基于TRIZ理論的某型傳感器灌注方法創(chuàng)新設(shè)計

謝程鋒 沈鐵東 張權(quán) 黃麗蓉

（第七一五研究所，杭州，310023）

使用聚氨酯作為傳感器的透聲膠[1]，具有耐油、耐磨、耐寒、抗霉菌等優(yōu)點，特別適用于各種形狀復(fù)雜的傳感器的灌注密封用，但也存在較明顯的弱點，即聚氨酯在灌注形狀復(fù)雜的傳感器時容易產(chǎn)生氣泡，聚氨酯固化前若未將氣泡排除，將嚴(yán)重影響傳感器性能。如何優(yōu)化聚氨酯灌注方法，提升聚氨酯灌注合格率成為不斷探究的課題。TRIZ理論[2]是一種系統(tǒng)化的發(fā)明工程方法論，可適用于任何領(lǐng)域的產(chǎn)品改進(jìn)和技術(shù)創(chuàng)新。

本文運用TRIZ理論，針對工藝方法操作時間過長、適應(yīng)性差與聚氨酯可操作時間過短之間的矛盾，提取出適應(yīng)性和靜止物體作用時間兩個技術(shù)參數(shù)，運用矛盾矩陣，找出“抽取”及“不足或超額行動”兩條創(chuàng)新原理用于聚氨酯灌注方法創(chuàng)新設(shè)計，縮短了灌注操作時長，提高了灌注合格率。

1 技術(shù)矛盾提取及解決原理

1.1 TRIZ理論技術(shù)矛盾解決模式

在TRIZ理論中，技術(shù)矛盾常表現(xiàn)為一個系統(tǒng)中兩個子系統(tǒng)之間的矛盾，即為了改善技術(shù)系統(tǒng)的某個參數(shù)，而導(dǎo)致該系統(tǒng)的另一個參數(shù)發(fā)生惡化。TRIZ理論使用39個通用技術(shù)參數(shù)來描述技術(shù)系統(tǒng)中出現(xiàn)的絕大部分技術(shù)矛盾[2]。運用TRIZ方法解決問題，首先要將待解決的工程問題表達(dá)為TRIZ中某種通用的問題模型，即找出系統(tǒng)矛盾的特性，對應(yīng)到相關(guān)的技術(shù)參數(shù)；再利用矛盾矩陣從40條創(chuàng)新原理中找出相應(yīng)解決方法，得出該TRIZ問題的普適解即解決方案模型；最后把該普解轉(zhuǎn)化為工程領(lǐng)域的特解，即實際問題的解決方案[3]，流程如圖1所示。

1.2 技術(shù)矛盾的提取

某型傳感器聚氨酯灌注工藝采用二次脫泡方式（詳見圖2），灌注在傳感器內(nèi)的聚氨酯依靠二次脫泡方式排除內(nèi)部氣泡，如果聚氨酯二次脫泡時粘度過大，其脫泡效果不佳，致使聚氨酯內(nèi)部氣泡難以排除，導(dǎo)致某型傳感器聚氨酯灌注后合格率不足70%。

圖1 TRIZ理論解決問題的模式

圖2 某型傳感器聚氨酯灌注工藝流程圖

通過研究預(yù)聚體在60~70℃的不同初始溫度對應(yīng)聚氨酯（脫泡完成后）的粘度曲線（圖3），獲得聚氨酯反應(yīng)前期（粘度≤4 000 mPa·s）可操作時間區(qū)間，該時間內(nèi)聚氨酯粘度較低，流動性好，聚氨酯灌注操作時長為15~20 min。

聚氨酯灌注完成后，再利用真空設(shè)備進(jìn)行二次脫泡。據(jù)統(tǒng)計，整個灌注操作平均耗時20 min，聚氨酯粘度在該操作過程中急劇增加，聚氨酯內(nèi)部氣泡無法脫離，因此聚氨酯的可操作時長和工藝適應(yīng)性較差，具體可用表1進(jìn)行歸納。

通過以上分析，可以將某型傳感器灌注方法分析與創(chuàng)新設(shè)計這一技術(shù)系統(tǒng)存在的矛盾歸結(jié)為工藝方法操作時間過長、適應(yīng)性差與聚氨酯可操作時間過短之間的矛盾。

