民航飞机客舱维修方法研究和分析

民航飞机客舱维修方法研究和分析绪论课题研究背景及意义随着我国城镇化的提高、“一带一路”政策、中等收入群体增加，以及旅游业旺盛等原因，我国民航业正处于快速发展阶段。据统计，2017年我国民航旅客运输量5.49亿人次，年均增长率达到12.6%。以南方航空为例，到2020年，预计机队规模将达到1000架，年客运量将达到1.6亿人次。民航业的高速发展也带来了许多问题，航班延误是其中较为严重的一个问题。2017年7月的全球航班准点率报告显示，全球准点率最低航空公司前10名里，中国航空公司占了8名，问题严重性可见一斑；航班延误的原因有很多，包括天气原因、交通管制、飞机故障、飞机调配以及航班插队等原因。为了降低航班延误率，航空公司可以做到的就增强维修能力，尽可能地降低飞机故障维修所用的时间。客舱作为旅客接触得最多的地方，自然要保持较高的维修效率和维修水平，才能达到减小延误率和让旅客更加满意的目的。客舱的工作对象主要包含：旅客座椅、乘务员座椅、厨房、厕所、马桶、地板、隔板、旋梯吧台、烤箱、咖啡壶、壁板、天花板、行李箱、旅客服务组件、地毯隔热棉、紧急撤离系统、旅客娱乐系统、各类标牌救生设备、各种门的装饰板及乘务员服务面板及各种应急设备[1]，这些都是在飞行过程中经常被旅客或空乘使用的设备，这些设备由于经常使用，容易发生失效，产生故障；如果不能及时、有效地进行排故，将会对旅客的旅行体验造成不良体验，久而久之就会有损航空公司的形象和口碑等，直接影响到航空公司的收益。由于飞机制造商和政策等的原因，飞机上只有很少的零部件可以由中国制造，其他零部件都是进口件，客舱里的设备和零部件也不例外，甚至维修工具和各种维修消耗品，例如各类粘接胶、打磨消耗砂纸、清洁剂、溶剂等都需要经过特殊采购才能从国外进口最后送至维修现场。这样的采购方式使得维修金钱成本额外昂贵，同时，由于客舱空间并不算宽阔，很多体积大一点的零部件或设备维修或更换困难，维修的时间成本也很高，一旦在航线上出现这类故障，又需要进行维修，就有可能造成航班延误。在二十世纪，我国的经济发展水平不高，民航运输市场不大，航空公司机队规模不大，导致航空公司与飞机制造商、零部件制造商等的话语权并不大，维修工作只能按工卡手册施工，基本没有自主权，绝大部分航材、非航材消耗品和工具等都只能依赖进口；但是由于我国经济实力越来越强，中国民航业发展得也很好，市场广阔，航空公司机队规模也变得庞大，飞机制造商也不得不重视中国航空公司的意见，航空公司或维修单位对客舱某些部件的更好的维修方案也得到了飞机制造商的承认。由于客舱很多较大零部件，例如行李箱盖板等板材、洗手台下的金属箱等，一旦某一处发生故障，手册上的维修方法很多都是直接更换，但是由于部件体积较大的原因，更换耗时较长；同时，这些部件或设备很多都是进口件，价格十分昂贵，维修成本高。针对这个问题，目前很多航空公司都在争取获得授权，研究制造适航的零部件，降低维修成本；同时，对于客舱的较大零部件或设备故障，着手研究超规范维修，在取得授权获得批准后，不按工卡手册施工，而是对其进行一定程度的改装，以达到维修的目的而又不需进行零部件或设备的直接更换。国内外研究现状国内肖国平等人着手研究优化客舱维修了流程，尝试把精益生产技术引进客舱维修当中，实现生产现场管理5S，对客舱维修生产现场进行改进，制定可实施的标准化工序，推动持续改善生产流程创新和工艺创新。针对客舱内装饰品以及塑料件表面等，也有很多学者在研究如何以更低的成本去维修。对于墙纸的修理，肖毅和王珏研究使用修饰笔来对损伤小于四分之一英寸的划痕和刮伤直接进行涂画修理，也可以对挖补修理后的墙纸进行涂画修理[2]。对于塑料件破损的裂纹或断裂修复一般采用铺层修理工艺，通过铺层修理可以使装饰件强度接近原始强度，但是不可能超过或等同于原始强度。对于铺层层数的依据,通过裂纹尺寸和板材厚度来确定[3]。而对于金属件的表面修理，龚勇研究采用纳米喷涂工艺。在铝合金件出现磨损划伤、掉色、发黑、失去光泽等的情况下，采用新型的纳米喷镀工艺进行修理，这能使色彩表达更加丰富，同时又具有方便、高效、安全、环保、低成本的优点，同时完全满足客舱维修手册的要求和适航法规的要求,符合客舱铝合金装饰件的外观和使用要求[4]。