民航飛機客艙維修方法研究和分析

民航飛機客艙維修方法研究和分析緒論課題研究背景及意義隨著我國城鎮(zhèn)化的提高、“一帶一路”政策、中等收入群體增加，以及旅游業(yè)旺盛等原因，我國民航業(yè)正處于快速發(fā)展階段。據(jù)統(tǒng)計，2017年我國民航旅客運輸量5.49億人次，年均增長率達(dá)到12.6%。以南方航空為例，到2020年，預(yù)計機隊規(guī)模將達(dá)到1000架，年客運量將達(dá)到1.6億人次。民航業(yè)的高速發(fā)展也帶來了許多問題，航班延誤是其中較為嚴(yán)重的一個問題。2017年7月的全球航班準(zhǔn)點率報告顯示，全球準(zhǔn)點率最低航空公司前10名里，中國航空公司占了8名，問題嚴(yán)重性可見一斑；航班延誤的原因有很多，包括天氣原因、交通管制、飛機故障、飛機調(diào)配以及航班插隊等原因。為了降低航班延誤率，航空公司可以做到的就增強維修能力，盡可能地降低飛機故障維修所用的時間。客艙作為旅客接觸得最多的地方，自然要保持較高的維修效率和維修水平，才能達(dá)到減小延誤率和讓旅客更加滿意的目的?？团摰墓ぷ鲗ο笾饕郝每妥?、乘務(wù)員座椅、廚房、廁所、馬桶、地板、隔板、旋梯吧臺、烤箱、咖啡壺、壁板、天花板、行李箱、旅客服務(wù)組件、地毯隔熱棉、緊急撤離系統(tǒng)、旅客娛樂系統(tǒng)、各類標(biāo)牌救生設(shè)備、各種門的裝飾板及乘務(wù)員服務(wù)面板及各種應(yīng)急設(shè)備[1]，這些都是在飛行過程中經(jīng)常被旅客或空乘使用的設(shè)備，這些設(shè)備由于經(jīng)常使用，容易發(fā)生失效，產(chǎn)生故障；如果不能及時、有效地進行排故，將會對旅客的旅行體驗造成不良體驗，久而久之就會有損航空公司的形象和口碑等，直接影響到航空公司的收益。由于飛機制造商和政策等的原因，飛機上只有很少的零部件可以由中國制造，其他零部件都是進口件，客艙里的設(shè)備和零部件也不例外，甚至維修工具和各種維修消耗品，例如各類粘接膠、打磨消耗砂紙、清潔劑、溶劑等都需要經(jīng)過特殊采購才能從國外進口最后送至維修現(xiàn)場。這樣的采購方式使得維修金錢成本額外昂貴，同時，由于客艙空間并不算寬闊，很多體積大一點的零部件或設(shè)備維修或更換困難，維修的時間成本也很高，一旦在航線上出現(xiàn)這類故障，又需要進行維修，就有可能造成航班延誤。在二十世紀(jì)，我國的經(jīng)濟發(fā)展水平不高，民航運輸市場不大，航空公司機隊規(guī)模不大，導(dǎo)致航空公司與飛機制造商、零部件制造商等的話語權(quán)并不大，維修工作只能按工卡手冊施工，基本沒有自主權(quán)，絕大部分航材、非航材消耗品和工具等都只能依賴進口；但是由于我國經(jīng)濟實力越來越強，中國民航業(yè)發(fā)展得也很好，市場廣闊，航空公司機隊規(guī)模也變得龐大，飛機制造商也不得不重視中國航空公司的意見，航空公司或維修單位對客艙某些部件的更好的維修方案也得到了飛機制造商的承認(rèn)。由于客艙很多較大零部件，例如行李箱蓋板等板材、洗手臺下的金屬箱等，一旦某一處發(fā)生故障，手冊上的維修方法很多都是直接更換，但是由于部件體積較大的原因，更換耗時較長；同時，這些部件或設(shè)備很多都是進口件，價格十分昂貴，維修成本高。針對這個問題，目前很多航空公司都在爭取獲得授權(quán)，研究制造適航的零部件，降低維修成本；同時，對于客艙的較大零部件或設(shè)備故障，著手研究超規(guī)范維修，在取得授權(quán)獲得批準(zhǔn)后，不按工卡手冊施工，而是對其進行一定程度的改裝，以達(dá)到維修的目的而又不需進行零部件或設(shè)備的直接更換。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)肖國平等人著手研究優(yōu)化客艙維修了流程，嘗試把精益生產(chǎn)技術(shù)引進客艙維修當(dāng)中，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場管理5S，對客艙維修生產(chǎn)現(xiàn)場進行改進，制定可實施的標(biāo)準(zhǔn)化工序，推動持續(xù)改善生產(chǎn)流程創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新。針對客艙內(nèi)裝飾品以及塑料件表面等，也有很多學(xué)者在研究如何以更低的成本去維修。對于墻紙的修理，肖毅和王玨研究使用修飾筆來對損傷小于四分之一英寸的劃痕和刮傷直接進行涂畫修理，也可以對挖補修理后的墻紙進行涂畫修理[2]。對于塑料件破損的裂紋或斷裂修復(fù)一般采用鋪層修理工藝，通過鋪層修理可以使裝飾件強度接近原始強度，但是不可能超過或等同于原始強度。對于鋪層層數(shù)的依據(jù),通過裂紋尺寸和板材厚度來確定[3]。而對于金屬件的表面修理，龔勇研究采用納米噴涂工藝。