基于TRIZ理論夾具創(chuàng)新設(shè)計思想

黃春萍++郭剛

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.188

摘 要：夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想的培養(yǎng)提高了學生工程訓練綜合能力，也是提升了學生解決實際生產(chǎn)能力的重要途徑。通過引入TRIZ理論的設(shè)計思想以及解決算法，進一步加深了學生的創(chuàng)新設(shè)計理論基礎(chǔ)。學生通過不斷運用TRIZ理論進行設(shè)計運用，為解決以后生產(chǎn)制造過程的工程問題打下了堅實的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：夾具 創(chuàng)新設(shè)計思想 TRIZ理論

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0188-03

Based on the Theory of TRIZ Fixture Innovation Design Ideas

Huang Chunping Guo Gang

（1.Guangdong Province Sanshui Polytechnic School Foshan City，F(xiàn)ushan Guangdong， 528137， China；2.Guangdong University of Technology，Guangzhou Guangdong， 510006，China）

Abstract：Fixture of the cultivation of the innovative design ideas to improve the students engineering training comprehensive ability， and improve the students ability to solve practical production important way.By introducing the designing idea of TRIZ theory and solving algorithms， further deepen the students innovation design theory basis.Students by using TRIZ theory to carry on the design， to solve the problem of manufacturing process of the project after laid a solid theoretical basis.

Key Words：Fixture； Innovative design ideas； TRIZ theory

1 夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想背景

1.1 創(chuàng)新思想的提出

創(chuàng)新思想在現(xiàn)在社會生產(chǎn)發(fā)展中起了重要的指導方法，是社會物質(zhì)新舊更替、科技發(fā)展的重要理念，在職業(yè)教育過程中也是體現(xiàn)的淋漓盡致，尤其是機械制造加工教學過程中。為了更好地提升學生的綜合實踐能力，學校都會通過學生加工零件的方式來提高學生動手操作能力。而加工零件的過程中總會出現(xiàn)零件二次裝夾的問題，根據(jù)學生加工零件的復(fù)雜程度以及零件精度的要求就要求同時設(shè)計不同規(guī)格要求的夾具。夾具的設(shè)計要求就決定了零件是否能夠加工完成或者是否按設(shè)計要求加工。

1.2 夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想

夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想是機械創(chuàng)新設(shè)計過程中重要組成部分，它也是問題解決思想的真實體現(xiàn)。夾具創(chuàng)新設(shè)計思想的提出是由實際問題的需求應(yīng)運而生，是建立在創(chuàng)新制造過程之中，是依托需求問題之上的。作為夾具本身是沒有任何價值意義的，但在機械制造過程夾具在特定零件加工過程中又是不可缺少的。好的夾具可以提高零件的精度水平，同時也降低了零件的裝夾難度，使加工過程由復(fù)雜變得簡單。

夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想的提出是職業(yè)學校在培養(yǎng)學生工程訓練綜合實踐能力過程中必不可少的理念。學生在工程訓練過程中對不同零件加工過程所遇到的加工難題，通過設(shè)計夾具的方式來降低加工難度，將難易完成的工藝變得簡單化。

1.3 夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想的要求

學生通過對夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想的掌握，就是要求能夠正確運用自身所掌握的基本知識，解決零件加工過程中的問題，這種思想的根本性的作用就是要解決實際問題；那么如何更好更快的提高學生解決實際生產(chǎn)問題就是對夾具的設(shè)計思想的貼近于學生教學的要求了；夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想就要求具備以下幾個方面：（1）夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想要有實用性；就是能夠讓學生把這種思想正確的運用于社會生產(chǎn)之中，這種思想的本身就要求有一定的生產(chǎn)實用效果。失去實用價值的設(shè)計思想最終只能停留在紙面上，對學生的生產(chǎn)能力的提升毫無作用。（2）夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想要可操作性；夾具本身指的是一類零件，它的概念、結(jié)構(gòu)、尺寸根據(jù)零件的不同沒有定值，它的設(shè)計隨著零件的改變而改變。那么夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想就要求能夠指導學生面對不同的零件根據(jù)裝夾當中出現(xiàn)的問題設(shè)計不同的夾具，這種設(shè)計可以是多樣性，不同的學生設(shè)計的夾具可能是一樣的，但是指導學生去設(shè)計的思想是統(tǒng)一的。（3）夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想要最優(yōu)化；在職業(yè)教學過程中，要貫徹學生設(shè)計夾具時注意到夾具的制造過程要易于零件的制作過程。不能出現(xiàn)夾具的加工制造難于或者等同于零件的加工制造，畢竟要讓學生明白夾具的真正作用只是輔助于零件的加工，加工夾具不是最終的目的，夾具只是為了使零件易于加工、提高加工精度。一旦出現(xiàn)夾具難于或者等同于零件的加工難度，就會使整個加過程出現(xiàn)死循環(huán)，最終無法加工零件或者降低零件的加工精度。

