劉艷春　盧尚工　劉剛

【摘 要】針對鋁帶鑄軋機(jī)在軋制鋁帶時(shí)軋輥與鋁帶的粘連問題，提出運(yùn)用TRIZ理論，對鋁帶軋制系統(tǒng)進(jìn)行組件功能分析、矛盾分析，并使用矛盾矩陣、物-場分析、科學(xué)效應(yīng)庫和知識庫類比查詢等工具對問題進(jìn)行求解，最后給出解決方案。

【關(guān)鍵詞】TRIZ理論；鋁帶軋制系統(tǒng)；粘連

中圖分類號： G647 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）29-0028-002

【Abstract】Aiming at the problem of aluminum strip rolling in the aluminum strip rolling mill， this paper proposes the TRIZ theory to analyze the component function and the contradiction of the aluminum strip rolling system， and uses the contradiction matrix， material-field analysis， Scientific effects library and knowledge base analog query tools to solve the problem， and finally gives solutions.

【Key words】TRIZ theory； Aluminum strip rolling system； Adhesion

0 引言

鋁帶生產(chǎn)通常采用雙輥鑄軋工藝。該工藝將常規(guī)的鑄、軋合二為一，鑄造后的鋁帶坯進(jìn)入軋制系統(tǒng)，鋁帶與軋輥表面直接接觸，在軋制過程中，鋁帶與軋輥容易粘連，從而影響鋁帶表面質(zhì)量，粘連嚴(yán)重時(shí)，甚至使生產(chǎn)中斷。常用方法是火焰噴涂法，如圖1所示，在軋輥表面形成一層均勻的碳膜，隔離軋輥與鋁帶的直接接觸，同時(shí)還要控制軋輥表面溫度不能過高，但是在軋制過程中，軋輥吸收鋁帶和火焰的熱量，使軋輥表面溫度升高，為預(yù)防軋輥溫度過高導(dǎo)致粘連，軋機(jī)速度要低速使用，降低了企業(yè)生產(chǎn)效率。因此企業(yè)提出改進(jìn)鋁帶軋制工藝，提高鋁帶表面質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

1 TRIZ理論

發(fā)明問題求解理論（Theory of inventive problem solving，TRIZ）是蘇聯(lián)著名發(fā)明家 ALTSHULLER 領(lǐng)導(dǎo)的研究機(jī)構(gòu)分析了全世界近 250 萬件高水平專利的基礎(chǔ)上，綜合多學(xué)科領(lǐng)域的原理后提出的一套理論方法體系[1]。經(jīng)過60多年的發(fā)展，TRIZ 理論已經(jīng)形成了一套成熟的解決產(chǎn)品開發(fā)等問題的九大經(jīng)典理論體系。TRIZ理論認(rèn)為發(fā)明問題的核心是發(fā)現(xiàn)沖突，ALTSHULER分析了大量工程參數(shù)，總結(jié)歸納出了39個(gè)通用技術(shù)參數(shù)，通過對專利進(jìn)行分析，提煉出TRIZ中最重要的、具有普遍用途的40條發(fā)明原理[2]。物場模型分析是TRIZ 理論中的一個(gè)重要的問題描述和分析工具，用來建立與已存在的系統(tǒng)或新技術(shù)系統(tǒng)問題相聯(lián)系的功能模型，并提供了6種一般解和72種標(biāo)準(zhǔn)解用于解決設(shè)計(jì)問題[3]。

國內(nèi)外學(xué)者對TRIZ的理論及其應(yīng)用進(jìn)行了廣泛而深入的研究。TRIZ高度抽象的發(fā)明原理及總結(jié)的通用技術(shù)參數(shù)，使得同樣的原理在不同的領(lǐng)域可以重復(fù)使用；產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化和發(fā)展遵循著一定的客觀規(guī)律發(fā)展變化，進(jìn)化的動(dòng)力是解決沖突。激發(fā)設(shè)計(jì)者去從不同的方向去思考解決問題的多種可能，在設(shè)計(jì)者創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中提供發(fā)現(xiàn)和解決問題所需的概念知識和方法工具。

2 問題分析

2.1 問題模型

該問題可描述為如何在保障鋁帶表面質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)效率。

圖2為雙棍鑄軋工藝示意圖，鋁帶的入軋厚度為11-13mm，入軋溫度約為390℃；軋出厚度為7.5mm，溫度約為210℃。軋輥內(nèi)部通過循環(huán)水冷卻，使軋輥表面溫度低于75℃，主電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)上、下軋輥以930mm/min轉(zhuǎn)動(dòng)，鋁帶坯進(jìn)入軋輥間，通過軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)帶入軋機(jī)，軋出的鋁帶經(jīng)過支撐軸到卷繞機(jī)卷制成鋁帶卷。

2.2 組件功能分析

建立系統(tǒng)組件的功能模型如圖3所示，通過相互作用分析，發(fā)現(xiàn)問題主要集中在軋輥、鋁帶和冷卻水之間。首先冷卻水冷卻作用不足會(huì)導(dǎo)致軋輥溫度升高，造成粘連；其次當(dāng)軋制速度加快時(shí)，鋁帶對軋輥產(chǎn)生加熱的有害作用，也會(huì)造成粘連；還有原因是鐵質(zhì)軋輥對鋁有很大的固溶性，鋁帶軋制過程中，鋁和鐵直接接觸，在高溫高壓下加速了固溶的發(fā)生，影響了鋁帶表面質(zhì)量。從產(chǎn)生粘連問題的關(guān)鍵點(diǎn)入手，運(yùn)用矛盾分析工具求解。