国外的航空公司则更注重于零部件的可靠性分析和维修方案的确定。由于飞机内部的客舱零部件很少得到客舱零部件制造商规定的可靠性分析或维护计划，航空公司只能按照自己的想法来确立维修方案，这样就会造成维修成本的提高。Ubair.H.Rehmanjan从客舱座椅开始着手研究，对客舱座椅进行12或24个月的故障统计，分析出现得最多的故障类型，进行系统分析并分类，确定哪些故障需要马上进行维修，从而减少其他故障的发生[5]。本文主要做的工作客舱维修首先要保障飞机和旅客的安全，在此基础上还要让旅客在飞行途中更加舒适；其次要把维修的时间尽可能地缩短，同时又不影响维修质量；再之要尽可能想办法在保证适航的同时降低维修成本；最后就是对零部件进行改装，使其不容易失效。本文主要讲述如何用超规范维修来达到以上的维修目标，同时利用TRIZ理论对超规范维修的维修流程进行一定的改进。飞机客舱故障分析故障的分类故障的定义是“设备不能执行规定功能的状态”。设备的故障按技术性原因分类，可分为四大类，分别是：磨损性故障、腐蚀性故障、断裂性故障和老化性故障。1、磨损性故障磨损性故障是指由于运动部件磨损，在某一时刻超过极限值所引起的故障。而磨损是指机械在工作过程中，在接触状态有相对运动，在摩擦作用下，形状、尺寸以及表面质量发生变化的现象。按其形成机理可分为黏附磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损、微振磨损等四种类型[6]。（1）黏附磨损：黏附磨损是指当摩擦表面的轮廓峰（轮廓峰是指金属表面经过精加工后仍然存在的凸峰）在相互作用的各点处由于瞬时的温升和压力形成黏附结合点后，在相对运动时，材料从一个表面转移到另一个表面，导致结合点发生变形和破坏，从而形成黏附磨损。（2）表面疲劳磨损：表面疲劳磨损是指交变接触应力的作用下的两个接触面，由于表面疲劳而造成了物质损失，材料表面形成点蚀或剥落。（3）腐蚀磨损：腐蚀磨损是指零件表面发生了相对滑动，表面金属与周围介质发生化学或电化学反应产生腐蚀，引起材料损失的现象。（4）微振磨损：微振磨损是指两个接触面间没有宏观相对运动，但在外界变动载荷作用下，有小振幅的相对运动（振幅一般为2～20μm），此时接触表面间产生大量的微小氧化物磨损粉末，微振磨损一般使金属表面出现麻坑或沟槽。2、腐蚀性故障腐蚀性故障按腐蚀机理不同可分为化学腐蚀、电化学腐蚀以及物理腐蚀三类。（1）化学腐蚀：化学腐蚀是指金属材料在干燥气体和非电解质溶液中直接发生化学反应生成化合物的过程，反应过程中没有电流产生。（2）电化学腐蚀：电化学腐蚀是指金属和电解质发生电化学反应所造成的腐蚀，反应过程中有电流产生。（3）物理腐蚀：物理腐蚀是指金属与熔融盐、熔碱、液态金属相接处，使金属某一区域不断溶解，另一区域不断形成的物质转移现象，物理腐蚀是单纯的物理溶解。3、断裂性故障断裂性故障可分为脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、塑性断裂等。（1）脆性断裂：脆性断裂是指材料在未断裂之前没有塑性变形发生，或发生很小的塑性变形导致破坏的现象，脆性断裂的构件常形成碎片。引起脆性断裂的原因有很多，可以由材料性质不均匀引起，或由于加工工艺处理不当所引起，或由于恶劣环境所引起，例如低温，使材料的机械性能降低。（2）疲劳断裂：疲劳断裂是指由于热疲劳、机械疲劳（弯曲疲劳、接触疲劳、扭转疲劳、复合载荷疲劳等）以及复杂环境下的疲劳等各种综合因素共同作用，超出材料的疲劳极限所引起的断裂（3）应力腐蚀断裂：应力腐蚀断裂是指有热应力、焊接应力、残余应力或者其他外拉应力的零件，如果同时存在与金属材料相匹配的腐蚀介质，就会使材料产生裂纹，并以显著速度发展的一种断裂。（4）塑性断裂：塑性断裂前，一件材料在外力作用下产生的变形量超过其最大弹性变形量后，此时材料将不能恢复到原样，而会保留一定的变形量，使得其工作状况不良好，久而久之零件将发生断裂。4、老化性故障老化性故障是指上述综合因素作用于设备，使其性能老化所引起的故障。故障的维修维修思想在1958年喷气客机刚开始进行民航客运服务时，由于零件的尺寸和复杂程度急剧增加，事故率也增加了。