基于跨領域知識搜索技術在鎂合金型材工藝優(yōu)化方面的研究

鄭茹萍，劉 旭

（河北工程大學,河北邯鄲 056000）

0 引言

自“十三五”以來，我國鎂合金型材產(chǎn)業(yè)升級趨勢明顯，實施自主創(chuàng)新戰(zhàn)略，由于鎂合金具有密度小、重量輕、散熱快等優(yōu)點，使得我國鎂合金型材的產(chǎn)量、出口量持續(xù)增長。并且鎂合金型材的環(huán)保性極高，可重復利用，符合我國節(jié)約資源、保護環(huán)境的政策方針。然而在鎂合金型材擠壓過程中，經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品裂紋、起皮等現(xiàn)象，使得鎂合金型材的次品率高，質(zhì)量下降。基于此，本文運用工業(yè)工程相關理論和Triz 理論的分析方法對鎂合金擠壓工藝進行研究，找出其存在的關鍵問題，再運用跨領域知識搜索技術，從其他領域找出問題的解決方法，并加以整合、運用，解決鎂合金擠壓工藝中的難題，提高擠壓質(zhì)量，節(jié)約成本。

1 相關理論

1.1 程序分析

程序分析是對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和工藝程序進行研究。通過畫出工藝程序圖的方式對生產(chǎn)過程有更加深入的了解。本文運用“5W1H”法對原因、對象、地點、時間、人員和方法這幾個方面進行分析。并運用“ECRS”四大原則對工藝進行取消、合并、調(diào)整順序和簡化，以此來優(yōu)化流程，提高效率。

1.2 功能分析

Triz 理論是根里奇·阿奇舒勒和他的弟子們遵循技術發(fā)展規(guī)律運用多學科領域建立起來的一套理論體系[1]。功能分析是Triz 理論中的一種分析問題的方法，首先對系統(tǒng)的組件層次進行分析，然后分析組件間相互作用，最后建立功能模型。通過對這些組件進行兩兩分析，分析組件的功能屬性，從而找出解決問題的方法[2]。

2 跨領域知識搜索

當前，企業(yè)在創(chuàng)新過程中，往往由于自己領域的思維慣性，落入“思維陷阱”中去，在搜索知識時方向性不強，往往局限在熟悉的領域進行搜索。如果解決方案在熟悉的領域，肯定問題已經(jīng)解決了，但是現(xiàn)實是僅僅依靠本領域的內(nèi)源知識是很難進行創(chuàng)新的。

這時，外部知識獲取就成為解決問題的重要方向。那么，外部知識如何獲取呢？怎樣進行跨領域搜索呢？怎么搜？搜什么呢？現(xiàn)在關于知識搜索的理論模型很多，但是在產(chǎn)品工藝優(yōu)化方面系統(tǒng)性不強，缺乏具體的方法和工具。企業(yè)若想在短時間內(nèi)擁有更多的創(chuàng)新知識，就要擁有跨領域知識搜索的概念，主動去其他領域獲取先進科學技術知識，這樣才能更好地提高創(chuàng)新能力。

用跨領域知識解決問題是發(fā)明創(chuàng)造理論如Triz 理論總結出來的重要規(guī)律和技巧。本文提出跨領域知識搜索技術，探索出跨領域知識搜索技術的搜索源和搜索方式，通過技術搜索的方式對其他領域的技術知識進行整合、吸收和運用，最終得出本領域問題的解決方案，得出跨領域知識搜索技術模型，提高搜索效率和準確性。跨領域知識搜索技術模型如圖1 所示。

圖1 跨領域知識搜索技術

其中，多元化搜索源是指可以搜索到的領域很多，可以通過搜索關鍵問題的功能參數(shù)，找出那些具有相似功能參數(shù)，并且大于本領域的功能參數(shù)，我們稱這樣的領域為領先領域。在領先領域里查找類似的技術，獲取科學知識。

