TRIZ理論中技術(shù)沖突的定義、物質(zhì)-場分析方法、技術(shù)沖突解決原理等基本概念，進而根據(jù)上述原理對某型鋼絲繩鋁套冷壓機冷壓模具結(jié)構(gòu)進行概念創(chuàng)新改良設(shè)計。在這一工程實例中，本文根據(jù)廠家要求運用39個通用工程參數(shù)確定原模具設(shè)計中存在的主要技術(shù)沖突，結(jié)合40條發(fā)明原理求解模具技術(shù)沖突矩陣得到可以解決該技術(shù)沖突的一般發(fā)明原理解，并將這些一般解轉(zhuǎn)化為模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的特定解，實現(xiàn)了對模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新改良，大幅

4、度提高了該模具的使用壽命。1 利用物質(zhì)-場分析方法確定技術(shù)沖突    1.1技術(shù)沖突的定義        沖突具有不同的分類方法，TRIZ理論將沖突分為兩個層次，第一個層次分為二類沖突:自然沖突、社會沖突及工程沖突，該二大類沖突中的每一類可以細分為若干類刑。其中工程沖突可細分為數(shù)學(xué)沖突、物理沖突、技術(shù)沖突二類，技術(shù)沖突為產(chǎn)品設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的沖突類刑，該類刑沖突較容易解決，它是TRIZ理論的主要研究內(nèi)容。技術(shù)沖突是指一個作用同時導(dǎo)致有用及有害兩種結(jié)果，也可指有用作用的引入或有害效應(yīng)的消除導(dǎo)致一個或幾個子系統(tǒng)

5、或系統(tǒng)某方面性能變壞。技術(shù)沖突常表現(xiàn)為一個系統(tǒng)中兩個子系統(tǒng)之間的沖突。        由于技術(shù)沖突是由沖突雙方子系統(tǒng)而造成的.因此使用合理的方法確定技術(shù)沖突就具有重要意義。    1.2物質(zhì)-場分析方法        物質(zhì)-場分析方法在TRIZ理論中是確定技術(shù)沖突的主要方法。作為TRIZ理論的基礎(chǔ)，Altshuller認(rèn)為產(chǎn)品是功能的實現(xiàn)。任何產(chǎn)品都包含一個或者多個功能，通過對產(chǎn)品的功能研究發(fā)現(xiàn)了如下3條定律:   

6、     (1)所有的功能都可以分解為3個基本元件。        (2)一個存在的功能必定由3個基本元件構(gòu)成。        (3)將相互作用的3個基本元件有機組合將產(chǎn)生一個功能。        組成功能的3個基本元件分別為兩種物質(zhì)及一種場。在TRIZ中，功能的基本描述如圖1所示，圖中F為場，S1及S2分別為物質(zhì)。其意義為:場F通過物質(zhì)S2作用于物質(zhì)S1,并且改變S1。 &#

7、160;  組成功能的每個兒件都具有其特殊的角色。S1為被動元件，起被作用、被操作、被改變的角色。S2為主動兒件，起到工具的作用，它操作、改變或者作用于被動元件S1，S2又被稱為工具。F為使能元件，它使得S1與S2相互作用。由于產(chǎn)品要由具有相互關(guān)系的多個零部件組成，并且一個產(chǎn)品系統(tǒng)中具有多個功能，在一個功能中作為被動元件S1可能是另一功能中的主動元件S2，這些功能的總體就構(gòu)成了待設(shè)計的系統(tǒng)的總功能。    1.3技術(shù)沖突的確定方法        按物質(zhì)-場分析方法，首先建立待設(shè)計系統(tǒng)的模型。一個

8、系統(tǒng)往往包含多個功能，建立每個功能的模型是必須的。TRIZ中將功能分為4類:        (1)有效完整功能。該功能的3個元件都存在，且都有效，是設(shè)計者追求的效應(yīng)。        (2)不完整功能。組成功能的三元件中部分元件不存在，需要增加元件來實現(xiàn)有效完整功能，或用一種新功能代。        (3)非有效完整功能。功能中的三元件都存在，但設(shè)計者所追求的效應(yīng)未能完全實現(xiàn)。如產(chǎn)生的力不足夠大、溫度不足夠高等，需要改

