TRIZ創(chuàng)新原理在磁頭研磨工藝中的應(yīng)用研究

趙偉 王漢德

摘? 要：發(fā)明問題解決理論TRIZ總結(jié)出了技術(shù)發(fā)展進(jìn)化所遵循的趨勢和規(guī)律，以及解決各種技術(shù)矛盾和物理矛盾的創(chuàng)新原理和法則，對技術(shù)創(chuàng)新提出了一套科學(xué)的理論和方法。文章從TRIZ理論出發(fā)，探索如何運(yùn)用技術(shù)矛盾、物理矛盾、進(jìn)化法則解決硬盤磁頭研磨工藝中的實際難題，從而降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：硬盤磁頭;研磨;TRIZ理論;技術(shù)創(chuàng)新

中圖分類號：TG580? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）03-0106-02

Abstract： The TRIZ， a theory for solving problems， summarizes the trends and laws of technological development and evolution， as well as innovative principles and rules for solving various technical and physical contradictions， and proposes a set of scientific theories and methods for technological innovation. Based on TRIZ theory， this article explores how to use technical contradictions， physical contradictions， and evolutionary rules to solve practical problems in hard disk head lapping processes， so that to reduce manufacturing cost and improve product quality.

Keywords： hard-disk head; lapping; TRIZ theory; technological innovation

1 概述

技術(shù)創(chuàng)新在我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有非常重要的地位，企業(yè)要在全球化、信息化背景下提高核心競爭力，就要不斷推陳出新，加快技術(shù)創(chuàng)新步伐確保競爭優(yōu)勢[1]。東莞新科作為機(jī)械硬盤磁頭行業(yè)碩果僅存的三大供應(yīng)商之一，為了保持產(chǎn)品的競爭力，通過不斷地技術(shù)創(chuàng)新來提高磁頭質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本就顯得尤其重要。磁頭制造屬于資本密集型、技術(shù)密集型、人力密集型行業(yè)，在如今人工成本不斷上漲的今天，如果我們勞動生產(chǎn)率的提高程度不能超過上漲的人工成本，不能保持磁頭制造在國際上的競爭力，那么德國知名企業(yè)西門子2019年5月宣布的裁員萬人以節(jié)省22億歐元[2]的案例難免再現(xiàn)。所以，技術(shù)創(chuàng)新更是我們企業(yè)的生存之本，其成效決定著企業(yè)的未來。

2 技術(shù)創(chuàng)新與TRIZ理論

技術(shù)創(chuàng)新是指改進(jìn)現(xiàn)有的或創(chuàng)造新的產(chǎn)品、生產(chǎn)過程或服務(wù)方式的技術(shù)活動。技術(shù)創(chuàng)新看起來比較抽象，那么它有沒有一些可以遵循的原理或方法來提高創(chuàng)新的效率呢？從1946年開始，前蘇聯(lián)的根里奇·阿奇舒勒及一批研究人員經(jīng)過多年努力，在分析研究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理論[3]，總結(jié)出了技術(shù)發(fā)展進(jìn)化所遵循的趨勢和規(guī)律，以及解決各種技術(shù)矛盾和物理矛盾的創(chuàng)新原理和法則。

TRIZ關(guān)于技術(shù)創(chuàng)新有一套科學(xué)的理論和方法可供我們參考和學(xué)習(xí)，如技術(shù)和物理矛盾問題與解決方法、物場分析與標(biāo)準(zhǔn)解、進(jìn)化法則等等。本文將就TRIZ理論中的部分原理與方法在硬盤磁頭研磨工藝改進(jìn)中的應(yīng)用案例做一些探討，希望對從事技術(shù)創(chuàng)新的工作者能有一些啟發(fā)。

3 TRIZ創(chuàng)新原理與方法在磁頭研磨工藝改進(jìn)中的應(yīng)用

研磨工藝是硬盤磁頭生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝之一，將TRIZ理論應(yīng)用于研磨工藝，有助于提高研磨工序能力，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3.1 利用技術(shù)矛盾提高納米金剛石分散均勻性和嵌入有效性

