基于冲突解决理论的失效分析方法（AFD-1）模板研究

Research of failure analysis(AFD1)templatebased on TRIZ conflict resolution theoryXU Bo ，TAN Run～hua ～，MENG Zhao-j ian ，LIU Li-feng(1.School of Mechanical Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China；2.Hebei Engineering Research Center for Manufacturing Industry Innovation Method，Tianjin 300130，China)Abstract：AFD is the application of the risk analysis in I-TRIZ which is derived from the TRIZ。

Stan Kaplan et a1. created a template for AFD'I，used resourcesto remove the failures andmake the system more idealized.However，there are SO many kinds of resources，making the op-eration workload larger and the operation require higher professional ability of the performers.Sothe application of the AFD-1 template is difficult to use.W e applied the conflict resolution theoryof TRIZ to the AFD-1 template。used the theory instead ofresourcesto remove the failures andoptimize the design scheme，and then created a new AFD-1 template based on TRIZ conflict reso-lution theory.At last，application example was given，which showed that the new AFD-1 tern-plate can overcome the operational complexity of traditional template，reduce workload and great-ly improve the practicaI application results。

Key words：anticipatory failure determination；AFI)1；TRIZ；contradiction失效分析技术是保证产品可靠性的重要方法之-， 从 2O世纪 50年代起国外就兴起了失效分析技术研究，最初应用于美国军方，现在失效分析技术已经成为产品设计、产品质量保证、可靠性研究不可缺少的依据和手段L1].预期失效分析(AFD)是在TRIZ理论基础上发展起来的 I-TRIZ中风险分析的应用.由于该方法具有相对于传统失效分析方法的诸多优点 ，成为 当前 失效分析方法研 究 的热 点。

AFD-1是 AFD方法 的-种应用 ，用 于分 析发 现某- 已经发生的失效的原因.在这-应用中AFD-1也被称为失效分析。

本文对 AFD-1模板进行研究，并将其与 TRIZ中的冲突解决理论进行了结合，提出了基于 TRIZ冲突解决理论的 AFD-1模板，解决了传统 AFD-1收稿 日期 ：2012-09-11。

作者简介： ：(1977-)，男，河北沙河人，讲师，博士，从事创新设计理论及应用、机电成套设备及其关键技术研究 ，E-mailbo.x###163.corn。

· 86 · 工 程 设 计 学 报 第 2O卷模板实际应用较复杂的问题 ，并在论文最后进行 了工程实例验证。

1 传统的失效分析方法 AFD-1预期失效分析(AFD)是 I-TRIZ在风险分析上的-种应用 ，是在 TRIZ的基础上发 展出来 的-种新的失效分析的方法 ，其主要优点是利用逆向思维改变设计者对失效 的认识、克服设计者 的惯性思维并最终可用 TRIZ方法消除失效2]。

AFD失效分析的核心就是利用逆 向思维将理想状态反转，找出故障所有可能发生的方式.传统失效分析方法思考的问题是 ：为什么失效会发生系统中会发生哪些失效”而 AFD中设计者思考的是 ：怎 么让 失 效 发生怎 么让 系统 不能 正 常运行[。]美 国 Ideation International公 司 的 KaplanStan等人在原苏联 Kishnev的 TRIZ研究基础上 ，提出了传统的 AFD-1模板3]，如表 1所示。

表 1 传统 AFD-1模 板Table l Traditional template of AFD-1步骤 内容2)确定成功嘲 出想要完成的功能及其成 6)明确表述假设并设 计 验 证 假 设 的实验7)克服失效从传统的 AFD-1模板可 以看 出，步骤 3)针对已经发生的失效进行局部化 ，即失效定位后 ，在步骤4)和 5)中对失效原因进行分析，引入资源”的概念，找出造成该种失效必需的资源条件，然后通过消除特定的资源来达到消除失效的目的。

