TRIZ創(chuàng)新理論在磁頭焊接工藝中的應(yīng)用研究

鄧曉膺 王麗坡 黃小華

摘 要：發(fā)明問題解決理論TRIZ通過總結(jié)專利文獻(xiàn)，提出技術(shù)矛盾、發(fā)明原理、物理矛盾、物場模型、技術(shù)進(jìn)化法則等工具和方法，對科技創(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)，研究如何運(yùn)用技術(shù)矛盾、物理矛盾和物場模型工具來解決硬盤磁頭焊接工藝中的實(shí)際難題，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了制造成本，提高了企業(yè)的競爭力。

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

1 概述

硬盤的關(guān)鍵部件之一就是磁頭，磁頭的加工工藝直接影響到硬盤的壽命，讀寫的速度也會(huì)影響到顧客的體驗(yàn)和最終的銷售。磁頭的微連接工序焊接工序是磁頭加工的關(guān)鍵工序之一，在微米級的部件上焊接，對焊接精度要求非常高。將TRIZ理論應(yīng)用于磁頭焊接工序，有助于提高焊接產(chǎn)品品質(zhì)，提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

2 科技創(chuàng)新與TRIZ理論

科技創(chuàng)新對企業(yè)、國家來講至關(guān)重要，為了提升國家科技創(chuàng)新能力，需要科學(xué)高效的創(chuàng)新方法和工具來指導(dǎo)我們的科技創(chuàng)新活動(dòng)。

20世紀(jì)50年代末，前蘇聯(lián)的根里奇.阿奇舒勒為全新的發(fā)明問題解決理論（TRIZ）奠定了基礎(chǔ)。在他的帶領(lǐng)下，與蘇聯(lián)專家們一起，經(jīng)過50多年對數(shù)以百萬計(jì)的專利文獻(xiàn)加以研究、整理、歸納和提煉，建立起一整套、實(shí)用的TRIZ理論[1]。

TRIZ產(chǎn)生和運(yùn)用都是建立在唯物辯證法認(rèn)識(shí)論上“從特殊到一般，又從一般到特殊”的基礎(chǔ)之上。事物發(fā)展的根本原因不是在事物的外部而是在事物的內(nèi)部，在于事物的內(nèi)部矛盾性。事物內(nèi)部的矛盾性是事物發(fā)展的根本原因[2]。

本文就在硬盤磁頭焊接工藝改進(jìn)過程中，應(yīng)用TRIZ的一些相關(guān)工具和方案做一些探討，希望對從事科技創(chuàng)新的工作者能有一些啟發(fā)。

3 TRIZ理論方法在磁頭焊接工藝改進(jìn)中的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)工作原理與問題描述

在硬盤磁頭折片的制造過程中，使用噴射錫球系統(tǒng)將磁頭焊位和軟線路板的焊位進(jìn)行連接。噴射錫球焊接廣泛運(yùn)用于電子行業(yè)的微連接，但大都面臨定位精度不足的問題，需要頻繁更換噴射焊嘴，由于噴射焊嘴成本高，造成制造成本高。造成定位精度不足有以下可能原因，噴射焊嘴端部孔徑變大，孔變形，孔內(nèi)壁粗糙度變大等多個(gè)方面，噴射的工作原理如圖1所示。我們要解決噴射錫球的定位精度，使錫球準(zhǔn)確噴射到焊接位，將焊位進(jìn)行連接，首先是用TRIZ理論找到根本原因，然后針對原因提出對策，并進(jìn)行驗(yàn)證。

