TRIZ实例

汽车中央闭锁系统的自动开启装置             发布时间：2008-08-14                                                                         初始的工况: 中央闭锁系统已应用在汽车上。这种系统有以下两种运作模式：工作模式和备用模式。处于工作模式时，中央闭锁系统锁闭车门、关闭车窗并启动报警器。处于备用模式时，闭锁系统打开车门、车窗并关闭报警器。驾驶员可遥控中央闭锁系统。         　　通常情况下，红外传感器用于遥控中央闭锁系统。驾驶员将传感器对准汽车内安置的红外接收器，并按下相应的按钮来改换运作模式。接收器探测到红外辐射电码形式的信号，将其发送到闭锁系统，以控制开启装置。         实例描述: 为了开启中央闭锁系统，驾驶员应当执行一定的动作，比如对准红外接收器上的传感器并按下按钮，这种操作并不方便。         应用创新原理: 应用等势原理。         　　改变操作条件，以减少物体提升或下降的需要。         　　将无线电辐射用作控制信号。这就无需传感器和接收器的相互定位。中央闭锁系统运作模式间的转换视驾驶员相对于汽车的运动方向而定。         应用结果: 汽车中央闭锁系统的自动开启装置。该装置在驾驶员靠近或远离汽车时启动闭锁系统。         　　汽车开启装置由一无线电信标、一带有天线的接收器和一信号处理系统构成。驾驶员随身携带无线信标。接收器和处理系统安置于汽车内部。         　　无线电信标持续发射电码无线电信号。接收器可在某一限定范围内探测到来自信标的信号。当驾驶员步入这一区域，接收器探测到信号，对信号进行解码处理，并打开汽车门。当驾驶员离开这一区域时，车门和车窗将自动闭锁。                                                                                                                                                                                                                                                                                       如何在不增加储能电容器尺寸的同时，提高其电容?         发布时间：2008-07-24                                                     应用背景： 在DRAM(Dynamic Random Access Memory) 设备中，信息是储存在MOS       (Metal-Oxide -Semiconductor)集成电路板的半导体电容器里。       问题描述：       　　目前随着设备尺寸的不断减小，电容器容量受到了限制。需要寻找一种方法，能在缩小电容器尺寸的同时，提高其电容量。                          解决方法：       　　17号创新原理－"一维变多维"是矛盾矩阵推荐的方案之一。如图可以在电容器的两个电极间上按一定的间隔排列一些比电容器尺寸小的多的凹槽和突起。这样就大大增加了电极的表面积，所以电容量会大大增加，而且不会多占用半导体上的空间。
运用提高理想度法则创新塑钢复合排水管材             发布时间：2008-07-11                                                                         黑龙江昕泰管业有限公司陈鸣苏有林                   摘  要：本文从运用提高理想度法则为切入点，以塑料管、镀锌钢管为实例，提高理想度、建立理想模型、探求理想解，确定技术矛盾，使用矛盾矩阵表选择创新原则，再用专业技术理论进行方案设计。         关键词：提高理想度  解决技术矛盾  塑钢复合理论  污水管材         1.前言         TRIZ的一个基本观点是“系统是朝着不断增加的理想状态进化的”。技术系统理想状态包括3个方面内容：一是系统的主要目的，是提供一定的功能；二是任何系统都是朝着理想化方向发展的，也就是向着更可靠、简单有效的方向发展；三是理想化意味着系统或子系统中现有资源的最优利用。         对于理想化，TRIZ理论还认为，发明创造是有级别的。高级别产品的发明不仅需要设计人员自身的素质，更需要行业以外或全人类的已有研究成果，企业要不断地吸收不同行业的知识创新成果，并在自己的产品中应用，以永远保持优质企业的市场竞争力。发明创造的理想状态是理想解的实现，尽可能使企业的产品接近于理想解是产品创新的指导思想。         2.问题描述         随着国家环境保护力度的加大，传统的水泥管正在逐步退出市场，上世纪90年代后期，新型替代产品--各类环保排水管材开始在工程上应用。         在排污管道领域，应用较多是塑料管，如PVC双壁波纹管、PE双壁波纹管、HDPE缠绕结构壁管。近几年，采用欧州瑞士与美国技术制做的镀锌螺旋钢管开始进入国内市场，广泛应用于通风，雨水管道系统中，由于受防腐性能限制，还没有大量进入污水管道工程。         分析以上两类管材的性能差别，主要是由于材质不同，所以两类管材性能上具有的优势不同，镀锌螺旋钢管优点是环刚度较大，耗材较少，不足是防腐性能一般，并且不耐磨损；塑料管优点是耐腐蚀、耐磨损，但环刚度提高受限，耗材较多。         3.提高理想度         3.1“理想机器”         米哈伊尔.奥尔洛夫教授在《发明问题解决基础》“发明战略”篇中说：         制造人工（技术）系统、子系统、组件、零件、元件和材料都是为了完成有效（积极）功能（PF-positive function）。其中的一个功能可能称作主要功能（MPF-main positive function），它决定整个系统（子系统、组件、零件、元件、材料）的任务。其它有效功能属于补充或辅助功能。系统中有不良（消极）功能（NF-negative function），相应的还有主要消极功能（MNF-main negative function），这是系统发展途中的主要障碍。消极功能NF会降低系统完成有效功能的程度，或者出现其它不良效应，比如，对于环境系统来说。         技术系统发展中的一个主要指标是系统尺寸大小的变化情况。这种发展可能朝向两个方向：增加的方向和减少的方向。例如，对于许多交通和加工机械，最典型的就是增加尺寸（步进式挖掘机、油船-干货船或石油运输工具、民航飞机或货运飞机等）。检测测量仪器、通信工具、电脑等则相反，它们具有最小化的趋势。这种现象在TRIZ理论中也指出并分析过，并引导出一个极具建设性的概念“理想机器”。         “理想机器”（IM-ideal machine）这个概念在TRIZ理论中是一个有效比喻，如同“理想功能模式”和“最终理想结果”概念一样，似乎它将后者具体化。然而，这个比喻拥有非常基础性的依据，该依据首次在TRIZ理论中明确形成并得到建设性的应用。         用最敏锐及比喻的方式，对定义表述如下：                                                       理想机器是这样一种解决方式：当达到理想结果时，机器本身并不存在。                   或者：                                                       理想机器是这样一种解决方式：当主要有效功能达到时，花费为零。                             这里指的是：机器应当为零重量，零尺寸、零价值、能量的零需求、零排废等等。         当然，TRIZ理论中的最终理想结果并不是什么随意的魔幻结果，它是一种完全明确而坚决的要求，即在不用毫无根据地使用附加资源、贵重资源或很难得到的资源的前提下得到需要的有效功能模式。         这里应当指出，效率概念本身就不庸俗。而且效率是一个复杂的概念进化系统。但是，尽管效率评价方法不同，技术系统的“理想化”增长是朝着下列战略方向发展的：         1.系统完成的功能数量增加。         2.完成功能的质量提高，通党表现为主要“参数”的增长，例如：速度、功率、生产率等。         3.降低生产和使用系统、使用期结束时（即在技术系统生命周期内）消除系统方面所有形式的开销。         4.减少对环境系统和环境的消极作用。         现在我们来研究一下技术系统中和TRIZ理论中采用的效率评价公式：                                                                                                                       E         =    积极效应总和/  消极效应总和                                 对系统生命周期内系统目的、用途的任何评价都属于积极效应（因素）。         