基于TRIZ理论SAFC模型解析汽车座椅安全气囊故障灯常亮的研究

郭飞，曾繁林，谢文风，张爱民

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434)

0 引言

SAFC模型是基于经典TRIZ(Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch)理论[1-3]之“物-场分析模型”，通过分析及整合76个标准解，总结出来的问题分析及解答模型，如图1所示。

图1 SAFC模型

图中S表示物质或技术系统，F表示有用或无用功能，A表示属性，C表示因果关系。在SAFC模型中，S1和S2是两个相互作用的物质，各自对应的属性为A1和A2。习惯上，将物质S1作为功能载体——发出动作的主体，将物质S2作为接受动作的客体；S3是实现功能后延展产生的、具有属性A3的第三物质；F是物质S1的属性A1与物质S2的属性A2相互作用形成的、可能有用或有害的功能[4-7]。三者之间的因果逻辑关系即可真实反映出该技术系统中的主要矛盾以及矛盾的主要方面。从而体现出技术系统在功能、属性、系统层级和结构等方面的所有不足，为解决工程问题找到了突破口[4,8]。该模型既继承了经典TRIZ理论求解问题的精髓，又简化了模型，较为明确、清晰知晓问题的解决方向及其方案，便于解决逻辑关系复杂、因素繁多的汽车安全工程问题。

汽车座椅安全气囊(SAB)故障灯常亮(报警)是指气囊点爆回路中存在影响发生器正常点爆的故障，该故障常见于气囊点爆回路中阻值异常，导致气囊点爆电流可能无法达到气囊百分百点爆成功的电流要求(1.2 A电流持续2 ms或1.75 A电流持续0.5 ms)，由此在组合仪表上出现故障灯常亮。SAB点爆回路由发生器、连接器1、连接器2、连接器3、线束A、线束B、ECU组成，如图2所示。点爆回路涉及的组件较多，且整个点爆回路安装在座椅骨架上，伴随着座椅行程调节，回路上各个组件存在相对运动。因此点爆回路出现故障的因素较多，对于故障的原因排查及解决方案带来了很大的困难。

图2 SAB点爆回路示意

本文作者将基于TRIZ理论SAFC模型，逐步分析SAB故障灯常亮的各种原因及其逻辑关系，并建立该问题的SAFC模型，由此完成该问题剖析及其工程解决方案的求解。

1 因果分析

TRIZ理论“物-场分析模型”认为任何事物均由两种或两种以上事物相互作用下产生的，不可能有单一物质产生另外一种物质。SAFC模型将这一理论体现在因果逻辑关系中，认为任何问题的产生绝非单因素即可产生，必定有两种或以上原因相互作用而成，即便是传统意义认知上的单因素问题，也必定有环境或外作用物一起作用。同时为了便于原因分解及问题聚焦，SAFC模型因果分析统一按双因数进行有机延伸和整合[5,8]。

因此，针对具体问题，必先基于现场调查结果及质量问题原因分析结果，去伪因存真因，并采用“5Why”原因分析方法，剖析真因背后的真因，直至问题发生根源。随后将所有的真因建立起平级、上下级的双因素因果逻辑关系，并按照统一逻辑顺序建立起因果逻辑树。

1.1 物质或技术系统

SAFC模型中物质或技术系统(S)确立及定义至关重要，定义是否准确直接影响到因果逻辑关系的建立是否合理，因此该定义必须是具体且特定的。物质或技术系统一般由名词或形容词修饰具体物质构成，但在特定情况下，不受形式约束，需广义理解该定义范畴。SAB故障灯常亮中涉及的物质或技术系统见表1。

表1 SAB故障灯常亮涉及到的物质或技术系统

1.2 因果逻辑关系

通过多起SAB故障灯常亮事故调查，回路阻值均高于额定的阻值，由此导致故障灯常亮。由于回路组件繁多，导致阻值异常的因素也很多，且由于故障灯常亮难以复现，静态测量的回路阻值无法真实反映出故障灯常亮的回路阻值。因此利用双因素理论，将可能导致气囊点爆回路阻值异常的因素与另外一个因素建立起相互作用关系。并将这些互相作用关系按照问题起源方向的逻辑思路建立上下级、平级的逻辑关系。如SAB故障灯常亮是由于阻值异常的回路(变阻性)与灵敏的ECU(精确性)之间的相互作用导致的。然后分别推导阻值异常的回路、灵敏的ECU产生的双因素，以此类推，直至问题发生根源。其SAB故障灯常亮完整的因果逻辑关系如图3所示。

图3 SAB故障灯常亮因果逻辑关系

2 SAFC模型

完整的SAFC模型在技术系统的四大基本要素(物质、属性、功能、因果)有机融为一体，如图1所示。物质或技术系统S1(属性A1)与物质或技术系统S2(属性A2)，相互作用产生有害或有益功能F，物质或技术系统S3为该功能的载体，并具有属性A3。S1、S2与S3之间的连线表示因果关系；S1、S2与F之间的连线表示功能关系[9-12]。

