基于TRIZ理论的舰船平整度检测方式的改善

李慧君

1导言

船舶的精确管理水平是反映造船企业水平的重要指标之一，是实现造船智能化和数字化的关键。自我管理是精准管理的重要组成部分，全面的自我管理也是精准管理的标准和方向。近年来，大连船舶重工集团高度重视精度自主管理，主要生产工序形成了良好的自主管理体系，基本形成了“有点必检，凡检必留痕”的精度管理理念和施工习惯。但平面度自检率与其他精度控制点相比，差距较大。针对这一问题，我们运用创新理论TRIZ方法进行分析和解决。

2当前问题的描述

在采用TRIZ法进行创新之前，大川集团生产现场的平面度检测现状是:测量一个构件的平面度时，需要两个人拉墨线的两端，另一个人用钢尺测量墨线与钢尺之间的间隙。这种检测方式不仅检测效率低，而且检测精度极差，导致施工人员工作积极性不高，平整度自检率提高极其缓慢。

3用TRIZ系统分析工具对系统进行分析。

3.1功能分析方法的应用

首先，采用功能分析法对现有的检测系统进行分析。

通过功能分析，发现目前系统存在五个方面的问题:一是粉线需要人移动和拉伸；第二，钢尺需要人动，需要人读；第三，钢直尺的刻度取决于边框和墨线的限制；第四，墨线需要贴在构件上，否则会影响精度；第五，钢直尺贴在构件上容易磨损。

3.2因果链分析的应用

通过因果链分析，确定要解决的关键问题和根源问题，并利用后续的TRIZ工具解决这些根源问题。然后，资源分析，最终理想解分析等。用于找到产品的最终目标和可用资源。

针对因果链分析中的小问题，通过功能切割的方法确定最终的功能模型，只需要一个人进行测试。

4基于发明原理的船舶平坦度检测模式设计

4.1技术矛盾描述

通过上述分析方法，得出两大技术矛盾:一是“检测元件与元件之间的接触滑动”与“工具磨损”的矛盾；二是“多种测量需求”与“便携性和测量便利性”的矛盾。

4.2问题的概念性解决方案

在第一组技术矛盾中，问题模型对应39个通用工程参数，需要改进的参数有:(25)时间损失，(10)力；变质参数为:(33)材料损失。根据上述矛盾，检索了阿奇舒勒的矛盾矩阵表，发现推荐的解决方案如下:7条推荐原则:14号(弯曲原理)、15号(动力学)、18号(机械振动)、40号(复合材料)、35号(物理或化学参数变化)、10号(预作用原理)、27号(廉价替代原理)。通过对上述推荐原则的仔细分析，发现具有解决第一个矛盾的设计指导的发明原则如下。

原理14(曲面原理):将接触位置由滑动摩擦改为滚动摩擦。

原则40(复合材料):使用耐磨部件与钢板接触。

原则10(预作用原则):提前给摩擦部位涂上润滑油。

原则27(廉价替代原则):接触部位使用廉价元件，磨损影响精度后，应更换。

第二组技术矛盾中，问题模型对应39个通用工程参数，需要改进的参数有:(35)适用性；恶化的参数是:(4)固定物体的长度，和(37)控制测量的复杂性。根据以上矛盾，求阿奇舒勒矛盾矩阵，求推荐解:5条推荐原则:第15条(动态)、第34条(废弃再生)、第1条(分割)、第27条(廉价替代原则)、第7条(嵌套)。通过对上述推荐原则的仔细分析，发现具有解决第一个矛盾的设计指导的发明原则如下。