按照传统的维修理念，只要增加检查次数和缩短返修时间，就可以保证飞机的安全；但是这样做之后仅仅是让维修成本大幅增加，而事故率并没有得到显著下降，并且在维修周期缩短到一定程度之后，事故的发生率不降反升。后来从1961年开始，美国开始研究新的维修理论，通过对大量事故进行分析研究，并研究分析各类零件的可靠性，得到了新的一套维修理论。（1）航空器的整体可靠性是由各个系统的综合功能决定的，不是和每个零部件的可靠性必然联系在一起，有些零部件的损坏，并不直接影响飞行安全，或是功能可以由其他零部件或系统来补偿，或是只影响飞行的经济性。因此，应该从航空器的整体可靠性来分析每个零部件或每个系统。（2）通过对失效零部件的分析，发现零部件的失效曲线并不只有随时间推移，零部件故障率在某一时期突然增长一种，而是有多种情况，其中主要的有三类：第一类是由于使用初期零部件有磨合期的存在，故障率随时间推移逐渐降低并趋于稳定，然后在某一时期突然上升，如图2.1所示。第二类也是有磨合期的存在，但当零部件度过磨合期故障率趋于稳定后，故障率一直保持不变，如图2.2所示。第三类也是有磨合期的存在，在度过磨合期后，零部件的故障率随着时间推移不断上升，如图2.3所示。图2.1第一类故障曲线图2.2第二类故障曲线图2.3第三类故障曲线（3）从飞机的整体可靠性来分析，真正影响飞行安全的零部件故障只占整个故障的一小部分，而且这种联系和影响可以通过设计来减少或消除。（4）设计和维修是联系在一起的，维修只能最高只能达到设计所要求的的性能，如果问题依旧存在，就只能通过设计制造层面来解决问题。（5）针对不同的零部件要采用不同的维修方式，维修工作不够或者过量都会使零部件的可靠性降低。维修方式针对新的维修理论，有三种维修方式被研究出来。（1）定时维修方式：定时维修是对某些重要的，符合第一类故障曲线的零部件给予一定的使用期限，到时后直接给予更换、报废，而这类零部件往往决定了检修的时限，在零部件使用时间到达检修期时，无论其实际状态如何，必须更换该部件。（2）视情维修：视情维修是针对第二类故障曲线的零部件的维修方式，由于该类零件没有明显的故障增长时限，所以为了充分发挥零部件的效能，通过检测和观察这些零部件的使用情况，根据零件的实际情况来决定是否维修或更换。（3）状态监控：对零部件的故障分析可以看出，某些零部件对飞机的飞行安全并不直接造成影响，即使这些零部件发生故障，飞机也能安全运行。我们就可以在对这些零部件进行监控，在这些零部件发生故障后及时排除[7]。客舱故障维修方法规范维修在民航客机客舱中，常见的故障有几种，第一种是灯的故障，例如窗灯、顶灯等；第二种是热水器、烤箱、打印机、客舱话筒等设备的故障；第三种是乘客座椅部分的故障，例如餐桌板、扶手等的故障[8]。客舱中绝大部分的零部件都是不直接影响飞机飞行安全的，因此，一般采用状态监控维修方式，一旦发生故障就及时发现，待留适当的时刻进行排故。规范维修通常没有通用标准流程，只能按厂家手册所给步骤施工，也就是常说的严格按手册施工，定检时客舱维修工艺流程如图2.4所示。图2.4定检时客舱维修工艺流程在日常维护中，规范维修可以解决客舱的大部分故障。规范维修是指按手册和规范进行的维修，包括修理、更换OEM（OriginalEquipmentManufacturer原始设备制造商）件、更换PMA（PartsManufacturerApproval零部件制造商批准书）件、更换自制件以及串件等。对于损坏件的更换，可以采用原始设备制造商生产的零部件，该件为飞机出厂时的件；也可以选择采用符合规定的、取得相关证书的零部件制造商所生产的零部件；当以上两种件成本过高，经济效益过低时，或者订货流程过慢，维修单位可以选择向局方申请自己制造相关零部件，当取得局方批准后，就可以自己生产合格的、符合安全标准的零部件安装到飞机上，这样做可以很大程度降低维修成本。在航线和大修的客舱维修过程中，有时某个零部件需要更换，但是航材库中并没有相关零部件，而又来不及订货，或者已经订货但尚未送达的情况下，可以从机库中某架飞机把相应的、可用的零部件拆卸下来，装到即将出库或即将进行航班飞行的飞机上，待航材库订货回来后再把零部件装到拆卸了相应零部件的飞机上，这种维修被称为串件。