錫球的傳送：錫球通過送球機(jī)構(gòu)被送入焊嘴，焊嘴端部的孔徑小于錫球的直徑，在氣壓的作用下，錫球保持在焊嘴的端部。

激光熔化錫球：打開激光，激光作用錫球上，錫球吸收能量，溫度上升，熔化，在氣壓的作用下，熔化的錫球被噴出。

噴射焊接位：熔化的錫球被噴射在焊接位上擴(kuò)散，凝固后將焊接位連接。

3.2 原因分析

焊嘴孔發(fā)生了變形，焊嘴孔發(fā)生變形由兩個(gè)直接原因，原因一受到了大的沖擊力，原因二焊嘴顆粒的黏合力不足。

對于焊嘴受沖擊力大是因?yàn)橐徊糠衷蛴捎诘獨(dú)鈮毫Υ笤斐蓻_擊力大，另外一部分是由錫球與焊嘴的接觸面積大，黏合度也大造成錫球表面張力增大，從而帶來了大的沖擊力。

此外，激光強(qiáng)度高，頻率高，帶來了激光周期性的熱應(yīng)力大，應(yīng)力大也給焊嘴帶來了大的沖擊力。

對于焊嘴顆粒黏合力不足帶來焊嘴孔變形主要是由于焊嘴的鈷的含量比較低，鈷和鎢的混合也不均勻。由于鈷鎢含量關(guān)聯(lián)到焊嘴材料設(shè)計(jì)，需要外部供應(yīng)商協(xié)助，將作為第二步研究工作。

3.3 技術(shù)矛盾理論解決應(yīng)力大給噴嘴產(chǎn)生大的沖擊問題

技術(shù)矛盾是指對技術(shù)系統(tǒng)某一方參數(shù)進(jìn)行改善時(shí)，會(huì)引起另一方參數(shù)惡化。惡化一方究竟惡化了什么，對于一個(gè)具體的技術(shù)矛盾是可以客觀判斷的，有時(shí)一方的改善可能產(chǎn)生幾方面的惡化，形成幾對矛盾。解決技術(shù)矛盾就是要消除惡化，是雙方的要求得到滿足[3]。

具體做法，首先把具體的技術(shù)矛盾兩個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成通用工程參數(shù);然后通過查看矛盾矩陣找到解決這個(gè)矛盾可參考的創(chuàng)新原理，最后在從中選擇恰當(dāng)?shù)膭?chuàng)新原理形成概念方案，就完成了從特殊到一般的過程，再從一般到特殊的過程。

根據(jù)因果分析，熱應(yīng)力大的原因是激光強(qiáng)度大。通過減少激光強(qiáng)度可以減少應(yīng)力，但會(huì)增加激光作用時(shí)間，影響生產(chǎn)效率，增加成本。改善技術(shù)參數(shù)應(yīng)力和壓強(qiáng)，惡化技術(shù)參數(shù)作用時(shí)間。在矛盾矩陣上縱坐標(biāo)對應(yīng)的技術(shù)參數(shù)11壓力/壓強(qiáng)，橫坐標(biāo)對應(yīng)的技術(shù)參數(shù)15作用時(shí)間。對應(yīng)的發(fā)明原理有：原理19局部周期性作用，原理3局部質(zhì)量，原理27廉價(jià)替代品。

發(fā)明原理19周期性作用有3個(gè)提示，采用發(fā)明原理19周期性作用提示1：用周期性動(dòng)作或脈沖代替連續(xù)性動(dòng)作。生成的實(shí)用解決方案一為：降低激光強(qiáng)度，從一次施加激光改為多次施加激光。

發(fā)明原理3局部質(zhì)量也有3個(gè)提示，采用發(fā)明原理3局部質(zhì)量提示3：讓物體的各部分，均處于完成各自動(dòng)作的最佳狀態(tài)。生成的實(shí)用解決方案二為：定期對焊嘴端部進(jìn)行退火處理，以消除應(yīng)力。

3.4 物理矛盾解決焊嘴孔與錫球接觸面積大的問題

物理矛盾就是技術(shù)系統(tǒng)在某個(gè)參數(shù)上提出相反要求。由于物理矛盾相反要求的每一方，一般都是處于某種條件下，如時(shí)間或空間上的條件或其他不同的條件，一般采用分離方法來解決矛盾。通常使用的分離方法有四大類：空間分離、時(shí)間分離、條件分離和整體與部分分離。然后根據(jù)所選的分離方法對應(yīng)的發(fā)明原理生成解決方案。