原则15(动力学):将测量滑动部分做成可拆卸的，根据测量要求安装在不同尺寸的横梁上，以满足测量要求。

原则一(分割):将构件(梁部分)分割成可以组装的不同部分，按照长度要求进行组装。

原则7(嵌套):将横梁做成伸缩构件，根据测试要求调整长度。

4.3身体矛盾的解决方案

在4.2中提到的两组技术矛盾中，有物理矛盾。在第一组矛盾中，山下的物理矛盾是:梁要(长)满足(测量规范)的要求；但光束要(短)才能满足(便携性)的要求；在第二组矛盾中，物理矛盾是:要有(更多的)测点满足(检测精度)的要求；但是要有(更少的)测点才能满足(提高效率)的要求。

对于第一组物理矛盾，解决方法如下。

(1)时间分离法:工装横梁设计为折叠，使用时可以展开，不用时可以折叠。

(2)整体与局部分离法:测量元件与光束分离，便于携带，根据测量要求选择光束。

(3)空分离法:分成可以连接的小块。根据使用要求进行连接。

对于第二组物理矛盾，解决方法如下。

(4)时间-时间分离法:测量时减少各点的读数时间(减少有害影响的原则)；测量装置在滑动过程中保持测量模式，不中断测量(有益的功能连续性)。

(5)整体与局部分离法:只选择测量偏差最大的点，从而掌握整体的平面度状态。

4.4概念性解决方案

通过方案的论证和选择，最终选定以下可能的概念方案。

(1)在定向方案上，选择制作廉价的接触检测工具；

(2)在构件模型方案上，选择钢尺在梁上组合滑动；

(3)解决钢尺磨损问题，在接触位置将滑动摩擦改为滚动摩擦；

(4)在便携性问题上，选择将横梁做成伸缩式嵌套结构；

(5)解决测点过多的问题，选择让滑动组件在滑动过程中保持连续测量；

(6)为解决检测后自动标注标记的问题，在滑动组件的滑轮处增加了着色功能，并在检测后的部件上留下标记；

(7)阅读困难时，除了增加显示屏外，还增加了语音提示组件，使其能给出超差语音提示。

通过对详细方案的选择，设计并制造了新的检测工具，如图4所示。

5结果分析和益处:

行业内外传统的平面度检测方法除了航运企业使用的墨线+钢尺外，还有塞尺+直梁、气泡水平仪、扫描设备三种检测方法，但都有不同程度的不足，具体如下:

(1)塞尺+直梁:检测效率低，依赖人工读数(见图5)；

(2)气泡水平仪:不具备读数功能，无法智能检测平整度(见图6)；

(3)扫描设备:过于昂贵，无法在航运企业广泛推广(见图7)。

这种创新从现场实际问题出发，解决工厂生产过程中急需解决的问题，具有高效率、高精度、低成本的特点。其亮点在于四个方面:一是具有电子显示读数和超差声音提示功能，可提高读数精度和检测效率；其次，测试工具各部件之间采用可拆卸滑轮连接，可满足各种测试要求，各部件损坏时可更换；三是横梁采用伸缩式嵌套结构，便于携带；第四，检测组件通过滑轮在检测物体上滑动，可以一次测量一条线上的所有测量点，提高检测效率4倍以上。

通过新检测方法的推广使用，从原来测量一个点需要9秒，到现在测量一条线只需要4秒，检测效率提高了4倍以上。检测精度方面，由原来人工读数的平均偏差由电子屏读数的0.5mm提高到0.1mm，检测精度提高了5倍。

锋利的工具能做好工作。随着检测效率、检测精度和检测工具便携性的提高，施工人员的平整度自检率也从46 .7%提高到91.4%。平整度的提高不仅大大提高了施工质量，而且大大减少了分段和总装过程中校正平整度的工时和材料浪费，年经济效益110余万元。本项目研制了一种新的测试工具，并已投入使用。其低成本、高效率、高精度的特点在工程领域得到了广泛的应用。在平直度检测方面具有较高的推广价值和市场需求，在超大型集装箱船用防裂钢的精度控制和未来可能承担的薄膜LNGJ船平直度控制方面具有较好的应用前景。该项目已申请国家专利，并获得辽宁省创新大赛金奖。