在鋁合金件出現(xiàn)磨損劃傷、掉色、發(fā)黑、失去光澤等的情況下，采用新型的納米噴鍍工藝進行修理，這能使色彩表達(dá)更加豐富，同時又具有方便、高效、安全、環(huán)保、低成本的優(yōu)點，同時完全滿足客艙維修手冊的要求和適航法規(guī)的要求,符合客艙鋁合金裝飾件的外觀和使用要求[4]。國外的航空公司則更注重于零部件的可靠性分析和維修方案的確定。由于飛機內(nèi)部的客艙零部件很少得到客艙零部件制造商規(guī)定的可靠性分析或維護計劃，航空公司只能按照自己的想法來確立維修方案，這樣就會造成維修成本的提高。Ubair.H.Rehmanjan從客艙座椅開始著手研究，對客艙座椅進行12或24個月的故障統(tǒng)計，分析出現(xiàn)得最多的故障類型，進行系統(tǒng)分析并分類，確定哪些故障需要馬上進行維修，從而減少其他故障的發(fā)生[5]。本文主要做的工作客艙維修首先要保障飛機和旅客的安全，在此基礎(chǔ)上還要讓旅客在飛行途中更加舒適；其次要把維修的時間盡可能地縮短，同時又不影響維修質(zhì)量；再之要盡可能想辦法在保證適航的同時降低維修成本；最后就是對零部件進行改裝，使其不容易失效。本文主要講述如何用超規(guī)范維修來達(dá)到以上的維修目標(biāo)，同時利用TRIZ理論對超規(guī)范維修的維修流程進行一定的改進。飛機客艙故障分析故障的分類故障的定義是“設(shè)備不能執(zhí)行規(guī)定功能的狀態(tài)”。設(shè)備的故障按技術(shù)性原因分類，可分為四大類，分別是：磨損性故障、腐蝕性故障、斷裂性故障和老化性故障。1、磨損性故障磨損性故障是指由于運動部件磨損，在某一時刻超過極限值所引起的故障。而磨損是指機械在工作過程中，在接觸狀態(tài)有相對運動，在摩擦作用下，形狀、尺寸以及表面質(zhì)量發(fā)生變化的現(xiàn)象。按其形成機理可分為黏附磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損、微振磨損等四種類型[6]。（1）黏附磨損：黏附磨損是指當(dāng)摩擦表面的輪廓峰（輪廓峰是指金屬表面經(jīng)過精加工后仍然存在的凸峰）在相互作用的各點處由于瞬時的溫升和壓力形成黏附結(jié)合點后，在相對運動時，材料從一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面，導(dǎo)致結(jié)合點發(fā)生變形和破壞，從而形成黏附磨損。（2）表面疲勞磨損：表面疲勞磨損是指交變接觸應(yīng)力的作用下的兩個接觸面，由于表面疲勞而造成了物質(zhì)損失，材料表面形成點蝕或剝落。（3）腐蝕磨損：腐蝕磨損是指零件表面發(fā)生了相對滑動，表面金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生腐蝕，引起材料損失的現(xiàn)象。（4）微振磨損：微振磨損是指兩個接觸面間沒有宏觀相對運動，但在外界變動載荷作用下，有小振幅的相對運動（振幅一般為2～20μm），此時接觸表面間產(chǎn)生大量的微小氧化物磨損粉末，微振磨損一般使金屬表面出現(xiàn)麻坑或溝槽。2、腐蝕性故障腐蝕性故障按腐蝕機理不同可分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕以及物理腐蝕三類。（1）化學(xué)腐蝕：化學(xué)腐蝕是指金屬材料在干燥氣體和非電解質(zhì)溶液中直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成化合物的過程，反應(yīng)過程中沒有電流產(chǎn)生。（2）電化學(xué)腐蝕：電化學(xué)腐蝕是指金屬和電解質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)所造成的腐蝕，反應(yīng)過程中有電流產(chǎn)生。（3）物理腐蝕：物理腐蝕是指金屬與熔融鹽、熔堿、液態(tài)金屬相接處，使金屬某一區(qū)域不斷溶解，另一區(qū)域不斷形成的物質(zhì)轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，物理腐蝕是單純的物理溶解。3、斷裂性故障斷裂性故障可分為脆性斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、塑性斷裂等。（1）脆性斷裂：脆性斷裂是指材料在未斷裂之前沒有塑性變形發(fā)生，或發(fā)生很小的塑性變形導(dǎo)致破壞的現(xiàn)象，脆性斷裂的構(gòu)件常形成碎片。引起脆性斷裂的原因有很多，可以由材料性質(zhì)不均勻引起，或由于加工工藝處理不當(dāng)所引起，或由于惡劣環(huán)境所引起，例如低溫，使材料的機械性能降低。（2）疲勞斷裂：疲勞斷裂是指由于熱疲勞、機械疲勞（彎曲疲勞、接觸疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、復(fù)合載荷疲勞等）以及復(fù)雜環(huán)境下的疲勞等各種綜合因素共同作用，超出材料的疲勞極限所引起的斷裂（3）應(yīng)力腐蝕斷裂：應(yīng)力腐蝕斷裂是指有熱應(yīng)力、焊接應(yīng)力、殘余應(yīng)力或者其他外拉應(yīng)力的零件，如果同時存在與金屬材料相匹配的腐蝕介質(zhì)，就會使材料產(chǎn)生裂紋，并以顯著速度發(fā)展的一種斷裂。