基于TRIZ理论的震源药柱封口机合格率的研究

陆 志 猛

（湖北航鹏化学动力科技有限责任公司 湖北 襄阳 441003）

摘 要：震源药柱封口机是整条震源药柱自动化生产线的重要组成部分，而传统的封口工艺存有较多缺点，如合格率低、劳动强度大等。本文简要介绍了ＴＲＩＺ理论及其基本原理，并针对震源药柱封口机封口合格率低等技术问题结合ＴＲＩＺ理论进行了创新研究，并应用ＴＲＩＺ理论中ＴＲＩＮＮＭＩＮＧ、创新原理、物场分析、知识库、进化路线等理论来具体分析问题，得到了１７个方案，其中５个方案成功应用到封口机上，并取得了热合合格率约９５％的良好效果。该研究对提高生产效率和产品热合密封的合格率具有至关重要的作用，对生产线的自动化贯穿运行具有重要意义。

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关键词 ：震源药柱壳体；热合封口；合格率；ＴＲＩＺ；矛盾

中图分类号：TG75 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．03．０46

收稿日期：２０14－11-11

０ 引言

震源药柱是一种广泛应用于地质勘探、河道疏通等领域。由于近年来民用爆破器材进入了高速发展时期，近两年民爆企业生产震源药柱产能增速同比增长近３０％。震源药柱的需求量日益增大，但是该高危行业落后的生产方式难以满足产能需求，因此工信部提出民爆行业“十二五”发展目标：提升工业炸药生产线的自动化水平、减少在线操作人员、提高生产效率。

震源药柱封口机是整条震源药柱自动化生产线的重要组成部分，而传统的封口工艺存有较多缺点，如合格率低、劳动强度大等。为顺利完成公司承制的震源药柱生产线合同，公司在调研国内热合封口现状后，对自动热合封口设备进行方案设计和样机制造，但是热合封口合格率较低，效率不高。

本文主要针对震源药柱封口机封口合格率低等技术问题结合ＴＲＩＺ理论进行了创新研究，并应用ＴＲＩＺ理论中ＴＲＩＮＮＭＩＮＧ、创新原理、知识库、标准解、进化模式等理论来具体分析封口机封口合格率较低这一问题。

１ ＴＲＩＺ概述

ＴＲＩＺ理论是前苏联Ｇ．Ｓ．Ａｌｔｓｈｕｌｅｒ及其领导的一批研究人员，自１９４６年开始，花费１５００人／年的时间，在分析研究世界各国２５０万件专利的基础上所提出的发明问题解决理论。

ＴＲＩＺ理论内容核心简要如下：

（１）Ａｌｔｓｈｕｌｌｅｒ的两大革命性发现：不同行业中的问题，采用了相同的解决办法；系统／产品是按照一定规律在发展的。

（２）ＴＲＩＺ的核心思想：产品及其技术的发展像生物体进化一样遵循着诞生、成长、成熟、衰老、灭亡的客观规律；同一条规律往往在不同的产品或技术领域反复应用，很多创新实质上往往是其他领域技术在某一领域的全新应用。

（３）ＴＲＩＺ的解题模式：４个方框、３个步骤。ＴＲＩＺ的解题模式和传统的解题模型有一定区别，它将待解决的问题转化成问题模型，并用ＴＲＩＺ理论建立解决问题的模型，最后应用经验知识来得到最终方案。

ＴＲＩＺ的理论体系架构如图１所示。

２ ＴＲＩＺ理论分析问题

２．１ 关键技术问题的确定

针对热合封口合格率较低这一问题，通过分析，初步找出熔化的震源药柱封盖和震源药柱外壳粘附在热合头内壁是引起合格率较低的一个主要原因，通过ＴＲＩＺ理论工具对分析出的技术难题进行改进，争取实现产品热合质量满足要求。图２所示为工作原理图，图３为熔化物粘附现象示意图。

２．２ 问题分析

（１）定义系统名称

震源药柱壳体热合封口 提高合格率

Ｓ（技术系统名称） Ｖ（功能） Ｏ（系统作用对象）

（２）问题初始情境描述

①用于在线封口热合震源药柱壳体；②要求热合封口后浸水试验合格率大于９０％；③要求热合封口工艺时间较短。

（３）工作原理

工装板用于定位发震源药柱壳体；输送线体传送工装板；阻挡器定位工装板；温控箱转换能量给铂电阻；铂电阻加热铝块；铝块辐射传热至热合头；气缸举起工装板和震源药柱壳体；热合头引导、限定、辐射传热至震源药柱壳体，震源药柱壳体端面熔化后端面进行密封，气缸下降，准备下一次热合。

（４）主要问题

①热合封口后浸水试验合格率较低；②熔化的震源药柱封盖和震源药柱外壳粘附在热合头内壁；③热合工艺时间较长影响生产节拍。

（５）问题发生的条件

①由于热合头内壁经常粘着壳体熔化材料（高密度聚乙烯），直接影响后续的热合效果，造成产品合格率较低；②发震源药柱壳体到达同一高度的一致性较差，也会影响热合效果，造成产品合格率较低。