取得积极效应所用开支，以及环境或其它系统受到损害都属于消极效应（因素）。                                                       效应E-评价结果的能用办法。                    如果达到目的的开支很大，那么这种解决办法是低效方法。         目的达到且开支可以接受的解决方法，属于有效或至少是过得去的方法。         如果在达到目的的同时，又得到了额外的、之前未预料到的好处，这种解决方法被认为是高效方法。额外的好处在TRIZ理论中被称作“超效”         正是这种解决方法被称之为发明方法。也正是这样的解决方法首先引起了我们的兴趣。         3.2提高理想度         污水管道系统要求管材具有较高的可靠性，由于管材要承受静荷载、动荷载，所以要求管材要具有较高的环刚度；由于污水具有一定的酸碱度并拌有沙土等，所以要求管材既要耐腐蚀，又要耐磨损。从刚度角度讲，使用钢管有优势，但要耐腐蚀，必须增加管壁厚度，刚度与耗材料矛盾突出；从耐腐蚀耐磨损角度讲，使用塑料管有优势，但当口径超大到一定值时，刚度与耗材矛盾突出。                                                                          污水管材的理想度         =   可靠性（刚度+耐腐蚀）/  材料消耗+磨损+有害介质                      从提高理想度法则出发，在提高管材可靠性的同时，应降低材料消耗，减轻介质对管内壁的流动磨损和减少有害介质的浓度。从塑料材料力学理论考虑，要提高其弹性模量受限，只能另辟新径采用增强设计，但增强设计只是一个实现理想化的命题，究竟应采取怎样的设计方案并使之最接近理想解呢？         3.3建立理想模型         理想化是科学研究中创造性思维的基本方法之一。理想化方法最为关键的部分是思想实验，或称理想实验。         理想化方法的另一个关键部分是如何设立理想模型。理想模型建立的根本指导思想是最优化原则，即在经验的基础上设计最优的模型结构，同时也要充分考虑到现实存在的各种变量的容忍程度，把理想化与现实性结合起来。理想中的优化模型往往具有超前性，这是创新的标志。但是超前性只有在现实条件所容许的情况下，其模型的构造才具有可行性。         建立理想模型：一种管材，既具有钢管的高刚度性能，又具有塑料管的耐腐蚀、耐磨损性能。         4.解决技术矛盾         4.1以塑料管为例         塑料管要提高环刚度，就要增加耗材，技术矛盾是既要提高管材强度，单位重量还要下降。以强度为改善的参数，以运动物体的重量为恶化的参数，交叉之处有4个创新原则--即1号、8号、15号、40号可供选择。         4.1.1创新原则分析与选用         1号分割原则：         ⑴将物体分成独立的部分。         ⑵使物体成为可拆卸的。         ⑶增加物体的分割程度。         8号反重量原则：         ⑴将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消基重量。         ⑵将物体与介质（最好是气动力和液动力）相互作用以抵消其重量。         15号动态原则：         ⑴物体（或外部介质）的特性的变化应当在每一工作阶段都是最佳的。         ⑵将物体分成彼此相对移动的几个部分。         ⑶使不动的物体成为动的。         40号复合材料原则：用复合材料替代单一材料。         4.1.2分析后，选择40号创新原则—复合材料法。         4.2以镀锌钢管为例         镀锌螺旋钢管本身强度好，但不耐腐蚀，不耐磨损，可靠性下降，至使使用寿命降低，因此要改善耐腐蚀、耐磨损性能，即提高可靠性，就要增加镀锌层和钢板厚度，使运动物体重量向恶化方向发展。技术矛盾为可靠性与运动物体重量，查技术矛盾基本特性参数表，可得出3号、8号、10号、40号创新原则供选择。         4.2.1创新原则分析与选用         3号局部性质原则:         ⑴从物体或外部介质（外部作用）的一致结构过渡到不一致结构。         ⑵使物体的不同部分具有不同的功能。         ⑶物体的每部分均应具备最适于它工作的条件。         8号反重量原则：         ⑴将物体与具有上升力的另一物体结合以抵消基重量。         ⑵将物体与介质（最好是气动力和液动力）相互作用以抵消其重量。         10号预先作用原则：         ⑴预先完成要求的作用（整个的或部分的）。         ⑵预先将物体安放妥当，使它们能在现场和最方便地点立即完成所起的作用。         40号复合材料原则：用复合材料替代单一材料。         4.2.2分析后，选择40号创新原则—复合材料法。         5.专业技术原理分析         5.1塑钢复合理论依据         高密度聚乙烯（HDPE）性状:密度为0.941～0.970g/cm3，熔点131℃，有较好的耐磨性、耐寒性、透气性、不透水性、耐化学药品性、电气绝缘性、耐应力开裂性、硬度和机械强度，较高的结晶度，软化点和使用强度，在室温下几乎不溶于任何有机溶剂。在空气中加热或在日光照射易老化作用。         HDPE具有很好的抗冲击性、耐腐蚀性在埋地应用上倍受欢迎，然而由于它较低的弹性模量值，使其在用于大口径管道时，遇到一个不可克服的瓶颈--管环刚度无法提升到符合要求。         按照ISO的定义，环刚度由下式表述：SN=EI/D3当直径D增加1倍，环刚度SN要降低8倍。因而做2000㎜口径的管与做500㎜口径的管技术上的难度不可同日而语。因为直径D增加了4倍使得环刚度减少64倍。若要保持环刚度SN不变，必须通过增加截面惯性矩I或材料弹性模量E至相当倍数，以抵消直径增加的影响。而单靠增加I值是不现实的，因为几十倍I值的增加，意味着材料成本成数十倍的增加，同时当I值增加到一定程度时工艺技术必遭遇难以实现的问题。故必需同时在提升E值方面做文章，才能实现SN值的保持。钢材的高弹性模量刚好使它能够担此重任。以下是钢与HDPE的弹性模量比较。                                       钢与HDPE的弹性模量比较表                                                                                                                                                                                   材料                     短期弹性模量Eb                     长期弹性模量Ebl                     HDPE（PE63）                     758MPa                     110Mpa                     钢                     20700MPa                     20700MPa                           可见长期条件下，钢的弹性模量是HDPE的近200倍。钢的这一卓越性能是钢塑复合的理论基础。         5.2关键技术实现依据         以金属材料与高分子材料复合理论为指导，采用二层共挤技术复合压延工艺，制成塑料（PVC、PE、PP）膜，再与镀锌钢板采用熔融粘贴的工艺制成塑钢复合板材，再以塑钢复合板材为原材料，在专用成管设备上制成塑钢复合螺旋波纹管材。                                  图示说明：1 镀锌铝合金钢板 2 塑料片层 3 黏结层         6.结束语         把所研究的对象理想化是自然科学的基本方法之一。理想化是对客观世界中所存在物体的一种抽象，这种抽象客观世界既不存在，又不能通过实验验证。理想化的物体是真实物体存在的一种极限状态，对于某些研究起着重要作用，如物理学中的理想气体、理想液体、几何学中的点与线等。在TRIZ中理想化是一种强有力的工具，在创新过程中起着重要作用。         塑钢复合螺旋波纹钢管与塑料管材相比，管材刚度大幅度提高；与镀锌螺旋钢管相比抗腐蚀性、耐磨损性能提高。以镀锌钢板作基体材料连续成型为骨架内管，以塑料片层为防腐抗磨材料，使管材的抗压强度指标得到保证，耐腐蚀性、耐磨损性得到保证。由于管材同时具备钢管的高刚度性、塑料管的高防腐性于一身，此项技术工艺为国内领先，产品填补国内空白。
