劉彥磊 （天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津300402）

劉宏勛 （中航工業(yè)保定向陽航空精密機(jī)械有限公司 河北保定071051）

基于TRIZ的電永磁吸盤改進(jìn)設(shè)計(jì)

劉彥磊 （天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 天津300402）

劉宏勛 （中航工業(yè)保定向陽航空精密機(jī)械有限公司 河北保定071051）

針對(duì)電永磁吸盤存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，在改進(jìn)設(shè)計(jì)過程中借助TRIZ工具，找到了幾種設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)TRIZ理論在解決問題中的優(yōu)勢(shì)，新設(shè)計(jì)方案在實(shí)踐中得到驗(yàn)證和應(yīng)用。

TRIZ 電永磁吸盤 可靠性

企業(yè)要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位，不僅僅要把握市場(chǎng)需求的變化，還需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決現(xiàn)有產(chǎn)品存在的問題，保證產(chǎn)品的可靠性，這是企業(yè)發(fā)展的根本。本文借助TRIZ工具，對(duì)現(xiàn)有電永磁吸盤的可靠性問題進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，并在本廠得到了實(shí)際應(yīng)用的驗(yàn)證。

1 TRIZ理論

起源于前蘇聯(lián)的發(fā)明問題解決理論（TRIZ：Theory of Inventive Problem Solving），不論對(duì)學(xué)術(shù)界還是對(duì)工業(yè)界都是指導(dǎo)創(chuàng)新的重要理論之一。作為一種方法學(xué)，TRIZ是由解決技術(shù)問題和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)的各種方法、算法組成的綜合理論體系。

針對(duì)具體問題，首先要用該問題所處技術(shù)領(lǐng)域中的特定術(shù)語描述沖突得到特定工程問題，之后，再用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)描述該沖突。標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)描述的是一般問題，并在沖突矩陣中選擇可用發(fā)明原理。一旦選定某一或某幾個(gè)原理以后，應(yīng)當(dāng)根據(jù)應(yīng)用該原理指明的一般問題思維方向思考特定的問題以獲得具體解，圖1給出了求解技術(shù)。

圖1 技術(shù)沖突求解過程

2 電永磁吸盤的改進(jìn)設(shè)計(jì)

電永磁吸盤由勵(lì)磁線圈、永磁塊、磁軛、永磁鐵與基體組成。通過變換勵(lì)磁線圈的電流方向，來改變磁軛中磁場(chǎng)方向，進(jìn)而達(dá)到屏蔽和釋放永磁鐵磁場(chǎng)以吸附和釋放工件的目的。在吸盤工作時(shí)起作用的是永磁鐵，不消耗電能，在起磁和退磁的瞬間消耗電能，因此比傳統(tǒng)的電磁吸盤有顯著的可持續(xù)性。

可靠性是電永磁吸盤的一項(xiàng)重要指標(biāo)。其可靠性是指能在生命周期內(nèi)安全可靠地充磁和退磁。塊型電永磁吸盤模型如圖2所示。

圖2 塊型電永磁吸盤模型圖

3 電永磁吸盤的問題分析

現(xiàn)有電永磁吸盤的可靠性較差，不能實(shí)現(xiàn)可靠的充磁和退磁。通過運(yùn)用AFD失效分析方法對(duì)其進(jìn)行失效分析，失效原因診斷分析過程如下：

①描述已發(fā)生的失效：使用幾個(gè)月之后產(chǎn)生不能起磁現(xiàn)象或者使用過后無法退磁。

②放大失效形式：可以歸結(jié)為永磁體磁場(chǎng)方向變化不可靠。

③將問題“永磁鐵磁場(chǎng)方向變化不可靠的問題”轉(zhuǎn)換為“如何使永磁鐵磁場(chǎng)方向變化不穩(wěn)定”。

④尋找反問題的解，得到以下幾種使永磁鐵磁場(chǎng)變化不穩(wěn)定的假想方法：方法一，更換密封材料，使切削液破壞勵(lì)磁線圈；方法二，變動(dòng)磁軛，使其對(duì)永磁鐵磁場(chǎng)作用不穩(wěn)定；方法三，降低控制器的可靠性使電流方向變化不穩(wěn)定；方法四，破壞永磁鐵使其磁場(chǎng)不穩(wěn)定。

⑤應(yīng)用可用資源，分析這幾種方法產(chǎn)生的可能性：方法一，由于吸盤在工作時(shí)，通常需要開切削液，吸盤是由固體膠密封，如果密封不可靠，切削液可能進(jìn)入吸盤內(nèi)部，故可實(shí)現(xiàn)性很高；方法二，吸盤用固體膠密封以后，磁軛與永磁鐵被固定，故不具實(shí)現(xiàn)性；方法三，控制器本身故障無法實(shí)現(xiàn)電流方向變化，或者控制器與電永磁吸盤接觸不良時(shí)吸盤斷路，勵(lì)磁線圈沒有電流變化，無法勵(lì)磁，具有可行性；方法四，吸盤用固體膠密封以后，永磁鐵被置于吸盤內(nèi)部，不會(huì)受到外力，導(dǎo)致其破壞，故不具實(shí)現(xiàn)性。