2.3 矛盾分析

2.3.1 技術(shù)矛盾

如果軋制速度降低，軋輥吸收鋁帶熱量少，軋輥表面的溫度不會(huì)快速升高，就不會(huì)發(fā)生粘連問題，但是會(huì)降低生產(chǎn)效率。改善了參數(shù)軋輥溫度，會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)參數(shù)生產(chǎn)效率的惡化，這一對矛盾屬于技術(shù)矛盾，為根據(jù)矛盾矩陣表查詢結(jié)果可知解決這一矛盾所對應(yīng)的創(chuàng)新原理編號為：No.23 反饋、No.35 參數(shù)變化、No.40 復(fù)合材料 、No.3 局部質(zhì)量。

根據(jù)創(chuàng)新原理的提示，得到方案1： 在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)加裝水溫控制系統(tǒng)，采集循環(huán)水出口溫度，根據(jù)溫度反饋，實(shí)時(shí)控制冷卻水進(jìn)水量，控制軋輥表面溫度低于75度，使生產(chǎn)過程可靠連續(xù)進(jìn)行。

2.3.2 物理矛盾

為了“降低軋輥表面溫度”，需要參數(shù)“軋機(jī)速度”為“低速”，但又為了“提高生產(chǎn)率” ，需要參數(shù)“軋機(jī)速度”為“高速”，即對參數(shù)“軋機(jī)速度”提出了相反的需求，這是一對物理矛盾?？紤]到該參數(shù)“軋機(jī)速度”在不同的“條件”下具有不同的特性，因此該矛盾可以從“條件”上進(jìn)行分離。查找“條件分離”原理對應(yīng)的發(fā)明原理有“No.1分割、No.7嵌套、No.25自服務(wù)、No.5組合、No.22變害為利、No.23反饋、No.33同質(zhì)性、No.6多用性、No.8重量補(bǔ)償、No.14曲面化、No35物理或化學(xué)狀態(tài)變化 、No13反向作用”。得到解決方案2：改變軋輥內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu)為螺旋式散熱管，增大軋輥內(nèi)部散熱面積，使軋輥散熱效率提高，降低軋輥表面溫度。

2.3.3 物質(zhì)-場分析及76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解

技術(shù)系統(tǒng)存在的問題主要在鋁帶和軋輥之間，建立二者之間的物場模型，如圖4所示，根據(jù)所建問題的物質(zhì)-場模型，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解解決流程，從第1類標(biāo)準(zhǔn)解中找到1.2.1（No.9）：引入便宜和廉價(jià)的物質(zhì)。在S1和S2之間引入S3從而消除有害作用。得到方案3：在軋輥表面噴涂潤滑油，隔離鋁和鐵直接接觸，同時(shí)又可以吸收軋輥表面熱量，降低軋輥表面溫度，實(shí)現(xiàn)軋輥與鋁帶不粘連。改進(jìn)后的物場模型如圖4所示。

2.3.4 科學(xué)效應(yīng)庫與知識庫類比查詢

技術(shù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能為防止鋁帶和軋輥的粘連，查找科學(xué)效應(yīng)庫，得到可用的效應(yīng)為：“金屬覆層潤滑劑效應(yīng)”，得到方案4：在軋輥表面噴涂金屬潤滑劑，金屬有機(jī)化合物遇高溫分解，釋放的金屬填充鋁帶表面不平整部位，同時(shí)又可以吸收軋輥表面熱量，降低軋輥表面溫度，實(shí)現(xiàn)軋輥與鋁帶不粘連。

通過專利檢索關(guān)鍵詞“粘鋁”，查詢到CN104531266A，標(biāo)題為一種含鋁金屬熱軋軋制油，得到方案5：在軋輥表面噴涂一種含鋁金屬熱軋軋制油，同方案4。

3 方案評價(jià)

依據(jù)系統(tǒng)最終理想解確定原則，不改變技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜性，軋機(jī)能夠高速軋制鋁帶，軋輥與鋁帶不粘連，軋制順暢。對方案進(jìn)行評估，確定方案4為最佳

4 結(jié)束語

（1）給出了基于TRIZ矛盾解決原理和物質(zhì)-場分析原理的防止軋制系統(tǒng)鋁帶粘連的方法。

（2）通過系統(tǒng)功能模型分析和因果分析，能夠快速地明確問題的矛盾所在，明確改善的和惡化的工程參數(shù)，利用40個(gè)發(fā)明原理進(jìn)行問題解決。

（3）通過建立鋁帶軋制系統(tǒng)的物質(zhì)-場模型，可方便的利用TRIZ物質(zhì)-場分析的76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解分析解決鋁帶粘連問題。利用科學(xué)效應(yīng)庫和知識庫類比查詢方法，對產(chǎn)生方案的可行性進(jìn)行佐證和支撐。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李彥，李文強(qiáng).創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

[2]檀潤華.TRIZ及應(yīng)用：技術(shù)創(chuàng)新過程與方法[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]劉志峰，胡迪，高洋，等.基于TRIZ的可拆卸聯(lián)接改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2012，48（11）：66-71.endprint