超规范维修当维修单位或航空公司发现客舱的某个零部件经常出现故障、故障不容易维修或者手册上制定的维修方案维修成本太高时，就会运用到超规范维修。超规范维修是指维修的内容超出飞机制造厂家制定的维修手册的内容，超规范维修的维修方案通常由以下两个途径获得：（1）可以把问题提交给飞机制造厂家，由厂家重新制定合适的维修方案。但是飞机制造厂家重新制定的方案一般是针对全球的航空公司而修订的，由于顾客类型、气候等原因，并不一定合适；而且飞机制造厂家要重新制定维修方案一般需要较长的时间，这会使故障保留很久，不利于航空公司运营飞机。（2）超规范维修的维修方案也可以由航空公司在获得有关授权后自行制定。这样做的好处是制定维修方案的时间会比飞机制造厂家短很多，而且也可以结合实际运营情况，进一步降低维修成本。超规范维修流程如图2.5所示图2.5超规范维修流程在该流程中，现有方法论存在些许不足，要想出合适的维修方案给机务工作人员带来了不少麻烦。针对这个问题，可以尝试利用TRIZ理论来分析故障，并制定合适的维修方案。TIRZ理论概括及应用流程TIRZ理论概括苏联海军专利局专利审核员根里奇•阿奇舒勒及一批研究人员经过多年的努力，在分析研究了世界上大量高水平专利的基础上，提出和创建了发明问题解决理论。TRIZ是利用TRIZ工具得到标准解，然后进行对比分析，得出最优化解决方案。TRIZ已形成完整的理论体系：发现问题、分析问题和解决问题。TRIZ理论的主要方法是将人们所需要解决的实际存在进行定义，根据TRIZ所提供的原理将实际问题转换为可以归类的标准问题，并针对标准问题进行分析总结，提炼出可能的标准化解决方案，为创新设计发明提供思路。TRIZ和其他传统的常用创新方法有本质的区别：使用TRIZ前后对比如图2.4所示，一般来说，一位工程师在面对相对简单问题时，需要尝试10～100次才能找到解决方案，而相对复杂的问题时，则需要尝试上千次，耗时长达几个月甚至几年；如果运用TRIZ来寻找最有效方式，则尝试次数可减少至原来的1/1000～1/10，相应地，产生这些解决方案所用的时间将会减少[9]。图2.4TRIZ运用前后对比TRIZ应用流程TRIZ通用问题求解流程为：发现和定义问题、分析问题和解决问题；与之对应的TRIZ应用流程则是：识别问题、解决问题和创新概念生成三个阶段，TRIZ应用流程如图2.6所示。裁剪组件或流程功能模型建立裁剪组件或流程功能模型建立工程问题选择与描述IFR、资源IFR、资源分析或技术进化分析因果链分析或根原因分析建立建立问题模型与关键问题（KeyProblem）选择 问题识别技术系统进化法则发明问题解决算法ARIZ技术系统进化法则发明问题解决算法ARIZ物质-场模型Howto模型物理物质-场模型Howto模型物理矛盾技术矛盾39个工程参数40个发明原理分离原理、满足或绕开矛盾，40个发明原理76个标准解76个标准解科学效应科学效应与效应知识库解决问题创新创新概念生成、创意生成、产生解决方案……解决次生（次级解决次生（次级）问题方案（概念）验证与评估概念验证图2.6TRIZ应用流程[10]客舱内铰链故障分析问题描述铰链底座故障问题描述民航客机作为商业用途的飞机，在保证安全的前提下，会尽可能地让飞机的重量变得更加轻便，以达到省油的目的；特别是在客舱内不涉及飞行安全的部件，会更加地追求轻薄，以降低飞行重量，但是追求轻薄的板料在日常使用很容易由于强度不够而容易发生故障，客舱垃圾门就是一个典型的例子。模型图和实景图如图3.1和图3.2所示。图3.1客舱垃圾门示意图图3.2客舱垃圾门实景图客舱厕所垃圾箱由于不涉及飞行安全，在各种机型上都做得比较薄，铰链底座在日常勤务中容易发生故障，而这在波音787上尤为严重。图3.2所示垃圾箱是整体的铝合金，体积较大，而厕所空间狭窄，很难进行更换；假如进行更换，就必须更换整个箱体，里面的部件拆卸非常繁琐，很难在日常勤务的时间内完成；由于是进口件，所以更换整个箱体非常昂贵，价格高达上千美金，维修成本太高。因此，对该部件进行超规范维修和改装是很有意义的。故障情境及解决思路工作人员在对飞机做日常勤务工作中，可能用力过猛或用力方向不正确，就很可能会使飞机客舱厕所垃圾箱门上铰链底座金属疲劳；当积累到一定程度就会发生断裂性故障，铰链底座开裂，如图3.3、3.4所示。