（4）塑性斷裂：塑性斷裂前，一件材料在外力作用下產(chǎn)生的變形量超過其最大彈性變形量后，此時材料將不能恢復(fù)到原樣，而會保留一定的變形量，使得其工作狀況不良好，久而久之零件將發(fā)生斷裂。4、老化性故障老化性故障是指上述綜合因素作用于設(shè)備，使其性能老化所引起的故障。故障的維修維修思想在1958年噴氣客機剛開始進行民航客運服務(wù)時，由于零件的尺寸和復(fù)雜程度急劇增加，事故率也增加了。按照傳統(tǒng)的維修理念，只要增加檢查次數(shù)和縮短返修時間，就可以保證飛機的安全；但是這樣做之后僅僅是讓維修成本大幅增加，而事故率并沒有得到顯著下降，并且在維修周期縮短到一定程度之后，事故的發(fā)生率不降反升。后來從1961年開始，美國開始研究新的維修理論，通過對大量事故進行分析研究，并研究分析各類零件的可靠性，得到了新的一套維修理論。（1）航空器的整體可靠性是由各個系統(tǒng)的綜合功能決定的，不是和每個零部件的可靠性必然聯(lián)系在一起，有些零部件的損壞，并不直接影響飛行安全，或是功能可以由其他零部件或系統(tǒng)來補償，或是只影響飛行的經(jīng)濟性。因此，應(yīng)該從航空器的整體可靠性來分析每個零部件或每個系統(tǒng)。（2）通過對失效零部件的分析，發(fā)現(xiàn)零部件的失效曲線并不只有隨時間推移，零部件故障率在某一時期突然增長一種，而是有多種情況，其中主要的有三類：第一類是由于使用初期零部件有磨合期的存在，故障率隨時間推移逐漸降低并趨于穩(wěn)定，然后在某一時期突然上升，如圖2.1所示。第二類也是有磨合期的存在，但當(dāng)零部件度過磨合期故障率趨于穩(wěn)定后，故障率一直保持不變，如圖2.2所示。第三類也是有磨合期的存在，在度過磨合期后，零部件的故障率隨著時間推移不斷上升，如圖2.3所示。圖2.1第一類故障曲線圖2.2第二類故障曲線圖2.3第三類故障曲線（3）從飛機的整體可靠性來分析，真正影響飛行安全的零部件故障只占整個故障的一小部分，而且這種聯(lián)系和影響可以通過設(shè)計來減少或消除。（4）設(shè)計和維修是聯(lián)系在一起的，維修只能最高只能達(dá)到設(shè)計所要求的的性能，如果問題依舊存在，就只能通過設(shè)計制造層面來解決問題。（5）針對不同的零部件要采用不同的維修方式，維修工作不夠或者過量都會使零部件的可靠性降低。維修方式針對新的維修理論，有三種維修方式被研究出來。（1）定時維修方式：定時維修是對某些重要的，符合第一類故障曲線的零部件給予一定的使用期限，到時后直接給予更換、報廢，而這類零部件往往決定了檢修的時限，在零部件使用時間到達(dá)檢修期時，無論其實際狀態(tài)如何，必須更換該部件。（2）視情維修：視情維修是針對第二類故障曲線的零部件的維修方式，由于該類零件沒有明顯的故障增長時限，所以為了充分發(fā)揮零部件的效能，通過檢測和觀察這些零部件的使用情況，根據(jù)零件的實際情況來決定是否維修或更換。（3）狀態(tài)監(jiān)控：對零部件的故障分析可以看出，某些零部件對飛機的飛行安全并不直接造成影響，即使這些零部件發(fā)生故障，飛機也能安全運行。我們就可以在對這些零部件進行監(jiān)控，在這些零部件發(fā)生故障后及時排除[7]?？团摴收暇S修方法規(guī)范維修在民航客機客艙中，常見的故障有幾種，第一種是燈的故障，例如窗燈、頂燈等；第二種是熱水器、烤箱、打印機、客艙話筒等設(shè)備的故障；第三種是乘客座椅部分的故障，例如餐桌板、扶手等的故障[8]。客艙中絕大部分的零部件都是不直接影響飛機飛行安全的，因此，一般采用狀態(tài)監(jiān)控維修方式，一旦發(fā)生故障就及時發(fā)現(xiàn)，待留適當(dāng)?shù)臅r刻進行排故。規(guī)范維修通常沒有通用標(biāo)準(zhǔn)流程，只能按廠家手冊所給步驟施工，也就是常說的嚴(yán)格按手冊施工，定檢時客艙維修工藝流程如圖2.4所示。圖2.4定檢時客艙維修工藝流程在日常維護中，規(guī)范維修可以解決客艙的大部分故障。規(guī)范維修是指按手冊和規(guī)范進行的維修，包括修理、更換OEM（OriginalEquipmentManufacturer原始設(shè)備制造商）件、更換PMA（PartsManufacturerApproval零部件制造商批準(zhǔn)書）件、更換自制件以及串件等。對于損壞件的更換，可以采用原始設(shè)備制造商生產(chǎn)的零部件，該件為飛機出廠時的件；也可以選擇采用符合規(guī)定的、取得相關(guān)證書的零部件制造商所生產(chǎn)的零部件；當(dāng)以上兩種件成本過高，經(jīng)濟效益過低時，或者訂貨流程過慢，維修單位可以選擇向局方申請自己制造相關(guān)零部件，當(dāng)取得局方批準(zhǔn)后，就可以自己生產(chǎn)合格的、符合安全標(biāo)準(zhǔn)的零部件安裝到飛機上，這樣做可以很大程度降低維修成本。