引言
TRIZ是由被譽(yù)為T(mén)RIZ之父的前蘇聯(lián)海軍部專家GenrichS.Altshuller創(chuàng)立的。其目的是研究人類(lèi)在進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)難題過(guò)程中所遵循的科學(xué)原理、方法和規(guī)律。掌握了這些，人們就能能動(dòng)地進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
產(chǎn)品創(chuàng)新的主要任務(wù)是不斷解決過(guò)時(shí)產(chǎn)品和市場(chǎng)需求之間的矛盾。產(chǎn)品之所以不能滿足市場(chǎng)需求，就是因?yàn)槠鋬?nèi)部存在阻礙更新?lián)Q代的矛盾。在TRIZ理論中，稱這類(lèi)矛盾為技術(shù)矛盾。所謂技術(shù)矛盾是指用已知的原理和方法去改進(jìn)系統(tǒng)某部分或參數(shù)時(shí)，不可避免的會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)的其它部分或參數(shù)變壞的現(xiàn)象。例如：質(zhì)量和強(qiáng)度、汽車(chē)的速度和燃料耗費(fèi)等等。技術(shù)矛盾解決矩陣所提供的原理往往并不能直接使問(wèn)題得到解決，而是提供了最有可能解決問(wèn)題的探索方向。解決問(wèn)題時(shí)，還必須根據(jù)所提供的原理及所要解決問(wèn)題的特定條件，提出解決問(wèn)題的具體方法。
1TechOptimizer技術(shù)創(chuàng)新軟件
TechOptimizer軟件是以TRIZ為理論基礎(chǔ)，結(jié)合創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方法，輔助工程技術(shù)人員、科研人員以及企業(yè)經(jīng)營(yíng)者進(jìn)行產(chǎn)品改進(jìn)、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以及獲得突破性創(chuàng)新技術(shù)的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新軟件。它能幫助不同工程領(lǐng)域技術(shù)人員在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段，根據(jù)市場(chǎng)需求正確地發(fā)現(xiàn)并迅速解決產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵問(wèn)題，高質(zhì)量、高效率地提出可行的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，將設(shè)計(jì)引向正確方向。該軟件是由美國(guó)InventionMachine公司開(kāi)發(fā)的，是一種基于知識(shí)的創(chuàng)新工具。
TechOptimizer軟件由產(chǎn)品分析、流程分析、特征傳遞、科學(xué)原理檢索、創(chuàng)新原理、預(yù)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)助手等功能模塊組成。其主要特點(diǎn)是：可根據(jù)用戶需求，快速發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品或流程中存在的問(wèn)題，并給出高質(zhì)量解決方案；幫助設(shè)計(jì)者解決技術(shù)矛盾，避免妥協(xié)設(shè)計(jì)；加速新產(chǎn)品和工藝研發(fā)過(guò)程；在概念設(shè)計(jì)階段進(jìn)行成本分析，有效降低產(chǎn)品成本；擴(kuò)展用戶的知識(shí)領(lǐng)域；智能化的向?qū)щS時(shí)給出操作提示，軟件使用更容易；以及自動(dòng)生成分析報(bào)告等。
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2玻璃加工機(jī)床浮動(dòng)主軸的創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)
2.1常用玻璃加工方法及其存在的問(wèn)題
