CN103049621A

CN103049621A - 基于triz的可拆卸联接结构的设计方法

Info

Publication number: CN103049621A
Application number: CN2013100130852A
Authority: CN
Inventors: 刘志峰; 胡迪; 刘光复; 张雷; 黄海鸿; 鲍宏
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明公开了一种基于TRIZ的可拆卸联接结构的设计方法，其特征是建立可拆卸联接结构改进设计和稳定性设计的物—场分析模型，采用TRIZ理论的一般解法或标准解法来获取相应的解决方案；或使用物理矛盾分析模型和第5类标准解中的17个解对其进行处理，获得设计解决方案。本发明将TRIZ理论与可拆卸联接结构设计理论相结合，有效解决可拆卸联接结构设计问题。

Description

基于TRIZ的可拆卸联接结构的设计方法

技术领域

本发明涉及针对一种机电产品可拆卸联接结构的设计方法。

背景技术

针对现代社会对于产品绿色性能要求越来越高的现状，企业的生产设计也必须从传统设计向绿色设计转变。企业只有通过绿色设计来提高其产品的绿色性能，才能适应市场竞争和企业发展的需要。除了环保法律法规的逐渐完善迫使企业必须遵守相关的法律条款之外，更重要的是绿色设计本身的优点也可以让企业在实施绿色设计的同时获益匪浅，对企业自身的发展和市场竞争力的提高具有现实意义。

绿色设计的本质是将环境友好的思想融入到产品的设计过程中，使产品在其全生命周期内既满足用户的使用要求又降低对环境的影响。可拆卸设计正是改善产品拆卸回收等绿色性能的重要手段。可拆卸设计作为绿色设计的主要内容与关键技术之一，它要求所设计产品的结构易于装配、易于拆卸、方便维护，并使得产品在报废后对可用的部分能充分有效地回收和重用；同时要求在设计时就考虑产品拆卸回收处理工艺过程，控制环境污染物的排放，并节约资源、能源。

拆卸是产品回收、重用和再资源化的前提，无法拆卸的产品谈不上重新利用，更谈不上资源的有效回收。现代产品很多都是机电结合的或多学科交叉的技术密集型产品，有些产品兼有无污染或有污染部分，会给拆卸带来许多困难；整个产品废弃淘汰后，可再利用的部分由于拆卸困难而难于回收重用，即使能够拆卸，也由于拆卸过程费事、费力、经济性差，回收重用的价值不大。而不可拆卸产品不仅会造成大量可重用零部件、材料的浪费。而且若废弃物处置不当，还会造成严重的环境污染。

要从根本上解决产品回收和重用过程中的拆卸困难和污染等问题，就需要从产品的设计阶段入手，开展产品可拆卸联接设计方法的研究，寻求问题的解决办法。但是，迄今为止没有相关技术的公开报导。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于TRIZ的可拆卸联接结构的设计方法，将TRIZ理论中物—场分析模型、物理矛盾分析模型、标准解和创新法则等内容与可拆卸设计理论相结合，建立一种可拆卸联接设计方法，以便能够快速指导设计并获得可拆卸联接的设计方案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明基于TRIZ的可拆卸联接结构的设计方法，所述可拆卸联接结构的设计包括可拆卸联接结构改进设计和联接结构稳定性设计，其特点是：

所述可拆卸联接结构改进设计按如下步骤进行：

步骤1，使用物—场分析模型将可拆卸联接结构改进设计定义为第四类有害的相互作用模型，物质S₁和物质S₂分别定义为可拆卸指标恶化的诱发设计要素和拆卸指标恶化的表现设计要素，场F定义为恶化的可拆卸设计性能，应用TRIZ理论的一般解法或标准解获取对应的解决方案；

步骤2，判断步骤1所获取的解决方案是否出现影响产品其它性能的干涉情况，所述产品其它性能包括装配体装配和使用性能；若无干涉情况出现，则问题解决完毕，如出现干涉情况，则进行步骤3；

