基於triz的可拆卸聯接結構的設計方法
2023-06-13 07:16:06
專利名稱：基於triz的可拆卸聯接結構的設計方法
技術領域：
本發明涉及針對一種機電產品可拆卸聯接結構的設計方法。
背景技術：
針對現代社會對於產品綠色性能要求越來越高的現狀，企業的生產設計也必須從傳統設計向綠色設計轉變。企業只有通過綠色設計來提高其產品的綠色性能，才能適應市場競爭和企業發展的需要。除了環保法律法規的逐漸完善迫使企業必須遵守相關的法律條款之外，更重要的是綠色設計本身的優點也可以讓企業在實施綠色設計的同時獲益匪淺，對企業自身的發展和市場競爭力的提高具有現實意義。綠色設計的本質是將環境友好的思想融入到產品的設計過程中，使產品在其全生命周期內既滿足用戶的使用要求又降低對環境的影響。可拆卸設計正是改善產品拆卸回收等綠色性能的重要手段。可拆卸設計作為綠色設計的主要內容與關鍵技術之一，它要求所設計產品的結構易於裝配、易於拆卸、方便維護，並使得產品在報廢后對可用的部分能充分有效地回收和重用；同時要求在設計時就考慮產品拆卸回收處理工藝過程，控制環境汙染物的排放，並節約資源、能源。拆卸是產品回收、重用和再資源化的前提，無法拆卸的產品談不上重新利用，更談不上資源的有效回收。現代產品很多都是機電結合的或多學科交叉的技術密集型產品，有些產品兼有無汙染或有汙染部分，會給拆卸帶來許多困難；整個產品廢棄淘汰後，可再利用的部分由於拆卸困難而難於回收重用，即使能夠拆卸，也由於拆卸過程費事、費力、經濟性差，回收重用的價值不大。而不可拆卸產品不僅會造成大量可重用零部件、材料的浪費。而且若廢棄物處置不當，還會造成嚴重的環境汙染。要從根本上解決產品回收和重用過程中的拆卸困難和汙染等問題，就需要從產品的設計階段入手，開展產品可拆卸聯接設計方法的研究，尋求問題的解決辦法。但是，迄今為止沒有相關技術的公開報導。
發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種基於TRIZ的可拆卸聯接結構的設計方法，將TRIZ理論中物一場分析模型、物理矛盾分析模型、標準解和創新法則等內容與可拆卸設計理論相結合，建立一種可拆卸聯接設計方法，以便能夠快速指導設計並獲得可拆卸聯接的設計方案。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是本發明基於TRIZ的可拆卸聯接結構的設計方法，所述可拆卸聯接結構的設計包括可拆卸聯接結構改進設計和聯接結構穩定性設計，其特點是所述可拆卸聯接結構改進設計按如下步驟進行步驟1，使用物一場分析模型將可拆卸聯接結構改進設計定義為第四類有害的相互作用模型，物質S1和物質S2分別定義為可拆卸指標惡化的誘發設計要素和拆卸指標惡化的表現設計要素，場F定義為惡化的可拆卸設計性能，應用TRIZ理論的一般解法或標準解獲取對應的解決方案；步驟2，判斷步驟I所獲取的解決方案是否出現影響產品其它性能的幹涉情況，所述產品其它性能包括裝配體裝配和使用性能；若無幹涉情況出現，則問題解決完畢，如出現幹涉情況，則進行步驟3;步驟3，使用物理矛盾分析模型，建立出現幹涉情況的模型，依次查找分離原理、分離方法以及發明原理，設計解決方案；所述聯接結構穩定性設計按如下步驟進行步驟1，依據產品在使用一定時間後的工況，對聯接結構進行可拆卸性能穩定性評價，獲取待改進的設計對象；步驟2，對待改進的設計對象進行物一場分析建模，從減少外界對聯接結構有害影響的角度，建立一個物一場分析模型，使用TRIZ理論一般解法和標準解法獲得解決方案；從增強聯接結構自身的抗外界影響方面，建立新的物一場分析模型，使用TRIZ提供的一般解法和標準解法獲得解決方案；步驟3，對步驟2中獲得的解決方案進行可行性評估，如果方案不可接受，利用第5類標準解中的17個解對方案進行簡化，最終得到一個優化的解決方案。