TRIZ理论在机械类本科毕业设计中的应用探讨.pdf

收稿日期 2009 11 20 作者简介 王维刚 1976 男 1999 年大学毕业 硕士 讲师 现主要从事 TRIZ 理论在教学中的研究工作 TRIZ理论在机械类本科毕业设计中的应用探讨 王维刚 张 颖 林玉娟 龙飞飞 大庆石油大学机械科学与工程学院 黑龙江 大庆 1 6331 8 摘要 鉴于当前机械类本科毕业设计存在选题陈旧 模式固定且不利于创新的特点 在毕业设计环节中 引入了 TRIZ 理论 进行以培养机械创新设计人才为目标的教学改革探索与实践活动 在论述了 TRIZ 理 论的基本原理和方法基础上 针对机械类本科毕业设计的特点 构建设计系统的技术冲突模型 并提出 其解决机制 结合螺栓法兰联结案例 详述运用 TRIZ 解决创新问题的过程 为机械类创新设计提供指 导 实践效果证明该方法是行之有效的 关键词 TRIZ 理论 机械类 本科毕业设计 创新 中图分类号 G642 47 文献标识码 A 文章编号 1673 1409 2010 01 N352 03 我国提出了 21 世纪人才培养的新要求 从以传授和继承知识为主的培养模式转向加强素质教育 拓宽口径 着力培养学生的主动获取和运用知识的能力 独立思维和创新能力 融传授知识 培养能 力 提高素质为一体的具有时代特征的人才培养模式 1 高等工科院校机械工程类本科生毕业设计对培 养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风 培养学生勇于探索和开拓创新精神有着不可替代的 作用 是全面素质教育和创新教育的重要实践环节 2 我国在校大学生主要缺乏的是动手能力和创新能 力 国内各高校机械类学生毕业选题多为往届学生做过的设计 研究或实验 很少自己立题 这不利于 大学生创新能力的培养 针对这种状况 笔者进行了相关探讨 在机械工程类本科生毕业设计环节中引 入了 T RIZ 理论 进行以培养机械类设计创新人才为目标的教学改革探索与实践活动 从而为高校学生 毕业设计活动提供一定参考 1 TRIZ理论的基本原理 TRIZ 理论是 G S Alt shuller 等人从 1946 年开始在研究大量专利产品的基础上提出的 经过多年 发展 T RIZ 理论已经形成了一套较为完整的体系 2 图 1 TRIZ 创新求解基本原理 TRIZ 理论认为当技术系统某个特性或参数得到改善时 常 常会引起另外的特性或参数劣化 该矛盾称为 技术矛盾 为 了解决该矛盾 Alt shuller 从其所研究的 4 万个专利解决方法中 发现只有 39 个参数改进或劣化 每个问题可以描述为 39 个参数 中任意2 个参数间的冲突 许多专利发明从不同领域有效地解决 了这些矛盾 Altshuller 通过研究 把 39 个参数作为改善参数 和劣化参数并分别作为一张表的行和列 由此组成了一个 39 39 矛盾矩阵 3 并为行列交叉点形成的每个矛盾提供了最常用的创新原则 但值得注意的是并不是每 个参数都构成矛盾 TRIZ 创新求解基本原理如图 1 所示 2 TRIZ理论解决机械设计问题的机制 机械类毕业设计中绝大多数涉及到机械机构及结构的设计 而这些设计大部分来自工程实际问题 TRIZ 理论认为 解决工程问题最有效的途径是克服冲突 技术冲突在改善技术系统的一个参数的 同时又对该系统的另一个参数产生负面影响 解决技术冲突是指改进一技术参数的性能的同时 系统中 352 长江大学学报 自然科学版 2010 年 3 月 第 7卷 第 1 期 理工 Journal of Yangtze University Nat Sci Edit Mar 2010 Vol 7 No 1 Sci 若要减少螺栓数量 密封 性又无法保证 因而这一矛盾 冲突 无法解决 不能实现双 图 3 典型的法兰结构 赢 为此 运用 TRIZ理论解决该问题 从而使法兰结构既有良 好密封性能又只使用少量螺栓 在螺栓法兰联接系统中 有子系统法兰 螺栓和垫片 若 子系统法兰结构保持不变 要保持良好的密封性 需要较多螺 栓的数目 为了维修方便 减轻质量 使用较少螺栓 但法兰 结构不变 则密封性能下降 显然 为了可靠的密封性和维修 方便 子系统法兰和螺栓之间存在冲突 属于技术冲突 由此看出 系统欲改善的技术特性是维修方便 少量螺 栓 经泛化后的标准工程参数是 33 操作简单性 恶化的技 术特性为密封性下降 经泛化的标准工程参数为 13 系统的稳 图 4 螺栓法兰联结新方案 定性 和 27 系统的可靠性 则构成 2 个技术冲突 即 33 13 和 33 27 依据文献 3 中的矛盾矩阵 解决该问题可以沿着 原理 17 30 32 35 27 40 思路考虑解决 其中原理 17 和 20 启发作用最明显 原理 17 维度变化 是将一维物体变化为 