在航線和大修的客艙維修過程中，有時某個零部件需要更換，但是航材庫中并沒有相關(guān)零部件，而又來不及訂貨，或者已經(jīng)訂貨但尚未送達(dá)的情況下，可以從機庫中某架飛機把相應(yīng)的、可用的零部件拆卸下來，裝到即將出庫或即將進行航班飛行的飛機上，待航材庫訂貨回來后再把零部件裝到拆卸了相應(yīng)零部件的飛機上，這種維修被稱為串件。超規(guī)范維修當(dāng)維修單位或航空公司發(fā)現(xiàn)客艙的某個零部件經(jīng)常出現(xiàn)故障、故障不容易維修或者手冊上制定的維修方案維修成本太高時，就會運用到超規(guī)范維修。超規(guī)范維修是指維修的內(nèi)容超出飛機制造廠家制定的維修手冊的內(nèi)容，超規(guī)范維修的維修方案通常由以下兩個途徑獲得：（1）可以把問題提交給飛機制造廠家，由廠家重新制定合適的維修方案。但是飛機制造廠家重新制定的方案一般是針對全球的航空公司而修訂的，由于顧客類型、氣候等原因，并不一定合適；而且飛機制造廠家要重新制定維修方案一般需要較長的時間，這會使故障保留很久，不利于航空公司運營飛機。（2）超規(guī)范維修的維修方案也可以由航空公司在獲得有關(guān)授權(quán)后自行制定。這樣做的好處是制定維修方案的時間會比飛機制造廠家短很多，而且也可以結(jié)合實際運營情況，進一步降低維修成本。超規(guī)范維修流程如圖2.5所示圖2.5超規(guī)范維修流程在該流程中，現(xiàn)有方法論存在些許不足，要想出合適的維修方案給機務(wù)工作人員帶來了不少麻煩。針對這個問題，可以嘗試?yán)肨RIZ理論來分析故障，并制定合適的維修方案。TIRZ理論概括及應(yīng)用流程TIRZ理論概括蘇聯(lián)海軍專利局專利審核員根里奇?阿奇舒勒及一批研究人員經(jīng)過多年的努力，在分析研究了世界上大量高水平專利的基礎(chǔ)上，提出和創(chuàng)建了發(fā)明問題解決理論。TRIZ是利用TRIZ工具得到標(biāo)準(zhǔn)解，然后進行對比分析，得出最優(yōu)化解決方案。TRIZ已形成完整的理論體系：發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。TRIZ理論的主要方法是將人們所需要解決的實際存在進行定義，根據(jù)TRIZ所提供的原理將實際問題轉(zhuǎn)換為可以歸類的標(biāo)準(zhǔn)問題，并針對標(biāo)準(zhǔn)問題進行分析總結(jié)，提煉出可能的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案，為創(chuàng)新設(shè)計發(fā)明提供思路。TRIZ和其他傳統(tǒng)的常用創(chuàng)新方法有本質(zhì)的區(qū)別：使用TRIZ前后對比如圖2.4所示，一般來說，一位工程師在面對相對簡單問題時，需要嘗試10～100次才能找到解決方案，而相對復(fù)雜的問題時，則需要嘗試上千次，耗時長達(dá)幾個月甚至幾年；如果運用TRIZ來尋找最有效方式，則嘗試次數(shù)可減少至原來的1/1000～1/10，相應(yīng)地，產(chǎn)生這些解決方案所用的時間將會減少[9]。圖2.4TRIZ運用前后對比TRIZ應(yīng)用流程TRIZ通用問題求解流程為：發(fā)現(xiàn)和定義問題、分析問題和解決問題；與之對應(yīng)的TRIZ應(yīng)用流程則是：識別問題、解決問題和創(chuàng)新概念生成三個階段，TRIZ應(yīng)用流程如圖2.6所示。裁剪組件或流程功能模型建立裁剪組件或流程功能模型建立工程問題選擇與描述IFR、資源IFR、資源分析或技術(shù)進化分析因果鏈分析或根原因分析建立建立問題模型與關(guān)鍵問題（KeyProblem）選擇 問題識別技術(shù)系統(tǒng)進化法則發(fā)明問題解決算法ARIZ技術(shù)系統(tǒng)進化法則發(fā)明問題解決算法ARIZ物質(zhì)-場模型Howto模型物理物質(zhì)-場模型Howto模型物理矛盾技術(shù)矛盾39個工程參數(shù)40個發(fā)明原理分離原理、滿足或繞開矛盾，40個發(fā)明原理76個標(biāo)準(zhǔn)解76個標(biāo)準(zhǔn)解科學(xué)效應(yīng)科學(xué)效應(yīng)與效應(yīng)知識庫解決問題創(chuàng)新創(chuàng)新概念生成、創(chuàng)意生成、產(chǎn)生解決方案……解決次生（次級解決次生（次級）問題方案（概念）驗證與評估概念驗證圖2.6TRIZ應(yīng)用流程[10]客艙內(nèi)鉸鏈故障分析問題描述鉸鏈底座故障問題描述民航客機作為商業(yè)用途的飛機，在保證安全的前提下，會盡可能地讓飛機的重量變得更加輕便，以達(dá)到省油的目的；特別是在客艙內(nèi)不涉及飛行安全的部件，會更加地追求輕薄，以降低飛行重量，但是追求輕薄的板料在日常使用很容易由于強度不夠而容易發(fā)生故障，客艙垃圾門就是一個典型的例子。模型圖和實景圖如圖3.1和圖3.2所示。