運(yùn)用TRIZ理論分析實(shí)現(xiàn)舵機(jī)噪聲的改進(jìn)

宋培培，楊秀芳，李曉峰

（山西汾西重工有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)研究所，山西太原030027）

運(yùn)用TRIZ理論分析實(shí)現(xiàn)舵機(jī)噪聲的改進(jìn)

宋培培，楊秀芳，李曉峰

（山西汾西重工有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)研究所，山西太原030027）

運(yùn)用TRIZ理論，結(jié)合工況實(shí)際，建立系統(tǒng)組件模型、結(jié)構(gòu)模型、功能模型，進(jìn)行系統(tǒng)功能分析和根本原因分析，通過(guò)定義系統(tǒng)中技術(shù)矛盾、物理矛盾和應(yīng)用物場(chǎng)分析，得出了舵機(jī)噪聲的改進(jìn)方案。

TR IZ理論；技術(shù)矛盾；物理矛盾；物場(chǎng)模型

1 背景介紹

1.1 TRIZ理論簡(jiǎn)介

TRIZ理論是1946年由前蘇聯(lián)發(fā)明家G.S. Altshuller創(chuàng)立，G.S.Altshuller通過(guò)分析大量專(zhuān)利發(fā)明后，發(fā)現(xiàn)任何領(lǐng)域的產(chǎn)品改進(jìn)、技術(shù)變革、創(chuàng)新和生物系統(tǒng)一樣，是有規(guī)律可循的。在分析了世界大量高水平的發(fā)明專(zhuān)利，總結(jié)出各種技術(shù)發(fā)展進(jìn)化遵循的規(guī)律模式，以解決各種技術(shù)矛盾和物理矛盾的創(chuàng)新原理和法則，建立一個(gè)由解決技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的各種方法、算法組成的綜合理論體系，并綜合多學(xué)科領(lǐng)域的原理和法則，建立起TRIZ理論體系。

TRIZ理論體系非常核心的內(nèi)容之一就是TRIZ創(chuàng)新原理，TRIZ創(chuàng)新原理由39個(gè)通用技術(shù)參數(shù)構(gòu)成矛盾矩陣、40個(gè)解決技術(shù)矛盾的創(chuàng)新原理以及若干個(gè)解決物理矛盾的分離方法等組成。

1.2 TRIZ創(chuàng)新問(wèn)題解決流程

TRIZ的創(chuàng)新問(wèn)題解決流程主要包含分析問(wèn)題和解決問(wèn)題兩個(gè)部分，具體流程如下：

運(yùn)用TRIZ理論，按照TRIZ的創(chuàng)新問(wèn)題解決流程，結(jié)合工況案例，來(lái)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，便會(huì)得到最終解決方案（如圖1所示）。

圖1 TRIZ的創(chuàng)新問(wèn)題解決流程

2 解決問(wèn)題過(guò)程

2.1 技術(shù)系統(tǒng)工作原理

舵機(jī)是水下航行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其工作原理是：中央控制單元發(fā)出操舵指令，舵控制器在接收到中央控制單元的操舵指令后，通過(guò)控制舵機(jī)上的舵驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，依次帶動(dòng)行星齒輪減速機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與蝸輪相連的舵軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)。通過(guò)檢測(cè)蝸輪蝸桿出軸上的舵軸角度傳感器在到達(dá)要求的角度值停止電機(jī)運(yùn)行，從而控制水下航行器的航行姿態(tài)。舵機(jī)動(dòng)作流程圖如圖2所示。

2.2 問(wèn)題描述

該舵機(jī)系統(tǒng)空載狀態(tài)下的噪聲值較大。

測(cè)試方法及要求：在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，空載條件下，采用聲級(jí)計(jì)在出軸線離舵機(jī)1m處測(cè)試噪聲不大于56 dB(A)。但現(xiàn)在測(cè)試的噪聲值最大值可達(dá)到61 dB (A)，不滿足設(shè)計(jì)要求。

下面按照TRIZ關(guān)于問(wèn)題分析的流程與方法進(jìn)行問(wèn)題分析。

2.3 問(wèn)題分析

2.3.1 功能分析

功能分析主要包含三個(gè)步驟：建立組件模型、建立結(jié)構(gòu)模型和建立功能模型。

1）組件模型。

組件模型是列出技術(shù)系統(tǒng)中包含的組件，包括超系統(tǒng)組件、系統(tǒng)組件和子系統(tǒng)組件。該系統(tǒng)的組件模型見(jiàn)表1。

圖2 舵機(jī)動(dòng)作流程框圖

表1 組件模型

2）結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)模型包含相互作用矩陣，相互作用矩陣描繪出系統(tǒng)各組件之間是否有關(guān)聯(lián)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

圖3 相互作用矩陣

3）功能模型。功能模型包含兩張表，功能表和功能模型。功能組件描述了某組件對(duì)系統(tǒng)或超系統(tǒng)其他組件的所有功能，功能模型系統(tǒng)描述了系統(tǒng)中各組件之間的功能關(guān)系。該系統(tǒng)功能模型見(jiàn)圖4。

圖4 功能模型

2.3.2 根本原因分析

為了找到導(dǎo)致現(xiàn)有問(wèn)題的原因，基于建立的功能模型，進(jìn)行了根本原因分析，從而得到更多的解決問(wèn)題的突破口（如圖5所示）。

圖5 根本原因分析

3 解題工具的應(yīng)用

3.1 采用技術(shù)矛盾、創(chuàng)新原理方法

根據(jù)根本原因分析中的因果鏈，定義出技術(shù)矛盾，并利用矛盾矩陣和創(chuàng)新原理解決。

定義技術(shù)矛盾有以下幾點(diǎn)：

1）問(wèn)題。

電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)向外傳遞，致使整個(gè)舵機(jī)產(chǎn)生噪聲過(guò)大。

