基于TRIZ理論的艦船平整度檢測(cè)方式的改善

李慧君

1緒論

船舶的精度管理水平是反映船舶建造企業(yè)水平的重要指標(biāo)之一，是關(guān)系到船舶制造智能化和數(shù)字化能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。自主管理是精度管理的重要組成部分，同時(shí)全面的自主管理也是精度管理的曰標(biāo)和方向。大連船舶重工集團(tuán)近年來(lái)高度重視精度自主管理工作，主要的生產(chǎn)工序均已形成了良好的自主管理體系，基本形成了精度控制點(diǎn)“有點(diǎn)必檢，有檢必留痕”的精度管理理念和施工習(xí)慣。但是平整度的自檢率與其他精度控制點(diǎn)相比差距較大，針對(duì)該問(wèn)題，我們使用創(chuàng)新理論TRIZ方法進(jìn)行了分析和解決。

2當(dāng)前問(wèn)題描述

未使用TRIZ方法創(chuàng)新之前，大船集團(tuán)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的平整度檢測(cè)狀況如下所示：當(dāng)測(cè)量一個(gè)構(gòu)件的平整度時(shí)，需要兩個(gè)人拉拽粉線的兩端，另一個(gè)人使用鋼直尺測(cè)量粉線與鋼板尺之間的問(wèn)隙。該檢測(cè)方式不僅檢測(cè)效率低，而且檢測(cè)精度極差，因此導(dǎo)致施工人員工作積極性較差，平整度的自檢率提升幅度極慢。

3運(yùn)用TRIZ系統(tǒng)分析工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析

3.1功能分析法的應(yīng)用

首先使用功能分析法，對(duì)當(dāng)前的檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

通過(guò)功能分析法，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前系統(tǒng)存在五個(gè)問(wèn)題：其一是粉線需要人移動(dòng)和拉緊繃直;其二是鋼板尺需要人移動(dòng)和讀數(shù);其三是鋼板尺刻度依賴構(gòu)架與粉線的限制;其四是粉線需要貼合構(gòu)件，否則影響精度;其五是鋼板尺與構(gòu)件貼合易產(chǎn)生磨損。

3.2因果鏈分析法的應(yīng)用

通過(guò)因果鏈分析法，確定了要解決的關(guān)鍵問(wèn)題和根問(wèn)題，后續(xù)TRIZ工具的使用正是為了解決這些根問(wèn)題。隨后又使用了資源分析法，最終理想解分析法等，找到了產(chǎn)品的最終目標(biāo)和可以利用的資源。

針對(duì)因果鏈分析法中產(chǎn)生的小問(wèn)題，通過(guò)功能裁剪法，確定了最終功能模型，僅僅需要一個(gè)人即可進(jìn)行檢測(cè)。

4基于發(fā)明原理的艦船平整度檢測(cè)方式設(shè)計(jì)

4.1技術(shù)矛盾描述

通過(guò)上述分析法，得到兩大技術(shù)矛盾：其一是“檢測(cè)組件與構(gòu)件接觸滑動(dòng)”和“工具磨損”之間的矛盾;其二是“多種測(cè)量要求”和“便于攜帶和測(cè)量”之間的矛盾。

4.2問(wèn)題概念解決方案

在第一組技術(shù)矛盾中，問(wèn)題模型分別對(duì)應(yīng)39個(gè)通用工程參數(shù)，需要改善的參數(shù)為：（25）時(shí)間損失、（10）力;惡化的參數(shù)為：（33）物質(zhì)損失。根據(jù)上述矛盾查找阿奇舒勒矛盾矩陣表，找到推薦的解決原理是：14號(hào)（曲面化原理）、15號(hào)（動(dòng)態(tài)性）、18號(hào)（機(jī)械振動(dòng)）、40號(hào)（復(fù)合材料）、35號(hào)（物理或化學(xué)參數(shù)變化）、10號(hào)（預(yù)先作用原理）、27號(hào)（廉價(jià)替代原理）7個(gè)推薦原理。通過(guò)上述推薦原理的仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)解決第一個(gè)矛盾有設(shè)計(jì)指導(dǎo)的發(fā)明原理如下。

