《装备维修技术》2021年第4期 基于TRIZ创新方法在改进设备装置 技术实践中的应用 冯志勇 李长峻 （广西机电职业技术学院，广西 南宁 530007） 摘 要：针对旧款轮胎拆装设备在安装轮胎过程中容易造成轮胎撕裂的问题 ，基于TRIZ理论，应用物-场分析、因果链分析、功能分析、资源分析、物理矛盾等工具进行分析，从不同视角度提出解决问题的方案，并对方案进行整理和评价，选择增加气动辅助装置，解决了轮胎的安装问题和提高了工作效率；对促进汽车后市场的发展具有重要的作用。 关键词：TRIZ；物-场分析；因果链分析；功能分析；九屏幕分析 1 初始问题背景分析 1.1问题背景 近年来，中国的汽车产业发展迅猛，据2019年中国国民经济和社会发展统计公报：全国民用汽车保有量26150万辆（包括三轮汽车和低速货车762万辆），比上年末增加2122万辆，其中私人汽车保有量22635万辆，增加1905万辆。民用轿车保有量144万辆，增加1193万辆，其中私人轿车保有量13701万辆，增加1112万辆。随着汽车保有量的不断增加，汽车产业后市场越来越大，汽车的保养、维护和维修量越来越多，对维修维护技师的水平及维修设备的要求越来越高，在这种背景下，技能优良的维修技师和高效完善的维修设备才能满足日趋紧张的汽车维护维修需求。因此，开发高效完善的维修设备迫在眉睫、时不待我。 轮胎拆装设备是汽车维修中不可或缺的重要拆装设备。旧款的轮胎拆装设备结构简单，人力参与度很高，如果操作人员没有严格遵循操作流程进行作业，易造成轮胎在安装过程中，出现轮胎胎圈被撕裂，导致新轮胎报废的严重后果。轮胎在安装的过程中，通过对轮胎胎圈涂上适当的润滑剂，在鸟头的引导作用下，操作人员对轮胎进行按压到轮毂最小尺寸处 ，否则很容易引起轮胎胎圈撕裂的问题，所以一定程度上对操作人员的技能水平有相当高的要求。虽然对人员进行了培训，考核，使员工在使用的过程中能顺利完成安装要求，但是也经常出现操作人员失误导致轮胎在安装过程中出现不同程度的撕裂的情况。 1.2 轮胎拆装机工作原理 轮胎的拆装机的工作原理是由锁紧爪和鸟头，转盘的转动由电机直接提供动力，将锁紧爪夹紧、松开等动作均由气压控制系统直接提供动力。拆装机主要是由机械动力系统、气压系统以及控制系统组成。要严格遵循拆要严格遵循拆装机的系列规范，并且要覆盖规定车型的任意扁平比的所有轮胎，可以将辅助臂、工作盘、打气表、鸟头、快速充气装置等物品形成多个模块组合搭配，这种方法使用更加的灵活，而且可以对坏损的模块进行更换，延长设备的使用寿命。 1.3 存在的问题 轮胎拆装设备在使用的过程中，主要存在以下问题：一是轮胎重量过重，靠人力一个人有时无法把轮胎抬到转盘上。如果增加辅助设备，必然会造成整台设备费用的增加，所以针对轿车的轮胎拆装设备，大部分轿车的轮胎重量都不是很重，一个人完全靠个人的力量也能把轮胎安全的放在转盘上，所以没有必须增加举升辅助设备。二是现在的轮胎拆装设备在正常的教学上无法与现在社会上企业的设备接轨，技术过于落后，学生在学校学完了以后，到企业上适应能力不强，另外学生在旧款拆轮胎机上易出现操作不到位的问题，造成轮胎撕裂。主要原因是由于在安装的时候没有压到位引起轮胎撕裂。 2 分析问题 2.1物质-场分析 按物质-场分析方法，建立设计系统的模型。根据轮胎拆装机的这个系统进行分析，设备具有多个功能，针对这些功能在应用过程中存在的问题，建立功能模型。功能模型分为四类： (1)有效完整功能(图1.1a)该功能的三个元件都存在且都有效，是设计者追 (2)不完整功能(图1.1b)组成功能的三个元件中部分元件不存在，需要增加元件来实现有效完整功能或用一新功能代替。 (3)非有效完整功能(图1.1c)功能中的三个元件部存在，但设计者所追求的效应未能完全实现。如产生的力不足够大、温度不足够高等，需要改进以达到要求。 (4)有害功能(图1.1d)功能中的三个元件都存在，但产生与设计者产生有害的效应相冲突的效应。创新的过程要消除有害功能。 图1.1各种功能模型 2.1.1物质-场模型的建立 通过物质-场分析方法，针对轮胎在安装过程中建立简单的基本物质-场模型如图1.3所示压力（F）、人（S2）、轮胎（S1）。 图1.3 工人安装轮胎的物-场模型 根据物质-场分析方法，可以得出图1.3的模型在功能模型当中是属于有效完整功能。