圖3.1客艙垃圾門示意圖圖3.2客艙垃圾門實景圖客艙廁所垃圾箱由于不涉及飛行安全，在各種機型上都做得比較薄，鉸鏈底座在日常勤務(wù)中容易發(fā)生故障，而這在波音787上尤為嚴(yán)重。圖3.2所示垃圾箱是整體的鋁合金，體積較大，而廁所空間狹窄，很難進行更換；假如進行更換，就必須更換整個箱體，里面的部件拆卸非常繁瑣，很難在日常勤務(wù)的時間內(nèi)完成；由于是進口件，所以更換整個箱體非常昂貴，價格高達(dá)上千美金，維修成本太高。因此，對該部件進行超規(guī)范維修和改裝是很有意義的。故障情境及解決思路工作人員在對飛機做日常勤務(wù)工作中，可能用力過猛或用力方向不正確，就很可能會使飛機客艙廁所垃圾箱門上鉸鏈底座金屬疲勞；當(dāng)積累到一定程度就會發(fā)生斷裂性故障，鉸鏈底座開裂，如圖3.3、3.4所示。圖3.3鉸鏈底座開裂圖3.4鉸鏈底座開裂要解決的問題及要求對于新的技術(shù)系統(tǒng)，我們要求箱體在日常勤務(wù)中不會輕易發(fā)生部分?jǐn)嗔?，并且不會帶來次生問題。問題分析箱門連接系統(tǒng)的組件分析組件分析是指識別技術(shù)系統(tǒng)的組件及其超系統(tǒng)組件，得到系統(tǒng)和超系統(tǒng)組件列表，箱門連接系統(tǒng)的組件列表如表3.1所示。表3.1箱門連接系統(tǒng)的組件列表技術(shù)系統(tǒng)主要功能組件超系統(tǒng)組件箱門連接系統(tǒng)連接箱門和箱體箱門轉(zhuǎn)軸箱體鉸鏈螺釘人上表指出了箱門連接系統(tǒng)是由那些組件構(gòu)成的，這是識別問題的第一步。箱門連接系統(tǒng)的相互作用矩陣組件相互作用分析用于識別技術(shù)系統(tǒng)及超系統(tǒng)組件之間的相互作用，分析的的結(jié)果由相互作用矩陣表示，箱門連接系統(tǒng)組件相互作用矩陣如表3.2所示。表3.2箱門連接系統(tǒng)組件相互作用矩陣箱門轉(zhuǎn)軸鉸鏈螺釘箱體人箱門++轉(zhuǎn)軸+鉸鏈+--螺釘+-箱體-人以相互作用矩陣為基礎(chǔ)，按照矩陣中組件出現(xiàn)的順序，將其作為功能載體，分析功能載體可以提供的功能，就可以建立系統(tǒng)的功能模型箱門連接系統(tǒng)的功能模型對箱門連接系統(tǒng)進行功能模型分析，可以重新發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)組件的目的和其表現(xiàn)，進而發(fā)現(xiàn)問題的癥結(jié)，才可以運用其他方法進一步加以改進，而功能分析的結(jié)果就是功能模型，箱門連接系統(tǒng)功能分析表如表3.3所示，箱門連接系統(tǒng)功能模型如圖3.5所示。表3.3箱門連接系統(tǒng)功能分析表功能載體功能名稱功能等級性能水平成本箱門定位轉(zhuǎn)軸AxN支撐人AxN轉(zhuǎn)軸支撐箱門BN連接鉸鏈BN鉸鏈支撐轉(zhuǎn)軸BN螺釘連接箱體BN連接鉸鏈BN箱體定位螺釘AxN支撐鉸鏈AxI人移動箱門H人人支撐壓支撐壓迫連接連接定位箱門箱體螺釘定位箱門箱體螺釘連接定位連接定位定位支撐鉸鏈轉(zhuǎn)軸鉸鏈轉(zhuǎn)軸圖3.5箱門連接系統(tǒng)功能模型通過功能模型的分析可以得出：（1）由于箱體尺寸的原因，厚度過薄，導(dǎo)致強度不足，在開門關(guān)門的循環(huán)下，容易發(fā)生疲勞斷裂；（2）人在移動箱門的時候會壓迫箱門，而這個力最終都是由箱體來支撐。箱門連接系統(tǒng)的原因軸分析原因軸分析可以從系統(tǒng)存在的問題入手，層層分析形成此現(xiàn)象的原因，直到分析到不可分解，然后沿著原因軸從根本原因向問題逐個檢查原因節(jié)點，找到第一個可以改變或控制得原因節(jié)點，進行規(guī)范化描述，找到解決問題的入手點。箱門連接系統(tǒng)的原因軸分析如圖3.6所示廠家希望降低箱體的重量和成本箱體在與鉸鏈連接部位強度不足箱體壁做得較薄廠家希望降低箱體的重量和成本箱體在與鉸鏈連接部位強度不足箱體壁做得較薄箱體在與鉸鏈連接部位容易發(fā)生斷裂箱體在與鉸鏈連接部位容易發(fā)生斷裂與與由于杠桿原理手施加的向下的力僅由門鉸鏈支持人操作箱門時手接觸的是箱門遠(yuǎn)離鉸鉸鏈的上角由于杠桿原理手施加的向下的力僅由門鉸鏈支持人操作箱門時手接觸的是箱門遠(yuǎn)離鉸鉸鏈的上角箱體出現(xiàn)受力不均勻與箱體出現(xiàn)受力不均勻與門被打開后門的重力僅由鉸鏈支持門被打開后門的重力僅由鉸鏈支持圖3.6箱門連接系統(tǒng)的原因軸分析1、因果分析的規(guī)范化描述有害壓力手有害受力不均不足箱體強度 2、選擇解題的入手點 （1）增加箱體的強度 （2）消除或減輕受力不均現(xiàn)象（3）消除或減輕手對箱門的壓力物理矛盾分析及解決方案物理矛盾分析物理矛盾是指在一個技術(shù)系統(tǒng)中，對同一個參數(shù)提出了不同或是相反的要求時，就出現(xiàn)了物理矛盾。箱體既要厚又要薄根據(jù)因果分析，如果箱體太薄就會造成其強度不足，箱體太厚又會造成其重量過重以及安裝運輸?shù)炔环奖恪?、時間分離Step1：定義物理矛盾參數(shù)：箱體厚度要求1：厚度大，可以提供足夠的強度，但太重會導(dǎo)致安裝運輸?shù)炔环奖?。