因此需要在按双因素原则推导出来的因果逻辑关系之上建立起功能关系，即物质或技术系统S1(属性A1)和物质或技术系统S2(属性A2)相互作用产生何种有害或有益功能F。如阻值异常的回路(变阻性)与灵敏的ECU(精确性)之间会产生无法正常点爆气囊功能，这个功能的载体即SAB故障灯常亮，具有报警属性，以此类推其余物质之间的功能关系。SAB故障灯常亮、阻值异常的回路、灵敏的ECU、接触不良的回路、电源/电容、发生器之间的SAFC模型如图4所示。接触不良的回路、连接不良的接插件、晃动的线束、不良的接插件、汽车/座椅、紧固不良的线束、压接不良的探针、紧固装置、线束、布置空间、探针、压接模具之间的SAFC模型如图5所示。

图4 SAB故障灯常亮SAFC模型1

图5 SAB故障灯常亮SAFC模型2

3 解决方案

由图1可知，整个SAFC模型是以S3为源头，S1和S2双因素为导线建立起的SAFC模型树。当S1和S2双因素之间任何一方更正，均可消除该问题。因此解决方案将结合科学效应知识，以属性和功能为切入点，利用置换、迭组、并联、串联和复合5种求解方式，对着两个因素进行求解。以此类推，直至找到工程问题解决方案。在此过程中，若解决方案仅理论上可行，基于成本、质量、工艺等考虑，工程上无法实现，称之为概念解决方案；若工程上亦可行，则称之为工程解决方案。

由图4可知，整个SAFC模型是以SAB故障灯常亮为源头，阻值异常的回路和灵敏的ECU两个因素为导线建立起的SAFC模型树。当阻值异常的回路和灵敏的ECU两个因素之间任何一方更正，即可消除该问题，文中的解决方案将围绕这两个因素展开。

3.1 概念解决方案

3.1.1 取消接插件

顺着阻值异常的回路这一因素展开，去除客观因素，可知不良的接插件是回路阻值异常的重要原因。若接插件从回路中取消，即回路(线束)直连发生器和ECU，途中不涉及任何接插件，则回路阻值将不会有异常，其相应的SAFC模型如图6所示。对比其他气囊故障灯常亮少发情况，可知该解决方案有效。但是由于SAB需要安装在座椅发泡里面，基于安装工艺考虑，该方案当前不具有工程可行性，仅为概念解决方案。

图6 取消接插件概念解决方案

3.1.2 降低ECU灵敏度

顺着灵敏的ECU这一因素展开，可知造成ECU灵敏的原因是电容容量的有限性和发生器点爆可靠性造成的，如果电容容量增加或无限增加，则整个回路中的电流值始终都满足点爆要求，则ECU的灵敏性即可降低。由此即可化解该工程问题，其相应的SAFC模型如图7所示。但由于ECU属于精度及集成度很高的一个零件，更改其零件内任何一个参数，都有可能影响其他参数或根本无法增加或持续增加电容量，所以该方案暂不具备工程可行性，仅为概念解决方案。

图7 降低ECU灵敏度概念解决方案

3.2 工程解决方案

根据因果逻辑关系可知，阻值异常的回路设计的因素较多，且灵敏的ECU所涵盖的因素均不具备工程可行性，因此工程解决方案须在阻值异常这一因素入手，根据SAFC模型分析及工程经验，求解两个工程解决方案。

3.2.1 采用防水防尘的紧固装置代替紧固装置

根据紧固装置作用功效，采用置换模式将紧固装置置换成防水防尘紧固装置，有效避免紧固装置因紧固不良导致接插件产生振动、磨损，如图8所示。

图8 防水防尘紧固装置的工程解决方案

3.2.2 增加线束的布置空间

根据置换模式原理，加大线束的布置空间，使得线束固定更加牢固，且将接插件两端的线束紧固，有效避免线束的晃动传递至接插件上面，如图9所示。

图9 增加布置空间的工程解决方案

3.2.3 工程解实施效果验证

当前工程上已经采用防水防尘紧固装置的接插件，并结合“三点一线”的线束布置方案进行空间布置，使得接插件不会随着汽车行驶或座椅行程调节而发生晃动。在汽车使用过程中，暂未发现一例由此造成的气囊故障灯亮。且对耐久之后的接插件进行切片处理，发现探针与线束包裹紧凑，探针表面镀金涂层完好无损。说明此工程解实施有效，彻底解决该工程问题。

4 结论

文中基于TRIZ理论的SAFC模型对SAB故障灯常亮做了全面剖析，梳理了各种因素之间的内在逻辑关系，并从SAFC模型中得出相关概念解决方案和工程解决方案。主要结论如下：

(1)SAFC模型双因素理论揭示了SAB故障灯常亮各种因素之间的内在逻辑关系，清晰明了反映出问题的根源及各因素之间的相互作用关系，其纳入的环境因素及其他客观因素，有助于问题解决思路的扩展。

(2)SAFC模型体现了物质、属性、功能、因果关系的有机整合，有助于问题思路扩展及解决方案方向性的引导，且求解的工程解决方案在工程上的表现是可行、合理的。

(3)基于TRIZ理论的SAFC模型适合解决复杂、多因素、跨系统的汽车安全工程问题，该方法论可广泛应用于汽车安全工程领域。