传统的AF)I1方法关于资源”的核心思想为：系统中任何功能、现象产生都需要特定的资源.对于失效来说，任何自发产生的失效或缺陷，所有的必需组件必须在系统中或它邻近的环境中出现.那么，对失效原因的分析过程 ，也就是对于特定资源的查找过程.而为了寻找必需的资源 ，必须进行的工作包括以下 2点 ：1)识别-个给定现象实现的必需资源；2)寻找系统 中或其周围必需 的资源。

而在 AFD关联的资源库 中，资源可分为 6个大类及其关联的 33个小类.资源分析的过程成为-项较复杂且专业性要求较高的工作.对 于普通工程人员来说 ，操作这样-项工作的难度较高。

2 TR1Z中的冲突解决理论产 品创新 的核心是解决设计中的冲突或矛盾。

TRIZ发明人 Altshuler依据世界上著名的发明，研究 了解决冲突(或矛盾)的方法 ，提 出了解决冲突的发明原理 ，建立了解决冲突的基于知识方法，这些方法包括发明原理(inventive principles)、发明问题解决算法 (ARIZ，algorithm for inventive problem sol-ving)及标准解(TRIZ standard techniques)E43。

冲突有不 同的分类方法 j，TRIZ中主要解 决技术与物理冲突。

技术冲突是指 1个作用同时导致有用及有害两种结果 ，也可指有用作用 的引入或有害效应 的消除导致 1个或几个子系统或 系统某方面性能变坏 5]。

TRIZ中，技术冲突通过 39个标注工程参数4 来描述 ，冲 突 解 决 原 理 即 为 TRIZ 中 的 发 明 原 理。

Altshuller等提出了 40条发明原理，从而用 39个标准参数和 40条发明原理构建成-个冲突解决矩阵。

TRIZ中技术冲突的解决过程可规划为 4个步骤：1)确定具体问题中的技术冲突；2)将描述冲突的2个参数标准化为 39个标准工程参数 ；3)使用 冲突矩阵查找对应可用 的发明原理序号；4)使用发 明原理解决冲突，并具体化为特定冲突的特定解L6。].如图 1所示。

- 4O条发明原理 -----------I-lUlN l i 2-> l -股解 I标准化1二 具体化圆 回 图 1 技术冲突解决原 理Fig.1 Technical conflict resolution principle物理冲突是指为了实现某种功能，-子系统或元件应具有某种特性 ，但 同时出现 了与该特性相反的特性.物理冲突可应用空间分离、时间分离、整体第 2期 许 波，等：基于冲突解决理论的失效分析方法(AFD-1)模板研究与部分分离、基于条件的分离解决，或应用解决技术冲突的 4O条发明原理解决 ]。

3 基于冲突解决理论的 AFD-1模板本文在对 AFD-1方法和 TRIZ中冲突解决理论研究 的基础上，提出 了基于冲突解决理论 的AFD-1模板 ，如图 2所示。

图 2 基于冲突解决理论 的 AFD-1模 板Fig.2 The template of AFD-1 based on the theory ofconflict resolution基于冲突解决理论的AFD-1模板将整个 AFD-1操作过程划分为 2个阶段：定位失效并分析阶段和改进设计、消除失效阶段.其中的定位失效并分析阶段和传统的 AFD-1模板相同，而在第 2阶段引人了冲突解决理论.首先对 已经定位 的失效进行分析 ，如果该失效为设计缺陷，那么直接使用传统设计方法改正缺陷即可；如果失效为设计冲突，那么运用 TRIZ冲突解决理论进行冲突分类，然后使用对应的技术冲突、物理冲突解决方法解决冲突，提出改进措施.然后对改进后的设计进行分析，如果该设计造成新的冲突，则继续运用 冲突解决理论进行 冲突消除，直至设计中不再存在冲突，由此达到新的理想设计 ]。

由于我国近几年在各大企业和大专院校积极推广创新设计培训，同时许多大学也已经开设创新设计课程，因此作为创新设计基本概念的冲突解决理论在设计人员中已经成为工程设计的基本工具.因此，相对于传统 AFD模板中的资源操作，新模板中的冲突解决理论对于我国工程设计人员来说更容易操作[1O-li]。