步骤3，使用物理矛盾分析模型，建立出现干涉情况的模型，依次查找分离原理、分离方法以及发明原理，设计解决方案；

所述联接结构稳定性设计按如下步骤进行：

步骤1，依据产品在使用一定时间后的工况，对联接结构进行可拆卸性能稳定性评价，获取待改进的设计对象；

步骤2，对待改进的设计对象进行物—场分析建模，从减少外界对联接结构有害影响的角度，建立一个物—场分析模型，使用TRIZ理论一般解法和标准解法获得解决方案；从增强联接结构自身的抗外界影响方面，建立新的物—场分析模型，使用TRIZ提供的一般解法和标准解法获得解决方案；

步骤3，对步骤2中获得的解决方案进行可行性评估，如果方案不可接受，利用第5类标准解中的17个解对方案进行简化，最终得到一个优化的解决方案。

本发明基于TRIZ的可拆卸联接结构的设计方法的特点也在于：

联接结构改进设计方法步骤1以及联接结构稳定性设计方法步骤2中所述的联接结构的物—场分析模型是一个新建的与已存在的联接相联系的功能模型，在问题的解决过程中，根据物—场分析模型所描述的问题，来查找相应的一般解法和标准解法。

联接结构改进设计方法步骤1以及联接结构稳定性设计方法步骤2中所述的TRIZ一般解法以及标准解，具体解法是：从减少外界对联接结构有害影响的角度考虑，使用一般解法5、6或1.2类的标准解中的5个标准解；从增强联接结构自身的抗外界影响的角度考虑，使用一般解法4、5、6或第2类标准解中的23个解和第3类标准解中的6个解。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明将TRIZ理论与可拆卸联接结构设计理论相结合，并进行了细化，模型表达更合理，可拆卸联接冲突消解方案更具体，有效解决可拆卸联接结构设计问题。

附图说明

图1为本发明中联接结构设计有害的相互作用的物—场分析模型；

图2为本发明中联接结构改进设计流程图；

图3为本发明中联接结构稳定性设计有害的相互作用的物—场分析模型；

图4为本发明中联接结构稳定性设计有用但不充分的相互作用的物—场分析模型；

图5为本发明中利用物—场分析模型进行装配功能稳定性设计的流程。

具体实施方式

具体实施中，基于TRIZ的可拆卸联接结构的设计方法包括可拆卸联接结构改进设计和联接结构稳定性设计，可拆卸联接结构改进设计按如下步骤进行：

第一步，使用物—场分析模型将可拆卸联接设计定义为第四类有害的相互作用模型，物质S₁、S₂可以定义为可拆卸指标恶化的诱发设计要素和拆卸指标恶化的表现设计要素，场F可以定义为恶化的可拆卸设计性能，应用TRIZ理论一般解法5、6或1.2类的标准解中的5个标准解加以解决。

第二步，当利用上述方法在联接关系间添加、删除一些设计要素时提高拆卸性能的同时，可能会出现妨碍装配体装配、使用，这就造成在可拆卸联接设计过程中，存在某一设计要素既要存在保证装配体稳定，又不能存在使得拆卸容易，使得单纯采用物—场分析无法解决问题。使用物理矛盾分析模型，依次查找分离原理、分离方法以及发明原理解决上述问题。

第三步，使用TRIZ理论进行联接结构改进设计时，首先构建拆卸改进物—场分析模型，确定待改进设计目标，利用TRIZ提供的一般解法以及标准解，获取改进设计方案。之后分析方案是否影响了产品的装配及使用性能。如影响，则建立物理矛盾分析模型，依次利用TRIZ提供的分离原理、分离方法及创新原理进行改进设计，最终得到有效的改进方案。

联接结构稳定性设计按如下步骤进行：

第一步，在联接结构稳定性设计中，主要存在联接关系趋于失效和联接关系趋于复杂两种情况。导致这两种情况发生的原因主要是由于在设计之初未考虑外界环境对联接结构的一些有害作用，从而导致联接结构在使用一段时间后出现了趋于失效和趋于复杂的情况。可以物—场分析模型为基础，从减少外界对联接结构有害影响和增强联接结构自身的抗外界影响两方面来进行改进设计。

第二步，减少外界对联接结构有害影响是采取屏蔽外界有害影响（如震动、撞击、水和空气结束导致锈蚀等）提高装配功能稳定性。在物—场分析模型中，物质S₁、S₂可以定义为可拆卸联接结构和外界环境，场F可以定义为有害接触或影响（如震动、撞击、水和空气结束导致锈蚀等），则联接结构与外界环境构成了一个有害的相互作用模型。针对该类模型，使用TRIZ理论一般解法2、3或1.2类的标准解中的5个标准解加以解决。

