TRIZ理论与计算机辅助创新集成已成为目前技术和产品创新的研究热点。文章针对常用玻璃加工方法及其存在的问题，应用TRIZ技术矛盾解决矩阵，结合TechOptimizer软件创造性地设计出玻璃加工机床浮动主轴系统，较好地解决了主轴既要高速旋转又必须具有自适应性的技术难题。其研究结果表明应用TRIZ理论和TechOptimizer技术创新软件，确实可以有效地解决技术创新、产品创新中的技术难题。

　　引言

　　TRIZ是由被誉为TRIZ之父的前苏联海军部专家GenrichS．Altshuller创立的。其目的是研究人类在进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理、方法和规律。掌握了这些，人们就能能动地进行产品开发设计，预测未来发展趋势。

　　产品创新的主要任务是不断解决过时产品和市场需求之间的矛盾。产品之所以不能满足市场需求，就是因为其内部存在阻碍更新换代的矛盾。在TRIZ理论中，称这类矛盾为技术矛盾。所谓技术矛盾是指用已知的原理和方法去改进系统某部分或参数时，不可避免的会出现系统的其它部分或参数变坏的现象。例如：质量和强度、汽车的速度和燃料耗费等等。技术矛盾解决矩阵所提供的原理往往并不能直接使问题得到解决，而是提供了最有可能解决问题的探索方向。解决问题时，还必须根据所提供的原理及所要解决问题的特定条件，提出解决问题的具体方法。

　　1.TechOptimizer技术创新软件

　　TechOptimizer软件是以TRIZ为理论基础，结合创造性设计方法，辅助工程技术人员、科研人员以及企业经营者进行产品改进、新产品开发以及获得突破性创新技术的计算机辅助创新软件。它能帮助不同工程领域技术人员在产品的概念设计阶段，根据市场需求正确地发现并迅速解决产品开发中的关键问题，高质量、高效率地提出可行的创新设计方案，将设计引向正确方向。该软件是由美国InventionMachine公司开发的，是一种基于知识的创新工具。

　　TechOptimizer软件由产品分析、流程分析、特征传递、科学原理检索、创新原理、预测和网络助手等功能模块组成。其主要特点是：可根据用户需求，快速发现现有产品或流程中存在的问题，并给出高质量解决方案；帮助设计者解决技术矛盾，避免妥协设计；加速新产品和工艺研发过程；在概念设计阶段进行成本分析，有效降低产品成本；扩展用户的知识领域；智能化的向导随时给出操作提示，软件使用更容易；以及自动生成分析报告等。

　　2.玻璃加工机床浮动主轴的创新方案设计

　　2.1常用玻璃加工方法及其存在的问题

　　平板玻璃的磨边加工，玻璃棱边被加工成一定的形状，如平直边、圆边或C形边等，通常采用能在一次性操作中完成的生产线。玻璃的粗磨、半精磨、精磨、抛光等由装在多达六个工位上的金刚石砂轮连续进行。对于玻璃工艺制品和水晶玻璃的装饰性磨削加工，则多用手动或在多轴自动专用磨床上进行装饰性加工。光学透镜的粗磨，一般在专用磨床上采用轮缘为圆弧的杯形砂轮。目前，由于机床主轴在加工玻璃时，自身不能对刀具所受外力的变化快速地进行自我调整，致使玻璃产品和刀具容易破碎。

　　2.2应用技术矛盾解决矩阵提出创新方案

　　玻璃在进行磨削加工时，砂轮主轴必须高速旋转。但由于玻璃不平整会导致对砂轮施加压力的变化，而玻璃是脆性材料，受力不当容易破裂，这就要求主轴能随着所受压力的变化而快速调整，即其既要高速旋转又必须具有自适应性，在受力变大时能够自行退让。现应用技术矛盾解决矩阵来解决这种矛盾，并提出相应的解决方案。 在表1改善的技术特性栏中选择第9项“速度”，在恶化的技术特性栏中选择第14项“强度”。可以看出，为了解决这一矛盾，TRIZ提供了4种解决原理，其编号分别为8、3、26、14。通过对这些原理的比较，选择原理14“回转、椭圆性”，即改直线运动为回转运动，将立方体变成椭圆体，使用滚筒及球状、螺旋状的物体。通过筛选，选择例子CONTACTOVERASPHERICALSUFACE。由此，可以考虑用点接触来替代物体的面接触。显然，这种替代可以大大减少接触物体间的摩擦力。

　　在改善的技术特性栏中选择第1项“运动物体质量”，在恶化的技术特性栏中选择第3项“运动物体尺寸”。在提供的4个解决原理中选择原理15“动态性”，即自动调节物体。使其在各动作、阶段的性能最佳；将物体分割成既可变化又可相互配合的数个构成要素；使不动物体可动或可相互交换。由此考虑用“气浮”，因为“气浮”对主轴受力变化的响应迅速，且主轴所受切削力较小，因此所需气体压力也不会很大。

　　根据原理15和原理14以及软件(TechOptimizer)所给相关例子的启发，可提出一个初步解决方案如下：首先把主轴要实现的功能进行分割，分为高速旋转的功能与主轴能上下浮动的功能。对于主轴的高速旋转，可用高速电机实现，而主轴的上下浮动功能，则用“气浮”来解决。

　　考虑到主轴的特殊要求，它与轴承之间的摩擦力应很小，这里选择气体润滑轴承。气体润滑轴承常用空气作为润滑剂，故又称空气轴承。空气轴承具有无接触、摩擦小、温升低、寿命长，适应高速，且对主机和环境无污染等优点。

　　依据以上分析和对轴承等选择以及对方案的构思、细化，可提出方案1(如图1所示)：主轴3由空气轴承4支承，所需转矩由单相串激电机8提供，但其间通过一个传动架传递，主轴与传动架之间由滚珠6形成点接触。在砂轮进行切削之前，通过气缸排出的气体将主轴推向远端。加工过程中，主轴将随着切削力的改变而自行上下浮动。

　　如果在改善的技术特性栏中选择第9项“速度”，在恶化的技术特性栏中选择第14项“强度”。在提供的4个解决原理中选择原理3“部分改变”，即将物体的均一构成或外部环境及作用改为不均一；让物体的不同部分各具有不同功能；让其各部分处于各自动作的最佳状态。根据原理3和15以及软件所给相关例子的启发，可提出另一种解决方案2(如图2所示)：转子5与主轴2一体，定子绕组4与外壳一体。主轴2的高速旋转功能，通过定子绕组4与转子5的作用来实现，而其上下浮动功能，则与方案1相同，仍由“气浮”来实现。对于轴承，仍选用径向空气轴承。其结构更简单、紧凑，便于维护。

　　3.结论

　　本文针对TRIZ理论与计算机辅助创新集成方法进行了初步探讨，并通过玻璃加工机床浮动主轴的两种创新方案的寻求过程，实践了应用TRIZ技术矛盾解决矩阵和TechOptimizer技术创新软件，解决产品创新过程中技术难题，进行机械产品创新方案设计的方法。表明应用TRIZ理论和TechOptimizer技术创新软件，确实可以有效地解决技术创新、产品创新中的技术难题。