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  　TRIZ理論與計算機輔助創(chuàng)新集成已成為目前技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新的研究熱點。文章針對常用玻璃加工方法及其存在的問題，應(yīng)用TRIZ技術(shù)矛盾解決矩陣，結(jié)合TechOptimizer軟件創(chuàng)造性地設(shè)計出玻璃加工機床浮動主軸系統(tǒng)，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。其研究結(jié)果表明應(yīng)用TRIZ理論和TechOptimizer技術(shù)創(chuàng)新軟件，確實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。

　　引言

　　TRIZ是由被譽為TRIZ之父的前蘇聯(lián)海軍部專家GenrichS．Altshuller創(chuàng)立的。其目的是研究人類在進行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)難題過程中所遵循的科學原理、方法和規(guī)律。掌握了這些，人們就能能動地進行產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計，預(yù)測未來發(fā)展趨勢。

　　產(chǎn)品創(chuàng)新的主要任務(wù)是不斷解決過時產(chǎn)品和市場需求之間的矛盾。產(chǎn)品之所以不能滿足市場需求，就是因為其內(nèi)部存在阻礙更新?lián)Q代的矛盾。在TRIZ理論中，稱這類矛盾為技術(shù)矛盾。所謂技術(shù)矛盾是指用已知的原理和方法去改進系統(tǒng)某部分或參數(shù)時，不可避免的會出現(xiàn)系統(tǒng)的其它部分或參數(shù)變壞的現(xiàn)象。例如：質(zhì)量和強度、汽車的速度和燃料耗費等等。技術(shù)矛盾解決矩陣所提供的原理往往并不能直接使問題得到解決，而是提供了最有可能解決問題的探索方向。解決問題時，還必須根據(jù)所提供的原理及所要解決問題的特定條件，提出解決問題的具體方法。

　　1.TechOptimizer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)計方法，輔助工程技術(shù)人員、科研人員以及企業(yè)經(jīng)營者進行產(chǎn)品改進、新產(chǎn)品開發(fā)以及獲得突破性創(chuàng)新技術(shù)的計算機輔助創(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)計階段，根據(jù)市場需求正確地發(fā)現(xiàn)并迅速解決產(chǎn)品開發(fā)中的關(guān)鍵問題，高質(zhì)量、高效率地提出可行的創(chuàng)新設(shè)計方案，將設(shè)計引向正確方向。該軟件是由美國InventionMachine公司開發(fā)的，是一種基于知識的創(chuàng)新工具。

　　TechOptimizer軟件由產(chǎn)品分析、流程分析、特征傳遞、科學原理檢索、創(chuàng)新原理、預(yù)測和網(wǎng)絡(luò)助手等功能模塊組成。其主要特點是：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題，并給出高質(zhì)量解決方案；幫助設(shè)計者解決技術(shù)矛盾，避免妥協(xié)設(shè)計；加速新產(chǎn)品和工藝研發(fā)過程；在概念設(shè)計階段進行成本分析，有效降低產(chǎn)品成本；擴展用戶的知識領(lǐng)域；智能化的向?qū)щS時給出操作提示，軟件使用更容易；以及自動生成分析報告等。

　　2.玻璃加工機床浮動主軸的創(chuàng)新方案設(shè)計

　　2.1常用玻璃加工方法及其存在的問題

　　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、拋光等由裝在多達六個工位上的金剛石砂輪連續(xù)進行。對于玻璃工藝制品和水晶玻璃的裝飾性磨削加工，則多用手動或在多軸自動專用磨床上進行裝飾性加工。光學透鏡的粗磨，一般在專用磨床上采用輪緣為圓弧的杯形砂輪。目前，由于機床主軸在加工玻璃時，自身不能對刀具所受外力的變化快速地進行自我調(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

　　玻璃在進行磨削加工時，砂輪主軸必須高速旋轉(zhuǎn)。但由于玻璃不平整會導(dǎo)致對砂輪施加壓力的變化，而玻璃是脆性材料，受力不當容易破裂，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，在受力變大時能夠自行退讓。現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)矛盾解決矩陣來解決這種矛盾，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“速度”，在惡化的技術(shù)特性欄中選擇第14項“強度”。可以看出，為了解決這一矛盾，TRIZ提供了4種解決原理，其編號分別為8、3、26、14。通過對這些原理的比較，選擇原理14“回轉(zhuǎn)、橢圓性”，即改直線運動為回轉(zhuǎn)運動，將立方體變成橢圓體，使用滾筒及球狀、螺旋狀的物體。通過篩選，選擇例子CONTACTOVERASPHERICALSUFACE。由此，可以考慮用點接觸來替代物體的面接觸。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“運動物體質(zhì)量”，在惡化的技術(shù)特性欄中選擇第3項“運動物體尺寸”。在提供的4個解決原理中選擇原理15“動態(tài)性”，即自動調(diào)節(jié)物體。使其在各動作、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)個構(gòu)成要素；使不動物體可動或可相互交換。由此考慮用“氣浮”，因為“氣浮”對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很大。

　　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)，可提出一個初步解決方案如下：首先把主軸要實現(xiàn)的功能進行分割，分為高速旋轉(zhuǎn)的功能與主軸能上下浮動的功能。對于主軸的高速旋轉(zhuǎn)，可用高速電機實現(xiàn)，而主軸的上下浮動功能，則用“氣浮”來解決。

　　考慮到主軸的特殊要求，它與軸承之間的摩擦力應(yīng)很小，這里選擇氣體潤滑軸承。氣體潤滑軸承常用空氣作為潤滑劑，故又稱空氣軸承。空氣軸承具有無接觸、摩擦小、溫升低、壽命長，適應(yīng)高速，且對主機和環(huán)境無污染等優(yōu)點。

　　依據(jù)以上分析和對軸承等選擇以及對方案的構(gòu)思、細化，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8提供，但其間通過一個傳動架傳遞，主軸與傳動架之間由滾珠6形成點接觸。在砂輪進行切削之前，通過氣缸排出的氣體將主軸推向遠端。加工過程中，主軸將隨著切削力的改變而自行上下浮動。

　　如果在改善的技術(shù)特性欄中選擇第9項“速度”，在惡化的技術(shù)特性欄中選擇第14項“強度”。在提供的4個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，通過定子繞組4與轉(zhuǎn)子5的作用來實現(xiàn)，而其上下浮動功能，則與方案1相同，仍由“氣浮”來實現(xiàn)。對于軸承，仍選用徑向空氣軸承。其結(jié)構(gòu)更簡單、緊湊，便于維護。

　　3.結(jié)論

　　本文針對TRIZ理論與計算機輔助創(chuàng)新集成方法進行了初步探討，并通過玻璃加工機床浮動主軸的兩種創(chuàng)新方案的尋求過程，實踐了應(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)新過程中技術(shù)難題，進行機械產(chǎn)品創(chuàng)新方案設(shè)計的方法。表明應(yīng)用TRIZ理論和TechOptimizer技術(shù)創(chuàng)新軟件，確實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。