2）現(xiàn)有解決方案。

將電機(jī)做成密閉腔，并將安裝電機(jī)的安裝板底板厚度加厚。

3）現(xiàn)有解決方案的缺點(diǎn)。

噪聲值有所下降，但還是不能滿足系統(tǒng)要求的指標(biāo)，同時(shí)整個(gè)舵機(jī)的質(zhì)量增加。

技術(shù)矛盾1：將電機(jī)本體加裝頭蓋形成密閉空腔后，電機(jī)軸處產(chǎn)生的噪聲仍較大，且電機(jī)本身重量增加。技術(shù)矛盾1：改善對(duì)象產(chǎn)生的有害因素與惡化靜止對(duì)象的重量。

查矛盾矩陣表，運(yùn)用的創(chuàng)新原理為：35，22，1，39。

解決方案：利用原理35物理或化學(xué)參數(shù)改變。

改變對(duì)象的柔性。將形成電機(jī)密閉空腔的頭蓋做成柔性的或在剛性頭蓋與電機(jī)本體之間加裝柔性物質(zhì)，使電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)在軸向方向上得以阻斷和吸收。

技術(shù)矛盾2：舵機(jī)的安裝板厚度增加后，可以有效的減少振動(dòng)的向外傳播，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的噪聲值，但同時(shí)整個(gè)舵機(jī)系統(tǒng)的重量增加。技術(shù)矛盾2：改善作用域?qū)ο蟮耐獠坑泻τ绊懪c惡化靜止對(duì)象的重量。

查矛盾矩陣表，運(yùn)用的創(chuàng)新原理為：2，22，13，24。

解決方案：利用原理24借助中介物原理。

利用中介物來(lái)轉(zhuǎn)移或傳遞某種作用。在舵機(jī)系統(tǒng)與安裝板之間加裝中介物，這樣在電機(jī)振動(dòng)傳遞過(guò)程中，會(huì)將振動(dòng)先傳至中介物，經(jīng)過(guò)中介物將振動(dòng)減緩后，再傳至安裝板上。

3.2 采用物理矛盾、分離方法

系統(tǒng)中物理矛盾定義。

第一步：定義物理矛盾。

參數(shù)：電機(jī)頭架、舵機(jī)安裝板重量。

要求1：大。

要求2：小。

第二步：系統(tǒng)的不同級(jí)別上要滿足不同的要求。

級(jí)別1：對(duì)于整個(gè)舵機(jī)系統(tǒng)外的環(huán)境超系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，增加電機(jī)頭架、舵機(jī)安裝板重量，整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲會(huì)減小。

級(jí)別2：對(duì)于舵機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需盡量減少系統(tǒng)的總重量。

第二步：分離方法的運(yùn)用。

分離方法：系統(tǒng)級(jí)別上的分離。

解決方案：改進(jìn)電機(jī)頭架，電機(jī)安裝板結(jié)構(gòu)，將其一部分重量轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝缘谋仍牧厦芏刃〉模彝瑫r(shí)能起到吸聲、減振作用的材料，比如橡膠板。

3.3 采用物場(chǎng)分析方法

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)舵機(jī)噪聲通過(guò)舵機(jī)安裝板傳遞后加強(qiáng)了舵機(jī)噪聲在空氣中的傳播，如下圖6建立物場(chǎng)模型，其中F1為聲場(chǎng)，S1為舵機(jī)安裝板，S2為舵機(jī)系統(tǒng)，S1對(duì)S2產(chǎn)生有害作用。

圖6 物場(chǎng)模型圖

利用標(biāo)準(zhǔn)解法中的“消除有害作用”得出解決方案：

通過(guò)引入第二種物質(zhì)來(lái)消除有害作用。

利用將第二種物質(zhì)S3作為外部添加物引入到系統(tǒng)中解決方案：在舵機(jī)系統(tǒng)與安裝板處增加中介物，即增加一塊橡膠塊S3，減弱了噪聲的物理傳遞，從而有效地降低了噪聲的大小。

4 結(jié)語(yǔ)

TRIZ基礎(chǔ)理論培訓(xùn)和論文實(shí)踐，開(kāi)拓了思路，可以多角度、多學(xué)科的思考問(wèn)題，使解決問(wèn)題更加清晰。通過(guò)應(yīng)用TRIZ理論解決該項(xiàng)目的實(shí)踐問(wèn)題，進(jìn)一步加深了對(duì)該理論的理解，熟練了TRIZ理論中術(shù)語(yǔ)、工具及創(chuàng)新原理的用法。本文應(yīng)用TRIZ理論及工具有效地解決了舵機(jī)噪聲超標(biāo)的問(wèn)題。

[1]李海軍,丁雪燕.經(jīng)典TRIZ通俗讀本[M]北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,2011.

[2]金昊宗.實(shí)用TRIZ研究與實(shí)踐[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 2014.

（編輯：劉楠）

The Im provement of Steering Engine Noise by TRIZ Theory Analysis

Song Peipei,Yang Xiufang,Li Xiaofeng
(Design Institute of Fenxi Heavy Industries Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi030027)

Using TRIZ theory,combined with the actual conditions,the system componentmodel,structuremodel,function model are established.And the system function and root cause are analyzed.Through the definition of system contradiction,physical contradictions and application field,the improvementprogram for steering gear noise are provided.

TRIZ theory;technical contradiction;physical contradiction;physical fieldmodel

TB657.4

A

2095-0748(2016)23-0061-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.23.29

2016-11-16

宋培培（1981—），女，山西長(zhǎng)治人，本科，工程師，現(xiàn)就職于山西汾西重工有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)研究所。