平板玻璃的磨邊加工，玻璃棱邊被加工成一定的形狀，如平直邊、圓邊或C形邊等，通常采用能在一次性操作中完成的生產(chǎn)線。玻璃的粗磨、半精磨、精磨、拋光等由裝在多達(dá)六個(gè)工位上的金剛石砂輪連續(xù)進(jìn)行。對(duì)于玻璃工藝制品和水晶玻璃的裝飾性磨削加工，則多用手動(dòng)或在多軸自動(dòng)專用磨床上進(jìn)行裝飾性加工。光學(xué)透鏡的粗磨，一般在專用磨床上采用輪緣為圓弧的杯形砂輪。
目前，由于機(jī)床主軸在加工玻璃時(shí)，自身不能對(duì)刀具所受外力的變化快速地進(jìn)行自我調(diào)整，致使玻璃產(chǎn)品和刀具容易破碎。
2.2應(yīng)用技術(shù)矛盾解決矩陣提出創(chuàng)新方案
玻璃在進(jìn)行磨削加工時(shí)，砂輪主軸必須高速旋轉(zhuǎn)。但由于玻璃不平整會(huì)導(dǎo)致對(duì)砂輪施加壓力的變化，而玻璃是脆性材料，受力不當(dāng)容易破裂，這就要求主軸能隨著所受壓力的變化而快速調(diào)整，即其既要高速旋轉(zhuǎn)又必須具有自適應(yīng)性，在受力變大時(shí)能夠自行退讓。
現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)矛盾解決矩陣來(lái)解決這種矛盾，并提出相應(yīng)的解決方案。
在表1改善的技術(shù)特性欄中選擇第9項(xiàng)“速度”，在惡化的技術(shù)特性欄中選擇第14項(xiàng)“強(qiáng)度”?？梢钥闯?，為了解決這一矛盾，TRIZ提供了4種解決原理，其編號(hào)分別為8、3、26、14。通過(guò)對(duì)這些原理的比較，選擇原理14“回轉(zhuǎn)、橢圓性”，即改直線運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將立方體變成橢圓體，使用滾筒及球狀、螺旋狀的物體。通過(guò)篩選，選擇例子CONTACTOVERASPHERICALSUFACE。由此，可以考慮用點(diǎn)接觸來(lái)替代物體的面接觸。顯然，這種替代可以大大減少接觸物體間的摩擦力。
在改善的技術(shù)特性欄中選擇第1項(xiàng)“運(yùn)動(dòng)物體質(zhì)量”，在惡化的技術(shù)特性欄中選擇第3項(xiàng)“運(yùn)動(dòng)物體尺寸”。在提供的4個(gè)解決原理中選擇原理15“動(dòng)態(tài)性”，即自動(dòng)調(diào)節(jié)物體。使其在各動(dòng)作、階段的性能最佳；將物體分割成既可變化又可相互配合的數(shù)個(gè)構(gòu)成要素；使不動(dòng)物體可動(dòng)或可相互交換。由此考慮用“氣浮”，因?yàn)椤皻飧 睂?duì)主軸受力變化的響應(yīng)迅速，且主軸所受切削力較小，因此所需氣體壓力也不會(huì)很大。
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根據(jù)原理15和原理14以及軟件(TechOptimizer)所給相關(guān)例子的啟發(fā)，可提出一個(gè)初步解決方案如下：首先把主軸要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行分割，分為高速旋轉(zhuǎn)的功能與主軸能上下浮動(dòng)的功能。對(duì)于主軸的高速旋轉(zhuǎn)，可用高速電機(jī)實(shí)現(xiàn)，而主軸的上下浮動(dòng)功能，則用“氣浮”來(lái)解決。
考慮到主軸的特殊要求，它與軸承之間的摩擦力應(yīng)很小，這里選擇氣體潤(rùn)滑軸承。氣體潤(rùn)滑軸承常用空氣作為潤(rùn)滑劑，故又稱空氣軸承?？諝廨S承具有無(wú)接觸、摩擦小、溫升低、壽命長(zhǎng)，適應(yīng)高速，且對(duì)主機(jī)和環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。
依據(jù)以上分析和對(duì)軸承等選擇以及對(duì)方案的構(gòu)思、細(xì)化，可提出方案1(如圖1所示)：主軸3由空氣軸承4支承，所需轉(zhuǎn)矩由單相串激電機(jī)8提供，但其間通過(guò)一個(gè)傳動(dòng)架傳遞，主軸與傳動(dòng)架之間由滾珠6形成點(diǎn)接觸。在砂輪進(jìn)行切削之前，通過(guò)氣缸排出的氣體將主軸推向遠(yuǎn)端。加工過(guò)程中，主軸將隨著切削力的改變而自行上下浮動(dòng)。