本發明基於TRIZ的可拆卸聯接結構的設計方法的特點也在於聯接結構改進設計方法步驟I以及聯接結構穩定性設計方法步驟2中所述的聯接結構的物一場分析模型是一個新建的與已存在的聯接相聯繫的功能模型，在問題的解決過程中，根據物一場分析模型所描述的問題，來查找相應的一般解法和標準解法。聯接結構改進設計方法步驟I以及聯接結構穩定性設計方法步驟2中所述的TRIZ一般解法以及標準解，具體解法是從減少外界對聯接結構有害影響的角度考慮，使用一般解法5、6或1. 2類的標準解中的5個標準解；從增強聯接結構自身的抗外界影響的角度考慮，使用一般解法4、5、6或第2類標準解中的23個解和第3類標準解中的6個解。與已有技術相比，本發明有益效果體現在本發明將TRIZ理論與可拆卸聯接結構設計理論相結合，並進行了細化，模型表達更合理，可拆卸聯接衝突消解方案更具體，有效解決可拆卸聯接結構設計問題。
圖1為本發明中聯接結構設計有害的相互作用的物一場分析模型；圖2為本發明中聯接結構改進設計流程圖；圖3為本發明中聯接結構穩定性設計有害的相互作用的物一場分析模型；圖4為本發明中聯接結構穩定性設計有用但不充分的相互作用的物一場分析模型；圖5為本發明中利用物一場分析模型進行裝配功能穩定性設計的流程。
具體實施例方式具體實施中，基於TRIZ的可拆卸聯接結構的設計方法包括可拆卸聯接結構改進設計和聯接結構穩定性設計，可拆卸聯接結構改進設計按如下步驟進行
第一步，使用物一場分析模型將可拆卸聯接設計定義為第四類有害的相互作用模型，物質S1、S2可以定義為可拆卸指標惡化的誘發設計要素和拆卸指標惡化的表現設計要素，場F可以定義為惡化的可拆卸設計性能，應用TRIZ理論一般解法5、6或1. 2類的標準解中的5個標準解加以解決。第二步，當利用上述方法在聯接關係間添加、刪除一些設計要素時提高拆卸性能的同時，可能會出現妨礙裝配體裝配、使用，這就造成在可拆卸聯接設計過程中，存在某一設計要素既要存在保證裝配體穩定，又不能存在使得拆卸容易，使得單純採用物一場分析無法解決問題。使用物理矛盾分析模型，依次查找分離原理、分離方法以及發明原理解決上述問題。第三步，使用TRIZ理論進行聯接結構改進設計時，首先構建拆卸改進物一場分析模型，確定待改進設計目標，利用TRIZ提供的一般解法以及標準解，獲取改進設計方案。之後分析方案是否影響了產品的裝配及使用性能。如影響，則建立物理矛盾分析模型，依次利用TRIZ提供的分離原理、分離方法及創新原理進行改進設計，最終得到有效的改進方案。聯接結構穩定性設計按如下步驟進行第一步，在聯接結構穩定性設計中，主要存在聯接關係趨於失效和聯接關係趨於複雜兩種情況。導致這兩種情況發生的原因主要是由於在設計之初未考慮外界環境對聯接結構的一些有害作用，從而導致聯接結構在使用一段時間後出現了趨於失效和趨於複雜的情況。可以物一場分析模型為基礎，從減少外界對聯接結構有害影響和增強聯接結構自身的抗外界影響兩方面來進行改進設計。第二步，減少外界對聯接結構有害影響是採取屏蔽外界有害影響(如震動、撞擊、水和空氣結束導致鏽蝕等)提高裝配功能穩定性。在物一場分析模型中，物質SpS2可以定義為可拆卸聯接結構和外界環境，場F可以定義為有害接觸或影響(如震動、撞擊、水和空氣結束導致鏽蝕等)，則聯接結構與外界環境構成了一個有害的相互作用模型。針對該類模型，使用TRIZ理論一般解法2、3或1. 2類的標準解中的5個標準解加以解決。第三步，增強聯接結構自身的抗外界影響是採取提高聯接結構自身的強度、剛度、抗鏽蝕性等方式提高自身的參數解決拆卸裝配功能穩定性，即零件的聯接只能完成設計所考慮的要求而無法抵禦一些有害作用的。在物一場分析模型中，物質31、32可以定義為可拆卸聯接結構的兩個零件，場F可以定義為聯接關係(如抗鏽蝕的螺紋聯接、防震動的螺紋聯接等)，則零件的聯接結構是一個有用但不充分的相互作用模型。針對該模型，使用TRIZ提供一般解法4、5、6或第2類標準解中的23個解和第3類標準解中的6個解加以解決。故在聯接結構設計時，首先根據聯接關係設計對象，按需求建立如圖3或圖4的物一場分析模型。