TRIZ理論在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉峰 宋徐 樂金希

摘 要：針對(duì)現(xiàn)有的難以移動(dòng)，笨重的籃球架，運(yùn)用TRIZ沖突求解工具對(duì)其技術(shù)沖突進(jìn)行具體分析，根據(jù)沖突解決矩陣找出解決方案，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際情況，對(duì)其伸縮機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)踐證明經(jīng)改進(jìn)的籃球架結(jié)構(gòu)簡單，同時(shí)制造成本得以降低，完全達(dá)到了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：TRIZ；籃球架；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；移動(dòng)機(jī)構(gòu)

一、 引言

伴隨著生活水平的不斷提高，越來越多的人開始重視健康問題，而運(yùn)動(dòng)作為健身的主要方式得到了廣泛認(rèn)同?；@球作為國人最喜愛的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之一，集娛樂與鍛煉于一體，得到了迅猛的發(fā)展。如今籃球場隨處可見，作為關(guān)鍵器材的籃球架大多采用埋地式和固定式，不僅在后期維護(hù)、產(chǎn)品更換方面頗為不便，而且易受外界環(huán)境的影響縮短使用壽命。因此，設(shè)計(jì)一種安全、方便地可伸縮、便于移動(dòng)的籃球架具有很大的必要性和現(xiàn)實(shí)意義。

二、 TRIZ沖突分析

TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）是由蘇聯(lián)發(fā)明家G. S. Altshuller在1946年創(chuàng)立的發(fā)明問題解決理論，它為人們創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題提供了系統(tǒng)的理論和方法工具，主要內(nèi)容包括ARIZ算法、物-場分析理論及沖突解決理論等。作為TRIZ中的一個(gè)主要工具，TRIZ沖突解決理論包括了技術(shù)沖突解決原理和物理沖突解決原理。在技術(shù)沖突解決原理中，TRIZ提出了描述技術(shù)沖突的39個(gè)通用工程參數(shù)和解決技術(shù)沖突的40項(xiàng)發(fā)明原理，然后以此構(gòu)建了一個(gè)39×39的矛盾矩陣表，矩陣中的第一行代表39個(gè)需要改進(jìn)的工程參數(shù)，第一列代表39個(gè)引起惡化的工程參數(shù)，行列交叉構(gòu)成技術(shù)矛盾，交叉處列出了解決技術(shù)矛盾所推薦的發(fā)明原理的系列號(hào)，解決了設(shè)計(jì)過程中選擇發(fā)明原理的難題。在TRIZ技術(shù)沖突理論中解決問題的常用流程如圖1所示。

為解決現(xiàn)有籃球架難以移動(dòng)及占地較大的局限，預(yù)期設(shè)計(jì)一種操作方便、穩(wěn)定性好，且具備伸縮移動(dòng)功能的新型籃球架。利用TRIZ沖突求解工具，將現(xiàn)有籃球架存在的結(jié)構(gòu)沖突采用39個(gè)通用工程參數(shù)抽象成一般的工程問題，其中需要改進(jìn)的特性參數(shù)主要有以下兩個(gè)：

1. 為實(shí)現(xiàn)籃球架的升降收縮的功能，會(huì)導(dǎo)致籃球架裝置整體結(jié)構(gòu)原件的增多，會(huì)影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以通過TRIZ通用工程參數(shù)將該問題描述成：形狀（No.12）、結(jié)構(gòu)的可靠性（No.27）、可操作性（No.33）與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（No.13）、裝置的復(fù)雜性（No.36）之間的技術(shù)沖突。

2. 為實(shí)現(xiàn)籃球架的自由移動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致操作性改變，同時(shí)使局部結(jié)構(gòu)受力變大和局部結(jié)構(gòu)的變化，可以通過TRIZ通用工程參數(shù)將該問題描述成：適應(yīng)性及多用性（No.35）、應(yīng)力或壓力（No.11）、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性（No.13）之間的技術(shù)沖突。

由表1可知，對(duì)于沖突1，可以采用第10，14，15，34條發(fā)明原理進(jìn)行求解；對(duì)于沖突2可以采用第33，1，18，4條發(fā)明原理進(jìn)行求解；對(duì)于沖突3可以采用第16，29，1，28條發(fā)明原理進(jìn)行求解；對(duì)于沖突4可以采用第10，24，35，19條發(fā)明原理進(jìn)行求解；對(duì)于沖突5可以采用第15，3，29條發(fā)明原理進(jìn)行求解；對(duì)于沖突6可以采用第2，32，12條發(fā)明原理進(jìn)行求解；對(duì)于沖突7可以采用第32，35，30條發(fā)明原理進(jìn)行求解；對(duì)于沖突8可以采用第32，26，12，17條發(fā)明原理進(jìn)行求解；對(duì)于沖突9可以采用第35，16條發(fā)明原理進(jìn)行求解；對(duì)于沖突10可以采用第15，37，1，8條發(fā)明原理進(jìn)行求解；對(duì)于沖突11可以采用第15，29，37，28條發(fā)明原理進(jìn)行求解。