磁頭研磨工藝的磨料為納米金剛石，作用對象為磁頭，實現(xiàn)的功能為磨削磁頭。在研磨時，含納米金剛石的研磨液在高壓氣的作用下被噴射到研磨盤上，利用轉(zhuǎn)動的陶瓷圈將納米金剛石分散并壓嵌固著到研磨盤中，金剛石隨研磨盤的轉(zhuǎn)動而對磁頭產(chǎn)生磨削作用。但是研磨工藝存在著納米金剛石分散不均勻、嵌入研磨盤少的問題，影響磨削效率。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，造成該問題的原因是陶瓷圈不能很好的貼合研磨盤表面，陶瓷圈和研磨盤之間存在著遠(yuǎn)大于納米金剛石直徑的間隙，間隙過大的原因為陶瓷圈的平面度過大。要改善陶瓷圈平面度，需要提高加工精度，加工變得困難，那么如何解決提高平面度但是加工困難這樣的矛盾呢？

TRIZ理論提出技術(shù)系統(tǒng)不斷改善和進(jìn)化的過程就是不斷解決技術(shù)矛盾的過程。在磁頭研磨工藝中，研磨盤、陶瓷圈、含有納米金剛石的研磨液及針管、潤滑油及針管、磁頭、研磨機(jī)、高壓氣、真空、控制系統(tǒng)等共同構(gòu)成了一個技術(shù)系統(tǒng)——磁頭研磨系統(tǒng)。利用TRIZ理論對磁頭研磨系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)矛盾：改善運(yùn)動物體的面積（平面度），惡化可制造性（加工精度要求更高，制造更加困難）。查技術(shù)矛盾矩陣表找到4個解決問題的發(fā)明原理：反過來做，分割，用復(fù)制品，借助中介物。選用分割原理，將原來單個瓷圈分割成三個獨立的小瓷圈，小瓷圈的平面度更好加工。但是三個小瓷圈很難裝配到同一平面上，繼續(xù)構(gòu)建技術(shù)矛盾：改善運(yùn)動物體的面積，惡化操作流程的方便性（三個瓷圈很難裝配平），查技術(shù)矛盾矩陣表找到4個發(fā)明原理：動態(tài)化，轉(zhuǎn)變到新空間維度，反過來做，部分或超額行動。選用動態(tài)化原理，將每個瓷圈連接在柔性基座上，使得瓷圈可以隨著研磨盤平面度的變化而自動的動態(tài)調(diào)整。改善前后的陶瓷圈如圖1所示。

（1）改善前陶瓷圈? ? ? ? ? （2）改善后陶瓷圈

圖1 改善前后的陶瓷圈對比圖

新設(shè)計的陶瓷圈可以更加緊密的貼合研磨盤，使得納米金剛石能更均勻的分散和更有效的嵌入研磨盤，提高納米金剛石的磨削效率。使用新設(shè)計的陶瓷圈后，研磨時間縮短了4%，每年可以節(jié)省成本40萬元。

3.2 利用物理矛盾解決問題原理改善研磨時間

為了提高磁頭研磨工藝的生產(chǎn)效率，需要縮短研磨時間。減少研磨時間最直接的方法是減少研磨量，但是磁頭在研磨前有一定的彎曲度，整體減少磁頭的研磨量后會影響磁頭的加工品質(zhì);而另一方面，為了改善加工品質(zhì)，卻希望增加研磨量。如何通過技術(shù)創(chuàng)新來解決此互相矛盾的問題呢？這是TRIZ理論中典型的物理矛盾，即在一個技術(shù)系統(tǒng)中對同一個參數(shù)提出了相反的或是不同的要求。

