基于TRIZ理論的操控臺(tái)模塊鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

程虎 董影 宗濤 陳艷華

摘要：在新形勢(shì)下，艦船操控臺(tái)要求實(shí)現(xiàn)操控臺(tái)模塊的快速拆裝功能，以滿足裝備整機(jī)的快速恢復(fù)和操控需求。針對(duì)裝備用戶需求，基于TRIZ理論對(duì)操控臺(tái)模塊鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究，找到了設(shè)計(jì)思路，綜合考慮成本、可靠性以及武器裝備作戰(zhàn)環(huán)境因素等多個(gè)維度形成了概念方案，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)研制，滿足了顧客需求。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論；操控臺(tái)模塊；鎖緊機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：U674? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）10-0032-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.10.009

0? ? 引言

TRIZ是俄文Teoriya Resheniya Izobreatatel-skikh Zadatch的縮寫，意思是發(fā)明問題解決理論，翻譯成英文是Theory of Inventive Problem Solving[1-3]，漢語譯作“萃智”。TRIZ是一種有助于科技創(chuàng)新活動(dòng)的方法論[4-5]，它被認(rèn)為是目前最全面系統(tǒng)地論述發(fā)明創(chuàng)造、實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的新理論，運(yùn)用這一理論可以大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程，進(jìn)而得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品[6-7]。本文基于TRIZ理論對(duì)操控臺(tái)模塊鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究，找到了符合要求的方案，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)研制。

1? ? 問題背景和描述

1.1? ? 問題的背景

目前，操控臺(tái)模塊一般通過正面松不脫螺釘固定，如圖1所示，不能實(shí)現(xiàn)操控臺(tái)模塊的快速拆裝。而操控臺(tái)模塊要求便捷拆裝及美觀，因此對(duì)臺(tái)面模塊快速拆裝和外形美觀的需求也越來越高，傳統(tǒng)的通過松不脫螺釘安裝的方式已漸漸不能滿足客戶需求。

為了可以實(shí)現(xiàn)操控臺(tái)面模塊的便捷拆裝、外形美觀，同時(shí)又可以省去工具的使用，滿足不同情況下的使用需求，需要提供一種專用的小行程鎖緊機(jī)構(gòu)。

1.2? ? 問題的描述

1.2.1? ? 定義技術(shù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

問題所在技術(shù)系統(tǒng)：松不脫螺釘固定。

該技術(shù)系統(tǒng)的功能：解鎖或鎖定操控臺(tái)模塊。

實(shí)現(xiàn)該功能的約束有：（1）同軸轉(zhuǎn)入；（2）旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；（3）旋轉(zhuǎn)深度。

1.2.2? ? 當(dāng)前技術(shù)系統(tǒng)存在的問題

通過松不脫螺釘固定，不能實(shí)現(xiàn)操控臺(tái)模塊的快速拆裝。松不脫螺釘示意圖如圖2所示。

1.2.3? ? 問題或類似問題的現(xiàn)有解決方案及其缺點(diǎn)

類似解決方案：專利CN201821495698.9提供了一種新型按壓式安全長(zhǎng)鎖，通過按壓解鎖按鈕，使其脫離或緊扣固定底座，完成解鎖或鎖定，同時(shí)在固定鎖組件上設(shè)置有限位裝置，限位裝置可以阻止解鎖按鈕的移動(dòng)，避免兒童自行輕易將長(zhǎng)鎖打開，提高了安全性能。

缺點(diǎn)：無法通過按壓方式實(shí)現(xiàn)解鎖，操作上仍不能實(shí)現(xiàn)快速解鎖或鎖定。

1.2.4? ? 新系統(tǒng)的要求

能實(shí)現(xiàn)快速解鎖或鎖定，成本低，操作簡(jiǎn)單。

2? ? 問題分析

2.1? ? 功能分析及系統(tǒng)裁剪

對(duì)松不脫螺釘系統(tǒng)進(jìn)行組建分析，如表1所示。

對(duì)松不脫螺釘系統(tǒng)進(jìn)行組建相互作用分析，如表2所示。建立功能模型及裁剪，如圖3所示。

通過功能模型分析，確定了導(dǎo)致問題存在的功能因素：螺帽對(duì)操控臺(tái)模塊的功能不足。

2.2? ? 因果鏈分析

針對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行因果鏈分析，如圖4所示。

這是普通的物場(chǎng)分析后的結(jié)果，如此是不可能實(shí)現(xiàn)快速鎖定或解鎖功能的，需要改變場(chǎng)合物質(zhì)，引入場(chǎng)F2人力和物質(zhì)鎖定/解鎖裝置S3。

