1、杌械研究与应用2013年第1期(第26卷，总第123期) 研究与分析 应用TRIZ理论改进作业实验的研究 张建荣，王凡，党 晶，郝 亮 (中北大学机械工程与自动化学院，山西太原030051) 摘要：针对现代生产制造系统中作业人员作业技能研究的问题，结合实际生产作业中各种因素的限制情况，设计了 模拟生产环境及作业过程的研究作业者作业技能的实验。通过分析实验设计过程中出现的影响及所要研究 问题的正反因素，应用TRIZ理论，选择其恰当的发明原理对实验步骤进行了优化和改进。最后对比实验改 进前后不同的结果，表明改进后的实验更适合精确分析研究不确定性强的模拟实验问题，显示出TRIZ理论 在模拟实验设计中
2、的适用性与合理性。 关键词：TRIZ；技术冲突；作业技能；作业疲劳 中图分类号：TB18 文献标志码：A 文章编号：1007-4414(2013)01-0007-03 Study on improving the operating experiments with application of the TRIZ Zhang Jian-rong，Wang Fan，Dang Jing，Hao Liang (School of mechanical engineering and automation，North“n e of China，Taiyuan Shanxi 03005 1，China)
3、 Abstract：Aiming at the problem of studying on workers operating skills in the modenl manufacture system，and considering some limited condition in the actual production，an experiment of simulmed environment and production is designedThrough analysing technical conflict in the design of the experimen
4、t，selecting the appropriate method principle from the TRIZ to opti- mize and the experimental procedure is improvedImproved experiment is more suitable for studying uncertainty and simulated problems via comparing the results of different experimental methods，TRIZ is showed applicability and rationa
5、lity in the design of the simulated experiment Key words：TRIZ；technical conflict；operating skill；operating fatigue 1 引 言 现代生产制造系统中作业者的作业技能很大程 度上制约着制造企业生产率的提高，因而对作业者作 业技能的研究就显得十分必要。由于实际生产中的 各种制约因素，使得在生产现场对作业者的技能研究 受到限制，然而模拟作业实验能很好地解决这一问 题。实验设计的合理生直接影响实验研究的有效性。 因此，在设计模拟实验时出现的正反影响因素问题， 需要一种有效的方法加以指导。TR
6、IZ理论对研发和 解决问题的思路有明确的指导性，能够在分析问题之 初，确定“解”的方法和位置，有效避免设计中反复进 行探索的工作 J。所以，应用TRIZ理论进行模拟 实验设计，可有效分析处理实验设计方法及其中的问 题，从而设计出所需要的实验。 2 TRIZ理论 发明问题解决理论(简称TRIZ理论)是由前苏 联的根里奇斯拉维奇阿齐舒勒及其研究同伴们 通过对250万份专利的分析研究后于20世纪40年 代后期提出的。TRIZ是基于知识的、面向人的发明 问题解决系统化的方法学，主要研究技术冲突和物理 冲突 J。技术冲突是在引入有用作用或消除有害作 用时而导致构成系统的某方面变坏，主要表现为一个 系统中