图3.3铰链底座开裂图3.4铰链底座开裂要解决的问题及要求对于新的技术系统，我们要求箱体在日常勤务中不会轻易发生部分断裂，并且不会带来次生问题。问题分析箱门连接系统的组件分析组件分析是指识别技术系统的组件及其超系统组件，得到系统和超系统组件列表，箱门连接系统的组件列表如表3.1所示。表3.1箱门连接系统的组件列表技术系统主要功能组件超系统组件箱门连接系统连接箱门和箱体箱门转轴箱体铰链螺钉人上表指出了箱门连接系统是由那些组件构成的，这是识别问题的第一步。箱门连接系统的相互作用矩阵组件相互作用分析用于识别技术系统及超系统组件之间的相互作用，分析的的结果由相互作用矩阵表示，箱门连接系统组件相互作用矩阵如表3.2所示。表3.2箱门连接系统组件相互作用矩阵箱门转轴铰链螺钉箱体人箱门++转轴+铰链+--螺钉+-箱体-人以相互作用矩阵为基础，按照矩阵中组件出现的顺序，将其作为功能载体，分析功能载体可以提供的功能，就可以建立系统的功能模型箱门连接系统的功能模型对箱门连接系统进行功能模型分析，可以重新发现系统组件的目的和其表现，进而发现问题的症结，才可以运用其他方法进一步加以改进，而功能分析的结果就是功能模型，箱门连接系统功能分析表如表3.3所示，箱门连接系统功能模型如图3.5所示。表3.3箱门连接系统功能分析表功能载体功能名称功能等级性能水平成本箱门定位转轴AxN支撑人AxN转轴支撑箱门BN连接铰链BN铰链支撑转轴BN螺钉连接箱体BN连接铰链BN箱体定位螺钉AxN支撑铰链AxI人移动箱门H人人支撑压支撑压迫连接连接定位箱门箱体螺钉定位箱门箱体螺钉连接定位连接定位定位支撑铰链转轴铰链转轴图3.5箱门连接系统功能模型通过功能模型的分析可以得出：（1）由于箱体尺寸的原因，厚度过薄，导致强度不足，在开门关门的循环下，容易发生疲劳断裂；（2）人在移动箱门的时候会压迫箱门，而这个力最终都是由箱体来支撑。箱门连接系统的原因轴分析原因轴分析可以从系统存在的问题入手，层层分析形成此现象的原因，直到分析到不可分解，然后沿着原因轴从根本原因向问题逐个检查原因节点，找到第一个可以改变或控制得原因节点，进行规范化描述，找到解决问题的入手点。箱门连接系统的原因轴分析如图3.6所示厂家希望降低箱体的重量和成本箱体在与铰链连接部位强度不足箱体壁做得较薄厂家希望降低箱体的重量和成本箱体在与铰链连接部位强度不足箱体壁做得较薄箱体在与铰链连接部位容易发生断裂箱体在与铰链连接部位容易发生断裂与与由于杠杆原理手施加的向下的力仅由门铰链支持人操作箱门时手接触的是箱门远离铰铰链的上角由于杠杆原理手施加的向下的力仅由门铰链支持人操作箱门时手接触的是箱门远离铰铰链的上角箱体出现受力不均匀与箱体出现受力不均匀与门被打开后门的重力仅由铰链支持门被打开后门的重力仅由铰链支持图3.6箱门连接系统的原因轴分析1、因果分析的规范化描述有害压力手有害受力不均不足箱体强度 2、选择解题的入手点 （1）增加箱体的强度 （2）消除或减轻受力不均现象（3）消除或减轻手对箱门的压力物理矛盾分析及解决方案物理矛盾分析物理矛盾是指在一个技术系统中，对同一个参数提出了不同或是相反的要求时，就出现了物理矛盾。箱体既要厚又要薄根据因果分析，如果箱体太薄就会造成其强度不足，箱体太厚又会造成其重量过重以及安装运输等不方便。1、时间分离Step1：定义物理矛盾参数：箱体厚度要求1：厚度大，可以提供足够的强度，但太重会导致安装运输等不方便。要求2：厚度小，可以减小飞机重量，还可以使安装运输等更加方便，但强度不足。Step2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间得以实现？时间1：安装完成后及使用过程中，厚度大时间2：安装过程以及使用过程中，厚度小Step3：以上两个时间区域是否交叉？是：尝试其他分离方法□否：应用空间分离2、空间分离Step1：定义物理矛盾参数：箱体厚度要求1：厚度大，可以提供足够的强度，但太重会导致安装运输等不方便。要求2：厚度小，可以减小飞机重量，还可以使安装运输等更加方便，但强度不足。