一種基于TRIZ的導向環(huán)自動裝配設備上料機構(gòu)
作者：張毅
本文運用TRIZ（TRIZ是俄文的英文音譯Teoriya ResheniyaIzobreatatelskikh Zadatch的縮寫，其英文全稱是Theory of the Solution of Inventive Problems，中文意思為發(fā)明問題解決理論）創(chuàng)新設計方法對電樞導向環(huán)自動裝配設備上料機構(gòu)進行設計，找到穩(wěn)定、精確可靠的上料機構(gòu)設計方案。
1 上料機構(gòu)創(chuàng)新設計方案的確定
1.1 矛盾分析
電樞導向環(huán)自動裝配設備是汽車雨刮器電機自動生產(chǎn)線配套設備，主要完成磁性導向環(huán)與無磁性導向環(huán)（如圖1所示）的自動裝配。
電樞導向環(huán)的上料需要將磁性導向環(huán)或者無磁性導向環(huán)進行整理分料，然后輸送到指定待裝配取料位，等待機械手完成自動裝配任務。在上料機構(gòu)的初步設計過程中有下列設計問題：①如何解決電樞導向環(huán)串料和散料兩種不同形式物料的整理分料；②如何解決磁性導向環(huán)分料輸送過程中磁性對分料效果的影響。針對上述問題進行如下矛盾分析：
(1)問題①中電樞導向環(huán)的物料分為兩種形式，一種是磁性串料，另一種是無磁性散料。如何在電樞導向環(huán)自動裝配設備上實現(xiàn)兩種形式的物料都能適用，并保證結(jié)構(gòu)簡單、換型快速的要求。需要改善的參數(shù)是設備的適應性，惡化的參數(shù)是設備的結(jié)構(gòu)復雜程度。同時，當設備的適應性增加，其可制造性也將惡化，生產(chǎn)成本增加，因此，這就形成了兩對技術矛盾。
(2)問題②中，帶磁性導向環(huán)的磁性是其所匹配雨刮器電機所必須的屬性，而上料過程中磁性會導致導向環(huán)之間的相互作用，出現(xiàn)卡料、粘連和偏移等問題，因此，導向環(huán)的磁性作為磁場力構(gòu)成了物理矛盾。
1.2 矛盾解決
1.2.1 沖突解決原理
針對問題①中所確定的技術沖突，查沖突矩陣表（見表1），在交叉處得到推薦的發(fā)明原理解(15，29，37，28)和(1，13，31)。
查閱TRIZ理論40個發(fā)明原理，綜合分析以上原理解，發(fā)現(xiàn)1分割原理、15動態(tài)化和28機械系統(tǒng)的替代原理對設計幫助很大，因此采用以上三個原理進行方案設計。
1.2.2方案設計
方案一：根據(jù)1分割原理將上料機構(gòu)分解為兩個獨立的部分。根據(jù)15動態(tài)化原理采用電磁振動盤改變無磁性導向環(huán)散料的散亂狀態(tài)；采用氣缸推料結(jié)構(gòu)將磁性串料分離成單個元件。在裝配取料處根據(jù)28機械系統(tǒng)的替代原理設計旋轉(zhuǎn)分料機構(gòu)，將兩個獨立上料機構(gòu)輸送物料整合到同一位置。
方案二：利用13反向原理采用人工方式將磁性串料串料打散，使兩種導向環(huán)都處于散亂狀態(tài)，然后利用15動態(tài)化原理采用電磁振動盤改變導向環(huán)狀態(tài)使其處于最佳操作狀態(tài)，最后完成上料。
方案三：利用13反向原理增加一個串料機構(gòu)改變無磁性導向環(huán)的散亂狀態(tài)，使其與磁性導向環(huán)串料處于相同狀態(tài)，然后根據(jù)15動態(tài)化原理采用氣缸推料結(jié)構(gòu)將導向環(huán)分離成相互間能相對運動的元件，最后完成上料。
1.2.3方案評估
方案一采用分割原理和動態(tài)化原理將磁性串料和無磁性散料分為兩個獨立部分，能夠使單個上料結(jié)構(gòu)簡單，制造性好。同時分為兩部分進行上料不需要回收上一批次未使用完的導向環(huán)。但是，兩部分獨立設計增加了設備整體尺寸。