要?：厚度小，可以減小飛機重量，還可以使安裝運輸?shù)雀臃奖?，但強度不足。Step2：如果想實現(xiàn)技術(shù)系統(tǒng)的理想狀態(tài)，這個參數(shù)的不同要求應(yīng)該在什么時間得以實現(xiàn)？時間1：安裝完成后及使用過程中，厚度大時間2：安裝過程以及使用過程中，厚度小Step3：以上兩個時間區(qū)域是否交叉？是：嘗試其他分離方法□否：應(yīng)用空間分離2、空間分離Step1：定義物理矛盾參數(shù)：箱體厚度要求1：厚度大，可以提供足夠的強度，但太重會導(dǎo)致安裝運輸?shù)炔环奖?。要?：厚度小，可以減小飛機重量，還可以使安裝運輸?shù)雀臃奖?，但強度不足。Step2：如果想實現(xiàn)技術(shù)系統(tǒng)的理想狀態(tài)，這個參數(shù)的不同要求應(yīng)該在什么時間得以實現(xiàn)？時間1：箱體與鉸鏈結(jié)合處，厚度大時間2：除箱體與鉸鏈結(jié)合處的箱體，厚度小Step3：以上兩個空間區(qū)域是否交叉？□是：嘗試其他分離方法否：應(yīng)用空間分離備選方案1：把箱體和鉸鏈的結(jié)合處與箱體分離開來，把箱體進行切割，加裝一個強度足夠的厚金屬片來提供足夠的強度，如圖3.7所示。圖3.7切割箱體后安裝L型厚金屬片備選方案2：不切割箱體，直接安裝L型厚金屬片如圖3.8所示。圖3.8直接安裝L型厚金屬片物場分析及76個標(biāo)準(zhǔn)解應(yīng)用故障的物-場模型1、待解決的關(guān)鍵問題及相關(guān)的物質(zhì)、場問題：手把門向下壓會使鉸鏈底座損壞物質(zhì)：門，箱體場：機械場2、建立物場模型，如圖3.9所示（1）有用功能——期望功能（2）有害功能——不期望功能壓力支持力S1S2MeMe壓力支持力S1S2MeMeS1SS1S2箱體箱門箱門箱體箱體箱門箱門箱體圖3.9建立物場模型確定代表性的解通過物場模型變換規(guī)則中的規(guī)則4，消除有害的物質(zhì)或場的最有效方法是引入第三種物質(zhì)或場，再結(jié)合76個標(biāo)準(zhǔn)解，可以采用S1.2.4：如果系統(tǒng)中存在有用作用的同事又存在有害作用，可以通過引入F2來抵消F1的有害作用，,或?qū)⒂泻ψ饔棉D(zhuǎn)換為有用作用；或者采用S1.2.1：在S1和S2之間引入S3來消除有害作用。確定具體的解壓力S3S1S2Me壓力箱門箱體新的物-場模型如圖3.10所示壓力S3S1S2Me壓力箱門箱體F2S1S2MeF2S1S2Me箱門箱體箱門箱體圖3.10新的物場模型（1）在箱門和箱體之間引入新的機械場備選方案3：把箱門的轉(zhuǎn)軸加長到合適的長度，并且在轉(zhuǎn)軸上方大理石臺和下方的地板各鉆一個孔，把轉(zhuǎn)軸安裝在里面，讓轉(zhuǎn)軸來提供支持力。備選方案4：在方案三的基礎(chǔ)上，在轉(zhuǎn)軸的上下方各安裝兩個轉(zhuǎn)軸固定裝置，把轉(zhuǎn)軸安裝在里面，讓轉(zhuǎn)軸來提供一定的支持力，如圖3.11所示。圖3.11安裝轉(zhuǎn)軸固定裝置（2）在手和箱門之間引入新的物質(zhì)S3來使手不能壓迫箱門備選方案5：在箱門的右下角安裝一個把手，讓人只能用手把箱門輕輕向上提起才能開門，消除手對箱門向下的壓力。（3）在箱體上安裝加厚金屬片S3來提供足夠的支持力備選方案6：直接安裝一片比鉸鏈稍長的金屬片，如圖3.12所示。圖3.12安裝稍長金屬片備選方案7：直接安裝與箱體高度一致的金屬片，增大受力面積，如圖3.13所示。圖3.13安裝與箱體高度一致的金屬片備選方案8：在上述備選方案7的基礎(chǔ)上，在加厚金屬片的頂端和底端切割箱體，使金屬片的頂端和底端能夠暴露在箱體外，在金屬片的頂端和底端加上粘合劑，使其與箱體外的大理石與地板相粘連，提供支持力。備選方案9：由于鉸鏈附近的箱體受到向外的剪切力作用，容易發(fā)生斷裂，所以可以加裝一塊有弧度的金屬板或塑料板S3，如圖3.14所示，該金屬板S3可以預(yù)先提供一個向內(nèi)的拉力，并且拉力的大小可由金屬板或塑料板的變形量大小來改變，拉力的作用位置也可以由金屬板或塑料板與箱體的接觸位置進行改變。圖3.14加裝變形板備選方案10：使用工具在對鉸鏈附近箱體進行預(yù)應(yīng)力處理，使其有一個向內(nèi)的拉應(yīng)力，抵消一部分鉸鏈對箱體的拉力。