該文針對轉位刀塔車床加工中頻繁出現廢品的問題，借助TRIZ工具將工程問題轉化為標準問題后，先用功能分析法得到4個關鍵問題，對其功能模型圖進行裁剪，再用因果鏈分析法得到5個影響因素，經發明原理解決技術矛盾沖突，經復合物場模型進行標準求解，還用HOW TO模型進行了知識使能，探索到概念方案。

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序 言

  在某輸入軸柔性制造線的05、10工序上，配有液壓轉位刀塔的2臺數控臥式車床（以下簡稱車床）承擔著8004或0019輸入軸的車削加工（見圖1）。車床運行中，斷續出現輸入軸各臺階長度切短1～4mm的現象（見圖2），有時間隔20件出現2根廢品，有時間隔35件出現2根廢品。廢品發生時，車刀片崩刃損壞。輸入軸的廢品數積累至10件時，該條生產線停滯待修理。

圖1  輸入軸車削示意

圖3  功能模型

  2.2   因果鏈分析法
  因果鏈分析是全面識別工程系統缺點的分析工具，它可以挖掘隱藏于初始缺點背后的各種缺點，通過深究缺點的根源得到深層次原因。在這些原因中，有的易解決，有的不易解決，易解決的問題是用戶優先著重關注的。
  畫出車床刀塔車廢品的因果分析圖（見圖5），通過因果鏈分析得到關鍵的待解決問題。3個主要原因依次是液壓換向閥卡滯、刀塔鎖緊閥信號錯和進刀數據反饋異常；2個次要原因則是編程工況為手工、刀塔機械間隙大。

圖5  車床刀塔車廢品的因果分析圖

  2.3   矛盾分析

  運用技術矛盾分析方法，對上述因果鏈分析得到的關鍵待解決問題進行概念方案探究。
  （1）技術矛盾1及解決方案  具體如下。
  1）運用六字法則“如果……那么……但是……”，定義技術矛盾1：刀塔鎖緊閥信號錯。隨后，查詢阿奇舒勒矛盾矩陣表，找到適合的發明原理（見表1）。
  2）經技術矛盾分析法得到概念解決方案：設計并采用安全繼電模塊，經行程開關監視刀塔鎖緊到位狀態，去掉繼電控制環節，PLC觸點直接控制液壓換向閥。

  2）技術矛盾2及解決方案  具體如下。
  1）運用六字法則定義技術矛盾2，查詢阿奇舒勒矛盾矩陣表，找到適合的發明原理（見表2）。
  2）經技術矛盾分析法得到概念解決方案：CNC系統增加反饋元件進行壽命監視，增加光柵尺進行雙測量系統比對誤差，更換材料或工藝延長反饋元器件壽命。

  2.4 物場模型分析法
  （1）液壓裝置鎖緊轉位刀塔作用不足的求解  具體步驟如下。
  1）針對液壓裝置鎖緊轉位刀塔作用不足，建立圖6所示物場模型。
  2）查詢76個標準解中第4類標準解（檢測系統）第4個：假如一個不完整物場系統不能被檢測，則增加一個或兩個物場系統，且一個場作為輸出。假如已存在的場是非有效的，在不影響原系統的條件下，改變或加強該場，使它具有容易檢測的參數。這時可以加入第2個場F2，來增強F的作用。
  3）得到概念解決方案：液壓裝置鎖緊轉位刀塔，電場驅動光電開關監視鎖緊到位狀態，一旦鎖緊不到位，便反饋異常并停止下一步切削。

圖6  液壓裝置鎖緊轉位刀塔作用不足的物場模型

  2）繼電控制線路轉換信號作用不足的求解  具體步驟如下。

3）得到概念解決方案：附加碟簧二次鎖緊，一旦繼電控制線路控制液壓裝置鎖緊轉位刀塔不徹底時，它可在液壓控制閥的碟簧恢復力作用下，再次強化鎖緊油路。

圖7  繼電控制線路轉換信號作用不足的物場模型

③

解決方案匯總與評價

通過以上5種TRIZ工具和創新導航IFR得出的概念解決方案，綜合考慮理想度、技術難度、可靠性、和經濟性進行初步整理篩選評估，得到可行性較高的方案，總得分越高代表方案越優。轉位刀塔車削零件的方案決策矩陣見表3。

④

應用TRIZ理論解決措施

為實現上述設想方案，務必選擇觸點常開式PNP型DC24V光電開關，采用5mm厚不銹鋼板制作開關支架，鋪設電纜至車床控制柜內，編制PMC梯形圖（見圖8）以添入X8.3和EX1015。待調試運行完畢后，還得將PMC梯形圖固化寫入FROM內，避免車床斷電重啟后PMC梯形圖又復原。

圖8  刀塔監視用PMC梯形圖

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應用效果

柔性線內2臺車床轉位刀塔新增監視策略后，車床運行穩定，產品質量得到保證。車床每年停機時間由40臺·日/年降低為20臺·日/年，停機率下降50%，廢品率降低10%。產品異常原因的查找時間縮短14h（見表4），單次維修節約（20－6）h×60元/h＝840元。車床可動率得到提高，單班產量每日增加8件，每年可多生產4608根輸入軸，效益增加（80－72）件/班×2班/天×288天＝4608件×161.73元/件×15%＝11.18萬元。此外，推廣至公司80臺轉位刀塔車床，實現總效益894.4萬元。機床制造商也可借鑒該策略，對機械行業廣大車床用戶大有裨益。

表4  產品異常原因的查找時間對比

本文發表于《金屬加工（冷加工）》2021年第11期第82~85，88頁，作者：重汽（濟南）車橋有限公司 劉勝勇。原標題：《基于TRIZ理論的車床轉位刀塔改進》。