在進行其他領域的搜索的時候，可以通過專利庫的方式進行搜索，專利數(shù)據(jù)庫是以互聯(lián)網(wǎng)為平臺，提供大量專利信息，通過專利查詢可以檢索到各種各樣的專利信息。專利庫對于知識和信息的分類較為清晰，有利于知識的共享?，F(xiàn)階段，專利數(shù)據(jù)庫的發(fā)展態(tài)勢良好，由于其便于檢索分析，使得知識搜索更加便利，數(shù)據(jù)可靠性較強。

在進行技術搜索時，分為搜索廣度和搜索深度，搜索廣度可以理解為搜索技術知識的范圍廣，可以使搜索到的知識量更多。而搜索深度是指企業(yè)對于搜索到的異質(zhì)化知識可以更好更精確地進行剖析[3]。

對于獲取到的先進的科學技術知識，企業(yè)需對其進行整合吸收。知識的整合吸收能力分為潛在整合吸收能力和實際整合吸收能力。潛在整合吸收能力指的是對于外部知識進行分析、解釋，最后達到理解的程度。而實際吸收能力指的是企業(yè)將其他領域的知識與本領域知識相融合的能力。企業(yè)的實際吸收能力越強，則解決本領域工藝問題的速度越快。

3 跨領域知識搜索技術在鎂合金型材工藝改進中的應用

3.1 產(chǎn)品介紹

X 企業(yè)是集生產(chǎn)、加工、銷售于一體的企業(yè)，主要產(chǎn)品為鎂合金型材。鎂合金型材具有密度低、導熱性好的特性，可用于制作儀表板、空調(diào)機外殼等。鎂合金用處廣泛，可應用于交通、化工、電子工業(yè)等領域。目前鎂合金型材在我國的發(fā)展非常快，市場需求量不斷增長。因此生產(chǎn)鎂合金型材的工藝和技術還需不斷改進完善。

3.2 分析問題

3.2.1 工藝程序分析

鎂合金型材在擠壓過程中可以采用正向擠壓法，也可以采用反向擠壓法[4]。本文通過分析鎂合金型材正向擠壓的生產(chǎn)工藝，繪制出工藝程序圖，如圖2 所示。

圖2 鎂合金型材擠壓工藝程序圖

根據(jù)鎂合金型材擠壓工藝程序圖，可知熱處理與擠壓重復了兩次，對于以上工序，采用“5W1H”法與“ECRS”四大原則進行分析。

①問：兩次熱處理可以合并嗎？答：不能。因為兩次加熱的溫度不同，第一次是350℃，第二次是470℃。

②問：能否取消第二次熱處理工序？答：不能。因為如果取消了，晶粒將不能細化。

③問：兩次擠壓可以合并嗎？答：不能。因為第一次是對進行了均勻化熱處理的鑄錠進行擠壓，第二次是對中間的坯料擠壓，擠壓出鎂合金型材。

④能否取消第二次擠壓工序？答：不能。

3.2.2 功能分析

3.2.2.1 組件層次分析

通過運用組件層次分析，找出技術系統(tǒng)、超系統(tǒng)和系統(tǒng)作用對象，有利于解決技術難題。通過對系統(tǒng)進行劃分確定組件屬于哪個層次，填入組件列表中，如表1 所示。

表1 組件列表

3.2.2.2 組件間作用分析

對于上述兩兩組件，存在相互作用的用“+”表示，不存在相互作用的用“-”表示，并列入作用矩陣列表，如表2 所示。

表2 組件間作用矩陣表

3.2.2.3 功能模型建立

建立功能模型，如圖3 所示。

圖3 鎂合金系統(tǒng)功能模型

根據(jù)以上功能分析，我們可以得出擠壓機系統(tǒng)中存在的不足功能為擠壓桿擠壓鎂合金棒、加熱電流加熱擠壓筒、模具、鎂合金棒。在擠壓過程中，擠壓的速度、溫度、擠壓力等功能參數(shù)非常重要。當擠壓溫度過高時會使鎂合金型材的抗拉強度降低，而當溫度過低時不能使晶粒有效細化。當擠壓速度過快時表面容易出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象，而擠壓速度過低時，容易出現(xiàn)擠不動的現(xiàn)象，降低生產(chǎn)效率。如果擠壓力過大，則易導致爛料的產(chǎn)生，而擠壓力太小，則會使型材變形不均。最后，在擠壓出口如果溫度過高，則易產(chǎn)生斷裂并且會降低模具的使用壽命[5]。