7、两个子系统之间的相互矛盾冲突。物理冲突 指为实现某种功能，系统在具有一种特性的同时，却 出现了与此特性相反的特性。 对此，阿齐舒勒等人提出了39条标准冲突和4O 条原理。具体问题中运用TRIZ理论步骤：首先，分 析具体问题并确定一对技术冲突，对其用特定术语进 行描述。其次，将所特定描述转换为标准冲突描述参 数。然后，在冲突解决矩阵中选取解决原理，根据特 定问题选定恰当的原理，应用所选原理对具体问题加 以分析改进 J。 3模拟实验设计 31实验的初步设计 此次实验设计的目的是模拟车床工人手工加工 复杂曲面的作业，分析在作业次数不断增加的情况 下，作业者作业技能的变化规律。实验选取6名参与 人员，
8、男性，健康状况良好，年龄在2024岁之间。 设计步骤如下。 (1)作业现场的模拟模拟作业现场，需对其生 产作业环境进行界定。实验中使用到的仪器有数字 式照度计、N962C温湿度计、AWA5633A型声级计。 收稿日期：201212一O5 作者简介：张建荣(1983一)，男，甘肃武山人，硕士，研究方向：机械制造及其自动化。 7 研究与分析 2013年第1期(第26卷，总第123期)机械研究与应用 模拟实验作业宜采用6001x的照度 ；模拟实验作业 温度在2025之间，湿度在25RH左右 ；由 于是手工操作，不考虑大的噪声，并控制噪声在70 80dB之间 。 (2)作业过程的模拟加工复杂曲面的手工
9、作 业，因工件旋转的不变性，可通过二维的平面运动加 以实现。实验中采用BDII一302型双手调节器，模 拟手工作业过程。即通过双手操作2个摇把使运动 触头在相应的轨迹中运动，在轨迹中往复一回记一次 作业，触头偏离轨迹记为失误，要求尽快完成作业。 (3)作业疲劳的确定作业疲劳是人在工作中由 于经受的活动力度较大或时间较长而产生的工作能 力减退的状态 J。实验中利用BDII一1 18型亮点闪 烁仪测量作业者的闪烁临界频率，临界频率反映了眼 睛对光刺激在时间上变化的分辨能力 。作业者 不同程度的疲劳状态可通过临界频率的变化来反应， 随着作业疲劳的加重，这种辨别能力就会下降，从而 l临界频率的值就会降
10、低。 (4)作业技能的确定在规定的作业时间里，通 过出现的失误数来测定作业者的熟练程度。在作业 次数增多，失误数内控的情况下，作业时间的变化反 映出协调能力的程度。随着作业时间的降低，作业者 的协调程度越好，从而技能水平就越高。 32实验的冲突分析 由于存在多种因素影响着实验设计所研究的目 标，故应用TRIZ理论对所设计的实验加以改进。而 TRIZ理论的应用，首先应当明确研究问题中各因素 及其相互之间的影响 。 在作业过程中，因作业次数增加使得作业者操作 熟练程度提高的同时，伴随着疲劳状况加剧。本次设 计的模拟实验中，作业次数与作业者产生的疲劳状况 是影响作业者技能的因素，所以只通过作业次数的
11、增 加，并不能确定作业者作业技能的程度。因此，需考 虑作业者疲劳状况的情况下，用作业次数的变化测定 作业者的技能程度。作业次数增多与作业者的疲劳 状况对其作业技能影响程度的测定就构成技术冲突。 根据所描述的技术冲突，在TRIZ冲突矩阵表中查得 相应的标准工程参数和特性H ，如表1所示。 表1冲突解决矩阵 由于设计的实验是模拟车床工人手工加工复杂 曲面的作业，研究分析随作业次数不断增加体现作业 者作业技能的变化规律情况。对于作业次数增多与 作业者的疲劳状况对其作业技能影响程度的测定，选 定恰当的发明原理对实验加以改进。所选的发明原 理有：10预处理，39惰性环境，2O有效动作的连续 性，13反过