二维或三维物体 将物体倾斜或侧向放置 解决问题的思路是 将一个半法兰盘结合面相对另一个半法兰盘倾斜一定角度放置 原理 20 可挠性膜片或薄膜 柔性物质或结构 是使用可挠性 膜片或薄膜替代原有的结构 使用可挠性膜片或薄膜将物体与 环境隔离 受此原理启迪 解决问题的思路是将一个半法兰盘 用弹性材料制作 在力的作用下可产生弹性变形 综合两种解决问题的思路 将法兰盘结合面相对倾斜一个 角度 用数量较少的螺栓联接 在力作用下 其中一个半法兰盘产生弹性变形并被压平 另一个半法兰 353 第 7 卷 第 1 期 理工王维刚等 TRIZ 理论在机械类本科毕业设计中的应用探讨 盘较厚 视为刚体 从而也保证了密封性 由此 设计出新颖的螺栓法兰联接装置 图 4 该装置既 有良好密封性能又只使用少量螺栓 很好地解决上述法兰结构的问题 4 结 语 依据 T RIZ 理论的基本原理和解决技术冲突机制 及其在机械类毕业创新设计中的解决以螺栓法兰 联结系统设计为例 详述了 T RIZ 理论在机械类毕业创新设计中的应用过程 实践效果证明 运用 TRIZ 理论指导毕业设计创新是切实可行的 能够很好地实现学生的工程能力 创新能力 创造性思维 的培养 将 TRIZ 理论应用到机械类本科毕业设计环节是一个全新的研究课题 需要高校机械类专业的 广大教生的不懈努力与积极探索 通过运用 T RIZ 理论解决机械类毕业设计中的问题 让学生掌握创新 手段和方法 使之成为创新型工程技术人才 参考文献 1 张学忱 高柏 大学生毕业设计教学中的创新设计 J 黑龙江高级研究 2006 9 152 154 2 黄秀芳 T RIZ 理论基本原理及实现 J 机械设计与制造 2003 10 55 57 3 郑称德 TRIZ 理论及其设计模型 J 管理工程学报 2003 17 1 84 87 编辑 李启栋 上接第 304 页 3 结 语 通过对上述 2座桥梁基础的施工难度 进度 投资 质量等进行分析 在地震山区中风化千枚岩的 地质情况下 采用扩大基础的施工方案要稍优于桩基础的施工方案 因此 深入研究地震山区中风化千 枚岩地质条件下的桥梁工程基础的施工方案 对地震灾区灾后恢复重建特别在市政基础工程的建设具有 重要的指导意义 参考文献 1 苏宏阳 郦锁林 基础工程施工手册 M 北京 中国计划出版社 2002 6 2 向中富 桥梁施工控制技术 M 北京 人民交通出版社 2001 3 杨文渊 徐D 桥梁施工工程师手册 M 北京 人民交通出版社 2002 4 吴灵生 钻孔灌注桩质量通病的成因及其预防 J 山西建筑 2008 34 35 120 121 编辑 李启栋 上接第 310 页 参考文献 1 M archand J Samson E Predicting the service life of concrete structures Limitations of simplified models J Cement Concrete Composites 2009 31 515 521 2 Broomfield J P Corrosion of steel in Concrete understanding investigation and repair M London E FN 1997 3 屈文俊 张誉 侵蚀性环境下混凝土结构耐久寿命预测方法探讨 J 工业建筑 1999 29 4 40 44 4 Liang M T Wang K L Liang C H Service life prediction of reinforced concrete structures J Cement and Concrete Research 1999 29 1411 1418 5 李宗津 王新友 混凝土使用寿命预测的研究进展 J 建筑材料学报 1999 2 3 249 256 6 马亚丽 张爱林 基于规定可靠指标的混凝土结构氯离子侵蚀耐久寿命预测 J 土木工程学报 2006 39 2 36 41 7 Seung Jun Kwon Sang Soon Park Sang Hwa Jung Service life prediction of concrete wharves with early aged crack Probabilistic ap proach for chloride diffusion J Structural Safety 2009 31 1 75 83 8 Young Soo Yoon Woo Yong Jung Young M oo Sohn Predicting the remaining service life of land concrete by steel corrosion J Cement and Concrete Research