1 引言
綠色設(shè)計(jì)自20世紀(jì)80年代出現(xiàn)以來(lái)，迅速在全球各地掀起了一場(chǎng)制造業(yè)的革命，綠色設(shè)計(jì)和綠色制造是人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。再制造工程作為綠色設(shè)計(jì)的重要組成部分，自進(jìn)入中國(guó)以來(lái)，結(jié)合當(dāng)前我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的要求，被越來(lái)越多的企業(yè)所接受，并投入到實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中去。再制造工程作為我國(guó)新世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的新方向，以節(jié)約資源、節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境為特色，以綜合利用信息技術(shù)、納米技術(shù)、生物技術(shù)等高技術(shù)為核心，充分體現(xiàn)了具有中國(guó)特色自主創(chuàng)新的特點(diǎn)。
再制造技術(shù)可以充分利用報(bào)廢零部件的價(jià)值，再制造產(chǎn)品的成本僅是新品的50%左右，但是卻可以節(jié)能60%、節(jié)材70%以上，并避免由生產(chǎn)制造過(guò)程引起的各種污染。產(chǎn)品拆卸是再制造工程中重要的環(huán)節(jié)，拆卸的好壞直接影響產(chǎn)品再制造性。但是，由于再制造技術(shù)進(jìn)入我國(guó)時(shí)間較短，發(fā)展還不夠成熟，許多關(guān)鍵技術(shù)都被國(guó)外企業(yè)所掌握，所以在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到許多難以解決的問(wèn)題，無(wú)法短時(shí)間內(nèi)尋找到切實(shí)有效的解決方案。因此，就迫切的需要一種先進(jìn)的理論來(lái)指導(dǎo)再制造過(guò)程。
2 TRIZ理論
TRIZ是俄文Teriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch(發(fā)明問(wèn)題解決理論)的詞頭。由前蘇聯(lián)Genrich S.Altshuller及其領(lǐng)導(dǎo)的一批研究人員，在分析研究世界各國(guó)260萬(wàn)件專(zhuān)利的基礎(chǔ)上，所提出的一套創(chuàng)新理論。
TRIZ對(duì)于產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義，經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，已成為解決發(fā)明問(wèn)題的強(qiáng)有力的方法學(xué)。該理論有產(chǎn)品進(jìn)化理論、沖突解決原理、物質(zhì)—場(chǎng)分析標(biāo)準(zhǔn)解、效應(yīng)、ARIZ算法五種分析工具。
圖1 利用沖突解決矩陣解決問(wèn)題流程
這里重點(diǎn)介紹利用沖突解決原理解決問(wèn)題的過(guò)程，如圖1所示，首先把特定技術(shù)的問(wèn)題抽象成為標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題或一般問(wèn)題，找到技術(shù)沖突，用39個(gè)工程參數(shù)描述這些技術(shù)沖突；然后查找沖突解決矩陣得到可用的發(fā)明原理，得到一般問(wèn)題的解；最后再由發(fā)明原理和相關(guān)發(fā)明專(zhuān)利的啟發(fā)，通過(guò)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和靈感最終得到特定問(wèn)題的具體工程解決方案。
3 應(yīng)用沖突解決原理解決產(chǎn)品再制造過(guò)程中的具體問(wèn)題
3.1 問(wèn)題的提出
泵送機(jī)構(gòu)是混凝土泵車(chē)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于將混凝土沿輸送管道連續(xù)輸送到澆注現(xiàn)場(chǎng)。泵送機(jī)構(gòu)由兩個(gè)主油缸1、2，水箱3，兩個(gè)混凝土輸送缸4、5，兩個(gè)砼活塞6、7，擺搖機(jī)構(gòu)8，分配閥9(S形閥)，攪拌機(jī)構(gòu)10，料斗11和出料口12組成，如圖2所示。工作原理：砼活塞(6、7)分別與主油缸(1、2)活塞桿連接，在主油缸的作用下，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一缸前進(jìn)，另一缸后退；輸送缸出口與料斗和S閥連通，S閥在擺搖機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)油缸作用下，可以左右擺動(dòng)。泵送混凝土料時(shí)，在主油缸作用下，砼活塞7前進(jìn)，砼活塞6后退，同時(shí)在擺動(dòng)油缸作用下，S閥9與輸送缸4連通，輸送缸5與料斗連通。這樣砼活塞6后退，便將料斗內(nèi)的混凝土吸入輸送缸，砼活塞7前進(jìn)，將輸送缸內(nèi)混凝土料送入分配閥泵出。
圖2 泵送機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