第14號(hào)原理（曲面化原理）：將接觸位置由滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦。

第40號(hào)原理（復(fù)合材料）：使用耐磨的構(gòu)件與鋼板接觸。

第10號(hào)原理（預(yù)先作用原理）：摩擦部位提前涂抹潤(rùn)滑油。

第27號(hào)原理（廉價(jià)替代原理）：接觸部位使用廉價(jià)的構(gòu)件，磨損影響影響精度后，對(duì)其進(jìn)行替換。

在第二組技術(shù)矛盾中，問(wèn)題模型分別對(duì)應(yīng)39個(gè)通用工程參數(shù)，需要改善的參數(shù)為：（35）適用性;惡化的參數(shù)為：（4）靜止物體的長(zhǎng)度、（37）控制測(cè)量的復(fù)雜性。根據(jù)上述矛盾查找阿奇舒勒矛盾矩陣表，找到推薦的解決原理是：15號(hào)（動(dòng)態(tài)性）、34號(hào)（拋棄和再生）、1號(hào)（分割）、27號(hào)（廉價(jià)替代原理）、7號(hào)（嵌套）5個(gè)推薦原理。通過(guò)上述推薦原理的仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)解決第一個(gè)矛盾有設(shè)計(jì)指導(dǎo)的發(fā)明原理如下。

第15號(hào)原理（動(dòng)態(tài)性）：將測(cè)量滑動(dòng)部分做成可拆卸，根據(jù)測(cè)量要求安裝到不同尺寸橫梁上以滿足測(cè)量要求。

第1號(hào)原理（分割）：將組件（橫梁部分）分割成可組裝的不同部分，根據(jù)長(zhǎng)度需求組裝。

第7號(hào)原理（嵌套）：將橫梁做成伸縮的構(gòu)件，根據(jù)檢測(cè)要求調(diào)整長(zhǎng)短。

4.3物理矛盾解決方案

在4 2中提到的兩組技術(shù)矛盾中，均存在物理矛盾。在第一組矛盾中，山現(xiàn)的物理矛盾如下：橫梁應(yīng)該（長(zhǎng)），以滿足（測(cè)量范同）要求;但是，橫梁應(yīng)該（短），以滿足（便于攜帶）要求;在第二組矛盾中，出現(xiàn)的物理矛盾如下：測(cè)量點(diǎn)應(yīng)該（多），以滿足（檢測(cè)精度）要求;但是，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)該（少），以滿足（提高效率）要求。

針對(duì)第一組物理矛盾，解決方案如下。

（1）時(shí)問(wèn)分離法：工裝橫梁設(shè)計(jì)為折疊形式，使用時(shí)展開(kāi)，不使用時(shí)折疊。

（2）整體與局部分離法：測(cè)量組件和橫梁分開(kāi)，便于攜帶的同時(shí)根據(jù)測(cè)量需求選擇橫梁。

（3）空間分離法：分割成各個(gè)可以連接的小段.根據(jù)使用需求連接。

針對(duì)第二組物理矛盾，解決方案如下。

（4）時(shí)問(wèn)分離法：減少每個(gè)點(diǎn)測(cè)量時(shí)讀數(shù)時(shí)問(wèn)（減少有害作用時(shí)問(wèn)原理）;測(cè)量設(shè)備在滑動(dòng)過(guò)程中一直保持測(cè)量模式，不問(wèn)斷測(cè)量（有益作用連續(xù)性）。

（5）整體與局部分離法：只選擇測(cè)量偏差最大的點(diǎn)，從而掌握整體平整度狀態(tài)。

4.4概念解決方案

通過(guò)方案的論證和選擇，最終選擇r如下可能的概念方案。

（1）方向性方案上，選擇制作一種廉價(jià)的接觸性檢測(cè)工裝;

（2）組件模型方案上，選擇鋼板尺在橫梁上組合并滑動(dòng);

（3）解決鋼板尺磨損問(wèn)題上，選擇接觸部位由滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦;

（4）在便于攜帶問(wèn)題上，選擇將橫梁制作為一種可伸縮的嵌套結(jié)構(gòu);

