基于QFD与TRIZ集成的复卷机创新设计

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顾客的真正需求或需要。QFD的主要技术工具是质量屋HOQ：House of Quality，其结构如图l所示，它可以将顾客需求与设计人员考虑的技术特性的联系直观地表达出来。然而HOQ的屋顶虽然考虑了技术特性之间的自相关关系，但在具体应用中-般将这些信息作为-种定性的参考或只在确定技术特性重要度时予以考虑，并未提供-套有效的方法来解决设计中的冲突问题。

技术需求担差缒匪技术需求顾客需求顾客需求重要度顾客需求与技术需求关系矩阵市场兄 争性评估技术需求竞争性图 1 HOQ结构 图针对上述问题，以牛占文、檀润华、谢庆生等教授为代表的研究人员提出了充分利用TRZ冲突理论工具完善QFD中的质量屋的观念，并建立了相应的理论模型 。QFD被用来分析顾客对产品的需求，并发现技术问题的矛盾或冲突；TRZ则用来帮助设计人员找到在产品开发过程当中技术问题的创新解决方案。QFD解决了 做什么”的问题，而 TRZ工具则解决了 怎么做”的问题，因此 ，将两者有机地结合 ，充分发挥各自收稿日期：2013-06-24基金项目：国家自然科学基金项目 51175357：四川势技支撑计划项 目 2011GZ0072作者简介：李小明 1988-，男，四川资中人，硕士研究生，研究方向为计算机辅助设计与制造。

第35卷 第9期 2013-09下 1371 、 l3的优势，将更有助于提高设计效率和设计质量～QFD与TRZ理论结合所得到的设计流程如图2所示。

图2 QFD与TRZ理论 集成设计过程此理论设计过程可以分为以下三个步骤：1根据市场调查获取用户需求，然后对顾客需求和产品的功能进行分析，建立顾客需求到技术需求的质量屋，从而获得技术需求的负相关性，也就是设计中的冲突问题。

2对负相关进行分析，判断其所属范围，合理运用TRZ工具进行冲突的消解和功能的完善，从而获得解决方法 。

3设计者利用自身经验对解决方法进行完善，然后与其它功能结构进行综合，产生总体的设计方案，并对方案进行评估，最终得出满足要求的方案。

2 粘胶带复卷机设计2.1质量屋的建立QFD展开的关键环节是顾客需求分析。顾客需求可以通过市场调研、同类产品质量跟踪、产品发展现状与趋势以及顾客反映等方式获取，在获取需求信息后，可利用头脑风暴法和亲和图等方法对顾客需求进行筛淹完善 。

目前，广泛使用的TZ-802、1300等型号复卷机在针对具有粘性强且胶膜较薄的胶带生产时，将会出现以下问题：1涂有粘胶-面的胶膜多次经过辊轴，使得涂胶层与薄膜之间产生了-定的相位滑移，降低了粘胶膜质量；2由于胶粘性较好，需要较大的拉拽力才能够将薄膜拉出，这使得所完成的胶卷上具有较大的应力；3设备较大，操作1138 第35卷 第9期 2013-09下不便，且复卷完成的粘胶卷具有褶皱；4力反馈控制反应较慢，稳定性较差。同时，生产企业也提出了加强力与速度的可调性；减喧器占地面积；方便生产人员进行操作；成本低等要求。通过对已有产品和客户需求的分析、整理和完善，得到如表1所示的顾客需求分类表。

表1 复卷机顾客需求分类表- 次水平需求 二次水平需求 三次水平需求 需求重要度速度可调 5可控制性好 张力可调 5使用性能高 无跑偏现象 5工作安全可靠 3 运行性好振动小 5操作性能好 便于操作 4结构合理 体积小 3实用性好 重量轻 3成本低 4经济实惠 能耗小 3在参考各方面资料后，经分析得到粘胶带复卷机在满足顾客需求的情况下，所需的技术要包括：速度参数、拉力参数、结构尺寸、上料卸料、标准组件等。因此，建立粘胶带复卷机的顾客需求与技术需求之间的简化质量屋，如图3N示。该质量屋清晰地表达了复卷机的顾客需求与技术需求的相关性，为满足客户要求提供了-种系统的处理手段，同时掖应了复卷机技术需求之间的相关性。

