發布日期：2022-04-27 點擊率：25
用背景： 汽車轉向節是連接汽車方向盤與前輪輪軸的部件，并與減震器相連。它主要有三部分功能：1與前輪軸相連接，承擔軸傳來的力和力矩，2汽車轉向的轉動部件，3吸收汽車行進過程中的震蕩。它是汽車中應力最為集中、最為復雜的零件，直接關系到汽車的安全性能，因此它的設計標準十分嚴格，制造過程和產品測試都要求符合規范。
目前轉向節是由球墨鑄鐵為主要原料鑄造而成，并加入碳、硅等元素，在微觀結構上在鐵原子之間形成碳或硅小顆粒以加強合金鋼的延展性（韌性），宏觀上提高零件的抗拉強度和疲勞強度。而且碳、硅元素的含量要求適當，過多會使合金變脆而導致強度下降。
2001年大眾汽車（墨西哥）公司引進一套轉向節鑄造生產線，主要步驟是在感應電爐中在1400℃高溫下熔化鑄鐵，以鎂作催化劑混合適量沙粒（硅）產生反應形成熔液澆注入砂型中，冷卻后打破砂型對鑄件進行檢測，進一步機械加工最終成品。生產線將型砂經傳送帶回收處理循環利用，熔渣與不合格鑄件同樣用升降機回收作為原料再次放入電爐。生產初期，應用此生產線使生產效率得以大幅提高，但同時也產生了鑄件廢品率（主要為縮型）也大幅提高的問題，經研究發現是由于熔液中沙粒含量超標（使熔液流動性差）造成的。導致生產成本升高以及效率下降。
圖4 生產線示意圖
有何經濟效益和社會效益：應用TRIZ理論對問題進行分析和創新后，在對生產線稍加改造后，問題得以有效解決，產品不合格率由大于10%降到低于3%，同時不增加任何額外投入，在生產成本不變的情況下，簡化了生產線，縮短了生產周期。
問題描述：使用生產線后，整個鑄造過程的操作性提高了，但相應的也產生了鑄件廢品率增加了。研究發現，問題的產生是由于感應電爐中的熔液的沙粒含量超標，導致熔液流動性差造成的。若提高熔液溫度，可以是問題好轉，但會給設備和人員帶來危害。由此產生的技術矛盾為：為提高熔液的適應性和由此帶來的溫度提高之間的矛盾。
解決思路和關鍵步驟：
1 分析沙質含量超標問題
一、將具體生產中待解決問題的技術矛盾提取出來
由于問題的關鍵是熔液中沙質含量過高，使熔液的流動性變差，澆鑄時容易產生縮型，廢件率升高。在這種情況下，若要使熔液的流動性合乎標準，就要再升高熔液的溫度，但是，升高溫度對設備和人員都會造成損傷，顯然這對于生產是很不利的。因此，想要提高的技術特性是熔液的適應性，而由此帶來的問題是溫度會升高。
二、將技術矛盾的兩方面抽象為軟件分析需要的技術特性
有利特性：35 Adaptability適應性
不利特性：17 Temperature溫度
三、技術矛盾矩陣中得到相應的創新原理
對應第35行第17列 得到四個創新原理：2、27、3、35。
四、據提供的創新原理分析問題，找到解決方案，在解決本問題過程中，應用原理3。
原理3 Local quality 部分改變
A 將物體的均一構成或外部環境及作用改為不均一；
B 讓物體的不同部分各具不同功能；
C 讓物體的各部分處于各自動作的最佳狀態。
分析：根據這個原理想到：如果能改變有害物（沙粒）的位置，不讓過量的沙粒進入熔爐應該是最好的解決辦法。研究發現，過量沙粒是由于回收熔渣和廢件過程中，混入了大量的沙粒（來自打破的砂型），再利用時，這些附著在表面的沙粒溶入了鑄液中。如果在熔渣、不合格鑄件的回收過程中去除沙粒，不使其進入再次生產，就可以避開熔液的升高溫度問題。實際該公司也是基于此方法解決問題的。
而由此又引出另外的新問題：由于回收物夾帶的沙粒分兩類，粘附性和非粘附性，應分別考慮予以解決。
2、分析非粘附性沙粒消除問題
分析生產線產生的問題可以發現，未使用此生產線時，對于廢件不直接回收放入電爐，沒有沙粒含量超標的問題；使用生產線之后，廢件隨傳送帶回收不經處理直接再利用，就出現了這樣的問題。生產線的使用使生產過程的操作性提高了，但帶來的問題是鑄件不合格率提高了。（回收物的數量增加了。）