1.3 解決原理

按TRIZ模型，認(rèn)為需要改善的通用技術(shù)參數(shù)為35：適應(yīng)性（通過改善工藝方法，提高其適應(yīng)性，使其能滿足存在批次差異的膠料的正常使用）；惡化的通用技術(shù)參數(shù)為16：靜止物體作用時間（人工灌注操作）。根據(jù)矛盾矩陣表推薦的創(chuàng)新原理為以下兩種：原理2即“抽取”；原理16即“不足或超額行動”。

圖3 聚氨酯粘度曲線

表1 原材料批次和工藝方法影響統(tǒng)計表

2 創(chuàng)意設(shè)計新途徑

2.1 抽取

依據(jù)原理2“抽取”，即“去除或修改有害源”，可考慮運用各種手段使灌注工藝方法優(yōu)化而滿足聚氨酯可操作時間的要求；為此，剔除原有工藝方法的不利因素，灌注完成后聚氨酯不再進(jìn)行二次脫泡操作，即在圖2工藝流程的基礎(chǔ)上減少了“二次脫泡”操作。圖4為優(yōu)化后某型傳感器聚氨酯灌注操作實例。

具體操作為：傳感器平放在操作臺上，將聚氨酯從邊角處倒入，使聚氨酯從一端流向另一端，待聚氨酯高度滿足要求后灌注操作完成。

圖4 某型傳感器灌注操作示意圖（俯視）

據(jù)統(tǒng)計，灌注操作時長為5 min，在聚氨酯灌注可操作時長范圍內(nèi)。采用優(yōu)化后的工藝開展某型傳感器聚氨酯的小批量灌注，灌注后合格率87%，高于前期生產(chǎn)70%的合格率。故取消二次脫泡操作可使灌注合格率得到提高。

2.2 不足或超額行動

依據(jù)原理16即“不足或超額行動”，即“對人工灌注操進(jìn)行相應(yīng)規(guī)范，增加人工操作介入時間，保證膠料充分流動，利于氣泡的排出”；基于“去除或修改有害源”的工藝方法，嚴(yán)格人為操作進(jìn)程，使新工藝方法所耗時長控制在聚氨酯可操作時長范圍內(nèi)，從而保證灌注合格率。

具體操作為：傳感器斜放在操作臺上（增強(qiáng)生產(chǎn)控制），將聚氨酯從低邊角處緩慢倒入（增強(qiáng)生產(chǎn)控制），使聚氨酯從一端流向另一端，待膠料流至表面中間位置時靜放1 min（如圖5所示，增加膠料流動時間）；繼續(xù)對傳感器進(jìn)行灌注并緩慢放平，待聚氨酯高度滿足要求后灌注操作完成。

圖5 某型傳感器灌注操作靜放1 min示意圖（俯視）

據(jù)統(tǒng)計，灌注操作時長為8 min，在聚氨酯灌注可操作的時長范圍內(nèi)。采用進(jìn)一步優(yōu)化后的工藝開展某型傳感器聚氨酯的小批量灌注，灌注后合格率100%。

2.3 創(chuàng)新工藝方法生產(chǎn)驗證

為確保新的工藝方法具有較強(qiáng)的生產(chǎn)適應(yīng)性，對新工藝方法進(jìn)行驗證。通過后續(xù)近千枚傳感器灌注，檢測后均未發(fā)現(xiàn)有氣泡，證明新的灌注操作方法切實可行，可有效避免原工藝方法的不利因素，并在聚氨酯可操作時間范圍內(nèi)完成灌注操作，從而保證傳感器聚氨酯灌注合格率。該創(chuàng)新工藝方法已用于某型傳感器的樣機(jī)生產(chǎn)，樣機(jī)性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。

3 結(jié)語

通過對聚氨酯灌注工藝方法進(jìn)行不同程度的創(chuàng)新設(shè)計，在某型傳感器上完成相應(yīng)灌注操作，并對灌注操作所需時間、便利性及產(chǎn)品合格率進(jìn)行對比，得出如下結(jié)論：單純減少“二次脫泡”操作，可大幅縮短灌注操作所需時間及提高灌注操作便利性，但產(chǎn)品合格率仍較低；在減少“二次脫泡”操作的基礎(chǔ)上對灌注操作進(jìn)行相應(yīng)規(guī)范及增加人工操作介入時間，可一定程度上縮短灌注操作所需時間及增加操作便利性，提高產(chǎn)品合格率