手把手教你用“创新大师”解题流程:工业机器人激光焊接车间双循环冷却系统优化(1)
前言:
众所周知,创新大师软件集成了多种TRIZ的独立工具,这些独立工具适合快速解决不同类型的常规技术问题,非常方便用户在技术研发过程中直接使用,门槛也比较低。
而创新大师解题流程侧重在解决项目级,较复杂的技术难题,涉及众多工具的组合和关联运用,比较复杂。
因此,法思诺创新团队编撰了这个手把手教学项目案例,为了帮助用户深入了解如何运用创新大师软件来解决复杂的TRIZ项目级技术难题。由于内容比较长,文章分多次发出,进度条如图所示。
案例参照软件中的项目解题流程路径,完整贯穿了所有阶段和工具,且最终完成项目。案例的重点是展示项目解题流程的主要阶段和解题思维逻辑,不同阶段工具的用途用法,以及工具的输出和输入的关联关系。
首先,打开创新大师软件,点开左侧的“解题流程”,再点击右侧“创新项目”下面的“参考项目案例”。
这时就打开了名为“工业机器人激光焊接车间双循环冷却系统优化(教学案例)”的项目文件。
我们可以看到项目文件的左侧有项目信息,问题分析,问题建模,项目解题,方案评估等主要流程步骤。我们逐一点开并介绍相关用途用法。
项目信息
首先,点开项目信息,填写右侧的项目名称。如当前项目:工业机器人激光焊接车间双循环冷却系统优化(教学案例)
依次填入单位名称和项目团队信息,如负责人:小法;成员:小思,小诺等等。
项目的背景
接下来,描述项目的背景
项目的背景
某制造企业在其工业机器人激光焊接车间中发现,现有的冷却系统在高强度生产时常常出现冷却不足的问题,导致设备温度过高,影响焊接质量和设备寿命。企业领导决定将这个问题作为技术攻关项目进行优化设计,提升冷却效果和系统效率。
关于项目问题,请用文字对你的技术问题进行一般性叙述,特别是对系统(或子系统)中存在的现象、参数、功能要求等进行明确的描述,同时对目前采用的技术手段及其效果也进行说明。
我们建议你的项目,可以采用SMART原则来描述,如可以从S(Specific)(具体的),M(Measurable)(可量测性),A(Attainable)(可达成性),R(Relevant)(实际性、相关性),T(Time-based(时限性)五个方面对问题进行具体描述。
或者采用5W1H来描述。如:什么物件有缺点?缺点是什么?(What);所观测到的缺点在什么位置?在对象的什么地方?(Where);第一次看到该缺点是什么时候?其历史记录是什么?有固定模式吗?(When);多少个物件有缺点?每一个物件上有多少个缺点?其趋势是什么?问题的严重程度为何?(What Extent);谁受到此问题之影响?(Whom);我们不能达到的标准是什么?(How do I know)
如当前项目的问题叙述:
在工业机器人激光焊接过程中,现有的双循环冷却系统无法有效应对高频次焊接操作导致的设备过热问题。这个问题不仅影响焊接质量,还可能对设备造成损害,影响生产效率和生产成本。因此,如何找到并解决这个双循环冷却系统中的潜在问题,来优化冷却效果,保障焊接质量和设备寿命,是本项目的关键目标。
如果采用SMART原则修改后,项目的问题叙述如下:
S(Specific,具体的):
在工业机器人激光焊接过程中,现有的双循环冷却系统在连续进行高频次(每分钟超过50次)焊接操作时,无法有效将设备温度控制在安全范围内(设备温度超过60°C),导致焊接质量下降(焊缝缺陷率超过3%)和设备潜在损害。
M(Measurable,可量测性):
项目的目标是优化双循环冷却系统,使得在连续高频次焊接操作中,设备温度能够稳定控制在50°C以下,这个目标是可以检测并且跟踪量测到的。
A(Attainable,可达成性):
通过TRIZ方法判断,技术分析和市场调研,我们认为可以解决项目中存在的相关问题。
R(Relevant,实际性、相关性):
此项目直接关联到提高激光焊接设备的稳定性和焊接质量,减少设备故障率,从而提升生产效率和降低生产成本。
T(Time-based,时限性):
项目计划在六个月内完成,包括技术方案设计(1个月)、设备改造与调试(3个月)以及效果验证与评估(2个月)。在项目结束后,将进行为期一个月的持续监测,以确保改进后的冷却系统能够稳定、持续地满足项目目标要求。
通过上述SMART原则的描述,项目问题更加明确、具体,并设定了可量化的目标、可行的解决方案、实际的相关性以及明确的时间限制,有助于项目团队更好地规划和执行项目。
项目目标与量化指标
在项目具体目标的设定上,可以根据实际情况进行调整,比如,目标设定得更高,或者调低。
如当前项目的项目目标和量化指标为:
Y1:冷却系统在高强度生产条件下,能够将设备温度控制在安全范围内,目标:小于等于40摄氏度。
Y2:冷却系统的效率提升,确保冷却系统的使用寿命和运行稳定性,目标:提升效率不少于20%。