9、進以達到要求。        (4)有害功能。功能中的三元件都存在，但產(chǎn)生與設(shè)計者所追求效應(yīng)相沖突的效應(yīng)。        創(chuàng)新設(shè)計的過程就是要消除有害功能。一個產(chǎn)品或系統(tǒng)往往是多個支持功能的體現(xiàn)。如果用圖1所示的符號系統(tǒng)來表示這些支持功能，并且S1將有害效應(yīng)作用于S1時，則可判斷系統(tǒng)或產(chǎn)品是否存在有技術(shù)沖突，如圖2所示。圖2 (a)可以解釋為，系統(tǒng)中同時存在有效完整功能S1.1及有害功能S1.2,有效完整功能S1.1的存在同時導(dǎo)致了有害功能S1.2的存在，因此存在技術(shù)沖突。圖

10、2 (b)的意義為:系統(tǒng)中同時存在非有效完整功能S1.1及有害功能S1.2，如果改價非有效完整功能S1.1則可能加劇有害功能S1.2的負(fù)面效應(yīng)，因此存在技術(shù)沖突。圖2為技術(shù)沖突的一種模型。由上文可看出利用物質(zhì)-場分析的方法可以快速發(fā)現(xiàn)己有產(chǎn)品的技術(shù)沖突，以便利用技術(shù)沖突解決原理加以解決。2 技術(shù)沖突解決原理及沖突知陣    2.1技術(shù)沖突解決原理        為了能夠更好地描述沖突，通過對250萬件專利的詳細研究，TRIZ理淪提出利用39個通用工程參數(shù)描述沖突。在實際應(yīng)用中，首先要把一組或者多組沖突均用

11、該39個工程參數(shù)來表示，利用該方法可以把實際工程中設(shè)計的沖突轉(zhuǎn)化為一般的或者標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)沖突來解決。        技術(shù)沖突解決原理即為TRIZ理淪中的40條發(fā)明原理。在技術(shù)創(chuàng)新的>' target='_blank' class='infotextkey'>歷史中，人類不斷總結(jié)前人很多發(fā)明創(chuàng)造的經(jīng)驗，得出兩大類經(jīng)驗的總結(jié):適應(yīng)于本領(lǐng)域的經(jīng)驗和適應(yīng)于不同領(lǐng)域的通用經(jīng)驗。第一類經(jīng)驗主要由本領(lǐng)域的專家、研究人員本身總結(jié)，或者與這些人員討淪并整理總結(jié)，這一類經(jīng)驗對本領(lǐng)域產(chǎn)品創(chuàng)新具有一定意義，但

12、對其它領(lǐng)域的創(chuàng)新意義不大。第一類經(jīng)驗是由專門的研究人員對不同領(lǐng)域的己有創(chuàng)新成果進行分析、總結(jié)而得到的具有普遍意義的規(guī)律，這些規(guī)律對指導(dǎo)不同領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng)新都具有重要參考價值。TRIZ理淪中的發(fā)明原理就屬于第一類經(jīng)驗，這些原理是在分析全世界大量專利的基礎(chǔ)上提出的。通過對專利的分析，TRIZ的分析人員發(fā)現(xiàn)在以往不同領(lǐng)域的發(fā)明中所用到的發(fā)明原理并不多，這些發(fā)明原理被人們在不同時代用于不同領(lǐng)域的發(fā)明。每條發(fā)明原理并不限定于僅能用于某一領(lǐng)域，它融合了物理的、化學(xué)的及各個工程領(lǐng)域的原理，可以使用于不同的領(lǐng)域的發(fā)明創(chuàng)造。發(fā)明原理起著工具集的作用，從發(fā)明原理中選擇規(guī)則，可對問題提出求解的思路或線索。        2.2沖突知陣        沖突矩陣是解決技術(shù)沖突的有效方法。沖突矩陣為一個40行40列的矩陣，它是由39個通用工程參數(shù)和40條發(fā)明原理所構(gòu)成的龐大矩陣，其中第1行為惡化的特征參數(shù).第一列為改再的特征參數(shù)。除