结合轮胎拆装机的问题：是由于操作人员在装配轮胎操作过程中，由于手作用于轮胎的压力不足，造成轮胎在安装的过程中，出现撕裂的问题。通过这个问题可以建立问题的功能模型如图1.4所示。 —145— 工装设计 强，从而解决了对轮胎作用力不足的问题。 方案1：操作人员通过撬棍加力，使轮胎在安装中轻松压到合 适位置。 方案2：借助气压或液压设备对轮胎进行加压。 方案3：在轮胎上加装一个防护垫。 图1.4 人对轮胎作用不足的物-场模型 通过图1.4可以看出，S2对S1的作用是不足的，根据TRIZ的76个标准解的解题流程采用第一类标准解，给系统添加一个物质S3。由此可以得出图1.5 2.2 因果链分析 利用因果链分析工具，通过图对轮胎在安装的过程中出现撕裂的问题这一现象进行分析。轮胎撕裂是由于胎圈与轮毂挡圈接触产生挤压摩擦，摩擦力过大引起胎圈撕裂损坏；摩擦力过大是由于操作工人没有给胎圈涂上足够的润滑剂；摩擦力还与操作工人没有按装配技术要求有关；操作工人没有通过培训就进行上岗作业；操作设备出故障引起。 通过因果链分析，再结合实际工作过程，确定胎圈的摩擦力过大，润滑剂不足，装配技术这三个方面的关键问题。根据因果链分析提出初始解决问题： 方案4：采用轮胎专用润滑剂 图1.5 增加辅助设备解决人对轮胎作用不足的物-场模型 S2通过与 S3的搭配作用，使作用于S1的作用力进一步的增方案5：加强对操作工人的技能培训 2.3 功能分析 根据功能分析的步骤对轮胎拆装设备进行系统分析。组件分析、功能模型图（见图2.2） 轮胎拆装设备涉及到的组件和超系统组件分别是：电机、转盘、锁紧爪、脱缘板铲、纵向杆、立臂、鸟头、转盘旋转开关、轮胎锁紧开关、压胎开关和撬棍、压缩空气、电源 屏幕图，并提出解决方案 图2.3 轮胎屏分析法 方案10 被撕裂的地方在胎圈，可以采用纳米技术对胎圈进行处理，安装时，加大胎圈开度，装配好以后，自动恢复原来的尺寸状态。 方案11 把轮胎与轮毂做成一个整体，更换时一起更换。 2.5 资源分析 1.物质资源：电能、空气能、橇棍、轮胎、鸟头、转盘、电机、开关 2.信息资源：设备的结构变形、轮胎的胎圈情况、轮毂的外观情况 3.空间资源：鸟头与轮毂的间隙、胎圈与鸟头导引的间隙、胎圈与轮毂档板的间隙、胎圈与轮毂最小尺寸处的间隙。 4.功能资源：定位、导向、加压 （下转第148页） 图2.2轮胎拆装机功能模型图 通过分析可以确定，撬棍如果没有对轮胎的作用是足分的，那就会在安装过程中轮毂对轮胎就会产生破坏的问题。 方案6轮胎拆装设备自身使用气源，所以采用气压辅助装置对轮胎进行加压，以达到理想的效果。 方案7采用卡钳的方式进行加压到理想位置。 方案8 采用电机驱动的方式对轮胎进行加压到理想位置。 方案9 对撬棍进行加长，采用杠杆原理达到压力理想值。 2.4 九屏幕分析法 根据九屏幕分析法的规则，把轮胎看成是当前系统，画出九—146— 工装设计 机载导弹在任务剖面上的贮存、启封待用阶段可维修；在挂飞、发射和自主飞行阶段不可维修。导弹内的固体发动机、战斗部、电池、分离装置、弹内气瓶等产品一般不可维修、不可测试；制导、控制系统、伺服等可以进行测试和维修。 3.3 保障性设计参数 根据机载导弹寿命剖面特点、任务特点及其保障，绘制机载导弹保障工作流程如图2所示。 （3）平均预防性维修时间MPMT； （4）预防性维修间隔期PMI； （5）故障检测率FDR； （6）故障隔离率FIR； （7）虚警率FAR。 其中，MTBF、PMI与可靠性设计相关，在开展FMEA工作后确定；MTTR、MPMT与维修性相关，FDR、FIR、FAR与测试性相关，可参考以往成熟型号或根据军方要求确定。 4.小结 本文在归纳国内外保障要素的基础上，提出了机载导弹保障性设计6项要素，并根据机载导弹的保障、寿命剖面、任务剖面的特征以及保障策略，分析并提出了机载导弹保障性设计参数，供保障性研究及武器系统型号保障性设计工作参考使用。 参考文献（References） [1].GJB3782-1999装备综合保障通用要求[S]． [2].GJB1371-1992装备保障性分析[S]. [3].Army Regulation 700-127，Integrated Logistics Support(Rapid Action Revision)[S].29 April 2009. [4].