基于TRIZ理論SAFC模型解析汽車座椅安全氣囊故障燈常亮的研究

郭飛，曾繁林，謝文風(fēng)，張愛民

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

SAFC模型是基于經(jīng)典TRIZ(Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch)理論[1-3]之“物-場分析模型”，通過分析及整合76個標(biāo)準(zhǔn)解，總結(jié)出來的問題分析及解答模型，如圖1所示。

圖1 SAFC模型

圖中S表示物質(zhì)或技術(shù)系統(tǒng)，F(xiàn)表示有用或無用功能，A表示屬性，C表示因果關(guān)系。在SAFC模型中，S1和S2是兩個相互作用的物質(zhì)，各自對應(yīng)的屬性為A1和A2。習(xí)慣上，將物質(zhì)S1作為功能載體——發(fā)出動作的主體，將物質(zhì)S2作為接受動作的客體；S3是實(shí)現(xiàn)功能后延展產(chǎn)生的、具有屬性A3的第三物質(zhì)；F是物質(zhì)S1的屬性A1與物質(zhì)S2的屬性A2相互作用形成的、可能有用或有害的功能[4-7]。三者之間的因果邏輯關(guān)系即可真實(shí)反映出該技術(shù)系統(tǒng)中的主要矛盾以及矛盾的主要方面。從而體現(xiàn)出技術(shù)系統(tǒng)在功能、屬性、系統(tǒng)層級和結(jié)構(gòu)等方面的所有不足，為解決工程問題找到了突破口[4,8]。該模型既繼承了經(jīng)典TRIZ理論求解問題的精髓，又簡化了模型，較為明確、清晰知曉問題的解決方向及其方案，便于解決邏輯關(guān)系復(fù)雜、因素繁多的汽車安全工程問題。

汽車座椅安全氣囊(SAB)故障燈常亮(報警)是指氣囊點(diǎn)爆回路中存在影響發(fā)生器正常點(diǎn)爆的故障，該故障常見于氣囊點(diǎn)爆回路中阻值異常，導(dǎo)致氣囊點(diǎn)爆電流可能無法達(dá)到氣囊百分百點(diǎn)爆成功的電流要求(1.2 A電流持續(xù)2 ms或1.75 A電流持續(xù)0.5 ms)，由此在組合儀表上出現(xiàn)故障燈常亮。SAB點(diǎn)爆回路由發(fā)生器、連接器1、連接器2、連接器3、線束A、線束B、ECU組成，如圖2所示。點(diǎn)爆回路涉及的組件較多，且整個點(diǎn)爆回路安裝在座椅骨架上，伴隨著座椅行程調(diào)節(jié)，回路上各個組件存在相對運(yùn)動。因此點(diǎn)爆回路出現(xiàn)故障的因素較多，對于故障的原因排查及解決方案帶來了很大的困難。

圖2 SAB點(diǎn)爆回路示意

本文作者將基于TRIZ理論SAFC模型，逐步分析SAB故障燈常亮的各種原因及其邏輯關(guān)系，并建立該問題的SAFC模型，由此完成該問題剖析及其工程解決方案的求解。

1 因果分析

TRIZ理論“物-場分析模型”認(rèn)為任何事物均由兩種或兩種以上事物相互作用下產(chǎn)生的，不可能有單一物質(zhì)產(chǎn)生另外一種物質(zhì)。SAFC模型將這一理論體現(xiàn)在因果邏輯關(guān)系中，認(rèn)為任何問題的產(chǎn)生絕非單因素即可產(chǎn)生，必定有兩種或以上原因相互作用而成，即便是傳統(tǒng)意義認(rèn)知上的單因素問題，也必定有環(huán)境或外作用物一起作用。同時為了便于原因分解及問題聚焦，SAFC模型因果分析統(tǒng)一按雙因數(shù)進(jìn)行有機(jī)延伸和整合[5,8]。

因此，針對具體問題，必先基于現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果及質(zhì)量問題原因分析結(jié)果，去偽因存真因，并采用“5Why”原因分析方法，剖析真因背后的真因，直至問題發(fā)生根源。隨后將所有的真因建立起平級、上下級的雙因素因果邏輯關(guān)系，并按照統(tǒng)一邏輯順序建立起因果邏輯樹。

1.1 物質(zhì)或技術(shù)系統(tǒng)