运用创新原理解决安全气囊的自由张开问题             发布时间：2008-05-14           转贴自：赛迪网 　 作者：麦炳                                                               汽车市场的蓬勃发展为广大消费者提供了更多选择，影响消费者购买的因素有很多：品牌、价格、油耗……但安全仍然是第一要素。相信大多数消费者在浏览汽车的有关数据的时候总会注意汽车有没有配置ABS（Anti－lock Break         System，防抱死制动系统）和SRS（Supplemental         Restraint System，安全气囊防护系统）。         目前，在正面碰撞事故中保护乘员安全的前部正面安全气囊技术已经相当成熟，但为了有效地保护侧面碰撞中乘员的安全，有必要开发并安装相应的侧面安全气囊。大多数汽车制造商都打算把气囊安装在座椅皮里面，这种安装方式的优点是显而易见的，安装方便并能最有效地保护车内人员，但由此也产生了一个难题：发生侧面碰撞时，气囊必须穿破座椅皮，才能张开而保护乘员的安全；但在平时，要求座椅皮有很好的强度，不易开裂。各大汽车生产商虽然进行了多次试验和尝试，仍然没有很好地解决这一对矛盾。为此，有专家尝试运用TRIZ理论解决这一矛盾。         运用TRIZ语言描述这一问题就是：气囊可以自由穿出并张开，座椅皮对其没有阻碍。联系日常生活中的常识，我们知道，一件物品的缝合处往往是最薄弱的部位。因此，理想的方案是：在气囊从座椅皮的穿出处设置合理的连接缝，链接处密实地缝合在一起，但气囊在张开时不受任何阻碍或者阻碍极小。         根据分析，这个问题我们可以从以下四个方面考虑：         1） 改进缝合设计；         这是最容易想到的方法。运用TRIZ理论中技术系统进化法则中的提高柔性法则：将缝合处的连接由固定的“线”连接改为“扣”连接，如：把缝合处的座椅皮叠合在一起，以“扣合力”加以连接。在正常使用中，这类连接能够提供足够的张力，而在气囊张开时产生的向外的垂直作用力下，叠合在一起的座椅皮又能够迅速脱离约束，不阻碍气囊的张开。         2） 采取措施使张开时的能量集中在连接缝上；         运用TRIZ理论的40个创新原理中的“逆向思维”（Do It in         Reverse）：如果要使缝合区最薄弱，我们通常会把着眼点放在缝合方式上，而利用这一原理，我们可以通过使缝合区的的强度弱化而达到使其最薄弱的目的，如：在气囊的座椅皮穿出区域上开孔，然后用其它织物连接在座椅皮的孔的边缘上，两片织物就像孔的两扇窗户一样，两织物之间也用缝合的方式连接，这样就能够使缝合区是最薄弱的。这一方法同时也利用了40个创新原理中的“复合材料（Composite         Material）”原理。         3） 降低连接缝的强度；         运用“预先反作用（Prior         Counteraction）”原理，对缝合用线预先进行处理，使其在受到气囊张开时的作用下能够容易地绷断。         4） 改善座椅皮的附着方式。         如果气囊在座椅皮内部就张开，将可能会导致气囊不能穿出座椅皮而无法起到保护作用，因此应考虑将座椅皮与座椅更紧密地连接在一起。可以采用如下方案：运用“合并（Consolidation）”原理，将座椅皮和座椅内的填充物黏合在一起，从而改善座椅皮的附着方式。         汽车，这一古老而又历久愈新的伟大发明，虽然它在现代社会中作为交通工具的身份越来越淡。但“安全”永远是它的主题。早在20世纪八九十年代，全球第二大汽车制造商——福特公司就引入TRIZ理论解决它在汽车设计中的种种问题，并取得了不同寻常的成效。
如何在不产生强气流的情况下实现工作场所的通风?             发布时间：2008-08-18                                                                         应用背景：车间通风         问题描述：         在电子设备的生产车间里，转移焊接产生的气体是很有必要的。如果每个车间都放置一个强力排气通风设备，那么气体能很好的转移。但是由此产生的强气流会使工人们觉得很不舒服，因此我们需要知道如何产生弱气流来转移气体。         解决方法：         我们可以采用的旋风效应来解决这个问题。我们把一个鼓风机放置在排风管道中，倾斜的叶片安装在鼓风机的外表面。这些叶片将产生空气涡流，从而鼓风口中央会产生旋风，吸收焊接气体且不会产生强气流。                                  图 旋风阻止强气流的产生
基于TRIZ理论的家用吸尘器概念设计             发布时间：2008-08-20                                                                         吴国荣，尧优生         摘要: 基于TRIZ的概念设计过程模型，总结了基于TRIZ的概念设计思想方法与设计实践中的操作程序。介绍了TRIZ理论中获得创新设计的理想解和技术冲突解决方法，利用这2种方法提出了高级机器人吸尘器的最终概念设计方案。         关键词: TRIz;理想解;物质一场;冲突矩阵;吸尘器         中图分类号:TB472 文献标识码:A 文章编号:101一3563(207)05一0101一03         ConcePtuslDesignofHouseholdVacuurnCleanerBasedonTRIZ         WU Guo一rong ，YAO You一sheng         Nanchang University，Nanchang 330029 ，China)         Abstract:The operation procedure based on TRIZconceptual design         was summarized.The conflict resolution betweent echnology and ideal         solution of creative design acquired from TRIZ theory was         introduced.The Project of the conceptual design of the highlevel robot         vacuum cleaner was put forward dutilizing.These two kinds of methods.         Key words:TRIZ;idealsolution;material一field;conflictmatrix;vacuumcleane         优雅完美的居室，必须悉心打理，才可保持舒适整洁，有条不紊。吸尘器理想的设计与卓越的科技，令家居清洁工作倍添轻松、快捷，并满足您对每一项清洁要求。它以先进的吸尘鸽、多用途的附件、超强劲的吸力，吸尽每一角落的尘埃，清理难接触的墙角落、天花板、沙发底下到橱柜之间的缝隙，无微不至，令全屋显得干净无暇。在当今科学技术飞速发展的形式下，人们对生活有了更新的追求。随着我国城市化的加剧，人们生活节奏的加快，因此，越来越多的新产品进入到人们的日常生活，取代了越来越多的人力劳动。吸尘器将要成为我国每一个家庭的必需品，它给许多忙碌的人们带来了无穷的便利。吸尘器是一种利用风机和电动机的装置清除室内灰尘的一种家用电器。长期以来，吸尘器都跳不出需要人为管理和充电的使用模式，所以要找准设计定位，自主创新，运用TRIz(Theory of lnventive Problem solving)理论指导吸尘器的创新设计，设计出符合消费者需求并具有市场竞争力的吸尘器产品。         1 TRIZ的概念         TRIZ是俄文中发明问题解决理论的词头。TRIz是专门研究创新和概念设计的理论，已经建立一系列的普适性工具帮助设计者尽快获得满意的领域解〔1〕。它将产品设计的核心—产生新的工作原理过程具体化，并提出了规则、算法与发明原理供设计人员使用，它已成为一种较完善的创新设计理论。其主要研究的内容是产品进化理论、分析、冲突解决原理、物质一场分析、效应以及ARIz等几个方面。分析是TRlz中解决问题的一个重要阶段，包括产品的功能分析、理想解的确定、可用资源分析和冲突区域的确定。在很多设计过程中，理想解的正确提出将得出问题的解。         1.1 理想解(IFR，ldeal Final Result)         TRIZ的一个重要成果是认为产品有级别，产品由低级向高级的方向发展。产品处于进化之中，进化的过程就是产品由低级向高级演化的过程。如果将所有产品作为一个整体，低成本、高功能、高可靠性、无污染等是产品的理想状态。产品处于理想状态的解称为理想解[1]。因此每种产品都朝着它的理想解进化。理想解可采用与技术及实现无关的语言对需要创新的原理进行描述，创新的重要进展往往通过对问题深入的理解所取得。