基于TRIZ理論的殘疾人智能升降置物架的創(chuàng)新設(shè)計

許雅瑜 朱彤 葛瓊穎 蔣瑤希 王瑋 趙新軍

摘要：針對下肢殘疾人士拿取高處物體困難的問題，運(yùn)用TRIZ理論對該問題進(jìn)行系統(tǒng)分析，準(zhǔn)確地找到問題的關(guān)鍵點以及未來的解決方向，并利用TRIZ工具輔助擬定若干預(yù)選方案，分析存在的技術(shù)矛盾，并據(jù)此找到了合適的發(fā)明原理，設(shè)計評估方案，選擇并完善最終方案，有效解決如何使殘疾人安全快速便捷地拿到高處東西的這一問題。

1緒論

根據(jù)2006年全國第二次殘疾人調(diào)查數(shù)據(jù)，我國各類殘疾人總數(shù)為8296萬人，其中下肢截肢者約160萬（如圖1的a和b圖）。腿腳不便給他們的生活帶來許多障礙，如上下樓梯不便、夠不到儲物柜高處的物品、行動遲緩不夠靈活等。

該項目聚焦下肢殘疾人士坐輪椅拿取高處的物品較困難這一現(xiàn)象，運(yùn)用TRIZ理論對該問題進(jìn)行分析，進(jìn)行智能化、便捷化設(shè)計，使他們更快速簡捷地取到放置較高的物品，從而達(dá)到提高該類殘疾人拿取效率、增強(qiáng)拿取安全性的效果。

2當(dāng)前問題描述

一般情況下，家具總是以健全人（身心，能力無缺陷的人）的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)來設(shè)計，對下肢殘疾人士考慮較少。人們在布置房間時，通常會采用整面墻高的壁柜、書架、置物架等來增大存儲空間，節(jié)省占地面積。但與此同時，高高的置物架非常不方便拿取，普通人尚且可以爬梯子或采用別的踩高方式來拿，但對于下肢殘疾人士來說，這無疑是一項艱難而危險的工作（如圖2）。

3運(yùn)用TRIZ系統(tǒng)分析工具對系統(tǒng)進(jìn)行分析

3.1因果分析法的應(yīng)用

采用因果分析法（圖3），識別出下肢殘疾人士不易拿取高處物品這一問題中存在的因果關(guān)系鏈，發(fā)現(xiàn)其根本原因，為該問題的解決尋找突破點。

通過因果分析法，找到問題存在的兩個主要原因：其一是置物架結(jié)構(gòu)固定，無法隨下肢殘疾人士意愿進(jìn)行移動;其二下肢殘疾人士的手臂長度有限，輔助擴(kuò)大手臂觸及范圍的工具無法靈活拿取物品。所以，設(shè)計時可以通過突破這兩方面原因來解決該問題。

3.2九屏分析法的應(yīng)用

運(yùn)用九屏分析法（圖4）對系統(tǒng)在時間、系統(tǒng)方面進(jìn)行分析，輔助找到可用資源，由此找出下肢殘疾人士不易拿取高處物品這一問題的解決方向。

由九屏分析可以得出，幫助下肢殘疾人士拿到高處物品可以從置物架、輪椅的設(shè)計入手，可增強(qiáng)置物架或輪椅的可動性，使之可以任意升降，克服下肢殘疾人士與高處物品在空間距離上的障礙。本文擬從增強(qiáng)置物架可動性這一點入手，發(fā)現(xiàn)問題關(guān)鍵點，需求解決方案。

4基于發(fā)明原理的下肢殘疾人智能升降置物架設(shè)計

4.1技術(shù)矛盾描述

通過因果分析、九屏分析，得到兩對技術(shù)矛盾：設(shè)計過程中，在對技術(shù)方面進(jìn)行考慮時，發(fā)現(xiàn)讓整個柜體移動，下肢殘疾人在使用時更加方便安全，可以優(yōu)化其可操作性，改善參數(shù)（33），但這樣會大大增加運(yùn)動物體的重量，惡化參數(shù)（1），增大了技術(shù)難度，降低了安全性。而將柜體拆分，使分開的柜體各自移動，能夠減小運(yùn)動物體的體積，改善參數(shù)（7），實現(xiàn)起來比較簡易，但同時會破壞柜體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，惡化參數(shù)（13）。

4.2問題概念解決方案

根據(jù)對上述兩對技術(shù)矛盾查找沖突矩陣，找到推薦的解決原理是：1號（分割）、2號（提煉）、10號（事先動作）、13號（反向作用）、15號（動態(tài)化）、27號（一次性用品替代）、28號（置換機(jī)械系統(tǒng)）、39號（使用強(qiáng)氧化劑）8個推薦原理。通過對上述推薦原理的仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)對解決本文提出的問題有設(shè)計指導(dǎo)的發(fā)明原理如下。

第1號原理（分割）：將物體分成容易組裝和拆卸的部分組合家具。將傳統(tǒng)的高層書架或置物架分割成小部分，使其客觀上可以自由移動組合。

第13號原理（反向作用）：讓物體或環(huán)境可動部分不動，不動部分可動。本項目中運(yùn)用此原理，改變傳統(tǒng)思維讓人來移動去取靜止的物品，而是將靜止的架子改為可動，使坐輪椅的人只要操作面前的屏幕即可控制架子移動拿到物品。