SAFC模型中物質(zhì)或技術(shù)系統(tǒng)(S)確立及定義至關(guān)重要，定義是否準(zhǔn)確直接影響到因果邏輯關(guān)系的建立是否合理，因此該定義必須是具體且特定的。物質(zhì)或技術(shù)系統(tǒng)一般由名詞或形容詞修飾具體物質(zhì)構(gòu)成，但在特定情況下，不受形式約束，需廣義理解該定義范疇。SAB故障燈常亮中涉及的物質(zhì)或技術(shù)系統(tǒng)見表1。

表1 SAB故障燈常亮涉及到的物質(zhì)或技術(shù)系統(tǒng)

1.2 因果邏輯關(guān)系

通過多起SAB故障燈常亮事故調(diào)查，回路阻值均高于額定的阻值，由此導(dǎo)致故障燈常亮。由于回路組件繁多，導(dǎo)致阻值異常的因素也很多，且由于故障燈常亮難以復(fù)現(xiàn)，靜態(tài)測量的回路阻值無法真實(shí)反映出故障燈常亮的回路阻值。因此利用雙因素理論，將可能導(dǎo)致氣囊點(diǎn)爆回路阻值異常的因素與另外一個因素建立起相互作用關(guān)系。并將這些互相作用關(guān)系按照問題起源方向的邏輯思路建立上下級、平級的邏輯關(guān)系。如SAB故障燈常亮是由于阻值異常的回路(變阻性)與靈敏的ECU(精確性)之間的相互作用導(dǎo)致的。然后分別推導(dǎo)阻值異常的回路、靈敏的ECU產(chǎn)生的雙因素，以此類推，直至問題發(fā)生根源。其SAB故障燈常亮完整的因果邏輯關(guān)系如圖3所示。

圖3 SAB故障燈常亮因果邏輯關(guān)系

2 SAFC模型

完整的SAFC模型在技術(shù)系統(tǒng)的四大基本要素(物質(zhì)、屬性、功能、因果)有機(jī)融為一體，如圖1所示。物質(zhì)或技術(shù)系統(tǒng)S1(屬性A1)與物質(zhì)或技術(shù)系統(tǒng)S2(屬性A2)，相互作用產(chǎn)生有害或有益功能F，物質(zhì)或技術(shù)系統(tǒng)S3為該功能的載體，并具有屬性A3。S1、S2與S3之間的連線表示因果關(guān)系；S1、S2與F之間的連線表示功能關(guān)系[9-12]。

因此需要在按雙因素原則推導(dǎo)出來的因果邏輯關(guān)系之上建立起功能關(guān)系，即物質(zhì)或技術(shù)系統(tǒng)S1(屬性A1)和物質(zhì)或技術(shù)系統(tǒng)S2(屬性A2)相互作用產(chǎn)生何種有害或有益功能F。如阻值異常的回路(變阻性)與靈敏的ECU(精確性)之間會產(chǎn)生無法正常點(diǎn)爆氣囊功能，這個功能的載體即SAB故障燈常亮，具有報警屬性，以此類推其余物質(zhì)之間的功能關(guān)系。SAB故障燈常亮、阻值異常的回路、靈敏的ECU、接觸不良的回路、電源/電容、發(fā)生器之間的SAFC模型如圖4所示。接觸不良的回路、連接不良的接插件、晃動的線束、不良的接插件、汽車/座椅、緊固不良的線束、壓接不良的探針、緊固裝置、線束、布置空間、探針、壓接模具之間的SAFC模型如圖5所示。

圖4 SAB故障燈常亮SAFC模型1

圖5 SAB故障燈常亮SAFC模型2

3 解決方案

由圖1可知，整個SAFC模型是以S3為源頭，S1和S2雙因素為導(dǎo)線建立起的SAFC模型樹。當(dāng)S1和S2雙因素之間任何一方更正，均可消除該問題。因此解決方案將結(jié)合科學(xué)效應(yīng)知識，以屬性和功能為切入點(diǎn)，利用置換、迭組、并聯(lián)、串聯(lián)和復(fù)合5種求解方式，對著兩個因素進(jìn)行求解。以此類推，直至找到工程問題解決方案。在此過程中，若解決方案僅理論上可行，基于成本、質(zhì)量、工藝等考慮，工程上無法實(shí)現(xiàn)，稱之為概念解決方案；若工程上亦可行，則稱之為工程解決方案。