（６）初步思路或类似问题的解决方案

人工参与热合工艺，对热合头内壁涂敷硅油避免粘着物，保证热合产品质量。缺点：增加人力成本，生产效率低下。

（７）待解决的问题

①热合封口后浸水试验合格率大于９０％； ②热合头内壁不粘附熔化物；③热合工艺时间较短。

３ ＴＲＩＺ理论解决问题

３．１ 系统裁剪方案

方案１：去除铝块（加热组件）

对系统进行裁剪分析后，认为可以裁剪铝块、铂电阻、连接螺钉、温控箱、连接杆等组件，直接采用动力装置提供高速旋转，利用热合头高速旋转和震源药柱壳体封口端面摩擦产生热量，实现封口工艺。裁剪方案示意图如图４。

３．２ 创新原理方案

方案２：采用光电开关定位工装板

为解决阻挡器如何精确定位工装板问题，分析阻挡器工作原理是弹簧复位式，定位误差精度较大，可采用定位精度高的系统或设备，提高控制定位的精度。但是该方案的缺点：采用定位精度高的系统或设备比阻挡器系统复杂。

在ＰＲＯ－Ｉ软件中对分析过程进行矛盾定义，得到１５、１０、３７和２８等４条创新原理。参考第２８条创新原理机械系统替代原理，得到了方案２：采用光电开关定位工装板。

方案３：工装板上增加弹簧机构

为解决壳体定位时高度补偿问题，阻挡器如何精确定位工装板问题，分析６个震源药柱壳体在工装板上常常不会同时接触在同一高度的热合面，为此需要在工装板上增加弹簧装置或者可以实现６个壳体单独升降的气缸装置。该方案构思的缺点：需要引入高度调整的新设备。

在ＰＲＯ－Ｉ软件中对分析过程进行矛盾定义，得到１３、３５和１等３条创新原理。参考第３５条创新原理中改变系统柔性，得到了方案３：工装板上增加弹簧机构。

方案４：工装板上增加气缸机构

在方案３的分析过程中得到１３、３５和１等３条创新原理。利用参考第１条创新原理中把物体分割成容易组装和拆卸的部分，得到了方案４：工装板上增加气缸机构。

方案５：工装板上增加定位孔

为保证气缸举升过程同轴定位，将气缸举升机构与工装板的连接的定位销数量由１个增加为３个（或更多），保证在举升过程中工装板不会偏移。该方案构思的缺点：改变结构，系统复杂性增加。

在ＰＲＯ－Ｉ软件中对分析过程进行矛盾定义，得到１６、２９、１和２８等４条创新原理。参考第１条创新原理中分割原理，得到了方案５：工装板上增加定位孔。

方案６：壳体封口端面上涂硅油

为解决如何避免热合头内表面存在粘附物的问题，可以从热合头结构改变、增加防粘物质以及改善壳体粘附的性能等角度入手，尽量降低有害作用。该方案构思的缺点：方案对系统可靠性有影响。

在ＰＲＯ－Ｉ软件中对分析过程进行矛盾定义，定义改善有用功能的参数是作用于物体的有害因素，恶化功能的参数是可靠性，查找矛盾矩阵得到２７、２４ 、２和４０等４条创新原理。参考第２４条创新原理借助中介物原理中把一物体与另一容易去除的物体暂时结合这，得到了方案６：壳体封口端面上涂硅油。

方案７：复合材料制作热合头

在方案６的分析过程中得到２７、２４ 、２和４０等４条创新原理。利用参考第４０条复合材料原理，得到了方案７：复合材料制作热合头。

方案８：抽取端盖特征制作热合头

在方案６的分析过程中得到２７、２４ 、２和４０等４条创新原理。利用参考第２条抽取原理，得到了相应的方案８：抽取端盖特征制作热合头。

方案９：降低热合头转动速度

为解决如何避免热合头转动有害作用的问题，分析可知热合头的转速越大，热合头和铝块之间的相互摩擦作用越大，这样就要求在满足工艺参数要求的条件下内，应尽量减小热合头的转速。

在ＰＲＯ－Ｉ软件中对分析过程定义了速度和速度这一对物理矛盾，参考第４２条矛盾属性时间分离原理中未到达或过度作用原理，得到了方案９：降低热合头转动速度。

方案１０：复合材料联轴器

对裁剪后系统进行分析，认为热合头高速旋转时，连接螺钉１有效扭矩不足。

在ＰＲＯ－Ｉ软件中对分析过程进行矛盾定义，定义改善有用功能的参数是作用于强度，恶化功能的参数是运动物体的重量，查找矛盾矩阵得到１、８ 、４０和１５等４条创新原理。参考第４０条复合材料原理，得到了方案１０：复合材料联轴器。