Step2：如果想实现技术系统的理想状态，这个参数的不同要求应该在什么时间得以实现？时间1：箱体与铰链结合处，厚度大时间2：除箱体与铰链结合处的箱体，厚度小Step3：以上两个空间区域是否交叉？□是：尝试其他分离方法否：应用空间分离备选方案1：把箱体和铰链的结合处与箱体分离开来，把箱体进行切割，加装一个强度足够的厚金属片来提供足够的强度，如图3.7所示。图3.7切割箱体后安装L型厚金属片备选方案2：不切割箱体，直接安装L型厚金属片如图3.8所示。图3.8直接安装L型厚金属片物场分析及76个标准解应用故障的物-场模型1、待解决的关键问题及相关的物质、场问题：手把门向下压会使铰链底座损坏物质：门，箱体场：机械场2、建立物场模型，如图3.9所示（1）有用功能——期望功能（2）有害功能——不期望功能压力支持力S1S2MeMe压力支持力S1S2MeMeS1SS1S2箱体箱门箱门箱体箱体箱门箱门箱体图3.9建立物场模型确定代表性的解通过物场模型变换规则中的规则4，消除有害的物质或场的最有效方法是引入第三种物质或场，再结合76个标准解，可以采用S1.2.4：如果系统中存在有用作用的同事又存在有害作用，可以通过引入F2来抵消F1的有害作用，,或将有害作用转换为有用作用；或者采用S1.2.1：在S1和S2之间引入S3来消除有害作用。确定具体的解压力S3S1S2Me压力箱门箱体新的物-场模型如图3.10所示压力S3S1S2Me压力箱门箱体F2S1S2MeF2S1S2Me箱门箱体箱门箱体图3.10新的物场模型（1）在箱门和箱体之间引入新的机械场备选方案3：把箱门的转轴加长到合适的长度，并且在转轴上方大理石台和下方的地板各钻一个孔，把转轴安装在里面，让转轴来提供支持力。备选方案4：在方案三的基础上，在转轴的上下方各安装两个转轴固定装置，把转轴安装在里面，让转轴来提供一定的支持力，如图3.11所示。图3.11安装转轴固定装置（2）在手和箱门之间引入新的物质S3来使手不能压迫箱门备选方案5：在箱门的右下角安装一个把手，让人只能用手把箱门轻轻向上提起才能开门，消除手对箱门向下的压力。（3）在箱体上安装加厚金属片S3来提供足够的支持力备选方案6：直接安装一片比铰链稍长的金属片，如图3.12所示。图3.12安装稍长金属片备选方案7：直接安装与箱体高度一致的金属片，增大受力面积，如图3.13所示。图3.13安装与箱体高度一致的金属片备选方案8：在上述备选方案7的基础上，在加厚金属片的顶端和底端切割箱体，使金属片的顶端和底端能够暴露在箱体外，在金属片的顶端和底端加上粘合剂，使其与箱体外的大理石与地板相粘连，提供支持力。备选方案9：由于铰链附近的箱体受到向外的剪切力作用，容易发生断裂，所以可以加装一块有弧度的金属板或塑料板S3，如图3.14所示，该金属板S3可以预先提供一个向内的拉力，并且拉力的大小可由金属板或塑料板的变形量大小来改变，拉力的作用位置也可以由金属板或塑料板与箱体的接触位置进行改变。图3.14加装变形板备选方案10：使用工具在对铰链附近箱体进行预应力处理，使其有一个向内的拉应力，抵消一部分铰链对箱体的拉力。概念验证方案汇总表3.4备选方案汇总序号名称方案描述1切割箱体后安装L型厚金属片采用空间分离的方法，把箱体和铰链的结合处与箱体分离开来，把箱体进行切割，加装一个强度足够的L型厚金属片来提供足够的支持力2直接安装L型厚金属片在方案1的基础上，不切割箱体，在箱体上额外添加两个螺钉孔，直接安装L型厚金属片，3加长转轴并在转轴上下方钻孔放置转轴把箱门的转轴加长到合适的长度，并且在转轴上方大理石台和下方的地板各钻一个孔，把转轴安装在里面，让转轴来提供一部分支持力4加长转轴并在转轴上下方安装固定装置放置转轴在方案3的基础上，安装一个固定装置，把转轴放置到固定装置里面，让转轴提供一部分支持力5在箱门的右下角安装把手在箱门的右下角安装一个把手，让人只能用手把箱门轻轻向上提起才能开门，消除手对箱门向下的压力6安装比铰链稍长的金属片直接安装一片比铰链稍长的金属片来提高箱体的强度7安装与箱体高度一致的金属片在方案6的基础上，把金属片加长，安装与箱体高度一致的金属片来提高箱体的强度，增大受力面积8在金属片顶端和底端加上粘合剂在方案7的基础上，对加厚金属片的顶端和底端的箱体进行切割，使金属片的顶端和底端能够暴露在箱体外，在金属片的顶端和底端加上粘合剂，使其与箱体外的大理石与地板相粘连，提供支持力。