基于QFD/TRIZ/FUZZY集成技术的微摩擦测试仪力传感器设计
发表时间:2007-12-28  作者: 韩光平 刘凯 王秀红   
关键字: QFD(质量功能展开) TRIZ(发明创造原理) 模糊方法  

基于QFD/TRIZ/FUZZY集成技术,建立了用户需求和设计需求的关系。利用产品创新设计方法解决设计中的技术矛盾,得到创新问题的最优原理解。研究MEMS器件微摩擦测试仪力传感器的质量屋,选取材料强度和材料变形作为创新设计的主要技术矛盾,按照TRIZ方法给出解决冲突的原理解集合,应用模糊层次分析法对各原理解进行评价,得到最优设计方案,验证了该集成方法的可行性。

2 基于QFD/TRIZ/FUZZY集成技术的微摩擦测试仪力传感器设计研究

    微摩擦测试仪是研究微观摩擦规律的重要的测试仪器,力传感器为微摩擦测试仪的关键部件,其载荷和测量范围都处于微米纳米量级,如摩擦力显示镜FFM,其针尖半径约为50nm,探针扫描面积为1μmX1μm,载荷为10-150nN,而且通常的微机械构件大小一般为微米级甚至更小,目前的传感器在测量精度要求较高时,分辨率、灵敏度等都较低,常常不能满足系统的需要。

    (1)对现有力传感器分析结果所画的质量屋,如图3所示。从图3可以得到最主要的技术矛盾为:

    矛盾:材料强度-材料变形

    (2)利用技术冲突解决矛盾"解决方案如表4所示。

    (3)利用FUZZY优化技术对解集中的方案进行评价

    聘请4位专家对原理解集中的原理解进行评价,评价指标为三项(见表5):A1:稳固性;A2:灵敏度;A3:分辨率。具体评价数据见表6,表7。最终评价结果为:

    横梁:S5>S6>S4>S1>S3>S2,所以选择b=40μm,L=35mm

    悬臂梁:M1>M3>M4>M2>M6>M5,所以选择b=100μm,L=133mm

3 结论

    基于产品设计的QFD需求,分析微摩擦测试仪力传感器的质量屋,选取材料强度和材料变形作为设计的主要技术矛盾,得到产品创新设计问题的原理解集,采用FUZZY方法对解集中的各原理解进行评价,从中得到最优尺寸设计方案。对所设计尺寸的力传感器进行实验,在信号处理电路放大约3万倍时,该力传感器的分辨率约为46μN,符合设计需求,说明应用QFD/TRIZ/FUZZY集成方法设计出的微摩擦测试仪力传感器适用性较强。

 


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