2 TRIZ理論的概述及運用

2.1 TRIZ理論的概述

TRIZ理論創(chuàng)始于1946年，是由前蘇聯(lián)著名發(fā)明家阿利赫舒列爾（G.S.Altshuller）研究并提出。其主要含義就是通過理論的指導解決實際問題，尤其是創(chuàng)新設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題。1946年阿利赫舒列爾帶領(lǐng)自己的研究團隊通過對世界上250萬件發(fā)明專利進行分析總結(jié)，提出了一套專門用于創(chuàng)新設(shè)計的問題解決理論——TRIZ理論；這種理論思想在當時為前蘇聯(lián)在航天航空、軍事等領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展提供了強有力的理論指導，隨著前蘇聯(lián)的解體才逐步讓世界了解了TRIZ理論原理

TRIZ理論來源于實踐又應(yīng)用于實踐，這正好唯物辯證的印證了馬克思列寧主義最基本的思想——實踐是檢驗真理的唯一標準。TRIZ理論提供了創(chuàng)新設(shè)計的基本思想、設(shè)計法則以及設(shè)計過程中問題解決途徑。人們通過運用掌握TRIZ理論中的設(shè)計思想結(jié)合實際問題，正確選擇使用問題解決工具就可以高效率得進行創(chuàng)新設(shè)計。

TRIZ理論的基本思想是指任何一個簡單或者復(fù)雜的系統(tǒng)，都遵循其客觀發(fā)展規(guī)律，同時也都是通過解決一個個小問題最終得到。而且這些小問題的解決都是通過各種模塊組合而成。那么要解決這些小問題，TRIZ理論就提出各種解決方法和工具，其中包括：矛盾矩陣和創(chuàng)新原理、物質(zhì)場分析模型和76個標準解、創(chuàng)新問題解決算法（ARIZ）、科學和技術(shù)效應(yīng)庫；TRIZ提出創(chuàng)新問題中的40個發(fā)明原理，包括分割、分離、嵌套等基本原理。在技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計的過程中，TRIZ理論分析了包括運動物體的質(zhì)量、速度、力等39個工程參數(shù)之間的關(guān)系，為創(chuàng)新設(shè)計過程創(chuàng)造出最優(yōu)化設(shè)計的捷徑。

2.2 TRIZ理論的運用

在前蘇聯(lián)時期，二戰(zhàn)后TRIZ理論為蘇聯(lián)的的科技的發(fā)展奠定了堅實的理論基礎(chǔ)，提高了蘇聯(lián)的工業(yè)的發(fā)展創(chuàng)新能力。當時，蘇聯(lián)的大多數(shù)的科學技術(shù)的成果都離不開TRIZ理論的指導，為蘇聯(lián)躋身于超級大國立下了汗馬功勞。蘇聯(lián)解體之后，隨著技術(shù)的解封，TRIZ理論傳入了西方國家，西方國家對TRIZ理論進行剖析以及不斷完善，也逐步將該理論運用于其工業(yè)領(lǐng)域，首先、在航天航空領(lǐng)域，飛機的創(chuàng)新設(shè)計制造過程，包括飛機的發(fā)動機的設(shè)計制造、火箭發(fā)動機的設(shè)計制造等；其次，在軍事領(lǐng)域，作戰(zhàn)用的槍支、艦艇已經(jīng)坦克火炮等的創(chuàng)新設(shè)計；最后，在民用領(lǐng)域，包括軟件的開發(fā)、計算機輔助設(shè)計以及計算機輔助制造的創(chuàng)新過程等。