一、提取技術矛盾：
想要提高的技術特性是鑄造的操作性，而隨之帶來的問題是回收物的量增大了。
二、技術矛盾的兩方面抽象為軟件分析需要的技術特性
有利特性： 33 Ease of operation 操作性
不利特性： 1 Weight of moving object 運動物體質量
三、技術矛盾矩陣中得到相應的創新原理
由第33行第1列得到創新原理25、2、13、15。
四、分析得到的創新原理，找到適用于本問題的解決方案, 在解決本問題過程中，應用原理25 13 15
原理25 自助機能
A 讓物體具有自補充、自恢復功能
B 靈活運用剩余的材料及能量
分析：本原理啟發使用生產線本身產生的能量作為除沙裝置的動力來源。在升降機上增加吸塵裝置，使升降機具備除砂功能，同時將熔液散發的熱能轉化為電能， 為升降機和洗塵裝置提供能源。
原理 13 “The other way round” 逆問題
A 用相反的動作代替要求指定的動作
B 讓物體可動部分不動，不動部分可動
分析：根據原理提示，可以將“把沙粒從原料中去除”的思路改為“把原料從沙粒中去除”，將回收過程改為：升降機卸載時先將沙粒與回收物分離，再將已去除沙粒的原料卸下，而沙粒被留在升降機里繼續傳送。可以通過在回收物上先蓋一個帶有大量小孔的篩形蓋子，篩掉沙粒后，小孔可以自動封閉，翻轉回收裝置，回收物落下而沙粒被保留在篩子中間。
原理15 動態性
A 將物體分割成既可變化又可相互配合的數個構成要素
分析：承接上個原理應用雙層裝置，第一層是帶有大量小孔的篩形面，第二層為一般平面，形成類似箱體結構；并加上一個滑動裝置，在沙粒排除后，滑片滑動擋住小孔，再次翻轉卸載原料時，沙粒被保留在兩層之間并被吸塵裝置吸收。（如圖）
圖5 雙層篩砂裝置
3 分析粘附性砂質去除問題
分析發現，在鑄鐵熔化時，操作人員在感應電爐里還加入了催化劑（鎂），它在澆鑄時緊貼砂型析出，用途是使鑄件表面光潔度高，便于深加工。但也使一些沙粒粘附在鑄件表面造成廢件，原因是沙粒與催化劑（鎂）之間有較強的粘附力。
一、提取技術矛盾：
想要提高的技術特性是鑄件表面的光潔度，而帶來的問題是增加了沙粒與鑄件之間力的強度。
二、技術矛盾的兩方面抽象為軟件分析需要的技術特性
有利特性： 18 Brightness 亮度
不利特性： 14 Strength 強度
三、技術矛盾矩陣中得到相應的創新原理
由第18行第14列得到創新原理35、19
四、分析得到的創新原理，找到適用于本問題的解決方案 , 在解決本問題過程中，應用原理35 19
原理35 物體的物理狀態或化學狀態的變化
A 改變物體的物理狀態
B 改變物體的凝聚度
分析：通過將鑄件浸入適當濃度的酸性或堿性溶液，使粘附于鑄件上的沙粒脫落。這項工作安排在分離鑄件時同時進行，從而不必花費過多的時間。
原理19 周期性動作
A 將連續動作改為周期性動作
B 已是周期性的動作，改變其頻率
分析：作為輔助上一過程的工作，經清洗液處理過的回收物通過震蕩脫落，這一工作在輸送過程中進行。同非粘附性沙粒一同被排除。
圖6雙層篩子與吸塵裝置
結論1
通過以上分析，整個改進可以表述為在鑄件分離時將其浸入適當濃度（不損傷鑄件）的酸性溶液中，使所有粘附性沙粒脫落。然后回收物通過一個升降機輸送過程中利用雙層篩形裝置通過翻轉使沙粒落入裝置兩層之間，分別處理原料和沙粒。為防止經過這一過程后仍不能完全去除所有沙粒，實際應用中又在裝料斗上裝置了篩沙層（部分位置打孔如圖），確保了改進效果。
圖7 改進后生產示意圖
圖8 裝料斗的改進
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