由圖4可知，整個SAFC模型是以SAB故障燈常亮為源頭，阻值異常的回路和靈敏的ECU兩個因素為導(dǎo)線建立起的SAFC模型樹。當(dāng)阻值異常的回路和靈敏的ECU兩個因素之間任何一方更正，即可消除該問題，文中的解決方案將圍繞這兩個因素展開。

3.1 概念解決方案

3.1.1 取消接插件

順著阻值異常的回路這一因素展開，去除客觀因素，可知不良的接插件是回路阻值異常的重要原因。若接插件從回路中取消，即回路(線束)直連發(fā)生器和ECU，途中不涉及任何接插件，則回路阻值將不會有異常，其相應(yīng)的SAFC模型如圖6所示。對比其他氣囊故障燈常亮少發(fā)情況，可知該解決方案有效。但是由于SAB需要安裝在座椅發(fā)泡里面，基于安裝工藝考慮，該方案當(dāng)前不具有工程可行性，僅為概念解決方案。

圖6 取消接插件概念解決方案

3.1.2 降低ECU靈敏度

順著靈敏的ECU這一因素展開，可知造成ECU靈敏的原因是電容容量的有限性和發(fā)生器點(diǎn)爆可靠性造成的，如果電容容量增加或無限增加，則整個回路中的電流值始終都滿足點(diǎn)爆要求，則ECU的靈敏性即可降低。由此即可化解該工程問題，其相應(yīng)的SAFC模型如圖7所示。但由于ECU屬于精度及集成度很高的一個零件，更改其零件內(nèi)任何一個參數(shù)，都有可能影響其他參數(shù)或根本無法增加或持續(xù)增加電容量，所以該方案暫不具備工程可行性，僅為概念解決方案。

圖7 降低ECU靈敏度概念解決方案

3.2 工程解決方案

根據(jù)因果邏輯關(guān)系可知，阻值異常的回路設(shè)計的因素較多，且靈敏的ECU所涵蓋的因素均不具備工程可行性，因此工程解決方案須在阻值異常這一因素入手，根據(jù)SAFC模型分析及工程經(jīng)驗，求解兩個工程解決方案。

3.2.1 采用防水防塵的緊固裝置代替緊固裝置

根據(jù)緊固裝置作用功效，采用置換模式將緊固裝置置換成防水防塵緊固裝置，有效避免緊固裝置因緊固不良導(dǎo)致接插件產(chǎn)生振動、磨損，如圖8所示。

圖8 防水防塵緊固裝置的工程解決方案

3.2.2 增加線束的布置空間

根據(jù)置換模式原理，加大線束的布置空間，使得線束固定更加牢固，且將接插件兩端的線束緊固，有效避免線束的晃動傳遞至接插件上面，如圖9所示。

圖9 增加布置空間的工程解決方案

3.2.3 工程解實(shí)施效果驗證

當(dāng)前工程上已經(jīng)采用防水防塵緊固裝置的接插件，并結(jié)合“三點(diǎn)一線”的線束布置方案進(jìn)行空間布置，使得接插件不會隨著汽車行駛或座椅行程調(diào)節(jié)而發(fā)生晃動。在汽車使用過程中，暫未發(fā)現(xiàn)一例由此造成的氣囊故障燈亮。且對耐久之后的接插件進(jìn)行切片處理，發(fā)現(xiàn)探針與線束包裹緊湊，探針表面鍍金涂層完好無損。說明此工程解實(shí)施有效，徹底解決該工程問題。

4 結(jié)論

文中基于TRIZ理論的SAFC模型對SAB故障燈常亮做了全面剖析，梳理了各種因素之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，并從SAFC模型中得出相關(guān)概念解決方案和工程解決方案。主要結(jié)論如下：

(1)SAFC模型雙因素理論揭示了SAB故障燈常亮各種因素之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，清晰明了反映出問題的根源及各因素之間的相互作用關(guān)系，其納入的環(huán)境因素及其他客觀因素，有助于問題解決思路的擴(kuò)展。

(2)SAFC模型體現(xiàn)了物質(zhì)、屬性、功能、因果關(guān)系的有機(jī)整合，有助于問題思路擴(kuò)展及解決方案方向性的引導(dǎo)，且求解的工程解決方案在工程上的表現(xiàn)是可行、合理的。

(3)基于TRIZ理論的SAFC模型適合解決復(fù)雜、多因素、跨系統(tǒng)的汽車安全工程問題，該方法論可廣泛應(yīng)用于汽車安全工程領(lǐng)域。