理想解有4个特点:         (1)消除了原系统的不足之处;(2)保持原系统的优点;(3)没有使系统变得更复杂(采用无成本戴可用资源);(4)没有引入新的缺陷。         1.2 理想解的确定步骤         由于理想解是一种与技术无关的理想状态，它使得设计者的思维不囿于传统的解决方法。因而，理想解的正确描述会直接引出问题的解。确定理想解的步骤为:(1)设计的最终目的是什么;(2)理想解是什么;(3)达到理想解的障碍是什么;(4)出现这种障碍的结果是什么;(5)未出现这种障碍的结果是什么，创造这些条件的可用资源是什么。         1.3 物质一场分析[2]         物质一场分析的原理是所有的功能都可分解为2种物质和一种场，即一种功能和由2种物质及一种场的三元件组成。产品是功能的一种实现，因此，可用物质一场分析产品的功能，这种分析方法是TRIZ的工具之一。其模型见图1，图中51及52为物质，F为场。                                  1.4 设计实例         目前市场上出现的吸尘器按照吸尘器内风机和电动机的安装方式以及功率体量         的大小，分为以下几种:1)立式吸尘器。又称直立式戴手推式，从下至上依次安放滤尘袋，风机和电机，吸尘量大。2)卧式吸尘器。从前至后依次安放滤尘袋，风机和电机，吸尘量较大。3)便携式吸尘器。结构安排方式和卧式相同，但尺寸小得多，灵活易于携带。4)微型吸尘器，结构简单，使用灵活，多用干电池作电源。由此看出吸尘器由低级向高级的进化过程，高级别解的产生需要更多的知识。随着人们生活节奏的加快，为了给自己一个清洁的居住环境，吸尘器将受到千家万户的亲睐。我们应该看到这样的上升势头，对吸尘器进行创新设计势在必行，以更新更高级的解创造出更多的市场空间。现在就用确立理想解的5个步骤分析该问题并提出理想解:         (1) 设计的最终目的是什么?清除室内灰尘。(2)理想解是什么?自主获取能量的机器人节能型吸尘器(无需人的管理)。(3)达到理想解的障碍是什么?技术不够成熟。(4)出现这种障碍的结果是什么?在现有技术的基础上寻求创新与突破，寻求替代资源，不断地开发研究。(5)未出现这种障碍的条件是什么?可以利用可再生资源如太阳能、电磁场能等获取能量供电机工作。创造这些条件存在的可用资源是什么?太阳能或电磁场能。对于现有吸尘器可以通过物质一场分析模型见图2。其中: F 为电能和机械能;S1.1为灰尘;51.2为噪声和耗能;52为吸尘器、吸尘器与使用环境的物质一场模型。                                  通过对问题的正确分析，直接得出了一个理想解，提出了家用吸尘器的创新设计概念和构思。但是，并不是所有的问题都可以直接得出理想解。在不少问题的分析过程中，常常会遇到许多矛盾和冲突。这时，可以通过冲突矩阵选择发明原理，以解决冲突，实现创新设计。         2 冲突解决原理         G.S.Altshuler将有利于TRIz解决发明问题的冲突分为两类:物理冲突和技术冲突。物理冲突是指为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时出现了与该特J陛相反的特性。技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害2种结果，也指有价值作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统之间的冲突。通过对250万件专利的详细研究，TRIz理论提出用39个通用工程参数描述冲突。实际应用中，要把组成冲突的双方内部性能用该39个工程参数中的2个来表示。目的是把实际工程设计中的冲突转化为一般的戴标准的技术冲突。同时，该理论还提出了40条发明原理，用以指导冲突的解决和产品的创新设计。         2.1 冲突矩阵[3]         39个工程参数描述了设计问题的问题空间，而40条发明原理则描述了设计问题的解空间。为了得到问题的解，须建立问题空间与解空间之间的映射关系，这个映射关系就是冲突矩阵。首先对特定问题进行一般化处理得到一般问题，然后应用发明原理得出一般问题的一般解，然后将该一般解具体化为该特定问题的解。以下模型提供了设计问题解决的一般思想方法，见图3。                                  2.2 设计实例         对于大部分消费者来说，功能多样、自动吸尘、自动获取能量、无需管理、造型简约、美观、具有装饰效果的吸尘器比较容易受到消费者的亲睐。功能多样、造型简约、美观、具有装饰效果比较容易做到，问题是如何做到自动吸尘、自动获取能量、无需管理。因此可以推出概念化如机器人一样获取太阳能或电磁场能周期性自动吸尘器。设计中存在的冲突为:1)吸尘口与功率的冲突。2)吸尘器的尺寸与滤尘袋尺寸、储能空间的冲突。         现利用冲突矩阵解决该问题。首先在39个标准工程参数中选择并确定技术冲突的二对特定参数。(1)质量提高的参数:应力与压力(NO.12);结构的稳定性(NO.13)。(2)带来负面影响的参数:运动物体的面积(No.5);自动化程度(No.38)。         由冲突矩阵推荐的发明原理为:(1)No.10预操作，No.巧动态化，NO.36状态变化，NO.28机械系统的替代。(2)NO.1分割，NO.8质量补偿，NO.35参数变化。经过分析，根据发明原理提出如下解决方法:         解决冲突一:预操作，通过搏动低压预先疏松灰尘。动态化，将吸尘器的吸尘口设计成可调整大小。         解决冲突二:分割，将滤尘袋分离成过滤袋和收集站两部分。过滤袋小、收集站大。参数变化，在其内部装入一个适当大小的锌片，通过外部数据的设定自动获取能量(如太阳能、吸尘过程中能量的收集等)，自动感知所需的操作，操作自动监控。         该吸尘器的最终概念设计方案是吸尘口可大可小的，机器人似自动操作、自动获取能量、自动归位、周期性作业的高级智能型吸尘器。该款吸尘器的出现将给人们忙碌的家庭带来无穷的便利，你只要将它买回家，一切事情由它来办。并且是一种极具趣味性的概念化新型产品，在未来的岁月里将给吸尘器市场掀起一股新鲜力量。         3 结语         文章将TRIZ理论引入到产品概念设计领域，取得了初步效果。虽然TRIZ为设计问题的解决提供了较为成熟的理论体系和方法，但是，TRIz的研究应用不是一戚而就的事情，如何将问题描述为标准的工程参数就是一个难点，TRIz本身也         还处于不断完善发展之中，我国对TRIz的研究处于起步阶段，因而TRIZ对我国更具有现实意义。
TRIZ发明原理—案例1             发布时间：2008-05-16                                                                         TRIZ发明原理—案例1                   　　分割长柄勺唇缘                   　　挖掘机长柄勺唇缘是由一块硬钢成形的。如果唇缘上某部分磨损或损坏，整个唇缘就必须更换。这是一个极其耗费劳动力和时间的工作，会导致挖掘机停机怠工。         提议使作分割原理，使长柄勺的唇缘更耐用，可以将唇缘分割成单独的可分开的部分。当某一部分损坏或磨损，可以快速且容易地更换。         如图所示：                                            分割原理：         　　—将一个物体分解成互相独立的部分         　　         　　—使物体容易分解         　　         　　—提高物体分解度
TRIZ发明原理—案例2
发布时间：2008-05-16
牵引式人造卫星           　　能否使作同一个太空船在几个位置进行空间探索？     　　     　　提议：使作拆除和局部性质原则改善太空船资源的使用。将太空船（每船带有推进系统）定位到某特定轨道。从母船中发射出一个受缆绳牵引的人造卫星，这样就可以通过缆绳将人造卫星定位在二级轨道上。国此，一个太空船可以同时进行更多研究。     如图所示：                        　　分离/拆分原则     　　     　　—从物体中分离出“纺碍”的部件（或性质），或是挑选出特体中必要的部件（或性质）。
TRIZ发明原理—案例3             发布时间：2008-05-20                                                                         案例-人类舌头味觉接收功能                   　　人类味觉接收器在舌头及软腭上。接收器正好可以对4种刺激做出反应，它们是：         　　         　　甜（如糖）         　　酸（酸生物质如柠檬汁）         　　苦（浓咖啡或奎宁水中的奎宁）         　　咸（如精致食盐）                                            发明原理3-局部性质原则         将物体结构由均衡转变成不均衡，将外部环境由均衡         使物体功能的每个部分处于最适合其操作的条件         使物体的每个部分满足不同但却有用的功能