刘东，李冬，等.装备综合保障技术[J].国防科技，2009，06：45-52，84． [5].朱觅.空空导弹系统综合保障工作探讨[J].航空兵器，2005，(3)：43- 46. [6].朱觅，王卫国.空空导弹综合保障现状与对策[J].航空标准化与质量，2007，(2)：41- 44. [7].马艳.装备综合维修保障决策方法研究[J].科技资讯，2017，(30)：242-245. [8].王兰祥，黄志军.某型导弹武器系统综合保障方法及仿真模型研究[J].舰船电子工程，2002，(1)：53-57. [9].胥永康，吴家菊，等.全寿命周期装备综合保障信息化框架研究[J].现代雷达，2014，03：1-5. 图2 机载导弹保障工作流程 机载导弹要求在有效贮存期内保持良好的状态，尽量简化任务前的相关准备工作以尽量减少任务前准备时间。因此机载导弹的贮存可靠度、任务前准备时间以及任务可靠度是其保障性的重要指标。保障的实施效果与导弹装备的可靠性和维修性程度密切相关。保证导弹系统的贮存可靠度和任务可靠度，应最大限度地提高装备的可靠性、尽可能的减少维修和方便维修。为保证满足规定的任务可靠度，导弹一般在导弹装备执行任务之前需要对其主要功能进行测试，测试要求装备及其测试设备必需具有低虚警率和高故障检测率；为便于装备维修，在设计阶段应开展维修性设计，应使测试设备具有快速检测故障并隔离故障的能力以减少装备平均故障修复时间。综上所述，机载导弹保障性设计应尽可能使装备具有一定的自我保障能力，即应以减少甚至免除装备的保障需求。 与以上需求对应的保障性设计参数包括： （1）平均故障间隔时间MTBF； （2）平均修复时间MTTR； 作者简介： 黄永辉（1976- ），男，空间物理重点实验室，高工.主要研究方向：武器装备综合保障，人工智能；***************。 过提取几个优秀的方案进行再次比较。 方案6轮胎拆装设备自身使用气源，所以采用气压装置对轮胎进行加压，以达到理想的效果。 方案5：加强对操作工人的技能培训。 方案7：采用卡钳的方式进行加压到理想位置。 这三种方案通过从经济性、操作性、实施的复杂程度以及结合实际的工作特点对于解决实际问题，方案6和方案5从各个方面去考虑，各项指标良好，可以采用。 （上接第146页） 从资源分析的角度去思考问题，胎圈出现撕裂是由于没有定位、压到合理位置，或引导问题引起问题的发生。 方案12、在需要施加压力的地方做好定位及刻度，每次安装操作人员只要把轮胎外侧及胎圈压到设定好的刻度就可以。 2.6 物理矛盾 安装的时候要求胎圈与轮毂的档圈离得尽可能远，避免因摩擦出现的损坏。但是因为轮胎尺寸的要求，又不能离得太远，不然就无法安装上去。这是一对矛盾问题，既要远又要近。方案13、根据安装的技术要求，采用时间分离条件，在轮毂的档板上预加一条防护垫，表面加润滑剂。 4 结论 本文利用TRIZ 理论中的物-场分析、因果链分析、功能分析、资源分析、物理矛盾等方法对现有轮胎拆装机存在的不足进行了充分的分析，并且灵活运用了TRIZ 理 论所提供的物理冲突解决原理、技术冲突解决原理等工具提出 了13种解决方案，通过采用努力影响矩阵-创新概念评分表进行评价的结果来分析，最终选择方案6利用设备自身气动资源，加装气动辅助装置解决装配中存在不足的问题。此设计具有结构简单、可靠 性高、造价低廉、效率高、操作简便的优点，是可以完全适用于当前汽车后市场的需要。 3 对方案概念解用努力影响矩阵对其进行评分 对13种解决方案进行整理评价，采用努力影响矩阵-创新概念评分表进行评价。 参考文献 [1]数据来源：2019年中国国民经济和社会发展统计公报. [2]刘鸿恩，张列平 .TRIZ问题解决的创造性的理论和方法[J]上海质量 .2000（2）. [3]孙永伟 《TRIZ打开创新之门的金钥匙》编著 科学出版社 作者简介： 冯志勇，男，广西博白人，广西机电职业技术学院汽车工程系教师，工程师/讲师，主要研究方向车辆工程。 图3.1 努力影响矩阵评分表 通过采用努力影响矩阵-创新概念评分表进行评价的结果来分析，对13种方案当中在第一象限里的方案是优先考虑采纳。通基金项目： 广西机电职业技术学院科研项目立项，用TRIZ的方法升级旧款轮胎拆装设备（课题编号：2018YKYZ016） —148—