利用現(xiàn)有資源進(jìn)行分析，方法一與方法三都具有可實(shí)現(xiàn)性。原因是切削液進(jìn)入吸盤內(nèi)部使勵(lì)磁線圈短路，或控制器與吸盤接觸不良使吸盤斷路。

4 電永磁吸盤的問題解決

4.1 確定一般問題

4.1.1 切削液進(jìn)入吸盤內(nèi)部使勵(lì)磁線圈短路 把電永磁吸盤作為一個(gè)系統(tǒng)研究，切削液是系統(tǒng)外物質(zhì)。故選擇惡化參數(shù)是30號(hào)物體外部有害因素作用的敏感性，改善參數(shù)是35號(hào)適用性及多用性。問題描述為降低系統(tǒng)對(duì)外部物質(zhì)的敏感性，同時(shí)提高系統(tǒng)的適用性。

4.1.2 控制器與吸盤接觸不良使吸盤斷路 由于電永磁吸盤的往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致控制器與吸盤接觸不良。故選擇惡化參數(shù)是9號(hào)速度，改善參數(shù)是27號(hào)可靠性。

4.2 獲得一般解

4.2.1 切削液進(jìn)入吸盤內(nèi)部使勵(lì)磁線圈短路 在沖突矩陣中查找36行31列得到推薦的發(fā)明原理編號(hào)是35，11，32和31。其中，35是參數(shù)變化，11是預(yù)補(bǔ)償，32是改變顏色，31是多孔材料。

4.2.2 控制器與吸盤接觸不良使吸盤斷路 在沖突矩陣中查找28行10列得到推薦的發(fā)明原理編號(hào)是21，35，11和28。其中，21是緊急行動(dòng)，35是參數(shù)變化，11是預(yù)補(bǔ)償，28是機(jī)械系統(tǒng)的替代。

4.3 獲得工程解

借助發(fā)明原理啟發(fā)的思考方向，運(yùn)用類比等方法獲得工程解。

4.3.1 切削液進(jìn)入吸盤內(nèi)部使勵(lì)磁線圈短路 方案一：勵(lì)磁線圈采用串并聯(lián)混合的方式連接。方案二：預(yù)補(bǔ)償啟示下，密封膠與基體，磁軛相互交叉接觸?；w結(jié)構(gòu)見圖3，磁軛結(jié)構(gòu)見圖4。

圖3 基體結(jié)構(gòu)

圖4 磁軛結(jié)構(gòu)

4.3.2 控制器與吸盤接觸不良使吸盤斷路 方案三：在參數(shù)變化的啟示下，利用電纜的柔性，把一部分電纜固定在吸盤上。

綜上所述，原因分析得知電永磁吸盤的原理具有可持續(xù)性及先進(jìn)性，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與密封材料存在問題，運(yùn)用TRIZ工具中的沖突矩陣尋求解決方案，可以作為改進(jìn)方案。新結(jié)構(gòu)的電永磁吸盤的使用效果證明了改進(jìn)方案的可行性。

5 結(jié)語

電永磁吸盤的原理具有可持續(xù)性，通過這次結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)可以提高其可靠性和穩(wěn)定性。TRIZ理論提供了多套解決問題的方法。本文在電永磁吸盤的改進(jìn)設(shè)計(jì)中運(yùn)用了TRIZ，克服了傳統(tǒng)的思維慣性，對(duì)于分析解決復(fù)雜及困難問題有很大優(yōu)勢(shì)。通過本次的設(shè)計(jì)改進(jìn)電永磁吸盤在本廠得到了實(shí)際驗(yàn)證，效果非常好，它的可靠性和穩(wěn)定性得到了大大提高。■

[1]韋子輝，檀潤(rùn)華，孫建廣.基于AFD的失效原因分析技術(shù)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2007，23（3）：11-12.

[2]馬建紅，檀潤(rùn)華．基于TRIZ及ABD的創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究[J]．工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2006，13（4）：193-198.

[3]SEMYON D Savransky．Introduction to TRIZ methodology of inventive problem solving [M]．New York:CRC Press,2000.

[4]檀潤(rùn)華．產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)若干問題研究進(jìn)展[J]．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003，39（9）：11-16.

[5]劉曉敏，檀潤(rùn)華．創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)理念與虛擬設(shè)計(jì)實(shí)例分析[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2005，21（5）：16-18.

[6]檀潤(rùn)華.發(fā)明問題解決理論[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

2011-11-09