TRIZ发明原理—案例4             发布时间：2008-05-20                                                                         案例-非对称胎面花纹提供均匀的轮胎磨损                   　　带有对称胎面花纹的充气浩汽车轮胎最外侧区域磨损此最内侧区域磨损快得多                   解决方案：         　　带有非对称胎面的充气轮胎将使磨损更为均匀         　　         　　因此，每个区域有不同的系数，将系统由胎面与道路真实接触区域相对于总体轨迹面积的比率来决定。需桃选整个胎面花纹以确保轮胎的均匀磨损。
如何提高模拟－数字转换器的精度？             发布时间：2007-09-03                                                                         问题描述：          一个企业想要发明并生产一种全新的模拟－数字转换器。为了构建这样的转换器，需要使用基于运算放大器和电容器的取样－保持电路。这种电路能够在一定的时间内获得连续信号的值，并保证该值的实时性。为了提高精度，必须提高取样－保持时间比率，但这受到电容器性能的限制。                                  图1.传统电路         解决方法：          发明问题解决算法（ARIZ）可以让我们从非传统的角度来分析和解决这个问题。对该电路做一个小的改动就可以使取样－保持时间比率提高500多倍。                                  图2.提高取样－保持时间比率的电路
物场分析法在坑井安全作业的应用                 发布时间：2009-01-07                                                                                             黑龙江电力职工大学 TRIZ理论研究中心副教授孙国强                                          一、   原始问题           在生产和市政中,吊物孔和检修井均用盖板覆盖，用来防止人员及杂物坠落坑井内。当工作人员将这些坑井的盖板打开进行相应的工作时，为了防止坠落的发生，采用的安全措施是用临时“安全拦网”等措施将打开的坑井围起来，以提醒在坑井附近作业的工作人员及过往人员注意人身安全，避免坠落。临时安全拦网受自身条件所限，只能拦阻重量较轻、体积较大的物品，对于人员、较重的物品以及体积较小的物品无法进行有效的拦阻，所以围在打开了的坑井四周的“安全拦网”只起到了警示效果，并未真正起到安全拦阻的作用,属于软防护，软防护不能从根本上消除安全隐患，如图1所示。                                          二、物场分析法的基本原理                 物场分析法是使用符号表达技术系统变换的建模技术，它以解决问题中的各种矛盾为中心，通过建立系统内的模型,正确地描述系统的构成要素以及构成要素之间相互联系。它认为：           1．所有的功能都能分解成为三个基本元素（两个物质一个场）。           2．只有三个基本元素以合适的方式组合，才能完成一个动作，实现一种功能。            最基本的物场包括两种物质和一种场，两种物质分别为工具和作用对象，工具通过各种场对作用对象发生作用。物质间的作用通常分为有用的作用，有害的作用，不足的作用，充分的作用。下面的两个模型分别描述了有用的作用和有害的作用。                                                                  三、物场分析法在坑井安全作业的应用           1. 技术系统分析           在原始问题——坑井作业技术系统中，坑井是工具，作用对象（系统作用的客体）是人（或物），坑井通过机械场（势能）对人作用，坑井对人（或物）的作用是有害的作用。希望该技术系统能有效防止“坠井”事故的发生。在作业时，井盖需要移走，坑井及坑井周围是操作空间，人需要进入坑井作业，又要避免过往行人坠入坑井，存在明显的矛盾。           通过以上分析我认为，坑井作业技术系统的物场模型属于有害完整模型：功能的三个要素均存在，但产生了与设计者追求的目标相反的效果。坑井作业技术系统的物场模型为：                                                                     2．物场分析法在坑井安全作业的应用           在有害物场中如果存在相互矛盾的相互作用——既有益又有害，那么需要破坏有害的，保留有益的。根据物场破坏的规则1：如果物场中的两个物质之间出现相互关联——有益和有害的，而且物质的直接接触不是必须的，则解决问题的方式可以是把第三个“免费的”或便宜的物质引入到两个物质之间。           作业人员需要通过坑井作业，打开盖的坑井又有可能造成过往行人坠落，解决这个物理矛盾，可用空间分离，加入第三个物质，在坑井及其周围形成操作空间，第三个物质把过往行人与操作空间隔离，从而破坏了坑井对人的有害作用，在操作空间内作业人员可以通过坑井作业，从而保留了有益的作用。物场模型转换如下：                                                                                                                                                              四．问题解决方案           在图1中，采用了警示锥(或安全拦网)作为第三种物质，只能起到警示作用，对于人员、较重的物品以及体积较小的物品无法进行有效的拦阻，即这种安全防护作用是弱的，是不充分的，物场模型为：                                                                                                                                                                                                                           应该强化第三种物质的安全防护作用，彻底消除坑井对人的有害作用。加入的第三种物质最好是免费的、便宜的，通过对该技术系统及其子系统、超系统的资源分析，坑井的井盖可作为重要的物质资源和功能资源，再利用坑井及其周围的空间资源，解决方案见下面图。           非作业时，盖板起到覆盖坑井作用；坑井作业时，盖板起到防护作用，同时，盖板与护栏、护板共同形成硬防护，有效地防止了坠井事故的发生。安全组合盖板作为加入的第三个物质，系统的物场模型为：                                            在解决方案中，充分利用了嵌套原理，护栏与盖板可以嵌套组合，并充分利用了盖板背面的空间资源。这一安全组合盖板已经申请了发明专利，专利名称：一种多功能坑井防护盖板  专利申请号：200810137191.0 。                                                                   　                         4TRIZ解决采煤机截割部方案设计示例 煤炭资源井工式机械化开采的工作面比较狭小，环境恶劣。在一定采高下，为了提高煤炭的生采率，操作工人希望滚筒式采煤机的截割功率越大越好，但是由于地质条件或技术条件的限制，又不能过度增大采煤机的高度，以安装更大功率的截割电机；而同时管理部门又希望开采能耗越低越好。如何利用TRIZ理论解决这一矛盾。 该技术系统的理想度可以定义如下：      从提高理想度法则出发，应提高煤炭生产率的同时，降低采煤能耗、粉尘和截割刀具的耗损。从煤炭截割理论考虑，粉尘量往往与采落煤炭的块度负相关，即煤块度越大，粉尘量相对越小，这就要求尽可能提高煤的块度。但是煤块度增大，必须增大刀具的截割深度，这又受到截割刀具的强度、工作机构结构等限制。因此，开采下来的煤块不能太大又不能太小，体现出物理矛盾的存在。当利用分离原理很难处理这一矛盾的情况下，可以通过技术矛盾的角度来解决这一问题。 通过对39条技术矛盾特性参数分析可以从改善No.19动物耗能和No.39生产量/生产率两个特性参数出发。对应改善特性参数，可能恶化参数如表4、表5所示。      