3 夾具的創(chuàng)新設(shè)計

針對職業(yè)學校中的實踐教學過程，為了提高學生的創(chuàng)新生產(chǎn)能力，通過嘗試探索逐步將TRIZ理論的原理與方法引入教學過程。讓學生掌握TRIZ理論的基本思想以及創(chuàng)新方法。根據(jù)職業(yè)學生的認知能力以及知識儲備等因素，選擇易于去思考的零件供學生設(shè)計。

在職業(yè)學校里數(shù)控車削的教學內(nèi)容里，主要是要求學生掌握內(nèi)（外）輪廓以及鉆孔、鏜孔加工的工藝過程。該次就以高腳酒杯為例，如圖1。

加工工藝分為左右兩邊加工，先從右向左加工，加工完成酒杯的右邊基本輪廓之后需要二次裝夾加工左側(cè)端面，左側(cè)端面要求有一定的表面粗糙度。對于酒杯的二次裝夾就是擺在學生加工中需要解決的主要問題了，此時酒杯的右邊內(nèi)外輪廓已經(jīng)加工完畢，基本屬于薄壁件了，不能直接裝夾容易使輪廓發(fā)生變形，而且右側(cè)輪廓屬于曲面。不易于車床卡盤裝夾。此時就是考察學生如何去解決加工問題。有同學提出放棄左側(cè)端面的表面要求，直接采用切斷刀具在加工完右側(cè)端面后直接切斷，在切斷的過程中完成左側(cè)端面的表面粗糙度的要求。學生進過嘗試后，發(fā)現(xiàn)切斷刀在切斷的過程中，左側(cè)的端面無法達到設(shè)計過程中表面粗糙度的要求，并且切斷刀在切斷后酒杯的左側(cè)面會遺留下直徑2 mm、長度4 mm的圓柱凸起，這種方法根據(jù)無法解決最終酒杯的加工問題。

教師通過引導灌輸將TRIZ理論引進加工過程，讓學生去學習了解該理論的原理和思想。學生通過對TRIZ理論的掌握，運用該理論中的設(shè)計思想中的矛盾矩陣，對此次加工中問題進行分析，最終決定設(shè)計專用夾具進行二次裝夾對酒杯的左側(cè)端面進行車削加工，以此達到最終的工件的基本精度要求。緊接著學生又通過工程參數(shù)的探索，對夾具提出新的要求，要求夾具本身（1）易于加工；（2）易于裝拆；（3）夾具要有一定的可靠性；（4）裝夾過程對酒杯沒有影響。根據(jù)提出的要求，學生參照TRIZ理論給出的76個標準解以及創(chuàng)新問題解決算法對該夾具進行創(chuàng)新性設(shè)計，設(shè)計出如圖2所示酒杯的夾具。

這種夾具的設(shè)計就解決了酒杯二次裝夾的過程中所出現(xiàn)的一系列的問題，并且也達到了夾具設(shè)計的基本要求。學生很快通過車削加工以及線切割加工制作出如圖2所示的夾具。并且也完成了酒杯的左側(cè)端面的加工。酒杯二次裝夾的效果圖如圖3所示。

4 綜述

教師通過學生對一次實訓課程中零件加工過程中所遇到的二次裝夾的問題的引導解決，向?qū)W生講授介紹了TRIZ理論的思想原理以及運用方法，讓學生充分掌握了該理論在加工過程中出現(xiàn)二次裝夾的情況下夾具的創(chuàng)新設(shè)計思想。學生通過學習與了解，能夠辯證唯物的將該理論運用與接下來的幾周實訓課程中。教師還會接下來進一步地將該理論運用在機械設(shè)計過程的零件設(shè)計之中，培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力，將這種能力運用與未來的實際生產(chǎn)加工當中。

參考文獻

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