根據TRIZ提供的一般解法和標準解，引入改變物一場模型中三元件及其相互作用，獲取設計方案。之後對方案的有效性進行評價，如方案可行，則按方案進行設計，否則重新分析問題，建立新的物一場模型重新分析問題。所得設計方案可能相對較為複雜，此時可利用第5類標準解中的17個解對方案進行簡化，最終得到一個優化的解決方案。具體實施中，針對可拆卸聯接設計問題，首先確定該問題屬於聯接結構改進設計還是聯接結構穩定性設計。如圖2所示，聯接結構改進設計流程第一步，依據易操作性、可達性、聯接關係類型、聯接件、緊固件數量及拆卸能耗等評價指標，對聯接結構進行可拆卸性能評價，獲取待改進的設計對象。依據圖1所示，建立該連接的物一場分析模型。應用TRIZ理論一般解法5、6或1.2類的標準解中的5個標準解，獲取對應的解決方案，如表I所示。表I
權利要求
1.一種基於TRIZ的可拆卸聯接結構的設計方法，所述可拆卸聯接結構的設計包括可拆卸聯接結構改進設計和聯接結構穩定性設計，其特徵是 所述可拆卸聯接結構改進設計按如下步驟進行 步驟1，使用物一場分析模型將可拆卸聯接結構改進設計定義為第四類有害的相互作用模型，物質S1和物質S2分別定義為可拆卸指標惡化的誘發設計要素和拆卸指標惡化的表現設計要素，場F定義為惡化的可拆卸設計性能，應用TRIZ理論的一般解法或標準解獲取對應的解決方案； 步驟2，判斷步驟I所獲取的解決方案是否出現影響產品其它性能的幹涉情況，所述產品其它性能包括裝配體裝配和使用性能；若無幹涉情況出現，則問題解決完畢，如出現幹涉情況，則進行步驟3; 步驟3，使用物理矛盾分析模型，建立出現幹涉情況的模型，依次查找分離原理、分離方法以及發明原理，設計解決方案； 所述聯接結構穩定性設計按如下步驟進行 步驟1，依據產品在使用一定時間後的工況，對聯接結構進行可拆卸性能穩定性評價，獲取待改進的設計對象； 步驟2，對待改進的設計對象進行物一場分析建模，從減少外界對聯接結構有害影響的角度，建立一個物一場分析模型，使用TRIZ理論一般解法和標準解法獲得解決方案；從增強聯接結構自身的抗外界影響方面，建立新的物一場分析模型，使用TRIZ提供的一般解法和標準解法獲得解決方案； 步驟3，對步驟2中獲得的解決方案進行可行性評估，如果方案不可接受，利用第5類標準解中的17個解對方案進行簡化，最終得到一個優化的解決方案。
2.根據權利要求1所述的基於TRIZ的可拆卸聯接結構的設計方法，其特徵在於聯接結構改進設計方法步驟I以及聯接結構穩定性設計方法步驟2中所述的聯接結構的物一場分析模型是一個新建的與已存在的聯接相聯繫的功能模型，在問題的解決過程中，根據物一場分析模型所描述的問題，來查找相應的一般解法和標準解法。
3.根據權利要求1所述的基於TRIZ的可拆卸聯接結構的設計方法，其特徵在於聯接結構改進設計方法步驟I以及聯接結構穩定性設計方法步驟2中所述的TRIZ —般解法以及標準解，具體解法是從減少外界對聯接結構有害影響的角度考慮，使用一般解法5、6或1.2類的標準解中的5個標準解；從增強聯接結構自身的抗外界影響的角度考慮，使用一般解法4、5、6或第2類標準解中的23個解和第3類標準解中的6個解。
全文摘要
本發明公開了一種基於TRIZ的可拆卸聯接結構的設計方法，其特徵是建立可拆卸聯接結構改進設計和穩定性設計的物—場分析模型，採用TRIZ理論的一般解法或標準解法來獲取相應的解決方案；或使用物理矛盾分析模型和第5類標準解中的17個解對其進行處理，獲得設計解決方案。本發明將TRIZ理論與可拆卸聯接結構設計理論相結合，有效解決可拆卸聯接結構設計問題。
文檔編號G06F17/50GK103049621SQ20131001308
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月14日 優先權日2013年1月14日
發明者劉志峰, 胡迪, 劉光復, 張雷, 黃海鴻, 鮑宏 申請人:合肥工業大學