12、来做，23反馈，34抛弃和再生部件。 33实验过程的改进 结合选定的发明原理，对设计的模拟实验进行优 化和改进。 (1)实验准备在生产制造企业中，新老员工的 工作技能存在明显差别。实验中，随着实验次数的增 加，实验作业人员的熟练操作程度不断提高，但同时 也伴随着疲劳状况的加剧，这时作业次数的变化并不 能精确反应出实验者的熟练操作水平。因此，在进行 所设计的实验之前，需要参与人员熟知实验作业过 程，通过多次操作练习熟练撑握操作流程。同时，在 实验过程中，适当安排好合理的修息时间，这样间隔 进行实验时，尽管疲劳的影响依然存在，但其影响程 度的有限。 8 (2)实验环境实际生产现场的环境不是确定 的
13、，对于光明度、温湿度、噪声等不确定值，在实验过 程中很难精确模拟。为此，设计实验采取在比较接近 实际生产的情况下，使这些不确定的因素处于合理的 稳定范围内，能够进行所设的模拟实验。 (3)实验过程连续性 每一次实验作业过程需 连续完成，只有这样实验测量分析才能正确反应各项 参数随作业次数的增加的变化规律情况。为此，在实 验中，要求参与人员每次实验作业时不休息，连续完 整作业过程。 (4)实验研究的不同角度 作业次数的增加能 够使作业者的作业熟练程度提高，同时也使疲劳加 剧。为进一步准确界定作业次数变化对作业技能的 影响，选择从不同疲劳程度研究作业次数变化对作业 技能的影响。 (5)实验过程的监
14、控 当作业者的疲劳状况已 明显影响到作业过程，继续进行实验时，作业次数的 增加对作业技能的影响呈负加速时，须停止实验。具 体情况要参与人员及时反馈，疲劳程度分为五级引， 参与人员在达到中度疲劳时，可要求停止实验。 机械研究与应用2013年第1期(第26卷，总第123期) 研究与分析 (6)实验结果的处理在实验初期和末期，由于 参与作业人员的情绪变化影响作业结果，表现在所测 数据偏离正常值过大。为此，在对实验数据处理分析 时，针对设计实验研究的内容，应舍弃这些初末数据。 34实验的检测分析 分别对改进前后的实验进行检测，选择作业失误 数低于6回的连续10次作业，计算6名被试人员每 次作业的平均时
15、间及临界频率值。实验数据经整理 后如图1、2所示。 图1 作业时间变化曲线 图2临界频率变化曲线 图1反应的是作业时间随作业次数的变化情况， 可以看出随着作业次数的增加作业时间在降低，作业 者的协调能力不断提高，作业技能越好；图2反应了 临界频率变化情况，由于临界频率是间接反应作业者 的疲劳程度，从图中变化情况可知，随作业次数的增 加临界频率随之降低，即作业者的疲劳程度增加。对 比实验改进前后图中的变化曲线，可以得到：实验改 进后，作业时间随作业次数趋于平稳变化，无较大反 弹，而这正是实验设计时所预期的结果；反应疲劳程 度的临界频率随作业次数降低缓慢，从而确保了疲劳 程度对作业技能影响处于适当
16、的范围。 4结论 该模拟实验设计中应用TRIZ理论，主要改进效 果如下：分析了作业次数增加过程中，作业者操作 熟练程度提高的同时出现的疲劳程度及其对作业技 (上接第6页) 4结语 对设计的差力差速器进行运动仿真，发现所设 计的装载机没有出现干涉现象，结构合理，可装配 性良好；通过对时间与位移、时间与速度的关系分析 验证了运动结果与设计初衷相一致；同时通过虚拟的 差力差速器装配过程，更加直观地从视觉、听觉和触 觉上感受到装配过程和效果，真正做到虚拟实际；根 据计算得到的优化数据，利用ProE软件对差力差 速器的各个部件虚拟建模，然后进行虚拟装配和运 能的影响，通过对实验步骤适当的处理，确保在有限
17、 疲劳程度的情况下，进行精确研究作业次数变化对作 业者作业技能的影响规律；提出实验中被忽略的合 理步骤的设定；主要考虑最能反应作业者作业技能 的时间段，忽略实验初期及末期作业者情绪变化的影 响，对分析和处理实验数据的有很好的指导意义。 结合实验改进前后的变化情况，可得出对实验设 计中研究相互制约因素影响的情况。应用TRIZ理 论能很好地解决实验设计中的冲突，不仅缩短了设计 所需时间，而且对精确分析研究某一因素的作用有着 重要的指导意义。 参考文献： 1 Frank Wallhoff，Jargen Blume，Alexander Bannat，et a1A skill- based approa
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