磁頭研磨工序減少研磨時間與改善加工品質(zhì)對研磨量不同要求的矛盾，可以應(yīng)用分離原理中的條件分離來解決。以前物料的研磨量是固定的，運(yùn)用條件分離原理，根據(jù)物料彎曲度的大小對物料進(jìn)行分類，好物料（彎曲度小時）減小研磨量，從而減少研磨時間;差物料（彎曲度大時）增加研磨量，從而加工品質(zhì)得到改善。這樣就既減少了研磨時間，又照顧到了加工品質(zhì)。

根據(jù)上述改進(jìn)流程更新了做料系統(tǒng)。新系統(tǒng)的研磨時間減少了5%，而加工品質(zhì)方面，異常物料的比率下降30%。經(jīng)濟(jì)效益上，每年為公司節(jié)省研磨液成本50萬元，質(zhì)量改善收益24萬元。

3.3 利用進(jìn)化法則提高研磨盤使用壽命

在磁頭精密研磨階段，為了提高研磨盤的使用壽命，希望研磨盤磨削率能隨著使用壽命的增加而保持穩(wěn)定。研磨盤磨削率變低的原因之一為研磨速度過低，提高研磨盤轉(zhuǎn)速可以增加研磨盤的使用壽命，但是當(dāng)磨料固有磨削率較高時，提高研磨盤速度會造成磁頭表面粗糙度過大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

研究研磨盤轉(zhuǎn)速的變化歷史，研磨盤轉(zhuǎn)速經(jīng)過了兩個發(fā)展階段：（1）單步固定轉(zhuǎn)速研磨：整個研磨過程固定一個轉(zhuǎn)速研磨，此時研磨表面較粗糙較大;（2）分多步研磨，每步固定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速按步逐漸降低，此時研磨表面粗糙度好，質(zhì)量好，但是研磨盤壽命短。按照TRIZ理論的進(jìn)化法則，技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化遵循從低級向高級變化的過程，研磨盤的轉(zhuǎn)速變化也遵循這一規(guī)律在動態(tài)性進(jìn)化。依據(jù)動態(tài)性進(jìn)化法則，可以繼續(xù)提高研磨盤轉(zhuǎn)速的可控性。設(shè)計一新的控制系統(tǒng)：研磨盤每步轉(zhuǎn)速不再固定，可以根據(jù)研磨盤的固有磨削率（單位轉(zhuǎn)數(shù)下的磨去量）自動調(diào)整轉(zhuǎn)速，以保證研磨盤磨削率穩(wěn)定。

采用自動調(diào)節(jié)研磨盤轉(zhuǎn)速系統(tǒng)后，當(dāng)因磨料性能下降而引起的研磨盤固有磨削率降低時，系統(tǒng)會自動提升轉(zhuǎn)速作為補(bǔ)償，保證單位時間下的磨削量穩(wěn)定。新系統(tǒng)使用后研磨盤的壽命提升了30%，每年節(jié)約成本120萬元。

4 結(jié)束語

本文應(yīng)用TRIZ創(chuàng)新原理與方法解決磁頭研磨工藝中的三個實際難題，既提高了生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，又降低了生產(chǎn)成本，每年為公司帶來的收益達(dá)兩百多萬元。最可貴的是有2項技術(shù)都只需要改進(jìn)軟件控制系統(tǒng)，不需要投資改進(jìn)硬件，另一項技術(shù)投入成本也非常小，做到了“少花錢，多辦事”！

通過這次應(yīng)用TRIZ創(chuàng)新原理與方法來解決磁頭研磨工藝中實際難題的研究，證明了將TRIZ工具應(yīng)用于高科技產(chǎn)品中不斷地提高質(zhì)量和降低成本的巨大威力，從而提高了高科技企業(yè)在市場上的競爭力！

參考文獻(xiàn)：

[1]廖志鵬.企業(yè)核心競爭力與技術(shù)創(chuàng)新辨析[J].發(fā)明與創(chuàng)新，2005（7）：4-6.

[2]張欽.計劃裁員1.04萬人西門子遭新能源挑戰(zhàn)[N].北京青年報，2019-06-24.

[3]林岳，等.創(chuàng)新方法教程（初級）[M].北京：高等教育出版社，2012：38-39.