4 工程实例图 3所示为-种板材压制设备中的平料系统，实现功能为将模具中的散料刮平.其工艺动作为：定量的散料倾倒入模具中，平料板在气缸驱动下，由直线光轴进行导向、支撑，向前运动，将散料刮平，到达远端后在升降气缸驱动下抬起，再 由刮料气缸驱动刮料板缩 回.在整个动作过程中，刮料板前伸为关键动作，此动作实现刮料功能.此系统在进行试运行后 ，出现如下问题 ：刮料后 模具近端厚度正常 ，远端的散料厚度比期望厚度薄。

1-平料板 ；2～模具 ；3-挡料板 ；4-直线轴承 ；5-固定支撑板 ；6，7-直线光轴；8-升降气缸；9-刮料气缸。

图 3 平料系统示意 图Fig.3 Schematic diagram of stock stop system由于上述 系统 已经进 入试运行阶段 ，在该 阶段出现失效事件.因此 ，可以使用失效分析(AF)1)方法对此系统进行失效分析及消除操作.根据本文中提出的基于冲突解决理论的 AFD-1模板，此操作按照如下步骤进行。

系统名称为-种平料 系统 ，可对模具中的散料进行刮平，使散料在模具中平铺的厚度均匀。

表 2 平料系统成功嘲Table 2 Successful scenes of stock stop system操作 结果①升降气缸下降茎誓 篓 磊 舅鬟 板②刮料板伸出 篓竺 过程中距离模具底面的高③刮料板抬起 升降气缸成功将系统抬高④刮料板收回 蓑 料板收回过程中与其工 程 设 计 学 报 第 2O卷3)局部化失效。

根据最后的失效现象 ，可 以确定失效发生在操作②中，即刮料板在完全伸出后 距离模具底面的高度变小.根据分析可知此失效产生的原因为刮料气缸伸出后 ，直线光轴支撑的刮料板为形成悬臂 ，由于直线光轴的 自重导致出现挠度。

根据 TRIZ理 论 ，该 冲突 为物理冲突 ：在 系统中，既希望直线光轴 的直径足够大，以稳定支撑悬臂的刮料板 ；又希望直线光轴的直径足够小 ，以减轻悬臂端的质量 ，防止挠度。

利用 TRIZ工具 中的时间分离原理l ，在刮料板的两端增加滚动支撑.当刮料板前伸时 ，利用滚动支撑沿模具侧边的支撑力支撑刮料板 ；当刮料板上升收回时，滚动支撑也脱离模具.此时的挠度不影响功能实现.如图 4所示。

图 4 增加的滚动支撑Fig.4 Increased rolling support6)分析改进措施与系统之间是否存在冲突。

滚动支撑需要沿模具的边缘进行滚动，与防止物料洒出的挡料板干涉 ，如图 5所示。

兀 L二图 5 滚动支撑与挡料板干涉Fig.5 Rolling support interference with stock stop7)应用 TRIZ冲突原理解决冲突，修正改进措施。

根据 TRIZ理论，新增措施使系统的刮平功能增强，同时产生了干涉，使系统产生有害功能.因此为技术冲突.可使用 40条发明原理中的分割原理，将挡料板分割成固定和可沿轴转动的两部分，如图6所示 。

图 6 应用分割原理后 的挡料板Fig.6 Stock stop after application of segmentation principle5 结 论本文对传统 的失效分析方法--AFD-1模 板进行 了研究 ，并将其 与 TRIZ中的冲突解决理论进行了结合 ，提出了基于 TRIZ冲突解决理论的 AFD-1模板，解决了传统 AFD-1模板实际应用较复杂的问题.并在本文中对其进行实际工程应用，例证了将TRIZ中的冲突解决理论应用于AFD-1方法以降低其复杂性是可行的。