9安装变形金属板在铰链位置的箱体内安装一块变形金属板，金属板可以预先提供一个向内的拉力，并且拉力的大小可由变形板的变形量大小来改变10对铰链附近箱体进行预应力处理使用工具在对铰链附近箱体进行预应力处理，使其有一个向内的拉应力，抵消一部分铰链对箱体的拉力方案评价方案一和方案八都对金属箱体进行了切割，考虑到垃圾箱内灭火瓶释放时内部空间要尽量密封，切割后的箱体可能会有密封上的问题，如果加上每次维修时加上密封胶又会使得维修略为复杂，维修耗时增多。方案二已经广泛运用到实际维修当中，实际使用效果较好。方案三对底板和顶板进行钻孔可能会导致腐蚀、底板应力集中等一系列次生问题。方案四则在方案三的基础上进行了改进，理论分析不会产生次生问题，但是要控制固定装置与转轴之间的间隙，使得固定装置即不会阻碍转轴转动，又能提供力矩防止箱体承受过大了力，有一定的难度，或许可以再进行改进，在固定装置里装上轴承，使转轴的转动不受影响。方案五安装把手是最简单的方案，理论上也很有效，可以与其他任何一个方案相配合来使用。方案六有些过于想当然，断裂有可能在加厚金属片的两端箱体发生。方案七对方案六进行了一定的改进，但还是有可能会造成箱体的断裂。方案九需要对铰链的附近的箱体进行受力分析，计算出合适的预应力，并找到适合的材料，再结合变形片的材料形变量与弹力的关系找到最合适的形变量，再计算每个螺钉应该使用多大的力矩，过程较为复杂，且能不能实现仍需探讨。方案十比方案九少了给螺钉计算力矩并打上力矩的步骤，但也要计算箱体的预应力大小，还需要特制工具，甚至可能会对箱体造成损坏等此生问题。客舱厨房台面塌陷故障分析问题描述厨房台面塌陷问题描述客舱的厨房台面由于承载着烤箱等设备，一直承受着较大的重量，并且厨房内很不时会有水、汤汁等液体洒落到台面上，一旦没有及时并正确地清理，液体就可能从台面的边角处渗入复合材料台面中，久而久之就会使得材料发生腐蚀，力学性能发生改变，空客330的客舱厨房内就有上述问题[12]，实景图如图4.1所示，示意图如图4.2所示。图4.1客舱厨房台面塌陷实景图该厨房台面是一个整体，体积较大，如果进行更换将会有很大的工作量，并且该复合材料台面价格也很昂贵。用TRIZ理论对该问题进行分析，并提出超规范维修和改装的解决方案也是很有意义的。图4.2客舱厨房台面示意图问题分析组件分析表4.1台面支撑系统组件列表技术系统主要功能组件超系统组件厨房台面支撑系统支撑台面上的物体台面烤箱腐蚀液功能模型分析表4.2台面支撑系统功能分析表功能载体功能名称功能等级性能水平成本台面支撑烤箱BI支撑腐蚀液AxH烤箱弯曲台面AxH腐蚀液腐蚀台面H腐蚀液腐蚀液腐蚀腐蚀支撑支撑压迫台面烤箱压迫台面烤箱支撑支撑图4.3台面支撑系统功能模型图通过功能模型分析可以得出：（1）台面与隔板之间存在缝隙，导致腐蚀液进入缝隙，腐蚀液被台面吸收，导致台面腐蚀、变软；（2）烤箱一直在对台面施加压力，同时，烤箱在工作过程中会有热量产生，这也对台面的力学性能有一定影响。原因轴分析复合材料台面发生腐蚀腐蚀液流到缝隙处台面与隔板之间存在缝隙与复合材料台面发生腐蚀腐蚀液流到缝隙处台面与隔板之间存在缝隙与厨房台面发生塌陷厨房台面发生塌陷烤箱会对台面进行加热烤箱会对台面进行加热烤箱持续压迫着台面烤箱持续压迫着台面图4.4台面支撑系统原因轴分析图有害热量烤箱有害压力烤箱1、因果分析的规范化描述存在缝隙2、选择解题的入手点（1）消除台面与隔板之间的缝隙（2）减轻或消除烤箱对台面的压力（3）减少或消除烤箱传递到台面的热量矛盾问题求解消除缝隙据因果分析，导致台面塌陷的原因之一是台面与台面之间存在缝隙。如果可以增强台面缝隙的密封（可靠）性，就可以阻碍腐蚀液进入的缝隙，不过这可能会引起系统的适应性及多用性变差。改善的参数：可靠性（27）恶化的参数：适应性及多用性（35）查找矛盾矩阵，得到TRIZ发明原理13、35、8、24，通过对比最终选择适于本项目的24号原理——借助中介物原理原理：借助中介物原理备选方案1：在台面上放置一层隔水层，使得腐蚀液无法进入缝隙，如图4.5所示。