第三步，增强联接结构自身的抗外界影响是采取提高联接结构自身的强度、刚度、抗锈蚀性等方式提高自身的参数解决拆卸装配功能稳定性，即零件的联接只能完成设计所考虑的要求而无法抵御一些有害作用的。在物—场分析模型中，物质S₁、S₂可以定义为可拆卸联接结构的两个零件，场F可以定义为联接关系（如抗锈蚀的螺纹联接、防震动的螺纹联接等），则零件的联接结构是一个有用但不充分的相互作用模型。针对该模型，使用TRIZ提供一般解法4、5、6或第2类标准解中的23个解和第3类标准解中的6个解加以解决。

故在联接结构设计时，首先根据联接关系设计对象，按需求建立如图3或图4的物—场分析模型。根据TRIZ提供的一般解法和标准解，引入改变物—场模型中三元件及其相互作用，获取设计方案。之后对方案的有效性进行评价，如方案可行，则按方案进行设计，否则重新分析问题，建立新的物—场模型重新分析问题。所得设计方案可能相对较为复杂，此时可利用第5类标准解中的17个解对方案进行简化，最终得到一个优化的解决方案。

具体实施中，针对可拆卸联接设计问题，首先确定该问题属于联接结构改进设计还是联接结构稳定性设计。

如图2所示，联接结构改进设计流程：

第一步，依据易操作性、可达性、联接关系类型、联接件、紧固件数量及拆卸能耗等评价指标，对联接结构进行可拆卸性能评价，获取待改进的设计对象。

依据图1所示，建立该连接的物—场分析模型。应用TRIZ理论一般解法5、6或1.2类的标准解中的5个标准解，获取对应的解决方案，如表1所示。

表1

第二步，判断该方案是否出现妨碍装配体装配、使用等影响产品其它性能的情况。如无干涉情况出现，则问题解决完毕，如出现干涉情况，则进行第三步。

第三步，使用物理矛盾分析模型，建立出现干涉情况的模型，依次查找分离原理、分离方法以及发明原理，设计解决方案。

如图5所示，联接结构稳定性设计流程：

第一步，依据产品在使用一定时间后的工况，对联接结构进行可拆卸性能稳定性评价，获取待改进的设计对象。

第二步，对待改进的设计对象进行物—场分析建模。从减少外界对联接结构有害影响的角度，建立如图3所示的物—场分析模型，使用TRIZ理论一般解法2、3或1.2类的标准解中的5个标准解获得解决方案，如表2所示。

表2

从增强联接结构自身的抗外界影响方面，建立如图4所示的物—场分析模型，使用TRIZ提供一般解法4、5、6或第2类标准解中的23个解和第3类标准解中的6个解获得解决方案，如表3所示。

表3

第三步，对第二步中获得设计方案进行可行性评估。如过于复杂不可接受，利用第5类标准解中的17个解对方案进行简化，如表4所示，最终得到一个优化的解决方案。

表4

Claims

1.一种基于TRIZ的可拆卸联接结构的设计方法，所述可拆卸联接结构的设计包括可拆卸联接结构改进设计和联接结构稳定性设计，其特征是：

所述可拆卸联接结构改进设计按如下步骤进行：

所述联接结构稳定性设计按如下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的基于TRIZ的可拆卸联接结构的设计方法，其特征在于：联接结构改进设计方法步骤1以及联接结构稳定性设计方法步骤2中所述的联接结构的物—场分析模型是一个新建的与已存在的联接相联系的功能模型，在问题的解决过程中，根据物—场分析模型所描述的问题，来查找相应的一般解法和标准解法。

3.根据权利要求1所述的基于TRIZ的可拆卸联接结构的设计方法，其特征在于：联接结构改进设计方法步骤1以及联接结构稳定性设计方法步骤2中所述的TRIZ一般解法以及标准解，具体解法是：从减少外界对联接结构有害影响的角度考虑，使用一般解法5、6或1.2类的标准解中的5个标准解；从增强联接结构自身的抗外界影响的角度考虑，使用一般解法4、5、6或第2类标准解中的23个解和第3类标准解中的6个解。