从改善动物耗能出发推荐的解决方法为：No.5组合法，No.13逆向作用法，No.18机械振动法，No.24中介法， No.35性能转变法。 从改善生产量/生产率出发推荐的解决方法为：No.2 提取法，No.10预先作用法，No.18机械振动法，No.20有效运作持续法，No.23反馈法，No.28系统替代法，No.35性能转变法。 经过分析，根据发明原理提出如下几个解决方案： （1）利用No.5组合法，在不增加机身高度前提下，对每一个工作机构采用双电机联合驱动，增大截割功率。 （2）采用No.18机械振动法，利用附加机械振动装置，实现振动截割降低能耗，增大采煤机截煤效果。 （3）利用No.10预先作用法和No.24中介法，采用高压辅助水射流技术进行辅助截割，增大煤的裂隙降低煤的截割强度，从而达到提高理想度的目的。 （4）综合运用（1）～（3）。                                                                   　                                                                                                                                                     发布时间：2008-07-09                                                                                             韩立芳,张明勤,李海青,臧德江,石海龙           (山东建筑大学机电工程学院,山东济南250101)                     摘　要:将TRIZ(theory of inventive problem solving )技术冲突解决原理应用于新型立体车库的创新设计研究.首先对“寸土寸金”的现今社会中存在的“停车难”问题作了调查分析,引出立体车库的发展背景、应用趋势,并对其类型和不足进行分析;然后针对旅游风景区内车位不足现状,基于TRIZ理论的技术冲突分析解决理论,分析、选择、确定了可行的发明原理,给出了双环拱型分体轿箱垂直旋转式立体车库的创新性设计方案,并详细介绍了基于三维设计软件Pro/E,CAXA和3ds Max的结构创新设计和效果渲染,充分阐述了该设计的创新性、可行性;并对其总体设计作了设计评价;最后对该新型立体车库的应用价值及前景作了进一步展望.关键词:TRIZ;垂直旋转;立体车库;创新设计                     　　随着经济的快速发展和人民生活水平的提高,世界各大中城市汽车的拥有量急剧增加［1］,在“寸土寸金”的现今社会,公共场所及社区内存在的车挤绿地、停车难等问题已越来越突出,“车库”日渐成为热门话题.为了解决停车车位占地面积与住户商用面积的矛盾,立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性而应运而生,其应用前景已被广大业内人士所关注.                          目前,国家质量监督检验检疫总局颁布的《特种设备目录》中,把机械式停车设备分为九大类［2］,即:升降横移式、巷道堆垛式、垂直升降式、垂直循环式、水平循环式、多层循环式、平面移动式、简易升降式、汽车专用升降机式.各类型立体车库的研发已达到一定先进水平,但皆未得到充分推广,因存在一定不足:设备机构复杂,实用性差,高峰期存取车时间长,甚至超出消费者的心理承受时间界限;其次,与司机思维有关,认为其易发生严重故障,停取车不方便,收费高;再者,此类停车场一般位置隐蔽且无明显标识.同时现有立体车库外型适合建造于高楼耸立的繁华市区,若建造于自然风景旅游区内,会显得突兀、单调,与自然不协调.                          目前许多旅游风景区旅游资源丰富,每逢节假日特别是黄金周期间,进入各大景区的游客数量剧增,景区及其周边的停车场负荷极大,基本都出现停车位短缺现象.如青岛每年的旅游高峰期,沿海一线主干道出现车位难找,致使旅游时间被压缩,旅游质量下降,影响岛城旅游形象(旅游联盟2007-03-17提供:旅游资源大全,免费旅游交易平台,旅游社区,旅游软,www.tourunion.com).因此研究开发一种经济、美观、实用的新型立体车库,充分利用有限的地面和空间,大幅增加停车位数目,在旅游区显得尤为重要.           1　基于TRIZ的新型立体车库方案设计                 针对城市旅游风景区等区域停车难、与现有立体车库类型不相配问题,本文基于TRIZ理论指导进行了创新性方案设计、论证与结构设计,提出一种“双环拱型分体轿箱垂直旋转式”新型立体车库.            1.1　TRIZ的主要理论及方法的研究                 发明问题解决理论TRIZ［3-9］被认为是目前最全面系统地论述发明创造、实现技术创新的新理论.运用这一理论,可大大加快人们创造发明的进程,而且能得到高质量的创新产品.TRIZ是一种建立在技术系统演变规律基础上的问题解决系统.技术系统演变的8个模式、39个           通用工程参数、40条发明原理、39×39冲突解决矩阵、76个标准解、发明问题解决算法(ARIZ)以及工程知识效应库等一同构成了TRIZ的理论与方法体系［5］.                 TRIZ认为,产品进化过程就是不断解决产品所存在冲突的过程,设计人员在设计过程中不断地发现并解决冲突,是推动其向理想化方向进化的动力.技术冲突是典型的工程妥协问题,即当提高系统某一技术特性(参数)时,另一特性(参数)会恶化.TRIZ创新原理的核心就是解决技术系统中存在的冲突,冲突解决矩阵是解决技术冲突的有效工具.它是由TRIZ研究者通过专利分析确定的39个通用工程参数和40条发明原理及其它们之间的对应关系组成的.一旦技术问题抽象成技术冲突的形式,就要用该问题所处的技术领域中的特定术语描述这个冲突,然后将这个冲突转换成TRIZ的通用工程参数,最后由通用工程参数在技术冲突解决矩阵中选择可用的发明原理［9］.           1.2　基于TRIZ技术冲突解决原理的立体车库结构创新方案设计           　　因传统的立体车库与景观的相容性较差,且存取车效率较低,不适合车辆拥挤、存取频率较高的旅游风景区.为了解决此停车难和停车车位占地面积与景观及绿化面积的矛盾,在可能的情况下应该对现有立体车库进行改造,增加其自身“魅力”;同时考虑到旅游旺季与淡季所需车位数差距较大,建造大型固定式立体车库成本高,淡季时会出现闲置状况,浪费资源,因此,开发一与旅游区现有停车场相配合的既能泊车又能美化景观的多功能组装式立体车库尤为必要.                          基于TRIZ理论的技术冲突解决原理分析存在的矛盾,可以得到一系列的发明原理,在这些原理的指导下可以找到改进创新的方向,技术冲突分析见表1.综合考虑各影响因素的作用及查找到的发明原理给出的设计方向,拟定设计半地上半地下组装式垂直旋转式立体车库,在景观区建设一外观貌似巨大摩天轮的新型立体车库,给风景区添加一壮观景象,再加以装饰,使之与自然浑然一体,实现停车景观两相宜.                                          2　基于三维建模软件的结构创新设计                 依据冲突分析和“动态化”、“机械系统的替代”、“参数变化”、“抛弃与修复”、“不对称”、“未达到的或超过的作用”等发明原理引导,综合考虑结构设计及周边环境因素,采用“双环拱型分体轿箱垂直旋转式立体车库”结构.本文介绍基于三维设计软件           Pro/E,CAXA和3ds Max对其结构所作的详细设计.                          此方案设计中存在许多关键技术,如增加泊车位、实现稳态驱制动、实现快速停取车、实现组装式安装和设计支撑结构等.综合考虑各项技术要求与可操作性,基于TRIZ冲突分析理论,本设计采用组装式双环单侧支撑双驱动式垂直旋转式立体车库,双环增加了泊车位,双驱制动提高了停取车效率并节约能源,链传动或柱销传动实现其稳态驱制动,组装式安装有利于设备的运输、安装与拆卸.技术冲突参数分析见表2.                                                                                            表2　分析多环问题技术冲突参数表                                                  Table 2　The table of           technical conflict parameters for analyzing multi-annulus problems                                                          为了便于运输和安装,本立体车库创新性地采用了标准节结构形式,把内外环每个轿箱分别做成标准节,如图1(a)所示.