基于TRIZ理论的一种中央电气接线盒的改进设计

王武军， 王荣喜， 康金灿

(河南天海电器有限公司，河南鹤壁 458030)

基于TRIZ理论的一种中央电气接线盒的改进设计

王武军， 王荣喜， 康金灿

(河南天海电器有限公司，河南鹤壁 458030)

针对汽车用中央电气接线盒在传统设计中为满足平台化和通用性要求而造成的空间和成本浪费的问题，以基于发明问题解决理论(TRIZ理论)的发明问题解决过程模型为指导，利用TRIZ理论的矛盾/冲突分析矩阵、39个工程参数、40个创新发明原理等知识库工具进行改进设计，在满足通用性的前提下，解决了空间和成本浪费问题。

TRIZ理论；冲突矩阵；通用性

汽车用中央电气接线盒是汽车电器系统的核心部件[1]，常规设计都是针对固定厂家、固定车型及固定功能设计的，设计出来的接线盒是一个整体，功能、型式已完全固定。一个中央电气接线盒只能适用于一种车型的需求，与其他车型(即使同一平台的车型)间可通用性很小，几乎不能被其他车型所借用。这样就造成每个汽车制造商的每个车型都需要单独设计一个接线盒。为降低成本及缩短开发周期，实现中央电气接线盒的通用性越来越得到各汽车制造企业的重视。

在实际的改进设计中，为实现中央电气接线盒的通用性，传统的设计方法是设计一个具备功能较多的电气接线盒，尽可能满足较多车型的要求。在一个车型上使用时，不需要的那部分功能被称作预留功能[2]。这样做虽然部分满足了通用性的要求，但造成了成本的浪费、车体重量的增加和安装空间的增加。以TRIZ理论为指导，将矛盾/冲突矩阵、39个工程参数、40个创新原理等知识库结合应用于中央电气接线盒的改进设计中，最终通过分析获得了满足需求的改进方案。

1TRIZ理论

TRIZ理论是俄文中发明问题解决理论的词头缩写，是前苏联人阿奇舒勒及其领导的一批科研人员在分析了世界上近250万份发明专利的基础上，所提出的发明问题解决理论[3]。该理论将产品创新的核心——产生新的工作原理的过程具体化[4]，提出了技术系统演变的8个模式、冲突/矛盾矩阵、39个工程参数、40个发明原理及物质-场分析等发明工具和方法供人们使用，现已成为一种较完善的创新理论工具。

TRIZ理论解决问题的一般步骤如下。

第1步，对给定问题进行分析和定义。第2步，工具和方法的选择。如果发现存在矛盾，则用“原理”去解决，如果问题明确但不知道该怎么做，则用“效应”去解决；如果系统需要改进，则用“标准解”去解决。第3步，对设计结果进行评价。如果发现新问题，则要对问题继续分析，直到不出现新问题，设计方案得以应用[5]。图1给出了基于TRIZ理论的冲突解决流程。

图1 基于TRIZ理论的冲突解决流程Fig.1 Conflict solution flow based on TRIZ theory

用TRIZ理论解决特定设计领域的问题时，首先应采用TRIZ理论的定义方法将领域问题转化为TRIZ标准问题；之后利用发明原理、标准解、效应等工具，确定TRIZ通用解；最后通过与通用解的类比及设计经验，确定领域解[6]。

2 中央电气接线盒的改进设计

2．1问题描述及TRIZ分析

汽车用中央电气接线盒是车辆电气系统的核心部件，集继电器、熔断器、二极管、输入输出接口及一些电子模块于一体，从而实现灯光、空调、起动机、喇叭、雨刮、玻璃升降、中央门锁等用电设备的动力及信号分配，并对各种用电设备及线束进行过载保护[7]。

由于汽车的基本功能的相似性[8]，决定了不同汽车所使用的中央电气接线盒具有很多相似的功能和结构[9]，但由于各车型的特殊要求，决定了不同汽车所使用的中央电气接线盒又具有一些不同的功能和结构[10]。为降低成本，汽车制造商和中央电气接线盒供应商提出开发具有通用性、可平台化使用的产品。常规的设计方案是在中央电气接线盒设计时预留备用功能，可在一定程度上实现一盒多用或平台化的通用性。但增加预留功能，其体积必然增大，会造成成本的增加、汽车重量的增加和安装空间的浪费，与目前汽车设计的紧凑性要求不符。