备选方案2：在台面与隔板之间的缝隙添加一圈密封胶，增强其密封性，使腐蚀液不能进入缝隙，如图4.6所示。图4.6添加密封胶备选方案3：在与隔板交接处的台面端口上涂上一层密封胶，使得进入缝隙的腐蚀液无法进入台面的复合材料中。减轻或消除压力根据因果分析，烤箱对台面的压力也是导致台面塌陷的原因之一。如果可以减轻或消除烤箱对台面的压力，就可以减轻或消除台面的塌陷，不过这可能会引起系统的重量发生恶化。改善的参数：力（10）恶化的参数：静止物体的重量（2）查找矛盾矩阵，得到TRIZ发明原理18、13、1,、28，通过对比最终选择适于本项目的1号原理——分割原理。原理：分割原理备选方案4：把支撑烤箱的台面部分分割出来，转而使用可拆卸的横条来支撑烤箱，如图4.7所示，这样就算横条损坏也易于维修。减少或消除热量根据因果分析，烤箱对台面的加热（温度）也是导致台面塌陷的原因之一。如果可以减轻或消除烤箱热量传递到台面，就可以减轻台面的腐蚀现象，进而减轻台面的坍塌，不过这可能会引起系统更加复杂。改善的参数：温度（17）恶化的参数：系统的复杂性（36）查找矛盾矩阵，得到TRIZ发明原理2、17、24、16，通过对比最终选择适合项目的24号原理——借助中介物原理。原理：借助中介物原理备选方案5：在台面上加一层隔热层，减少从烤箱传递到台面的热量。物场分析及76个标准解应用台面腐蚀的物-场模型待解决的关键问题及相关的物质、场问题：腐蚀液腐蚀台面。物质：腐蚀液、台面场：化学场建立工程系统的物-场模型，如图4.8所示。S1S2ch腐蚀腐蚀液台面S1S2ch腐蚀腐蚀液台面图4.8台面腐蚀的物场模型确定代表性的解通过查找76个标准解，得到S1.2.2：引入改进的S1或（和）S2来消除有害作用。S1S2ch腐蚀腐蚀液改进的台面新的物场模型如图4.9所示。S1S2ch腐蚀腐蚀液改进的台面图4.9新的物场模型确定具体的解备选方案6：把隔板附近的台面切割出来，更换上与台面相同或不同的材料，可以更换成廉价的替代物，腐蚀情况严重时更换；也可以更换成防腐金属材料，使得腐蚀液无法进入材料内部并长时间停留。切割台面如图4.10所示。备选方案7：改进台面的结构，在缝隙里开槽，如图4.11所示，并在槽与缝隙内涂上防腐剂，使得腐蚀液不能长时间停留在缝隙内。概念验证方案汇总方案汇总如表4.3所示表4.3备选方案汇总序号名称方案描述1在台面上加防水层在台面上放置一层隔水胶垫，阻止腐蚀液进入缝隙2在缝隙处添加密封胶在台面与隔板之间的缝隙添加一圈密封胶，增强其密封性，阻止腐蚀液进入缝隙3在台面端口涂上密封胶若无法阻止腐蚀液进入缝隙，则在与隔板交接处的台面端口上涂上一层密封胶，使得进入缝隙的腐蚀液无法进入台面的复合材料中4用横条支撑烤箱重量把支撑烤箱的台面部分分割出来，转而使用可拆卸的横条来支撑烤箱，这样使得易于维修横条损坏5在台面上加隔热层在台面上加一层隔热层，减少从烤箱传递到台面的热量6分割台面把隔板附近的台面切割出来，更换上与台面相同或不同的材料，可以更换成廉价的替代物，腐蚀情况严重时更换；也可以更换成防腐金属材料，使得腐蚀液无法进入材料内部并长时间停留7在缝隙开槽改进台面的结构，在缝隙里开槽，并在槽与缝隙内涂上防腐剂，使得腐蚀液可以流出缝隙，不能长时间停留在缝隙内方案评价方案一增加一层防水胶垫，可能还是会有腐蚀液进入缝隙，效果可能不太理想，并且其所在位置会受到烤箱的加热，会带来很多次生问题。方案二在缝隙处涂上一圈密封胶，确实可以有效地防止腐蚀液进入缝隙。方案三选择在台面端口涂上密封胶，也可以有效防止进入缝隙的腐蚀液进一步渗进复合材料台面中，但要注意，方案二和方案三都要选择耐热的材料，否则可能会因为烤箱的热量而失效过快。方案四则是用横条支撑烤箱，使台面不用承受过大压力，而横条与台面没有接触，也不用担心腐蚀液的问题，但是要考虑强度与固定烤箱的问题。方案五加了一层隔热层，可以有效减少传递到台面的热量，但是隔热层要考虑防水的问题，否则腐蚀液将会进入到隔热层中，带来次生问题。方案六切割了台面，然后用质量更好的防腐金属件替代与隔板相连的那部分台面，可以起到防腐的效果，也更能提供支持力，但要考虑腐蚀液进入金属件与台面的缝隙的问题。方案