该车库为双环半地下式,主轴固定在轴承上,轴承安装在地面上的轴承座上.主轴的一边套有套筒,套筒内缘与主轴之间采用键联接,套筒外缘焊接法兰盘;主轴的另一边安装滑动轴承,滑动轴承的外套上焊接法兰盘,法兰盘上用高强螺栓联接用角钢做成的支臂,形成单侧轮辐支撑系统.各支臂之间设计为网架结构,增强其强度、刚度和稳定性.每个轿箱都联接于支臂上,轿箱与轿箱之间采用螺栓联接成拱型结构,见图1和图2.各标准           节之间相互支撑力,从而减小整环对支臂的弯矩,其主要用于承受重量和传递动力.                                                                     载车台为重力自平衡式调节,两侧设有6组滚轮,每组两个滚轮,由于重力作用,载车台在随车库公转的同时也产生自转,实现载车台始终保持水平.为了增加载车台支撑点,标准节内设有三环T型钢弯成的轨环形道,采用T型钢可以使两轮子分布于腹板两侧,防止轮子脱离轨道.                                                         为降低驱动力、节约能源,内外环驱制动安置在每环的外缘.拱型环的每个轿箱标准节外侧联接一定厚度的弧形板(见图3),使之形成一圆环,在圆环周向安置与链条相啮合的弧形齿条或与柱销相配合的柱销孔.内外环总体装配如图3所示,应用场景效果图如图4所示,可见此新型立体车库与外部环境构成了浑然一体的靓丽风景.                                                    图4　渲染效果图           Fig.4　Romanced imagine           picture                     3　设计评价                 该“双环拱型分体式轿箱旋转立体车库”采用轿箱标准节式、垂直旋转方式,结构、工艺、安装、维修均较简单,功能齐全,拆装方便,具有新颖性、实用性、安全性、环保性、节能性、景观性和经济性等优点.此外该新型车库还有以下几方面特点:                 (1)在车库外围建设防护罩,可防雨、防风、防晒.                 (2)据资料分析,平面自走式停车场,含场内车道每车位平均需要25~30 m2;而该车库含场外车道每车位平均需要6~8            m2,大大减少了占地面积,提高了地面利用率.                  (3)该车库与现有存容量相当的立体车库相比,存取时间短.根据停车设备设计要求,最远存车位一次取车时间少于2 min.该车库内外环可正反转且独立驱动,最远存车位为外环离进出口1/4圆周处,满负荷运行时32辆车依次取出(存入)作业的时间小于40 min.而普通立体车库,高峰取车时间依次取车时间过长,依次取车第20辆需30 min以上.                 (4)该设计考虑到旅游旺季和淡季车位需求量的差距,采取拆装方便的标准节式组装方式,总体框架也是采用大型型材组装而成,从而可根据需求不同进行拆装,避免了设备的长期闲置,节约资源,提高其利用率.           4　结　论                设计有原始的自主创新性,外形美观,占地面积小,存容量大,易于安装制造,存储自动化、效率高,对旅游风景区、已有或将建地下停车场的公共场所有着极大的经济、实用价值.该新型立体车库结构已申请发明专利和实用新型专利.该设计目前还存在一定的不足,其设计结构仍存在待优化部分,需进一步进行实验研究,从而完善其结构,进一步降低成本,提高安全性.                                                                                                                                                                                                               　                                                                                                                                                                                                                                                                 TRIZ理论中的创造性问题分析方法                                 发布时间：2008-10-21
基于TRIZ的新型立体车库创新设计 发布时间：2008-07-09          韩立芳,张明勤,李海青,臧德江,石海龙   (山东建筑大学机电工程学院,山东济南250101)   摘　要:将TRIZ(theory of inventive problem solving )技术冲突解决原理应用于新型立体车库的创新设计研究.首先对“寸土寸金”的现今社会中存在的“停车难”问题作了调查分析,引出立体车库的发展背景、应用趋势,并对其类型和不足进行分析;然后针对旅游风景区内车位不足现状,基于TRIZ理论的技术冲突分析解决理论,分析、选择、确定了可行的发明原理,给出了双环拱型分体轿箱垂直旋转式立体车库的创新性设计方案,并详细介绍了基于三维设计软件Pro/E,CAXA和3ds Max的结构创新设计和效果渲染,充分阐述了该设计的创新性、可行性;并对其总体设计作了设计评价;最后对该新型立体车库的应用价值及前景作了进一步展望.关键词:TRIZ;垂直旋转;立体车库;创新设计   中图分类号:TH218　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1006-754X(2008)02-0086-04                                           Innovative design of new-style stereo garage based on TRIZ                                     HAN Li-fang, ZHANG Ming-qin, LI Hai-qing, ZANG De-jiang, SHI Hai-long          (College of Mechanical and Electronic   Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China)   Abstract:TRIZ conflict resolving theory was applied to innovative   design of stereo garage. Firstly, a survey was done on the“difficulty of   parking”in modern society, in which space was extremely valuable. Then, the   development background and application trend of stereo garage were proposed.   Analysis on its type and shortcomings was conducted. Aiming at the problem of   deficiency of parking space in scenic place, based on technical conflict   analysis resolving theory of TRIZ theory, feasible inventing principle was   analyzed, selected and determined. An innovative design scheme of   twin-ring-arch assembly vertical-tum stereo garage was proposed. Innovative   structure design and romance effect based on Pro/E, CAXA and 3ds Max were   introduced with   detailed, in which the innovation, feasibility of this design was   sufficiently expounded. Moreover, design evaluation on the overall design is   conducted. Finally, the application value and prospect of this new type of   stereo garage was done.   