第15號原理（動態(tài)化）：分割物體，使其各部分可以改變相對位置;如果一個物體整體是靜止的，使之移動或可動。本項目中，為使坐輪椅的人士不動即可拿到高層架子上的物品，運(yùn)用此原理，將原本位置固定的書架或置物架分割，使其可以改變相對位置。

4.3概念解決方案

通過對第1、13和15號原理的拓展分析，得出如下可能的概念方案。

方案1——方格式軌道（圖5）

基于分割原理、反向作用原理、動態(tài)化原理，對置物柜進(jìn)行設(shè)計，大體上令柜體呈九宮格狀，其中有一個空位，便于調(diào)整單個柜子的位置.用戶只需在觸摸屏上滑動就可按照意愿將想要拿取的物品所在的柜子移動到合適的高度輕松完成拿放。該方案十分節(jié)省空間，操作簡單，拿取物件快捷方便，且安全保障高。

方案2一一旋轉(zhuǎn)式儲物柜（圖6）

基于分割原理將柜體分割成幾個部分，懸掛在圓形支架上;結(jié)合動態(tài)化原理和反向作用原理，利用圓形的轉(zhuǎn)動特性，通過中心控制系統(tǒng)，殘疾人可在面板上操作控制支架的轉(zhuǎn)動，隨著支架的轉(zhuǎn)動來帶動儲物箱的轉(zhuǎn)動。當(dāng)殘疾人需要取用某號箱子里面的物品時，通過上述操作，將該儲物箱放低高度，調(diào)到合適的高度然后取用物品。

方案3一一回形軌道智能儲物柜（圖7）

運(yùn)用分割原理，將儲物柜各欄隔離為獨立的儲物箱，再結(jié)合動態(tài)化原理以及反向作用原理，使儲物箱在墻上的“回”形軌道定向旋轉(zhuǎn)，讓高層的儲物箱轉(zhuǎn)到底層，方便殘疾人拿取物品（見圖7）。此方案十分節(jié)省房間空間，而且操作簡單，并且將軌道安在墻上，儲物柜更加穩(wěn)定，減少了安全隱患。但是此方案的存儲空間少，能存儲的東西有限，且一旦使用整個機(jī)器都要運(yùn)轉(zhuǎn)，比較笨重，導(dǎo)軌也易損壞，使用壽命不長。

方案4——兩側(cè)打開式軌道（圖8）

該方案在方案3的基礎(chǔ)上增設(shè)了兩條豎軌，橫軌各自向外延伸半格，當(dāng)上層柜子向下移動時，兩側(cè)柜體各向外推半格，即可空出一條軌道供柜體自由移動，到達(dá)下層。該方案操作簡單，所需柜體可快速移動到下層，但需要多個柜體同時運(yùn)動，負(fù)荷較大，能耗高。

5最終解決方案

結(jié)合一系列的TRIZ分析方法，從占地面積、便捷性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、使用性等幾個方面綜合考慮，運(yùn)用分割原理、反向作用原理以及動態(tài)化原理，最終確定方格式智能升降置物架方案為最終解決方案，如圖9。該設(shè)計是一種智能升降模塊化書架，可以通過操作書架側(cè)面的用戶界面來控制單個置物架（儲物柜）水平和豎直移動。界面中有實物置物架的模擬再現(xiàn)，便于用戶定位、操控，使用戶不必爬高費力就可以拿到高處的物品。其設(shè)置于墻體上，不占居地面空間和低空空間。當(dāng)需要取放物品時，將柜體升降即可。

6結(jié)論

本文通過對下肢殘疾人士坐輪椅拿取高處的物品較困難這一問題進(jìn)行深入研究，運(yùn)用TRIZ理論對該問題進(jìn)行描述，對其中涉及的系統(tǒng)進(jìn)行分析，找出系統(tǒng)的技術(shù)矛盾;再通過矛盾矩陣直找到對應(yīng)的發(fā)明原理，進(jìn)而延伸出一系列的概念設(shè)計方案;最后通過進(jìn)行各方面的評估選定最終解決方案。該方案如果能夠?qū)嵤?，它將使得下肢殘疾人士坐輪椅難以拿取高處物品這一問題得到有效解決。

備注：該方案部分選取自第六屆全國“TRIZ”杯大學(xué)生創(chuàng)新方法大賽三等獎作品“下肢殘疾人智能升降置物架”作品申報書。

參考文獻(xiàn)

[1]阿奇舒勒，黃玉霖，范怡紅譯，創(chuàng)新40法-TRIZ創(chuàng)造性解決技術(shù)問題的訣竅[M]，成都：西南交通大學(xué)出版社，2004.

[2]趙新軍，孫曉楓.40條發(fā)明創(chuàng)造原理及其應(yīng)用[M]，北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2014.

[3]中國殘疾人輔助器具中心，殘疾人輔助器具標(biāo)準(zhǔn)化工作手冊[Z].2010.

[4]中華人民共和國國務(wù)院，無障礙環(huán)境建設(shè)條例[Z].2012.

[5]邁克爾.A.奧爾洛夫，陳勁、朱凌、鄭堯麗譯，用TRIZ進(jìn)行創(chuàng)造性思考實用指南[M]，科學(xué)出版社.2010.

[6]趙敏.TRIZ入門及實踐[M]，科學(xué)出版社.2009.

[7]陳廣勝，發(fā)明問題解決理論[M].黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社.2008.

[8]圖1（a）來自百度圖片，圖1（b）來自谷歌圖片