求一種基于TRIZ理論的操控臺模塊鎖緊機構設計方案

引言

TRIZ是俄文Teoriya Resheniya Izobreatatel-skikh Zadatch的縮寫，意思是發明問題解決理論，翻譯成英文是Theory of Inventive Problem Solving[1-3]，漢語譯作“萃智”。TRIZ是一種有助于科技創新活動的方法論[4-5]，它被認為是目前最全面系統地論述發明創造、實現技術創新的新理論，運用這一理論可以大大加快人們創造發明的進程，進而得到高質量的創新產品[6-7]。本文基于TRIZ理論對操控臺模塊鎖緊機構設計方案進行了研究，找到了符合要求的方案，并進行了設計研制。

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問題背景和描述

1.1問題的背景

目前，操控臺模塊一般通過正面松不脫螺釘固定，如圖1所示，不能實現操控臺模塊的快速拆裝。而操控臺模塊要求便捷拆裝及美觀，因此對臺面模塊快速拆裝和外形美觀的需求也越來越高，傳統的通過松不脫螺釘安裝的方式已漸漸不能滿足客戶需求。

為了可以實現操控臺面模塊的便捷拆裝、外形美觀，同時又可以省去工具的使用，滿足不同情況下的使用需求，需要提供一種專用的小行程鎖緊機構。

1.2問題的描述

1.2.1定義技術系統實現的功能

問題所在技術系統：松不脫螺釘固定。

該技術系統的功能：解鎖或鎖定操控臺模塊。

實現該功能的約束有：（1）同軸轉入；（2）旋轉動力；（3）旋轉深度。

1.2.2當前技術系統存在的問題

通過松不脫螺釘固定，不能實現操控臺模塊的快速拆裝。松不脫螺釘示意圖如圖2所示。

1.2.3問題或類似問題的現有解決方案及其缺點

類似解決方案：專利CN201821495698.9提供了一種新型按壓式安全長鎖，通過按壓解鎖按鈕，使其脫離或緊扣固定底座，完成解鎖或鎖定，同時在固定鎖組件上設置有限位裝置，限位裝置可以阻止解鎖按鈕的移動，避免兒童自行輕易將長鎖打開，提高了安全性能。

缺點：無法通過按壓方式實現解鎖，操作上仍不能實現快速解鎖或鎖定。

1.2.4新系統的要求

能實現快速解鎖或鎖定，成本低，操作簡單。

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問題分析

2.1功能分析及系統裁剪

對松不脫螺釘系統進行組建分析，如表1所示。

對松不脫螺釘系統進行組建相互作用分析，如表2所示。

建立功能模型及裁剪，如圖3所示。

通過功能模型分析，確定了導致問題存在的功能因素：螺帽對操控臺模塊的功能不足。

2.2 因果鏈分析

針對當前系統存在的問題進行因果鏈分析，如圖4所示。

這是普通的物場分析后的結果，如此是不可能實現快速鎖定或解鎖功能的，需要改變場合物質，引入場F2人力和物質鎖定/解鎖裝置S3。

2.3 九屏幕法

繪制松不脫螺釘系統的九屏幕圖，如圖5所示，并根據九屏幕圖的提示，尋找可能解決的方案。

2.4 最終理想解

繪制最終理想分解表，如表3所示。

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問題求解

3.1 技術矛盾

為了提高鎖定或解鎖速度，可以提高壓鎖裝置的自動化程度。

如果提高裝置的自動化程度，雖然可以提高鎖定或解鎖速度，但是會增加系統的復雜性。改善的參數為自動化程度，惡化的參數為系統的復雜性。由矛盾矩陣表查得發明原理如表4所示。

采用發明原理15（動態特性原理），使壓鎖裝置可動，使其在鎖定或解鎖階段達到最優狀態。

3.2 物理矛盾

為了提高鎖定或解鎖速度，可以提高壓鎖裝置的自動化程度。既希望鎖定/解鎖裝置能夠鎖定，又希望能解鎖。在操控臺模塊工作時壓鎖裝置是鎖定的，在操控臺模塊維修時鎖定/解鎖裝置是解鎖的。

故決定所設計的鎖定/解鎖裝置采用解決物理矛盾中的時間分離原理，將壓鎖裝置設計成一個鎖定/解鎖執行機構和一個控制機構，根據需要來控制狀態。

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設計方案

根據TRIZ分析過程，選擇動態特性原理及物理矛盾時間分離原理的方案進行設計，具體設計方案如下：利用彈簧與連桿相結合的方式設計小行程壓鎖機構，如圖6所示，包括鎖框架1、連桿2、按鈕3、彈簧4、小軸5、鎖舌6、后蓋板7、上蓋板8、下蓋板9。連桿通過小軸分別安裝在上蓋和下蓋上，安裝后的上蓋和下蓋通過螺釘安裝在鎖框架上，鎖舌通過滑槽安裝到鎖框架上；彈簧裝到按鈕圓槽內，按鈕裝到后蓋槽內，而后安裝到鎖框架上。按鈕、彈簧分別與鎖舌有讓位設計，需有適當間隙；按鈕與連桿有配合關系，需有適當間隙。

具體實施方式：當按壓按鈕3時，按鈕驅動連桿2繞小軸5運動，此時彈簧4壓縮，連桿帶動鎖舌6縮回，操控臺面上的模塊脫離鎖舌固定后彈出；當松開按鈕3時，彈簧4拉伸，驅動鎖舌6伸出，通過鎖舌固定操控臺面上的模塊。仿真示意圖如圖7所示。

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結語

本文對艦船顯控臺顯示器系統存在的顯示器不能快速正面拆裝維修、顯示器不能多角度調節問題進行了描述，利用系統功能模型分析及裁剪、因果鏈分析、技術矛盾、物理矛盾、物場模型及標準解九屏幕法等多個工具進行分析，尋找設計思路，綜合考慮成本、難易程度、可靠性以及武器裝備作戰環境因素等多個維度形成了概念方案，并進行了設計研制，滿足了顧客需求。

審核編輯：劉清