Key words:TRIZ; vertical turn; stereo garage; innovative design   　　随着经济的快速发展和人民生活水平的提高,世界各大中城市汽车的拥有量急剧增加［1］,在“寸土寸金”的现今社会,公共场所及社区内存在的车挤绿地、停车难等问题已越来越突出,“车库”日渐成为热门话题.为了解决停车车位占地面积与住户商用面积的矛盾,立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性而应运而生,其应用前景已被广大业内人士所关注.      目前,国家质量监督检验检疫总局颁布的《特种设备目录》中,把机械式停车设备分为九大类［2］,即:升降横移式、巷道堆垛式、垂直升降式、垂直循环式、水平循环式、多层循环式、平面移动式、简易升降式、汽车专用升降机式.各类型立体车库的研发已达到一定先进水平,但皆未得到充分推广,因存在一定不足:设备机构复杂,实用性差,高峰期存取车时间长,甚至超出消费者的心理承受时间界限;其次,与司机思维有关,认为其易发生严重故障,停取车不方便,收费高;再者,此类停车场一般位置隐蔽且无明显标识.同时现有立体车库外型适合建造于高楼耸立的繁华市区,若建造于自然风景旅游区内,会显得突兀、单调,与自然不协调.      目前许多旅游风景区旅游资源丰富,每逢节假日特别是黄金周期间,进入各大景区的游客数量剧增,景区及其周边的停车场负荷极大,基本都出现停车位短缺现象.如青岛每年的旅游高峰期,沿海一线主干道出现车位难找,致使旅游时间被压缩,旅游质量下降,影响岛城旅游形象(旅游联盟2007-03-17提供:旅游资源大全,免费旅游交易平台,旅游社区,旅游软,www.tourunion.com).因此研究开发一种经济、美观、实用的新型立体车库,充分利用有限的地面和空间,大幅增加停车位数目,在旅游区显得尤为重要.   1　基于TRIZ的新型立体车库方案设计         针对城市旅游风景区等区域停车难、与现有立体车库类型不相配问题,本文基于TRIZ理论指导进行了创新性方案设计、论证与结构设计,提出一种“双环拱型分体轿箱垂直旋转式”新型立体车库.    1.1　TRIZ的主要理论及方法的研究         发明问题解决理论TRIZ［3-9］被认为是目前最全面系统地论述发明创造、实现技术创新的新理论.运用这一理论,可大大加快人们创造发明的进程,而且能得到高质量的创新产品.TRIZ是一种建立在技术系统演变规律基础上的问题解决系统.技术系统演变的8个模式、39个   通用工程参数、40条发明原理、39×39冲突解决矩阵、76个标准解、发明问题解决算法(ARIZ)以及工程知识效应库等一同构成了TRIZ的理论与方法体系［5］.         TRIZ认为,产品进化过程就是不断解决产品所存在冲突的过程,设计人员在设计过程中不断地发现并解决冲突,是推动其向理想化方向进化的动力.技术冲突是典型的工程妥协问题,即当提高系统某一技术特性(参数)时,另一特性(参数)会恶化.TRIZ创新原理的核心就是解决技术系统中存在的冲突,冲突解决矩阵是解决技术冲突的有效工具.它是由TRIZ研究者通过专利分析确定的39个通用工程参数和40条发明原理及其它们之间的对应关系组成的.一旦技术问题抽象成技术冲突的形式,就要用该问题所处的技术领域中的特定术语描述这个冲突,然后将这个冲突转换成TRIZ的通用工程参数,最后由通用工程参数在技术冲突解决矩阵中选择可用的发明原理［9］.   1.2　基于TRIZ技术冲突解决原理的立体车库结构创新方案设计   　　因传统的立体车库与景观的相容性较差,且存取车效率较低,不适合车辆拥挤、存取频率较高的旅游风景区.为了解决此停车难和停车车位占地面积与景观及绿化面积的矛盾,在可能的情况下应该对现有立体车库进行改造,增加其自身“魅力”;同时考虑到旅游旺季与淡季所需车位数差距较大,建造大型固定式立体车库成本高,淡季时会出现闲置状况,浪费资源,因此,开发一与旅游区现有停车场相配合的既能泊车又能美化景观的多功能组装式立体车库尤为必要.      基于TRIZ理论的技术冲突解决原理分析存在的矛盾,可以得到一系列的发明原理,在这些原理的指导下可以找到改进创新的方向,技术冲突分析见表1.综合考虑各影响因素的作用及查找到的发明原理给出的设计方向,拟定设计半地上半地下组装式垂直旋转式立体车库,在景观区建设一外观貌似巨大摩天轮的新型立体车库,给风景区添加一壮观景象,再加以装饰,使之与自然浑然一体,实现停车景观两相宜.      2　基于三维建模软件的结构创新设计         依据冲突分析和“动态化”、“机械系统的替代”、“参数变化”、“抛弃与修复”、“不对称”、“未达到的或超过的作用”等发明原理引导,综合考虑结构设计及周边环境因素,采用“双环拱型分体轿箱垂直旋转式立体车库”结构.本文介绍基于三维设计软件   Pro/E,CAXA和3ds Max对其结构所作的详细设计.      此方案设计中存在许多关键技术,如增加泊车位、实现稳态驱制动、实现快速停取车、实现组装式安装和设计支撑结构等.综合考虑各项技术要求与可操作性,基于TRIZ冲突分析理论,本设计采用组装式双环单侧支撑双驱动式垂直旋转式立体车库,双环增加了泊车位,双驱制动提高了停取车效率并节约能源,链传动或柱销传动实现其稳态驱制动,组装式安装有利于设备的运输、安装与拆卸.技术冲突参数分析见表2.                                                                  表2　分析多环问题技术冲突参数表                                  Table 2　The table of technical conflict parameters for analyzing multi-annulus   problems              为了便于运输和安装,本立体车库创新性地采用了标准节结构形式,把内外环每个轿箱分别做成标准节,如图1(a)所示.该车库为双环半地下式,主轴固定在轴承上,轴承安装在地面上的轴承座上.主轴的一边套有套筒,套筒内缘与主轴之间采用键联接,套筒外缘焊接法兰盘;主轴的另一边安装滑动轴承,滑动轴承的外套上焊接法兰盘,法兰盘上用高强螺栓联接用角钢做成的支臂,形成单侧轮辐支撑系统.各支臂之间设计为网架结构,增强其强度、刚度和稳定性.每个轿箱都联接于支臂上,轿箱与轿箱之间采用螺栓联接成拱型结构,见图1和图2.各标准   节之间相互支撑力,从而减小整环对支臂的弯矩,其主要用于承受重量和传递动力.                   载车台为重力自平衡式调节,两侧设有6组滚轮,每组两个滚轮,由于重力作用,载车台在随车库公转的同时也产生自转,实现载车台始终保持水平.为了增加载车台支撑点,标准节内设有三环T型钢弯成的轨环形道,采用T型钢可以使两轮子分布于腹板两侧,防止轮子脱离轨道.           为降低驱动力、节约能源,内外环驱制动安置在每环的外缘.拱型环的每个轿箱标准节外侧联接一定厚度的弧形板(见图3),使之形成一圆环,在圆环周向安置与链条相啮合的弧形齿条或与柱销相配合的柱销孔.内外环总体装配如图3所示,应用场景效果图如图4所示,可见此新型立体车库与外部环境构成了浑然一体的靓丽风景.            图4　渲染效果图   Fig.4　Romanced imagine picture   3　设计评价         该“双环拱型分体式轿箱旋转立体车库”采用轿箱标准节式、垂直旋转方式,结构、工艺、安装、维修均较简单,功能齐全,拆装方便,具有新颖性、实用性、安全性、环保性、节能性、景观性和经济性等优点.此外该新型车库还有以下几方面特点:         (1)在车库外围建设防护罩,可防雨、防风、防晒.         (2)据资料分析,平面自走式停车场,含场内车道每车位平均需要25~30 m2;而该车库含场外车道每车位平均需要6~8 m2,大大减少了占地面积,提高了地面利用率.          (3)该车库与现有存容量相当的立体车库相比,存取时间短.根据停车设备设计要求,最远存车位一次取车时间少于2 min.该车库内外环可正反转且独立驱动,最远存车位为外环离进出口1/4圆周处,满负荷运行时32辆车依次取出(存入)作业的时间小于40 min.而普通立体车库,高峰取车时间依次取车时间过长,依次取车第20辆需30 min以上.         (4)该设计考虑到旅游旺季和淡季车位需求量的差距,采取拆装方便的标准节式组装方式,总体框架也是采用大型型材组装而成,从而可根据需求不同进行拆装,避免了设备的长期闲置,节约资源,提高其利用率.   4　结　论        设计有原始的自主创新性,外形美观,占地面积小,存容量大,易于安装制造,存储自动化、效率高,对旅游风景区、已有或将建地下停车场的公共场所有着极大的经济、实用价值.该新型立体车库结构已申请发明专利和实用新型专利.该设计目前还存在一定的不足,其设计结构仍存在待优化部分,需进一步进行实验研究,从而完善其结构,进一步降低成本,提高安全性.