（5）在解決測(cè)量點(diǎn)過(guò)多問(wèn)題上，選擇讓滑動(dòng)組件在滑動(dòng)過(guò)程中保持持續(xù)的測(cè)量;

（6）在解決檢測(cè)后自動(dòng)標(biāo)記留痕問(wèn)題上，選擇了滑動(dòng)組件滑輪處增加一個(gè)涂色功能，檢測(cè)后在構(gòu)件上留下痕跡;

（7）讀數(shù)困難上，除了增加一個(gè)顯示屏幕外，還增加了聲音提示組件，使其可以超差語(yǔ)音提醒。

通過(guò)詳細(xì)方案的選取，設(shè)計(jì)制作了新的檢測(cè)工具如圖4所示。

5成果分析與效益：

行業(yè)內(nèi)外傳統(tǒng)的平整度檢測(cè)方式除了船舶企業(yè)采用的粉線+鋼直尺的檢測(cè)方式外，還有塞尺+直橫梁、氣泡水平尺、掃描設(shè)備三種檢測(cè)方式，但均存在不同程度的不足，具體表現(xiàn)為：

（1）塞尺+直橫梁：檢測(cè)效率低，依賴人工讀數(shù)（見(jiàn)圖5）;

（2）氣泡水平尺：不具備讀數(shù)功能，無(wú)法智能檢測(cè)平整度的優(yōu)劣（見(jiàn)圖6）;

（3）掃描設(shè)備：價(jià)格昂貴，無(wú)法在船企大規(guī)模推廣（見(jiàn)圖7）。

該創(chuàng)新項(xiàng)曰從現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際難題出發(fā)，解決工廠生產(chǎn)過(guò)程中急需解決的難題，具備高效率高精度低成本的特點(diǎn)。其亮點(diǎn)在于四個(gè)方面：一是具備電子顯示讀數(shù)功能，超差聲音提示功能，提升讀數(shù)的精度及檢測(cè)效率;二是檢測(cè)工具各部位問(wèn)均為可拆卸的滑輪連接，適應(yīng)多種檢測(cè)要求，各部件損壞可進(jìn)行更換;三是橫梁采用可伸縮的嵌套結(jié)構(gòu)，便于攜帶;四是檢測(cè)組件通過(guò)滑輪在檢測(cè)對(duì)象上滑動(dòng)，一次可測(cè)量一條線上的全部測(cè)量點(diǎn)，提升檢測(cè)效率4倍以上。

通過(guò)新檢測(cè)方式的推廣使用，在檢測(cè)效率上由原來(lái)的測(cè)量一個(gè)點(diǎn)需要9秒，到現(xiàn)在的測(cè)量一條線僅僅需要4秒，檢測(cè)效率提高了4倍以上;在檢測(cè)精度上，由原來(lái)人工讀數(shù)的平均偏差0.5mm提升到了電子屏幕顯示讀數(shù)的0.lmm，檢測(cè)精度提高了5倍。

工欲善其事，必先利其器。隨著檢測(cè)工具在檢測(cè)效率，檢測(cè)精度和便攜性上的提升，施工人員對(duì)平整度的自檢率也由原來(lái)的46 .7%提升到了91.4%。平整度水平的提升，不僅大幅度提升建造質(zhì)量，還大大減少了分段、總組合攏工序?qū)ζ秸鹊男拚斯すr(shí)和材料浪費(fèi)，每年帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益在110萬(wàn)元以上。該項(xiàng)日已經(jīng)制作出了新的檢測(cè)工具，并已經(jīng)投入使用中，其廉價(jià)，高效，高精度的特點(diǎn)廣泛適用于工程領(lǐng)域，在平整度的檢測(cè)方面具備較高的推廣價(jià)值和市場(chǎng)空問(wèn)，在后續(xù)可能承接的超大型集裝箱船止裂鋼精度控制、薄膜型LNGJ船平整度控制上具備更好的應(yīng)用前景。該項(xiàng)日已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家專利，并獲得了遼寧省創(chuàng)新大賽金獎(jiǎng)。