３．３ 物场分析方案

方案１１：增加阻挡器的数量

明确问题部位：工装板进入阻挡器阻挡工位时，单个阻挡器的阻挡控制不足，导致两者接触时工装板定位不准，因此问题部位为两者接触点（见图5）。

应用标准解法中：２．２．２引入Ｓ１或Ｓ２的变形来消除有害作用，得到方案１１：增加阻挡器的数量（见图6）。

方案１２：液压机构举升工装板

明确问题部位：气缸举升工作板时，由于气缸的作用力一定，工作板的举升速度受到限制，因此问题部位为两者接触点（见图7）。

应用标准解法中：２．２．４引入Ｆ２抵消有害作用，我们得到方案１２：液压机构举升工装板（见图8）。

方案１３：铝块与热合头间加润滑剂

明确问题部位：热合头的转动过程中与铝块进行摩擦，摩擦作用是有害的，因此问题部位为两者接触点（见图9）。

应用标准解法中：２．２．３引入超系统物质来消除有害作用，我们得到方案１３：铝块与热合头间加润滑剂（见图10）。

３．４ 知识库方案

为了找到实现功能的方法，ＴＲＩＺ给出的方法是：利用知识。在本次的项目分析中，借助ＣＡＩ辅助工具，就分析阶段生成的转化问题，通过功能查询查找知识库中的解决方案，获得了非常有价值的参考方案，进行功能查询得到以下２种解决方案。

方案１４：热合头内表面涂覆特氟龙

为进一步解决热合头内部粘附问题，我借助技术创新知识库，输入查询词：ｐｒｅｖｅｎｔ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ，得到知识库相关案列。

结合知识库中案例《湿传输防止污染物与平版印刷晶圆表面形成硅氧烷键》，在震源药柱壳体封口端面和热合头接触的表面增加一层涂层，避免熔化物粘附在热合头，结合知识库案例应用和相关经验得方案１４：在热合头内表面涂覆特氟龙涂层材料。

方案１５：增加气流装置

为进一步解决热合头内部粘附问题，我借助技术创新知识库，输入查询词：ｒｅｍｏｖｅ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ，得到知识库相关查询案列。

结合知识库案例《加热和循环穿透气去除多孔坯体上的粘合剂》，对热合头进行改造，增加一压缩空气，使得震源药柱壳体完成封口工艺后，压缩空气气流冲击热合头内表面，实现粘附物清除，同时可以根据情况设置清除物收集装置。结合知识库案例应用和相关经验得方案１５：增加气流装置。

３．５ 进化路线方案

作为解决问题的工具，进化路线可以让我们看清当前的产品或技术方案所处的进化阶段，找到进化路线上的有潜力的技术空白点，明确产品技术的进化方向。在对本工程问题进行进化路线分析时，得到方案１６：增加铂电阻的数量（提高温控箱的功率）；方案１７：引入场替代电能。

４ 试验验证

４．１ 方案评价

评价模型如表１所示，评价权重如图１１所示，备选方案评价结果一览表如表２ 所示。

从备选方案评价表可以看出：方案《热合头内表面涂覆特氟龙》、《工装板上增加定位孔》、《降低热合头转动速度》、《增加阻挡器的数量》和《壳体封口端面上涂硅油》方案评价综合得分较高。结合方案评价结果，为更好提高壳体热合封口效果，把前５个方案效果进行结合，形成一套完整的、可实施的方案。

４．２ 封口机设备制造

为保证封口机设备质量，施工前对相关人员进行技术交底，重点对关键零件、关键工序进行交底，并对施工的全过程进行了质量控制。

４．３ 试验分析

在民爆某企业进行了震源药柱封口机封口试验，加热温度范围１７５℃－１８５℃，热合后随即抽取２０发进行浸水试验，合格产品１９发。

封口合格率为９５％，达到热合封口后浸水试验合格率大于９０％的既定目标。

５ 结论

本文简要介绍了ＴＲＩＺ理论及其基本原理，并针对震源药柱封口机封口合格率低等技术问题结合ＴＲＩＺ理论进行了创新研究，并应用ＴＲＩＺ理论中ＴＲＩＮＮＭＩＮＧ、创新原理、物场分析、知识库、进化路线等理论来具体分析问题，得到了１７个方案，其中５个方案已经成功应用到封口机设备制作上，并在民爆某厂进行了封口试验，取得了热合合格率９５％的良好效果，达到热合封口后浸水试验合格率大于９０％的既定目标。该研究对提高生产效率和产品热合密封的合格率具有至关重要的作用，对生产线的自动化贯穿运行具有重要意义。

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参考文献

１ 剻苏苏．ＴＲＩＺ理论机械创新设计工程训练教程．北京：北京大学出版社［Ｍ］，２０１１（6）

２ 陈光．创新思维与方法ＴＲＩＺ的理论与应用．北京：科学出版社［Ｍ］，２０１２（12）

３ 刘一凡，李翔龙等．基于ＴＲＩＺ理论的微纳空心镍球的制备方法［Ｊ］．机械设计．２０１３（5）

（责任编辑 孟 恒）