根据分析，该问题要解决的是中央电气接线盒的通用性和平面面积增大的矛盾，可利用TRIZ理论的矛盾/冲突分析法及相应的创新原理解决。该矛盾/冲突的因果链分析如图2所示。

图2 矛盾/冲突因果链分析Fig.2 Contradict/Conflict causal chain analysis

由图2的因果链分析可知需要解决的问题是提高接线盒的多用性，现有的解决方法是设计预留功能、增加多用性，现有解决方法的缺点是接线盒平面面积增大、成本增加，造成客户不能接受。用TRIZ理论对该技术矛盾定义如下。

改善：多用性；恶化：静止物体的面积。多用性vs静止物体的面积。

查TRIZ理论的39个工程参数可知，改善的工程参数(多用性)为第35条工程参数，恶化的工程参数(静止物体的面积)为第6条工程参数。据此查找冲突矩阵(如表1所示)。

表1 冲突矩阵

由表1可知，TRIZ理论提供的创新原理序号为15和16。对第15条和第16条发明原理进行如下分析。

原理15 动态特性原理

1)自动调节物体，使其在各动作、阶段的性能最佳；2)将物体分割成既可变化又可相互配合的数个组成部分；3)使不动的物体可动或可自适应。

原理16 不足或过度作用原理

所期望的效果难以100%实现时，稍微超过或稍微小于期望结果，会使问题大大简化。

经分析发现，原理15之2)项为“将物体分割成既可变化又可相互配合的数个组成部分”，根据设计经验，该原理可以解决所分析的问题。

2．2改进的设计方案

2．2．1 固定本体与标准模块组合方案(方案1)

由于平台化的中央电气接线盒具有一部分相同的功能要求，如灯光、起动、嗽叭、雨刮、空调等功能控制所需要的继电器、熔断器等是相同的，装配功能要求一般也是相同的，因此在设计改进方案时可对这些相同的电气功能要求所需要的继电器座和熔断器座模块以及装配功能模块固化在接线盒本体上而重点考虑其他变化的电气功能模块。本研究设计了一些能实现不同电气功能的相互独立的标准功能模块，在接线盒本体上设计了一些与之匹配的标准功能模块安装结构。具体是将平台化的中央电气接线盒的一部分相同的基本功能模块(包括相同的装配功能模块和电气功能模块)固化在接线盒本体上，而可能变化的电气功能模块通过设计的一些相互独立的标准功能模块与本体上设计的标准功能模块安装结构的装配组合来实现(如图3所示)。当不同的车型需要不同的功能时，可通过更换相应的标准功能模块来实现。

图3 固定功能与分割功能组合方案Fig.3 Combination scheme of fixed and apart function

2．2．2 全部标准模块组合方案(方案2)

对于平台化的中央电气接线盒，方案1基本解决了常规设计时存在的通用性问题和空间、成本浪费问题的矛盾。但经过进一步分析发现，当用于更多车型时，可能出现3种问题：一是需要的标准功能模块超出本体设计的标准功能模块安装结构，这会造成一部分功能无法实现；二是需要的标准功能模块较少，这会造成本体上设计的一部分标准功能模块安装结构的浪费；三是固化的功能模块用于更多车型时有浪费的可能。后2种情况的性质和常规设计时存在的问题是一样的。鉴于此，设计了方案2(如图4所示)，该方案是将中央电气接线盒的全部功能(包括电气功能、装配功能等)分别设计成相互独立的标准模块，各标准模块上设计有可互相组装的标准组装结构，根据不同车型对装配和电气功能的要求，选择不同的标准模块进行组合和装配，实现中央电气接线盒的通用性要求。在实践中发现，该方案不仅适用于平台化的中央电气接线盒，对于一些档次相同的车型，即使不是一个平台的车型，也可满足使用要求。