概念驗證方案匯總表3.4備選方案匯總序號名稱方案描述1切割箱體后安裝L型厚金屬片采用空間分離的方法，把箱體和鉸鏈的結(jié)合處與箱體分離開來，把箱體進行切割，加裝一個強度足夠的L型厚金屬片來提供足夠的支持力2直接安裝L型厚金屬片在方案1的基礎(chǔ)上，不切割箱體，在箱體上額外添加兩個螺釘孔，直接安裝L型厚金屬片，3加長轉(zhuǎn)軸并在轉(zhuǎn)軸上下方鉆孔放置轉(zhuǎn)軸把箱門的轉(zhuǎn)軸加長到合適的長度，并且在轉(zhuǎn)軸上方大理石臺和下方的地板各鉆一個孔，把轉(zhuǎn)軸安裝在里面，讓轉(zhuǎn)軸來提供一部分支持力4加長轉(zhuǎn)軸并在轉(zhuǎn)軸上下方安裝固定裝置放置轉(zhuǎn)軸在方案3的基礎(chǔ)上，安裝一個固定裝置，把轉(zhuǎn)軸放置到固定裝置里面，讓轉(zhuǎn)軸提供一部分支持力5在箱門的右下角安裝把手在箱門的右下角安裝一個把手，讓人只能用手把箱門輕輕向上提起才能開門，消除手對箱門向下的壓力6安裝比鉸鏈稍長的金屬片直接安裝一片比鉸鏈稍長的金屬片來提高箱體的強度7安裝與箱體高度一致的金屬片在方案6的基礎(chǔ)上，把金屬片加長，安裝與箱體高度一致的金屬片來提高箱體的強度，增大受力面積8在金屬片頂端和底端加上粘合劑在方案7的基礎(chǔ)上，對加厚金屬片的頂端和底端的箱體進行切割，使金屬片的頂端和底端能夠暴露在箱體外，在金屬片的頂端和底端加上粘合劑，使其與箱體外的大理石與地板相粘連，提供支持力。9安裝變形金屬板在鉸鏈位置的箱體內(nèi)安裝一塊變形金屬板，金屬板可以預(yù)先提供一個向內(nèi)的拉力，并且拉力的大小可由變形板的變形量大小來改變10對鉸鏈附近箱體進行預(yù)應(yīng)力處理使用工具在對鉸鏈附近箱體進行預(yù)應(yīng)力處理，使其有一個向內(nèi)的拉應(yīng)力，抵消一部分鉸鏈對箱體的拉力方案評價方案一和方案八都對金屬箱體進行了切割，考慮到垃圾箱內(nèi)滅火瓶釋放時內(nèi)部空間要盡量密封，切割后的箱體可能會有密封上的問題，如果加上每次維修時加上密封膠又會使得維修略為復(fù)雜，維修耗時增多。方案二已經(jīng)廣泛運用到實際維修當(dāng)中，實際使用效果較好。方案三對底板和頂板進行鉆孔可能會導(dǎo)致腐蝕、底板應(yīng)力集中等一系列次生問題。方案四則在方案三的基礎(chǔ)上進行了改進，理論分析不會產(chǎn)生次生問題，但是要控制固定裝置與轉(zhuǎn)軸之間的間隙，使得固定裝置即不會阻礙轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，又能提供力矩防止箱體承受過大了力，有一定的難度，或許可以再進行改進，在固定裝置里裝上軸承，使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動不受影響。方案五安裝把手是最簡單的方案，理論上也很有效，可以與其他任何一個方案相配合來使用。方案六有些過于想當(dāng)然，斷裂有可能在加厚金屬片的兩端箱體發(fā)生。方案七對方案六進行了一定的改進，但還是有可能會造成箱體的斷裂。方案九需要對鉸鏈的附近的箱體進行受力分析，計算出合適的預(yù)應(yīng)力，并找到適合的材料，再結(jié)合變形片的材料形變量與彈力的關(guān)系找到最合適的形變量，再計算每個螺釘應(yīng)該使用多大的力矩，過程較為復(fù)雜，且能不能實現(xiàn)仍需探討。方案十比方案九少了給螺釘計算力矩并打上力矩的步驟，但也要計算箱體的預(yù)應(yīng)力大小，還需要特制工具，甚至可能會對箱體造成損壞等此生問題?？团搹N房臺面塌陷故障分析問題描述廚房臺面塌陷問題描述客艙的廚房臺面由于承載著烤箱等設(shè)備，一直承受著較大的重量，并且廚房內(nèi)很不時會有水、湯汁等液體灑落到臺面上，一旦沒有及時并正確地清理，液體就可能從臺面的邊角處滲入復(fù)合材料臺面中，久而久之就會使得材料發(fā)生腐蝕，力學(xué)性能發(fā)生改變，空客330的客艙廚房內(nèi)就有上述問題[12]，實景圖如圖4.1所示，示意圖如圖4.2所示。圖4.1客艙廚房臺面塌陷實景圖該廚房臺面是一個整體，體積較大，如果進行更換將會有很大的工作量，并且該復(fù)合材料臺面價格也很昂貴。用TRIZ理論對該問題進行分析，并提出超規(guī)范維修和改裝的解決方案也是很有意義的。圖4.2客艙廚房臺面示意圖問題分析組件分析表4.1臺面支撐系統(tǒng)組件列表技術(shù)系統(tǒng)主要功能組件超系統(tǒng)組件廚房臺面支撐系統(tǒng)支撐臺面上的物體臺面烤箱腐蝕液功能模型分析表4.2臺面支撐系統(tǒng)功能分析表功能載體功能名稱功能等級性能水平成本臺面支撐烤箱BI支撐腐蝕液AxH烤箱彎曲臺面AxH腐蝕液腐蝕臺面H腐蝕液腐蝕液腐蝕腐蝕支撐支撐壓迫臺面烤箱壓迫臺面烤箱支撐支撐圖4.3臺面支撐系統(tǒng)功能模型圖通過功能模型分析可以得出：（1）臺面與隔板之間存在縫隙，導(dǎo)致腐蝕液進入縫隙，腐蝕液被臺面吸收，導(dǎo)致臺面腐蝕、變軟；（2）烤箱一直在對臺面施加壓力，同時，烤箱在工作過程中會有熱量產(chǎn)生，這也對臺面的力學(xué)性能有一定影響。原因軸分析復(fù)合材料臺面發(fā)生腐蝕腐蝕液流到縫隙處臺面與隔板之間存在縫隙與復(fù)合材料臺面發(fā)生腐蝕腐蝕液流到縫隙處臺面與隔板之間存在縫隙與廚房臺面發(fā)生塌陷廚房臺面發(fā)生塌陷烤箱會對臺面進行加熱烤箱會對臺面進行加熱烤箱持續(xù)壓迫著臺面烤箱持續(xù)壓迫著臺面圖4.4臺面支撐系統(tǒng)原因軸分析圖有害熱量烤箱有害壓力烤箱1、因果分析的規(guī)范化描述存在縫隙2、選擇解題的入手點（1）消除臺面與隔板之間的縫隙（2）減輕或消除烤箱對臺面的壓力（3）減少或消除烤箱傳遞到臺面的熱量矛盾問題求解消除縫隙據(jù)因果分析，導(dǎo)致臺面塌陷的原因之一是臺面與臺面之間存在縫隙。