根據(jù)因果分析，焊嘴孔表面張力大的原因是錫球的黏度大。通過減小錫球的黏度可以減小表面張力，但會(huì)減小焊接的強(qiáng)度。

物理矛盾：黏度既要小又要大。?。簝?yōu)點(diǎn)是張力小，缺點(diǎn)是強(qiáng)度小;大：優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度大，缺點(diǎn)是張力大。

嘗試進(jìn)行時(shí)間分離：時(shí)間1：錫球融化階段，應(yīng)力小。

時(shí)間2：錫球黏合階段，強(qiáng)度大。

通過技術(shù)矛盾的創(chuàng)新原理給我們的提示（借助中介物原理），生成的實(shí)用解決方案三：在錫球表面鍍上涂層，錫球熔化后涂層材料擴(kuò)散到焊嘴內(nèi)壁，減小表面張力，錫球本身的黏度不變，熔化后焊接強(qiáng)度不變。

3.5 物場模型工具消除錫球?qū)缸斓奈阶饔?/p>

物質(zhì)場模型分析是TRIZ理論中的另外一個(gè)重要的問題構(gòu)造、描述和分析的工具。通過構(gòu)建物場模型，揭示出技術(shù)系統(tǒng)的功能機(jī)制，找出技術(shù)系統(tǒng)中不同元素之間發(fā)生的不良作用（包括不足的、有害的、過度的和不需要的相互作用），然后查詢76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解來找到通用解法，再在這基礎(chǔ)上生成具體實(shí)用方案。

首先構(gòu)建物場模型來消除錫球?qū)缸煳阶饔?，如圖3所示。

三個(gè)基本要素：接收體是焊嘴S1，執(zhí)行體是錫球S2，相互作用場力場F1。錫球S1激光加熱后融化產(chǎn)生的熱力場F1對焊嘴產(chǎn)生有害作用，產(chǎn)生應(yīng)力對焊嘴產(chǎn)生沖擊。

錫球?qū)缸斓淖饔糜泻?，是有害完整模型，引入新的物質(zhì)S3消除有害作用（S1.2.1），拆解物場模型。查詢76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解，采用提示No.11切斷有害作用。

生成的實(shí)用解決方案四：在焊嘴內(nèi)壁加納米材料鍍層，來消除錫球?qū)缸斓奈阶饔谩?/p>

4 結(jié)語

本案例與實(shí)際生產(chǎn)中存在的問題解決很好的證明了TRIZ的作用，案例中采用了技術(shù)矛盾、物理矛盾以及物場模型等分析工具。根據(jù)40個(gè)發(fā)明原理和76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解給出改善思路，找到了切實(shí)可行的改善方案。經(jīng)過逐一對各個(gè)方案的驗(yàn)證，降低激光能量從一次施加激光改為多次施加激光和定期對焊嘴端部進(jìn)行退火處理，以消除應(yīng)力已經(jīng)被采用。對于焊嘴內(nèi)部噴涂材料和對錫球表面進(jìn)行鍍層正在試做樣品效果驗(yàn)證中。對先被采用的兩個(gè)方案，經(jīng)過半年的運(yùn)行，良品率提升了0.1%，焊嘴的壽命也提升了1.2倍，預(yù)估每年經(jīng)濟(jì)收益150萬元，已經(jīng)推廣應(yīng)用。

隨著TRIZ工具在工作中的不斷應(yīng)用，將會(huì)為企業(yè)解決技術(shù)難題帶來更多更大的幫助，為企業(yè)的科技創(chuàng)新帶來更大的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]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.

[2]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.

[3]王傳友.TRIZ新編創(chuàng)新40法及技術(shù)矛盾與物理矛盾.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010.9：22-23.