Y3:项目优化冷却系统的成本控制,增加的单台设备成本小于30元。
数据源及量测系统为:机器人工厂的智能制造数据库和管理系统
填好项目信息后,我们可以进入项目的问题分析阶段。
在此之前,我们先把项目“工业机器人激光焊接车间双循环冷却系统” 做个简单介绍,下面是冷却系统的结构示意图。
冷却系统结构图展示了一个制冷系统的运行原理及其各个零部件的功能。以下是对图中各零部件的介绍:
1. 压缩机(Compressor):
- 功能:压缩低温低压的制冷气体,使其变为高温高压的气体。
- 作用:提高气体的压力和温度,为后续的冷凝过程做准备。
2. 冷凝器(Condenser):
- 功能:将高温高压的气体冷却成高温高压的液体。
- 组件:风扇(Fan),用于散热,帮助气体冷却。
- 作用:通过冷却气体,使其转变为液体,释放热量。
3. 膨胀阀(Expansion Valve):
- 功能:调节制冷剂的流量,并在制冷剂进入蒸发器前将其减压。
- 作用:控制制冷剂的流动,确保系统在适当的压力和温度下运行。
4. 蒸发器(Evaporator):
- 功能:使低温低压的液体蒸发,吸收热量,变成气体。
- 作用:利用制冷剂吸收热量,降低周围环境的温度。
5. 泵(Pump):
- 功能:循环制冷剂或冷却液体,确保系统内的流体流动。
- 作用:维持制冷剂的循环,确保整个系统的正常运行。
6. 储液罐(Tank):
- 功能:储存冷却液体或制冷剂。
- 作用:提供制冷剂或冷却液体的储备,确保系统持续运行。
7. 激光焊接(Laser Welding):
- 功能:用于特定产品或组件的焊接。
- 作用:提供焊接所需要的高温。
此外还有非常重要的冷却液(Cooled Liquid)和传送冷却液或气体的管道(pipeline)。
Q问题分析
项目的最终目标
点击问题分析下面的最终目标,然后在右侧输入项目目标。
为了能够更好地完成项目,我们选择了其中一个较适合TRIZ方法达成的目标:
Y1: 冷却系统在高强度生产条件下,能够将设备温度控制在安全范围内,目标:小于等于40摄氏度。
当前冷却系统的现况:
1.现有冷却系统的设备温度:平均温度为50摄氏度。
2.高强度生产条件下的设备温度峰值:60摄氏度。
3.设备温度波动范围:45-55摄氏度。
4.冷却系统的反应时间:5分钟内温度升高3摄氏度。
5.设备温度超出安全范围的频率:每月3次。
通过这些现况数据,我们可以看到现有冷却系统在高强度生产条件下存在明显的温度控制问题。这为我们进一步优化双循环冷却系统提供了依据。
项目的最终目标
接下来是最终理想解。创新大师软件解题流程的核心逻辑就是要解决与最新理想解(IFR)相关的7大问题,以下是IFR解决问题的步骤:
Q1.什么是系统的最终目标?
Q2.什么是理想化最终结果?
Q3.哪些事情阻止我们完成理想化最终结果?(达成最终理想解的障碍)
Q4.这些事情为什么阻止我们完成理想化最终结果
Q5.如何使前项”阻碍因素”消失?
Q6.可以使用那些已存在的资源来解决前项的“阻碍因素”?
Q7.是否已有其他产业或研究能解决此问题?
这些问题我们也会放到项目参考案例中,以便用户对照查看。
针对“Y1:冷却系统在高强度生产条件下,能够将设备温度控制在安全范围内,目标:小于等于40摄氏度。”,以下是我们设定的最终理想解:
Q1: 冷却系统能迅速感知到设备温度的变化;并且在高强度生产条件下,依然能够保持设备温度在安全范围内。
Q2: IFR0:冷却系统不仅能及时检测到设备温度的变化,还能主动调节自身运行状态,以保持设备温度稳定在40摄氏度以下。
IFR1:冷却系统能在5分钟内响应设备温度的变化,迅速将温度调节回安全范围(≤40摄氏度)。
IFR2:冷却系统能在10分钟内应对持续的高温情况,确保设备温度迅速回落并稳定在安全范围内(≤40摄氏度),不受高强度生产影响。
IFR3:冷却系统能在30分钟内应对持续高温的情况,确保设备温度稳定在安全范围内(≤40摄氏度),同时维持高效生产。
需要注意的是:
  • 需要注意的是:最终目标的设定与最终理想解是有逻辑关系的,主要的目标指标Y1应该成为最终理想解的量化指标。比如主要目标的Y1设定指标应该也成为IFR1,IFR2,IFR3的量化指标,尤其是Y1至少等于IFR3的量化指标。而IFR2的指标是比IFR3更优,IFR1的指标又比IFR2更优秀。
  • Q1和Q2是有逻辑关系的,Q1代表的是解决问题后的完美结果。而Q2是解决问题后可能有不同程度可接受的结果。
  • 最终理想解的设定同样有逻辑关系,解决技术问题的最佳结果是达成IFR0。如果解决办法无法达成IFR0时,会退而求其次争取达到IFR1,如IFR1无法达成,会退而求其次争取达到IFR2,以此类推。
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