如果在改善的技術(shù)特性欄中選擇第9項(xiàng)“速度”，在惡化的技術(shù)特性欄中選擇第14項(xiàng)“強(qiáng)度”。在提供的4個(gè)解決原理中選擇原理3“部分改變”，即將物體的均一構(gòu)成或外部環(huán)境及作用改為不均一；讓物體的不同部分各具有不同功能；讓其各部分處于各自動(dòng)作的最佳狀態(tài)。根據(jù)原理3和15以及軟件所給相關(guān)例子的啟發(fā)，可提出另一種解決方案2(如圖2所示)：轉(zhuǎn)子5與主軸2一體，定子繞組4與外殼一體。主軸2的高速旋轉(zhuǎn)功能，通過(guò)定子繞組4與轉(zhuǎn)子5的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，而其上下浮動(dòng)功能，則與方案1相同，仍由“氣浮”來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于軸承，仍選用徑向空氣軸承。其結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、緊湊，便于維護(hù)。
圖1創(chuàng)新方案一1砂輪；2氣缸蓋；3主軸；4空氣軸承；5行程擋塊；6滾珠；7聯(lián)軸器；8電機(jī)
如果在改善的技術(shù)特性欄中選擇第9項(xiàng)“速度”，在惡化的技術(shù)特性欄中選擇第14項(xiàng)“強(qiáng)度”。在提供的4個(gè)解決原理中選擇原理3“部分改變”，即將物體的均一構(gòu)成或外部環(huán)境及作用改為不均一；讓物體的不同部分各具有不同功能；讓其各部分處于各自動(dòng)作的最佳狀態(tài)。根據(jù)原理3和15以及軟件所給相關(guān)例子的啟發(fā)，可提出另一種解決方案2(如圖2所示)：轉(zhuǎn)子5與主軸2一體，定子繞組4與外殼一體。主軸2的高速旋轉(zhuǎn)功能，通過(guò)定子繞組4與轉(zhuǎn)子5的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，而其上下浮動(dòng)功能，則與方案1相同，仍由“氣浮”來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于軸承，仍選用徑向空氣軸承。其結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、緊湊，便于維護(hù)。
圖2創(chuàng)新方案二1砂輪；2主軸；3軸承；4定子繞組；5轉(zhuǎn)子；6氣缸蓋
以上兩方案共同的特點(diǎn)是將主軸的高速旋轉(zhuǎn)功能與主軸的上下移動(dòng)功能進(jìn)行了分離，且主軸自由懸浮，對(duì)主軸頂端刀具受力的變化能產(chǎn)生快速響應(yīng)，從而較好地解決了主軸既要高速旋轉(zhuǎn)又必須具有自適應(yīng)性的技術(shù)難題。事實(shí)上。還可以提出其它解決方案，例如，將方案2的氣體潤(rùn)滑軸承改為電磁軸承，軸和軸承之間甚至可沒(méi)有摩擦力的作用，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本也較高。此外，還可以使主軸的上下移動(dòng)和主軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力均由氣壓實(shí)現(xiàn)，即用高壓氣體沖擊主軸下端的葉片從而使其高速旋轉(zhuǎn)。缺點(diǎn)是所需氣體壓力大，對(duì)主軸、葉片以及氣體容器的強(qiáng)度和剛度要求高，而且具有一定危險(xiǎn)性。
3結(jié)論
本文針對(duì)TRIZ理論與計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新集成方法進(jìn)行了初步探討，并通過(guò)玻璃加工機(jī)床浮動(dòng)主軸的兩種創(chuàng)新方案的尋求過(guò)程，實(shí)踐了應(yīng)用TRIZ技術(shù)矛盾解決矩陣和TechOptimizer技術(shù)創(chuàng)新軟件，解決產(chǎn)品創(chuàng)新過(guò)程中技術(shù)難題，進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)的方法。表明應(yīng)用TRIZ理論和TechOptimizer技術(shù)創(chuàng)新軟件，確實(shí)可以有效地解決技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新中的技術(shù)難題。