、 、 技术需求 速度 拉力 功耗 胶膜 结构 自动 上料 标准 稳定顾客需求、 参数 参数 面积 尺寸 控制 卸料 组件 性速度可调 ◎ o A ◎ a可控制性 张力可调 o ◎ △ ◎ o A无跑偏现象 A ◎ ◎ A o ◎工作安全可 A o ◎ ◎ 运行性好振动小 A o △ ◎ o o操作性能堑 便于操作 ◎ ◎ o体积小 a o ◎ A ◎ 结构合理重量轻 A ◎ ◎成本低 △ o o ◎ ◎ 经济实惠能耗小 A ◎ A o符号意义；◎ 5 O3 A l 正相关 -负相关图3 复卷机简化质量屋2.2 冲突分析通过图3可以得出，针对设计复卷机所提出的技术需求与顾客要求之间具有较强的相关性，由 訇 似此可知，在进行复卷机的设计时需要满足上述技术需求。通过技术需求的自相关矩阵，可知拉力参数 自身、上料卸料与标准组件之间存在负相关性。对其进行分析如下：1拉力参数：在放卷端，需要粘胶带具有-个恒定的拉力，能将具有胶粘性的粘胶膜顺利地从胶卷上拽出；而在收卷端，为保证产品复卷质量，则需要粘胶带以-个线性递减的张力复卷在收卷套筒上。

2上料卸料与标准组件：现今市场上所推出的胶卷安装气胀轴为简支梁结构，这使得复卷机生产人员在进行生产时，需要频繁的换轴，以实现上料卸料的目的。

通过上述分析，我们可以得出：拉力参数为物理冲突，上料卸料与标准组件为技术冲突。在TRZ理论中，物理冲突是通过4种分离原理进行求解，而分离原理与40个发明原理又有密切的关系，其关系如表2所示。技术冲突是先用39个工程参数来表达技术冲突，然后查阅阿奇舒勒矛盾矩阵找到推介的发明原理，经过筛选，最后运用发明原理解决实际问题。 。技术冲突可表达为：改善参数：33操作流程的方便性，恶化参数：35适应性，通用性。查阅矛盾矩阵，可以得出推荐的发明原理为：15，34，1，16。

表2 分离原理与发明原理关系分离方法 发 明原理空 间分 离 1、2、3、4、7、14、 17、20、24、26、29、30、40时间分离 9、10、11、14、15、16、18、19、20、21、24、34条件分离 3、17、19、26、29、30、32、34 、36、37、38、40系统级别分离 1、3、8、13、22、24 、28、29、31、35、40通过对复卷机拉力参数这-物理矛盾进行分析，发现在空间分离方法中，原理24借助中介物对解决问题有很大帮助。在技术矛盾中，通过推荐的4个发明原理进行筛选， 可知原理1分割原理对解决问题帮助很大。原理1、24的具体内容如表3所示。

表3 发明原理解释发明原理 内容①把-个物体分成相互独立的部分；②将物体分成玢割 容易组装和拆卸的部分；③提高物体的可分性24借舯 介物 动作 ② 物体弱 -容易2.3 冲突解决方法上述筛选的发明原理可以帮助我们解决设计问题 ：1发明原理1：分割运用分割原理处理复卷机中生产员工操作不便的问题。该问题的根本原因在于标准卷轴的结构为简支梁支撑方式，该支撑方式使得上下胶卷套筒时，都需要将卷轴卸下。由此，可以运用分割原理的第-条，把物体分成相互独立的部分，可以将简支梁的-端分离出来，然后加载到另-端，做成双支撑悬臂梁结构。该结构使得卷轴-端悬空，从而使得生产人员在生产加工时，不用拆卸卷轴便将胶卷套筒从悬空的-端安装上去，从而简化了操作流程。其结构变换如图4所示。

图4 支撑结构变换2发明原理24：借助中介物为了保证胶带的粘性在复卷过程中尽量减小损失，应尽量防止具有胶粘性的-面与其他辊轴接触。为了消除胶带上所具有的力学物理矛盾，运用发明原理24借助中介物中的第二条，把-物体与另-容易去除的物体暂时结合，因此，在 自由放卷装置与主动收卷装置之间，添加-个送料装置，该装置与具有胶粘性的胶带接触，并且其表面覆盖细密网格式四氟乙烯塑料，使得胶面既能够粘贴到送料装置上，又能够在收卷装置的拉拽下轻易脱落 ，如图5N示。此方法将胶带上的力分为两段，-段为 自由放卷装置与送料装置之间，通过送料装置的旋转运动，将有粘性的胶带用-个恒定的力从放卷端拉拽出来；另-段则是送料装置与收卷装置之间，由于收卷装置处的胶带相对粘性较小，因此可用-个较小的力拉拽出来，同时在收卷处设定-个递减的力矩参数，从而实现拉力递减的收卷方式。

主动送卷装置 主动收卷装置自图5 送料装置示意图下转第15O页第35卷 第9期 2013-09下 139 訇 似风机工作状态监控可以避免灾难性的故障，提供更有效的维修计划。状态监控的优点在其它行业已经得到充分证明。而状态监控产生的费用的参数不是由风机大小 额定功率决定，而是决定于监控参数的数量。该系统和传统控制系统相结合使得整个控制系统中流动的是数据，而不是技术人员，所有的诊断信息都可以由网络获得，实现真正的远程诊断，使管理部门，监测现场，诊断专家，设备厂商联系起来，形成-个真正开放的系统。