图4 全部标准模块组合方案Fig.4 Combination scheme of all the standard module

3 改进设计方案效果分析

依据图1所示的基于TRIZ理论的冲突解决流程对中央电气接线盒进行改进设计，得出2种创新的设计方案。方案1大大降低了传统设计存在的平台化接线盒成本和空间增加的问题，但由于本体上固化了一部分功能模块和采用了用于安装标准功能模块的标准功能模块安装结构，因此在平台化以外的车型使用时会有一定的局限性。方案2既解决了平台化汽车电气接线盒要求的通用性问题，又可根据不同车型的需要采用不同标准模块组合的方式实现所需要的功能而不会造成成本和空间的浪费，适合更多的车型使用。各设计方案的具体使用情况对比如表2所示。

表2 设计方案对比分析表

4 结 语

TRIZ理论将复杂的发明问题解决过程通过一种相对简单的逻辑思维展现在人们面前，使发明问题的解决得以简化。利用TRIZ理论的矛盾/冲突分析矩阵、39个工程参数、40个发明原理等对汽车用中央电气接线盒传统设计存在的为解决通用性造成的空间浪费和成本浪费等问题进行改进设计，在不增加新材料、新工艺的情况下，同时解决了中央电气接线盒通用性不足的问题和空间、成本浪费的问题。该问题的解决也证明TRIZ理论是一种非常有效的创新设计方法。

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[1] QC/T 707—2004，车用中央电气接线盒技术条件[S].

QC/T 707-2004，Technical Specification of Center Box for Motor Vehicles[S].

[2] 黄小庄，周利萍．一种多功能型直插式熔断丝盒的设计及应用[J]．汽车电器，2011(6)：8-9．

HUANG Xiaozhuang，ZHOU Liping．Design and application of a multi-functional plug-in fuse box[J]．Auto Electric Parts，2011(6)：8-9．

[3] 徐起贺，任中普，戚新波．TRIZ创新理论实用指南[M]．北京：北京理工大学出版社，2011．

XU Qihe，REN Zhongpu，QI Xinbo．TRIZ Creative Theory Practical Manual[M]．Beijing:Beijing Institute of Technology Press，2011．

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MI Feng，WANG Xiaoping．Research in tourist product model design of Palace Museum based on TRIZ and QFD[J]．Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2008，25(5)：291-295．

[5] 江 帆，王一军，萧仲敏，等．基于TRIZ理论的滚筒球磨机密封结构创新设计[J]．矿山机械，2010，38(5)：71-73．

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[6] 韩华亭，范海雄，王 崴，等．基于TRIZ理论的一种可调整支架的改进设计[J]．机械设计与制造，2010(2)：31-33．

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[9] 马文胜，郎宝珠，刘 卫．现代汽车车身外形设计方法[J]．河北工业科技，2006,23(4)：30-33．

MA Wensheng，LANG Baozhu，LIU Wei．Modern automobile bodywork design technique[J]．Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2006,23(4)：30-33．

[10] 王武军，黄小庄，张义林，等．汽车用中央电气接线盒壳体的防翘曲设计[J]．汽车电器，2012(7)：32-33．

WANG Wujun，HUANG Xiaozhuang，ZHANG Yilin，et al．Anti-warping design of central junction box shell for vehicles[J]．Auto Electric Parts，2012(7)：32-33．

An improved design of central electrical junction box based on TRIZ

WANG Wujun, WANG Rongxi, KANG Jincan

(Henan THB Electric Company Limited, Hebi Henan 458030, China)

In order to solve the issues of space and cost waste in traditional vehicle central electrical junction box and to fulfill platformization and multiple use requirements, a new design guided by the problem-solving model (TRIZ theory) is provided. It includes the contradiction matrix and 39 engineering parameters and 40 inventive principles of the TRIZ theory. It meets general requirement and solves the conventional problems.

TRIZ theory； contradiction matrix； generality

1008-1534(2013)04-0262-04

TM502

A

10.7535/hbgykj.2013yx0410

2013-02-25;

2013-04-06

责任编辑：李 穆

王武军(1969-)，男，河南偃师人，高级工程师，硕士，主要从事汽车用连接器、电器盒开发和推广工作。

E-mail:wangwujun@thb.com.cn