如果可以增強臺面縫隙的密封（可靠）性，就可以阻礙腐蝕液進入的縫隙，不過這可能會引起系統(tǒng)的適應(yīng)性及多用性變差。改善的參數(shù)：可靠性（27）惡化的參數(shù)：適應(yīng)性及多用性（35）查找矛盾矩陣，得到TRIZ發(fā)明原理13、35、8、24，通過對比最終選擇適于本項目的24號原理——借助中介物原理原理：借助中介物原理備選方案1：在臺面上放置一層隔水層，使得腐蝕液無法進入縫隙，如圖4.5所示。備選方案2：在臺面與隔板之間的縫隙添加一圈密封膠，增強其密封性，使腐蝕液不能進入縫隙，如圖4.6所示。圖4.6添加密封膠備選方案3：在與隔板交接處的臺面端口上涂上一層密封膠，使得進入縫隙的腐蝕液無法進入臺面的復(fù)合材料中。減輕或消除壓力根據(jù)因果分析，烤箱對臺面的壓力也是導(dǎo)致臺面塌陷的原因之一。如果可以減輕或消除烤箱對臺面的壓力，就可以減輕或消除臺面的塌陷，不過這可能會引起系統(tǒng)的重量發(fā)生惡化。改善的參數(shù)：力（10）惡化的參數(shù)：靜止物體的重量（2）查找矛盾矩陣，得到TRIZ發(fā)明原理18、13、1,、28，通過對比最終選擇適于本項目的1號原理——分割原理。原理：分割原理備選方案4：把支撐烤箱的臺面部分分割出來，轉(zhuǎn)而使用可拆卸的橫條來支撐烤箱，如圖4.7所示，這樣就算橫條損壞也易于維修。減少或消除熱量根據(jù)因果分析，烤箱對臺面的加熱（溫度）也是導(dǎo)致臺面塌陷的原因之一。如果可以減輕或消除烤箱熱量傳遞到臺面，就可以減輕臺面的腐蝕現(xiàn)象，進而減輕臺面的坍塌，不過這可能會引起系統(tǒng)更加復(fù)雜。改善的參數(shù)：溫度（17）惡化的參數(shù)：系統(tǒng)的復(fù)雜性（36）查找矛盾矩陣，得到TRIZ發(fā)明原理2、17、24、16，通過對比最終選擇適合項目的24號原理——借助中介物原理。原理：借助中介物原理備選方案5：在臺面上加一層隔熱層，減少從烤箱傳遞到臺面的熱量。物場分析及76個標(biāo)準(zhǔn)解應(yīng)用臺面腐蝕的物-場模型待解決的關(guān)鍵問題及相關(guān)的物質(zhì)、場問題：腐蝕液腐蝕臺面。物質(zhì)：腐蝕液、臺面場：化學(xué)場建立工程系統(tǒng)的物-場模型，如圖4.8所示。S1S2ch腐蝕腐蝕液臺面S1S2ch腐蝕腐蝕液臺面圖4.8臺面腐蝕的物場模型確定代表性的解通過查找76個標(biāo)準(zhǔn)解，得到S1.2.2：引入改進的S1或（和）S2來消除有害作用。S1S2ch腐蝕腐蝕液改進的臺面新的物場模型如圖4.9所示。S1S2ch腐蝕腐蝕液改進的臺面圖4.9新的物場模型確定具體的解備選方案6：把隔板附近的臺面切割出來，更換上與臺面相同或不同的材料，可以更換成廉價的替代物，腐蝕情況嚴(yán)重時更換；也可以更換成防腐金屬材料，使得腐蝕液無法進入材料內(nèi)部并長時間停留。切割臺面如圖4.10所示。備選方案7：改進臺面的結(jié)構(gòu)，在縫隙里開槽，如圖4.11所示，并在槽與縫隙內(nèi)涂上防腐劑，使得腐蝕液不能長時間停留在縫隙內(nèi)。概念驗證方案匯總方案匯總?cè)绫?.3所示表4.3備選方案匯總序號名稱方案描述1在臺面上加防水層在臺面上放置一層隔水膠墊，阻止腐蝕液進入縫隙2在縫隙處添加密封膠在臺面與隔板之間的縫隙添加一圈密封膠，增強其密封性，阻止腐蝕液進入縫隙3在臺面端口涂上密封膠若無法阻止腐蝕液進入縫隙，則在與隔板交接處的臺面端口上涂上一層密封膠，使得進入縫隙的腐蝕液無法進入臺面的復(fù)合材料中4用橫條支撐烤箱重量把支撐烤箱的臺面部分分割出來，轉(zhuǎn)而使用可拆卸的橫條來支撐烤箱，這樣使得易于維修橫條損壞5在臺面上加隔熱層在臺面上加一層隔熱層，減少從烤箱傳遞到臺面的熱量6分割臺面把隔板附近的臺面切割出來，更換上與臺面相同或不同的材料，可以更換成廉價的替代物，腐蝕情況嚴(yán)重時更換；也可以更換成防腐金屬材料，使得腐蝕液無法進入材料內(nèi)部并長時間停留7在縫隙開槽改進臺面的結(jié)構(gòu)，在縫隙里開槽，并在槽與縫隙內(nèi)涂上防腐劑，使得腐蝕液可以流出縫隙，不能長時間停留在縫隙內(nèi)方案評價方案一增加一層防水膠墊，可能還是會有腐蝕液進入縫隙，效果可能不太理想，并且其所在位置會受到烤箱的加熱，會帶來很多次生問題。方案二在縫隙處涂上一圈密封膠，確實可以有效地防止腐蝕液進入縫隙。方案三選擇在臺面端口涂上密封膠，也可以有效防止進入縫隙的腐蝕液進一步滲進復(fù)合材料臺面中，但要注意，方案二和方案三都要選擇耐熱的材料，否則可能會因為烤箱的熱量而失效過快。方案四則是用橫條支撐烤箱，使臺面不用承受過大壓力，而橫條與臺面沒有接觸，也不用擔(dān)心腐蝕液的問題，但是要考慮強度與固定烤箱的問題。方案五加了一層隔熱層，可以有效減少傳遞到臺面的熱量，但是隔熱層要考慮防水的問題，否則腐蝕液將會進入到隔熱層中，帶來次生問題。方案六切割了臺面，然后用質(zhì)量更好的防腐金屬件替代與隔板相連的那部分臺面，可以起到防腐的效果，也更能提供支持力，但要考慮腐蝕液進入金屬件與臺面的縫隙的問題。方案