TRIZ理論在搖臂鉆床電氣控制線路改造中的應用

張斌

一、引言

TRIZ理論是前蘇聯(lián)阿奇舒勒及其領(lǐng)導的一批研究人員，自1946年開始，花費大量人力物力，在分析研究了世界各國250萬件專利的基礎上，所提出的發(fā)明問題解決理論。TRIZ理論自從引入我國以來，應用該理論所取得的創(chuàng)新成果越來越多，其創(chuàng)新效果也越來越被人們所認可，應用日益廣泛，為了更好的在湘鋼推廣TRIZ理論，我們利用對搖臂鉆床改造這一機會，對TRIZ理論的實踐效果進行了檢驗。

搖臂鉆床適用于單件或批量生產(chǎn)帶有多孔的大型零件的孔加工，是一般機械加工車間常用的機床。原來由繼電控制系統(tǒng)控制的搖臂鉆床存在一系列的問題，針對這些問題，我們利用TRIZ創(chuàng)新理論對原系統(tǒng)存在的問題進行了改進，并取得了較好的效果。

二、搖臂鉆床電氣控制線路存在問題

由于搖臂鉆床原有控制系統(tǒng)采用繼電器——接觸器控制方式，電路接線復雜，觸點多。經(jīng)過長期使用后，各個地方的接線老化，造成故障率高，故障排查困難，常常影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。

三、TRIZ解決方案

1.將原系統(tǒng)存在的問題轉(zhuǎn)換成TRIZ問題并初步找到解決方案

原系統(tǒng)存在問題：a.接線復雜;b.觸點多;c.故障率高;d.故障排查困難。接下來要把這些問題轉(zhuǎn)換成TRIZ問題，注意TRIZ創(chuàng)新方法應用的前提是：你之前采用了相關(guān)改進方法，但是遇到了兩難的問題，針對兩難的問題我們利用TRIZ理論中技術(shù)矛盾的分析方法進行分析。對于上述4個問題，我們不難發(fā)現(xiàn)故障率高和故障排查困難的主要原因便是接線復雜和觸點多，所以我們只要利用TRIZ工具來解決這兩個問題便可以了，分析過程如下：

（1）對于“接線復雜”這一問題

原方法：簡化繼電控制線路，但是系統(tǒng)的可靠性變差。

TRIZ理論分析：先確定改進參數(shù)：裝置的復雜性;惡化參數(shù)：系統(tǒng)的可靠性;查沖突矩陣后得到：13（反相作用原理）、35（物理或化學參數(shù)改變原理）、1（分割原理），按照每條原理對應內(nèi)容提供的方向進行嘗試后，發(fā)現(xiàn)難以找到解決辦法，于是我們要更換參數(shù)。

第二次確定改進的參數(shù)：物質(zhì)或事物的數(shù)量;惡化的參數(shù)：可靠性;查沖突矩陣后得到：18（振動原理）、3（局部特性原理）、28（替換機械系統(tǒng)原理）、40（復合材料原理）。按照每條原理對應內(nèi)容提供的方向進行嘗試后，發(fā)現(xiàn)28號原理（替換機械系統(tǒng)原理）中的建議B：“采用電場、磁場和電磁場與物體進行相互作用”可行。按照這個方向進行如下思考：1）觸電之間的通信可不可以用磁場或者電磁場來進行，類似于無線通信？2）可不可以將一些觸點放到程序里進行處理？對于第一種思考考慮到成本的原因，我們不予考慮，但對于第二種思考，我們完全可以利用更先進的控制方式實現(xiàn)，如單片機、PLC控制等方式實現(xiàn)。

（2）對于“觸點多”這一問題

很明顯，這一問題在對于“接線復雜”這一問題的分析中便可以找到答案。改進的參數(shù)：物質(zhì)或事物的數(shù)量;惡化的參數(shù)：可靠性;并可得到相同的結(jié)果。

綜合上述分析，我們找到了問題的解決方法：利用更加先進的控制方式來代替原控制方式，根據(jù)本單位的實際情況，我們選用西門子300系列PLC的控制方式。

確定控制方式以后，如何利用PLC控制車床的運動呢？更明了的說就是如何利用 “弱電”去控制搖臂鉆床電機運行所需的“強電”呢？我們?nèi)匀粚⑦@個問題轉(zhuǎn)換成成技術(shù)矛盾來處理，運用PLC以后，改善的參數(shù)是：可操作性，惡化的參數(shù)是：運動物體的能量，找到相交的矩形框，里面有3條發(fā)明原理：1、13、24，我們這里選擇24號原理：中介原理。也就是利用中介物體，來實現(xiàn)“以弱控強”。具體我們想到了利用用接觸器做中介物，最后制作成了一塊中間控制板。

2.進一步利用功能分析的方法完成具體的解決方案

（1）確定系統(tǒng)的總功能及輸入輸出流（如圖1所示）

圖1

（2）將總功能進一步分解成子功能（如圖2所示）

圖2

（3）系統(tǒng)接線

為了盡量保留原來的繼電控制系統(tǒng)，留待備用，故在進行改造時又設計了一塊繼電控制板，為的是不與原系統(tǒng)共用接觸器、熱繼電器、變壓器、開關(guān)等器件，車床、PLC和繼電控制板的接線如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)接線圖

（4）PLC程序設計

1）本次改造選用的PLC根據(jù)實際情況為西門子的226PLC，PLC I/O分配表如表1所示。

表1 端口分配表

四、小結(jié)

本文將搖臂鉆床電氣控制線路中存在的一些問題轉(zhuǎn)換成TRIZ模型，通過TRIZ理論的分析，最后得到了解決方案，實踐證明該解決方案可行，且更具靈活性、便于操作。

參考文獻

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