當(dāng)砼活塞6后退至行程終端時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，主油缸1、2換向，同時(shí)擺動(dòng)油缸換向，使S閥9與輸送缸5連通，輸送缸4與料斗連通，這時(shí)砼活塞7后退，砼活塞6前進(jìn)。依次循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)泵送。反泵時(shí)，通過(guò)反泵操作，使處在吸入行程的輸送缸與S閥連通，處在推送行程的輸送缸與料斗連通，從而將管路中的混凝土抽回料斗，如圖3所示。
圖3 泵送機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)簡(jiǎn)圖
由泵送機(jī)構(gòu)工作原理可知，主油缸內(nèi)砼活塞活動(dòng)頻率高，工作環(huán)境惡劣，所以極易損壞。對(duì)于損壞后需要更換的砼活塞，必須將其從輸送缸中退出到水箱方可進(jìn)行拆卸。傳統(tǒng)的處理辦法是將砼活塞通過(guò)中間接桿連接在主油缸活塞桿上，如圖4所示。當(dāng)需要拆卸砼活塞時(shí)，首先拆下中間接桿，然后點(diǎn)動(dòng)操作中間接桿前進(jìn)，使主油缸活塞桿靠近砼活塞，再將主油缸塞桿直接與砼活塞連接在一起，最后點(diǎn)動(dòng)操作主油缸后退，使砼活塞退入水箱中。拆完后又要按照上述步驟的反過(guò)程進(jìn)行安裝。這種方法拆卸難度極大，操作復(fù)雜，而且浪費(fèi)大量的時(shí)間，影響工作效率，同時(shí)也給產(chǎn)品再制造過(guò)程中的拆卸過(guò)程帶來(lái)了極大的困難。
圖4 泵送機(jī)構(gòu)主視圖
3.2 問(wèn)題的分析
為了減小維修難度、提高產(chǎn)品的可拆卸性和可維修性，可以考慮在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種可以使砼活塞自動(dòng)退出的裝置，但與此同時(shí)，增加一種裝置必然會(huì)增加泵車(chē)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，轉(zhuǎn)換成用39個(gè)通用工程參數(shù)來(lái)描述，即為“自動(dòng)化程度”與“裝置的復(fù)雜性”之間的沖突。通過(guò)查詢(xún)沖突矩陣表可得解決這一沖突可用的發(fā)明原理，如表1所示。
表1 沖突矩陣表
由表1可知，解決該問(wèn)題可選用的發(fā)明原理為15、24、10號(hào)原理。經(jīng)分析，原理15和原理10具有可行性。
選擇的原理及對(duì)應(yīng)的解決方案，如表2所示。
表2 發(fā)明原理及對(duì)應(yīng)解決方案
經(jīng)分析，第二種方案成本較高，研發(fā)周期長(zhǎng)，且進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)所面臨的困難較大。故選取第一種方案。
3.3 問(wèn)題的解決
選取方案一作為最終的解決方案。改進(jìn)后的泵送機(jī)構(gòu)包括輸送缸、砼活塞、水箱、主油缸活塞桿、主油缸，砼活塞直接與主油缸活塞桿聯(lián)接，將主油缸行程加長(zhǎng)，主油缸后端蓋上有緊固螺釘固定一頂桿，頂桿前端可與主油缸活塞桿尾端接觸，如圖5所示。正常工作時(shí)，當(dāng)主油缸活塞桿向后運(yùn)動(dòng)碰到頂桿時(shí)，頂桿起限位作用，使砼活塞保持在工作位置。當(dāng)需要更換或清洗砼活塞時(shí)，擰開(kāi)頂桿固定螺釘，如圖6所示。點(diǎn)動(dòng)操作主油缸活塞桿后退時(shí)，主油缸活塞桿就可推動(dòng)限位頂桿一直退到底，使砼活塞退入水箱中，達(dá)到方便清洗和維修的目的。
圖5 正常工作時(shí)頂桿的狀態(tài)
圖6 砼活塞退出時(shí)頂桿的狀態(tài)
該方案的實(shí)施有效地提高了裝置的自動(dòng)化程度，在提高產(chǎn)品可拆卸性和可維修性的同時(shí)也方便了產(chǎn)品的日常檢查和維護(hù)，并進(jìn)一步解決了產(chǎn)品再制造過(guò)程中拆卸困難的難題。該設(shè)計(jì)方案已申請(qǐng)中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利。
4 總結(jié)
節(jié)能減排是全世界應(yīng)對(duì)資源環(huán)境問(wèn)題的一項(xiàng)重大舉措，可持續(xù)發(fā)展更是關(guān)乎子孫后代生存的大事。再制造是以提升舊產(chǎn)品性能為目標(biāo)，以?xún)?yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保為原則，以先進(jìn)技術(shù)為手段，對(duì)舊產(chǎn)品修復(fù)改造。對(duì)于產(chǎn)品再制造過(guò)程中遇到的工程問(wèn)題，使用常規(guī)的方法往往無(wú)法解決，而使用高層次的創(chuàng)新方法-TRIZ理論則可以快速高效的得到好的解決方案。利用TRIZ理論中的沖突解決原理，分析了混凝土泵車(chē)再制造過(guò)程中的實(shí)際工程問(wèn)題，并提出具體解決方案，提高了砼活塞的可拆卸性、可維修性。所以說(shuō)，使用TRIZ理論指導(dǎo)再制造過(guò)程可以增加決策方案的科學(xué)性，同時(shí)也為產(chǎn)品的創(chuàng)新提供了一條便捷的道路。
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本文標(biāo)題：再制造產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中TRIZ理論分析
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