2.3? ? 九屏幕法

繪制松不脫螺釘系統(tǒng)的九屏幕圖，如圖5所示，并根據(jù)九屏幕圖的提示，尋找可能解決的方案。

2.4? ? 最終理想解

繪制最終理想分解表，如表3所示。

3? ? 問題求解

3.1? ? 技術(shù)矛盾

為了提高鎖定或解鎖速度，可以提高壓鎖裝置的自動(dòng)化程度。

如果提高裝置的自動(dòng)化程度，雖然可以提高鎖定或解鎖速度，但是會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。改善的參數(shù)為自動(dòng)化程度，惡化的參數(shù)為系統(tǒng)的復(fù)雜性。由矛盾矩陣表查得發(fā)明原理如表4所示。

采用發(fā)明原理15（動(dòng)態(tài)特性原理），使壓鎖裝置可動(dòng)，使其在鎖定或解鎖階段達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

3.2? ? 物理矛盾

為了提高鎖定或解鎖速度，可以提高壓鎖裝置的自動(dòng)化程度。既希望鎖定/解鎖裝置能夠鎖定，又希望能解鎖。在操控臺(tái)模塊工作時(shí)壓鎖裝置是鎖定的，在操控臺(tái)模塊維修時(shí)鎖定/解鎖裝置是解鎖的。

故決定所設(shè)計(jì)的鎖定/解鎖裝置采用解決物理矛盾中的時(shí)間分離原理，將壓鎖裝置設(shè)計(jì)成一個(gè)鎖定/解鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)和一個(gè)控制機(jī)構(gòu)，根據(jù)需要來控制狀態(tài)。

4? ? 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)TRIZ分析過程，選擇動(dòng)態(tài)特性原理及物理矛盾時(shí)間分離原理的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)方案如下：利用彈簧與連桿相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)小行程壓鎖機(jī)構(gòu)，如圖6所示，包括鎖框架1、連桿2、按鈕3、彈簧4、小軸5、鎖舌6、后蓋板7、上蓋板8、下蓋板9。連桿通過小軸分別安裝在上蓋和下蓋上，安裝后的上蓋和下蓋通過螺釘安裝在鎖框架上，鎖舌通過滑槽安裝到鎖框架上；彈簧裝到按鈕圓槽內(nèi)，按鈕裝到后蓋槽內(nèi)，而后安裝到鎖框架上。按鈕、彈簧分別與鎖舌有讓位設(shè)計(jì)，需有適當(dāng)間隙；按鈕與連桿有配合關(guān)系，需有適當(dāng)間隙。

具體實(shí)施方式：當(dāng)按壓按鈕3時(shí)，按鈕驅(qū)動(dòng)連桿2繞小軸5運(yùn)動(dòng)，此時(shí)彈簧4壓縮，連桿帶動(dòng)鎖舌6縮回，操控臺(tái)面上的模塊脫離鎖舌固定后彈出；當(dāng)松開按鈕3時(shí)，彈簧4拉伸，驅(qū)動(dòng)鎖舌6伸出，通過鎖舌固定操控臺(tái)面上的模塊。仿真示意圖如圖7所示。

5? ? 結(jié)論

本文對(duì)艦船顯控臺(tái)顯示器系統(tǒng)存在的顯示器不能快速正面拆裝維修、顯示器不能多角度調(diào)節(jié)問題進(jìn)行了描述，利用系統(tǒng)功能模型分析及裁剪、因果鏈分析、技術(shù)矛盾、物理矛盾、物場(chǎng)模型及標(biāo)準(zhǔn)解九屏幕法等多個(gè)工具進(jìn)行分析，尋找設(shè)計(jì)思路，綜合考慮成本、難易程度、可靠性以及武器裝備作戰(zhàn)環(huán)境因素等多個(gè)維度形成了概念方案，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)研制，滿足了顧客需求。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 孫永偉，謝爾蓋·伊克萬科.TRIZ打開創(chuàng)新之門的金鑰匙Ⅰ[M].北京：科學(xué)出版社，2015.

[2] 趙新軍，孔祥偉.TRIZ創(chuàng)新方法及應(yīng)用案例分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2020.

[3] 姚威，韓旭，儲(chǔ)昭衛(wèi).創(chuàng)新之道 TRIZ理論與實(shí)戰(zhàn)精要[M].北京：清華大學(xué)出版社，2019.

[4] 程虎.利用TRIZ創(chuàng)新方法提高BGA芯片貼裝精度[J].船電技術(shù)，2022，42（2）：55-60.

[5] 孫震，張夢(mèng)元，周蕾，等.利用TRIZ提高燃料電池增濕器的增濕能力[J].船電技術(shù)，2021，41（6）：51-53.

[6] 趙林林，李景仲，武濤.基于TRIZ理論的洗瓶機(jī)出瓶裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].機(jī)械，2014，41（11）：54-56.

[7] 楊劍偉，陳文戈，周金平，等.基于TRIZ的水冷系統(tǒng)三通閥設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2015，44（9）：14-17.

收稿日期：2023-02-03

作者簡(jiǎn)介：程虎（1986—），男，湖北武漢人，高級(jí)技師，研究方向：無線電裝接。