TRIZ發(fā)明原理解決車床操作傷害事故頻發(fā)問題

張?zhí)煨?侯和龍 張春青 李冰冰 宋曉明

承德石油高等?？茖W(xué)校 河北 承德 067000

車床作為機械加工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種設(shè)備,主要依靠車床主軸帶動工件高速旋轉(zhuǎn)與車刀產(chǎn)生相對運動,從而進行切削加工,但由于初學(xué)者不熟悉其工作原理、不熟悉車床結(jié)構(gòu)及沒有熟練掌握基本操作技術(shù)要領(lǐng),稍有不慎,就會因操作失誤而產(chǎn)生機械傷害事故。因此,快速熟悉設(shè)備、熟練掌握操作技術(shù)是避免或者降低車床傷害事故發(fā)生率的重要途徑。

TRIZ理論方法是以Genrich·Altshuller為首的前蘇聯(lián)數(shù)十家科研團隊對上百萬份的專利文獻進行系統(tǒng)地分析和整理,并對其中具有數(shù)以萬計的具有代表性的專利為重點進行歸納和總結(jié),建立了一套以技術(shù)系統(tǒng)進化原理為核心的、體系化的、實用性強的解決問題的理論[1]。TRIZ被認為是目前最全面系統(tǒng)地論述發(fā)明創(chuàng)造、實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的新理論,運用這一理論可以大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進程,進而得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品,其在農(nóng)業(yè)[2]、機械[3]、紡織[4]、物流[5]等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

1 TRIZ發(fā)明原理應(yīng)用

1.1 發(fā)明問題初始形勢分析

1.1.1 定義技術(shù)系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

問題所在技術(shù)系統(tǒng):主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)加工

技術(shù)系統(tǒng)實現(xiàn)功能:加工工件

實現(xiàn)該功能約束:1.工件高速旋轉(zhuǎn)2.操作者控制車刀等工具進給運動

1.1.2 現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的工作原理 工件通過卡盤固定在主軸上,主軸高速旋轉(zhuǎn)帶動工件旋轉(zhuǎn)。操作者控制車刀等設(shè)備進給,對工件進行加工。由于操作者操作不當,極可能發(fā)生撞刀、衣袖卷入車床等危險事故發(fā)生。

1.1.3 當前技術(shù)系統(tǒng)存在的問題

①易發(fā)生撞刀、衣袖卷入車床等危險事故;

②浪費原材料,刀具損壞嚴重;

1.1.4 問題出現(xiàn)的條件和時間

條件:操作者控制過程中失誤

時間:車床加工工件過程中

1.1.5 新系統(tǒng)的要求

車床加工工件過程中,事故發(fā)生率降至0。

1.2 系統(tǒng)分析

1.2.1 系統(tǒng)分析

制品 工件系統(tǒng)元件 主軸、托板、基座、車刀、鐵屑、操作者、卡盤超系統(tǒng)元件 開關(guān)、車床

建立系統(tǒng)功能模型如圖1:

圖1 系統(tǒng)功能模型

通過功能模型分析,我們描述了系統(tǒng)元件及其之間的相互關(guān)系,并得出導(dǎo)致發(fā)生撞刀、衣袖卷入車床等危險事故、浪費原材料,刀具損壞嚴重問題的功能因素。

在建立的功能模型圖中選擇目標問題如下:

1.2.2 因果分析 應(yīng)用因果鏈分析法確定產(chǎn)生問題的原因如圖2:

圖2 因果分析

1.2.3 沖突區(qū)域確定:

問題關(guān)鍵點1:操作發(fā)生撞刀,涉及根原因是操作者練習(xí)少,進給控制不當。

問題關(guān)鍵點2:鐵屑傷人,涉及根原因是鐵屑無遮擋。問題關(guān)鍵點3:鐵屑傷人,涉及根原因是工件高速旋轉(zhuǎn)。

2 運用TRIZ工具解決問題

2.1 針對關(guān)鍵點1:操作發(fā)生撞刀,涉及根原因是操作者練習(xí)少,進給控制不當,構(gòu)建物質(zhì)—場模型:

運用標準解解決流程,根據(jù)標準解:系統(tǒng)傳遞(產(chǎn)生雙系統(tǒng)或多系統(tǒng))、改進雙系統(tǒng)或多系統(tǒng)中的連接,得到解決方案1:開發(fā)模擬練習(xí)裝置,掌握車床技術(shù),模擬練習(xí)裝置見圖3。

圖3 模擬練習(xí)裝置示意圖

2.2 針對問題關(guān)鍵點2:鐵屑傷人,涉及根原因是鐵屑無遮擋。構(gòu)建物質(zhì)—場模型:

運用標準解解決流程,根據(jù)標準解:在一個系統(tǒng)中有用及有害效應(yīng)同時存在,S1及S2不必直接接觸,引入S3消除有害效應(yīng)。得到解決方案2、3:操作者頭部佩戴輕便頭盔或者在操作者一側(cè)施加反向力,例如鼓風(fēng)。

根據(jù)標準解:在一個系統(tǒng)中增加鐵磁材料或磁場。得到解決方案4:在工件四周安裝磁鐵裝置,吸附鐵屑,解決飛出問題。

2.3 針對問題關(guān)鍵點3:鐵屑傷人,涉及根原因是工件高速旋轉(zhuǎn),運用沖突解決。

技術(shù)沖突描述:為了加工工件,我們需要工件高速轉(zhuǎn)旋,但這樣會導(dǎo)致切削屑高速飛出。

查找沖突矩陣,改進特性A:速度,惡化特性B:物體產(chǎn)生的有害因素。根據(jù)原理:中介物,得到解決方案5:將工件預(yù)先套裝多孔材料介質(zhì),降低鐵屑飛出速度。

根據(jù)原理:參數(shù)變化,得到解決方案6:盡可能提高轉(zhuǎn)速。

物理沖突:為了加工工件,我們既需要工件高速旋轉(zhuǎn),但又為了防止切削屑飛出,又希望工件低速轉(zhuǎn)動,需要轉(zhuǎn)速既要大又要小。基于條件分離,根據(jù)原理:機械系統(tǒng)的替代,得到解決方案7:預(yù)先編程控制機器加工,代替人。

2.4 最終確定方案 結(jié)合現(xiàn)場,對方案解進行評價,得到最終方案如下:

開發(fā)模擬練習(xí)裝置,操作者通過模擬練習(xí),掌握車床技術(shù)。同時在加工過程中,嚴格要求佩戴防護工具,此外,為車床安裝自動噴灑冷卻液裝置給刀具降溫。

3 結(jié)論

本文針對車床操作中事故頻發(fā)問題,利用TRIZ理論中的系統(tǒng)分析、因果分析,建立功能模型,確定沖突區(qū)域與問題的關(guān)鍵點。再運用技術(shù)沖突、物理沖突、物質(zhì)-場分析及76個標準解等TRIZ工具解決問題,提出了7種解決方案。通過評價,設(shè)計了能夠幫助操作者快速掌握車床基本操作的模擬練習(xí)裝置。