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计算机辅助创新驱动的产品概念设计创新设想产生过程模型(二)

2017/10/25    来源:互联网    作者:张建辉  檀润华  张鹏  曹国忠      
关键字:创新设想产生  发明问题解决理论  计算机辅助创新  产品概念设计  过程模型  
创新设想产生是产品概念设计阶段的关键环节,影响该阶段设想产生的障碍是设计人员不能很好地利用多学科领域的知识。鉴于此,基于发明问题解决理论的计算机辅助创新软件系统提供了应用多学科领域知识的一个平台。提出了计算机辅助创新驱动的创新设想产生原理,以计算辅助创新软件为设计场景进行问题求解,基于源设计中的未预见的发现建立扩展解空间,驱动创新设想产生,进而建立了计算机辅助创新驱动的产品概念设计创新设想产生过程模型。通过安全隔离蝶阀创新设想产生验证了该模型的可行性。

    根据技术冲突1,应用InventionTool 3.0软件的冲突模块,搜索到No.13反向、No.35参数变化和No.1分割三个发明原理,如图9所示。根据技术冲突2,应用InventionTool 3.0软件的冲突模块,搜索到No.35参数变化、No.10预操作、No.28机械系统的替代和No.24中介物四个发明原理,如图1O所示。这七个发明原理都是TRIZ解。

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    图9 “分割”发明原理及其描述

    步骤4 发现UXDs。经分析,发明原理No.1分割和No.10预操作可用,InventionTool 3.0软件提供了这两个原理的描述及其相关工程实例,分别如图9和图10所示。

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    图10 “预操作”发明原理及其描述

    图11是与发明原理No.1分割相关的“可换刀头锯片”实例:锯片切割材料时锯齿有磨损,长期使用会造成整个锯片报废,该实例应用分割原理将锯片的刀头安装在刀座上,刀头可更换,磨损严重时只更换刀头,不用更换整个锯片,从而减少浪费。

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    图1l “分割”发明原理相关的实例

    No.1分割发明原理及其工程实例暗含着一个UXD-1,即将物体分成容易组装及拆卸的部分。

    图12是与发明原理No.10预操作相关的“光缆导套”实例:传输信号的光缆在外层设有保护套,该实例应用预操作原理预先以所需的角度弯曲导套,引导光缆插人并穿过导套,使光缆不受干扰地沿套管扭转,有效防止光缆被以过小的角度弯曲,保证了传输信号的质量。

    No.10预操作发明原理及其工程实例暗含着一个UXD-2,即需要的操作开始前,使物体局部产生所需的变化。

    步骤5 建立扩展解空间。隔离阀密封的关键技术是需保证密封面处有足够的密封比压,且执行机构操作可靠。密封比压可以通过补偿密封圈或阀座的磨损来解决,密封面之间无摩擦且执行机构简单可靠是问题的理想解。

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    图12 “预操作”发明原理相关的实例

    基于对UXD-1的分析:

    (1)将传统的固定阀座从阀体上“分割”,设计成可移动阀座,使之能沿阀体中心轴线方向平行移动的结构。

    (2)阀座的移动可以由液压力、气压力、电力、电磁力和手动驱动其中的任一种方式实现。

    基于对UXD-2的分析:

    (1)在阀体内部设置弹簧装置,辅助移动阀座的复位以及压紧密封面。

    (2)隔离阀开启时,首先移动阀座使密封面脱开,在密封面无摩擦的情况下旋转打开阀板。

    (3)隔离阀关闭时,首先旋转阀板到关闭位置,然后再移动阀座压紧密封面。

    步骤6 产生领域解。分析得到的扩展解空间,上述的各种解均可以产生创新设想,可以具体地进行设计,启动新产品开发。

    综上所述给出较具体的创新设想方案:隔离阀采用单偏心结构,移动式阀座的驱动采用电动和手动两种方式,驱动装置内置蜗轮蜗杆或齿轮传动装置进行减速和增加力矩作用,分别如图13a和图13b所示。蜗轮和齿轮分别通过螺旋副传动,实现移动阀座的平移。

    (3)创新设想实施方式阀门开启时,首先使用蜗轮蜗杆驱动装置或齿轮传动装置使阀座平移脱离阀板,在密封面无摩擦的情况下旋转打开阀板。阀门闭合时,首先旋转阀板到关闭位置,再使阀座平移至密封面压紧,有效避免了对密封面的冲击。

    依据该设想可以启动新产品开发,大大降低密封面的摩擦,提高隔离阀的使用寿命;由于开启隔离阀时密封面先行脱开,可大大降低启闭力矩,有效提高隔离阀运行的可靠性,且因其结构简单,可降低开发成本。

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    图13 安全隔离蝶阀新概念设计方案

    6 结束语

    本文提出了CAI驱动的产品创新设想产生原理,进而建立了CAI驱动的产品概念设计创新设想产生过程模型。该过程模型包括六个步骤,根据选定的原型产品,发现其存在的问题,基于CAI的设计场景求解问题,并驱动产生创新设想,较容易获得领域解。

    应当指出,应用CAI软件解决创新设计问题并不能直接得到创新解决方案,只能得到产品创新的TRIZ解,即一般思路或一般解。将TRIZ解转化为领域解过程难度较大,对设计者的知识、经验和创新性思维方法的运用有较强的依赖性。因此,未来的CAI软件应当开发符合人类创新性思维习惯的辅助设计系统,以更有效地运用CAI软件实践创新,这方面需要做进一步的深入研究。

责任编辑:张纯子
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