根據(jù)本設(shè)計(jì)的目標(biāo)要求和籃球架的實(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，由上述矛盾矩陣推薦的發(fā)明原理進(jìn)行具體分析，可知其中17，26和29條發(fā)明原理在籃球架創(chuàng)新設(shè)計(jì)中具有一定的指導(dǎo)意義，該三條創(chuàng)新原理的應(yīng)用如下：

1. 17條維數(shù)改變原理，考慮將收縮籃球架時(shí)需要的上下升降與前后折疊兩個(gè)先后運(yùn)動(dòng)過程，合并成一個(gè)三維空間的收縮過程。

2. 26條復(fù)制原理，為達(dá)到節(jié)省時(shí)間和資金等目的，利用替代品替代原物?？紤]對(duì)原有的籃球架結(jié)構(gòu)和形狀進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，來解決籃球架制造復(fù)雜及成本高的問題。

3. 29條氣壓與液壓結(jié)構(gòu)原理，通過液壓結(jié)構(gòu)來替代原有的固定件?？紤]運(yùn)用液壓裝置實(shí)現(xiàn)前輪的收放。

三、 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析提供的發(fā)明原理，在籃球架的伸縮和可移動(dòng)兩大方面，在原有基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了多個(gè)優(yōu)化方案，經(jīng)過論證和優(yōu)化，我們最終選取了如下方案。

1. 在籃球架的升降結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面，根據(jù)維數(shù)改變原理與氣壓和液壓結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)機(jī)構(gòu)同時(shí)完成升降與折疊運(yùn)動(dòng)，如圖2所示當(dāng)籃球架工作時(shí)通過控制液壓裝置的伸長推動(dòng)連桿1，連桿1帶動(dòng)連桿2和連桿3，連桿3帶動(dòng)連桿4，當(dāng)連桿1運(yùn)動(dòng)到豎直時(shí)，液壓裝置停止伸長，同時(shí)連桿2起支撐作用固定住連桿1與連桿3，使整個(gè)機(jī)架完成伸展，實(shí)現(xiàn)籃球架的展開。當(dāng)需要移動(dòng)籃球架時(shí)通過控制液壓裝置的收縮拉動(dòng)連桿1，連桿1帶動(dòng)連桿2和連桿3，連桿3帶動(dòng)連桿4，液壓裝置停止收縮，同時(shí)連桿2起支撐作用固定住連桿1與連桿3，使整個(gè)機(jī)架達(dá)到收縮的效果，實(shí)現(xiàn)籃球架的收縮。

2. 根據(jù)氣壓與液壓結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，如圖3所示該機(jī)構(gòu)由固定板、液壓裝置、套筒液壓桿等組成，前輪橫軸通過套筒與液壓裝置相連，通過固定板將前輪懸空固定在籃球架底座。當(dāng)需要移動(dòng)籃球架時(shí)，通過控制液壓裝置的伸長來驅(qū)動(dòng)液壓桿的伸長，進(jìn)而控制前輪降落，實(shí)現(xiàn)籃球架的移動(dòng)。當(dāng)籃球架工作時(shí)，通過控制液壓裝置的收縮來驅(qū)動(dòng)液壓桿的收縮，進(jìn)而控制前輪升起，使前輪懸空固定在籃球架底座的前端，實(shí)現(xiàn)籃球架的固定。

通過上述的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)式籃球架的創(chuàng)新設(shè)計(jì)：籃球架結(jié)構(gòu)的整體收放和籃球架移動(dòng)或固定的轉(zhuǎn)變。

四、 結(jié)語

TRIZ理論沖突解決原理作為創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)，第一步要做的是對(duì)現(xiàn)有籃球架存在的局限性進(jìn)行分析。然后在TRIZ沖突解決矩陣基礎(chǔ)上，根據(jù)解決技術(shù)沖突所推薦的發(fā)明原理，同時(shí)要結(jié)合對(duì)這些發(fā)明原理和產(chǎn)品實(shí)際結(jié)構(gòu)的深刻理解，方能找到適合的發(fā)明原理。最后為最大程度地發(fā)揮TRIZ的作用，必須以相關(guān)專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)，同時(shí)要結(jié)合產(chǎn)品開發(fā)、工藝等相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能夠選擇出最優(yōu)方案并解決實(shí)際問題。

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作者簡介：

劉峰，宋徐樂，金希，江蘇省常州市，常州工學(xué)院機(jī)械與車輛工程學(xué)院。