下面針對鎂合金型材擠壓工藝中出現(xiàn)的問題進行分析，本文選取純度99.9%的鎂錠、鋁錠和鋅錠以及Al-10Mn 中間合金當作原料的AZ91 鎂合金型材為研究對象。對AZ91 鎂合金型材的擠壓溫度、擠壓速度、擠壓力、出口溫度四個工藝參數(shù)進行研究，列出所需要達到的功能參數(shù)[6]。如表3所示。

表3 擠壓工藝所需達到功能參數(shù)表

3.3 解決問題

通過跨領域知識搜索技術解決鎂合金擠壓工藝問題。首先，可以在專利庫中搜索擠壓溫度、擠壓速度、擠壓力和出口溫度，查找那些功能參數(shù)大于本領域的，經(jīng)過搜索，航天領域和軍事領域的擠壓溫度、擠壓速度、擠壓力和出口溫度的功能參數(shù)數(shù)值均大于本領域。接下來在航天和軍事領域中搜索擠壓技術，搜索到等溫擠壓技術。

其次，對等溫擠壓技術知識進行探索，等溫擠壓技術是通過調(diào)整擠壓速度進而控制擠壓溫度，又通過在型材出口處安裝紅外測溫裝置測量出?？跍囟葋碚{(diào)整擠壓速度，使型材在擠壓出口時保持溫度穩(wěn)定。擠壓速度越快，溫度越高。如果溫度偏高時，就降低速度，如果溫度偏低時，就加快速度。使型材的尺寸與物理性能等都達到最佳效果，減少廢品產(chǎn)生。

最后對等溫擠壓技術進行知識的整合與吸收，探索等溫擠壓技術對于鎂合金擠壓工藝的適用性。在鎂合金的擠壓工藝中，隨著溫度的升高，經(jīng)常導致型材表面不均勻，對產(chǎn)品的標準造成了很大的影響。運用等溫擠壓技術，正好可以彌補這一方面的不足，在等溫擠壓過程中，使金屬在變形時保持溫度恒定，使金屬流動均勻，提高型材的表面質(zhì)量與組織性能。綜上所述，等溫擠壓技術適用于鎂合金型材擠壓工藝[7]。

4 最終解決方案

在鎂合金棒擠壓過程中運用等溫擠壓技術，可以實時操控擠壓溫度和擠壓速度，通過在型材出口處安裝紅外線測溫儀，對出口溫度進行實時監(jiān)測，從而調(diào)整速度，改善溫度，達到溫度恒定。優(yōu)化后的鎂合金型材擠壓工藝如圖4 所示，可以有效改善表面質(zhì)量，細化晶粒，保障型材質(zhì)量，降低成本，提高生產(chǎn)效率。

圖4 鎂合金型材擠壓示意圖

5 結語

在我國鼓勵創(chuàng)新的大背景下，企業(yè)在工藝優(yōu)化上的創(chuàng)新尤為重要，本文綜合運用工業(yè)工程相關理論與Triz 理論，提出跨領域知識搜索技術，通過搜索功能參數(shù)快速找到與之對應的領域，通過搜索技術，獲取異質(zhì)化知識，再對其進行整合、吸收，大大提升企業(yè)解決工藝優(yōu)化問題的效率，使企業(yè)突破思維障礙，打破遇到問題在固有知識內(nèi)尋找答案的思維慣性，增強核心競爭力。此外，跨領域知識搜索技術的提出也為企業(yè)在面臨工藝優(yōu)化問題時提供新思路與新方法，提升企業(yè)創(chuàng)新水平。