方案二和方案三采用反向原理和動態(tài)化原理將串料打散或者將散料加工成串料，用一個機構(gòu)完成上料，節(jié)省了空間尺寸。但是，增加了生產(chǎn)工序，而且每次在導向環(huán)換型時需要回收前一批次未使用完的物料。另外，方案三需要增加一個串料機構(gòu)，增加了系統(tǒng)復雜程度。
綜上，選擇方案一進行設計。
針對問題②中導向環(huán)磁性的物理沖突，利用TRIZ理論中的4種分離原理來進行求解，而分離原理與40個發(fā)明原理又有密切關系，其關系如表2所示。
通過對該物理沖突分析，發(fā)現(xiàn)在時間分離方法中原理10預操作對解決沖突有很大幫助。因此，選擇在上料過程中增加一個預操作機構(gòu)施加預壓力，來抵消導向環(huán)自身磁性相互吸引所導致的粘連卡料。
2上料機構(gòu)結(jié)構(gòu)設計
在利用TRIZ理論沖突解決方法進行分析與求解后，已經(jīng)確定了電樞導向環(huán)自動裝配設備上料機構(gòu)的設計方案，下面對其進行具體設計。
首先，確定結(jié)構(gòu)布局。根據(jù)上文求解，確定帶磁性導向環(huán)與無磁性導向環(huán)分為兩個獨立部分進行設計，然后通過旋轉(zhuǎn)圓盤將其整合起來，如圖2所示。
2.1 磁性導向環(huán)上料部件設計
針對磁性導向環(huán)串料性質(zhì)，確定采用圓盤式供料結(jié)構(gòu)，如圖3所示。選用24分度間歇分割器十步進電機旋轉(zhuǎn)供料，用單作用氣缸對導向環(huán)施加預壓力保證導向環(huán)每次分料準確。
2.2 無磁性導向環(huán)上料部件設計
無磁性導向環(huán)上料時，需要先將散亂的導向環(huán)整理，然后進行上料。選用電磁振動盤對散料進行整理，然后用直線振動槽加氣缸推送機構(gòu)推送至待裝配位置，如圖4所示。
2.3整體設計
帶磁性導向環(huán)與不帶磁性導向環(huán)上料機構(gòu)在完成分料后需要移載到指定待裝配取料位，考慮設備的空間尺寸與功能要求，采用4分度間歇分割器十步進電機的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，將來自兩個獨立上料機構(gòu)的導向環(huán)移載到同一待裝配取料位。同時，添加一個磁性檢測位，當所上料導向環(huán)與所裝配產(chǎn)品型號不匹配時，對不合格導向環(huán)進行回收處理。電樞導向環(huán)自動裝配設備上料機構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3結(jié)束語
通過TRIZ創(chuàng)新理論中沖突解決理論在電樞導向環(huán)自動裝配設備上料機構(gòu)設計中的運用，提出了電樞導向環(huán)自動裝配設備上料機構(gòu)的一個創(chuàng)新方案。在滿足電樞導向環(huán)裝配節(jié)拍的同時，也具備了很好的后期設備維護性能以及良好的經(jīng)濟性。目前該創(chuàng)新方案已經(jīng)成功應用于實際生產(chǎn)中，取得了良好的效果。
4摘要：針對雨刮器電機自動化生產(chǎn)線配套設備，電樞導向環(huán)自動裝配設備結(jié)構(gòu)設計中如何高效、穩(wěn)定供料的問題，提出運用TRIZ創(chuàng)新設計方法中的沖突解決原理進行電樞導向環(huán)自動裝配設備的上料機構(gòu)設計。通過分析上料機構(gòu)功能設計需求與TRIZ中39個工程參數(shù)的關系，建立上料機構(gòu)的矛盾矩陣，用沖突解決原理進行分析，找到相應的原理解，結(jié)合傳統(tǒng)設計經(jīng)驗提出設計方案并評估，最終確定了電樞導向環(huán)自動裝配設備上料機構(gòu)的設計方案。
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