懸浮及跟蹤雨傘的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

孫菊妹 劉書(shū)凱 張時(shí)源

摘要：針對(duì)智能化生活的社會(huì)需求，基于TRIZ創(chuàng)新技術(shù)設(shè)計(jì)了一款懸浮及自動(dòng)跟蹤雨傘，在不需要支撐對(duì)象的前提下，雨傘根據(jù)環(huán)境自動(dòng)懸浮并定位跟蹤對(duì)象。

關(guān)鍵詞：懸浮;跟蹤;TRIZ;創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）14-0176-03

隨著時(shí)代的進(jìn)步，社會(huì)的發(fā)展，信息技術(shù)的飛躍，對(duì)于大家對(duì)于生活智能化的期望也越來(lái)越高。雨傘作為日常生活常用物品之一，雖然新型雨傘的種類在不斷出現(xiàn)，但都只是在雨傘的外觀結(jié)構(gòu)、打開(kāi)方式上面有多創(chuàng)新，對(duì)于使用過(guò)程仍然離不開(kāi)對(duì)象的支撐。本文設(shè)計(jì)的懸浮雨傘解放了使用者的雙手，借助于TRIZ創(chuàng)新技術(shù)，對(duì)雨傘的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，依托信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)雨傘使用過(guò)程的智能化。

1 產(chǎn)品概念的創(chuàng)新

1.1 產(chǎn)品現(xiàn)狀的描述

雨傘是人們生活的日常必需品之一，在雨天或在太陽(yáng)下行走時(shí)需要打傘，通常都是用手來(lái)握住傘把，導(dǎo)致人們拎東西等能力大大降低。如果手上拿著東西，這時(shí)電話來(lái)就無(wú)法接聽(tīng)，很不方便。下表是針對(duì)用戶的需要，采用了POV設(shè)計(jì)觀點(diǎn)（point of view）對(duì)現(xiàn)有的雨傘做的訪談?dòng)涗洝?/p>

經(jīng)過(guò)對(duì)用戶群體的需求進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)目前大家主要的訴求是解放雙手。對(duì)此，針對(duì)雨傘進(jìn)行初始形勢(shì)分析。

雨傘的主要功能是遮陽(yáng)擋雨，在實(shí)現(xiàn)了這一基本功能的同時(shí)，目前許多雨傘都向著智能化方向發(fā)展。譬如：小米的“智能傘”，雖然傘面選擇透明和不透明兩種類型，但使用過(guò)程仍然是通過(guò)機(jī)械滑動(dòng)控制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)傘內(nèi)光線的控制;來(lái)自紐約的Davek Alert Umbrella主打防丟的智能雨傘，主要是骨架選用優(yōu)質(zhì)材料配合傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能功能;英國(guó)制造商Kisha天氣預(yù)報(bào)的智能雨傘，它主要是借助傳感器感應(yīng)周圍環(huán)境，增加了智能檢測(cè)功能;來(lái)自南京的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的Air Umbrella是給傘增加外圍設(shè)施來(lái)改變雨滴的軌跡，從而起到防護(hù)作用。上述這些新型種類的傘主要是增加了雨傘的功能及智能化，沒(méi)有從根本上解決如何解放雙手這一主要矛盾？目前解決這一問(wèn)題的主要方案是肩背式雨傘及頭戴式雨傘。我們發(fā)現(xiàn)這種雨傘雖然解放了雙手，但仍存在的問(wèn)題，主要是穿戴不方便，收納困難等問(wèn)題。

1.2 產(chǎn)品系統(tǒng)分析

TRIZ是以哲學(xué)的辯證法、系統(tǒng)論和知識(shí)論為指導(dǎo)思想，以系統(tǒng)科學(xué)、思維科學(xué)為支柱，它以S曲線和技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則為基礎(chǔ)，從IFR、技術(shù)、矛盾、資源和功能基本概念出發(fā)，結(jié)合39個(gè)功能參數(shù)和40個(gè)發(fā)明原理運(yùn)用矛盾分析、功能分析和資源分析工具對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解。本文下面將從技術(shù)問(wèn)題的最終理想解、技術(shù)矛盾分析、功能分析和資源分析四個(gè)角度進(jìn)行分析，獲得解決問(wèn)題的方案和思路。

1.2.1 最終理想解

最終理想解（idealfinal result，IFR）將通過(guò)正確描述問(wèn)題以及產(chǎn)生問(wèn)題的阻礙及原因，排除這些阻礙因素問(wèn)題就直接得到了解決。我們的思維具有慣性，常常讓自己困頓已有的思維邏輯里，結(jié)果就使問(wèn)題不能很好地解決。而IFR是從新角度來(lái)重新認(rèn)識(shí)定義問(wèn)題，跳出我們的慣性思維，從產(chǎn)生問(wèn)題的源頭出發(fā)，得到與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)完全不同的問(wèn)題根本解決思路。下表是根據(jù)最終理想解的分析步驟將本設(shè)計(jì)產(chǎn)品的問(wèn)題進(jìn)行了描述：

1.2.2 技術(shù)矛盾分析

雨傘是人們生活的日常必需品之一，在雨天或者烈日下行走的時(shí)候需要雨傘來(lái)避雨或者遮陽(yáng)的時(shí)候，都需要借助手來(lái)支撐使用，在一定程度上對(duì)我們帶來(lái)了不便。目前市場(chǎng)上雖然已有新型的雨傘，可以不用手來(lái)支撐，雨傘的外觀采用肩背或者穿戴的形式，在一定程度上解放了雙手，但是雨傘結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，使用過(guò)程也很不方便。

1）從問(wèn)題中提取技術(shù)矛盾

通過(guò)上述問(wèn)題描述，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的主要是在新型雨傘雖然解放了雙手，提高了雨傘使用的方便性，但是外觀結(jié)構(gòu)占用一定的空間，在使用過(guò)程中帶了不便，而且使傘本體的結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜。

矛盾：改善了雨傘使用的適應(yīng)性，卻增加了雨傘控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。

用39個(gè)通用工程參數(shù)中的兩個(gè)來(lái)表示：

需要改善的參數(shù)：35#適應(yīng)性、通用性;

系統(tǒng)惡化的參數(shù)：36#系統(tǒng)的復(fù)雜性。

2）根據(jù)矛盾矩陣表中改善和惡化參數(shù)對(duì)應(yīng)的第35行第36列，得到4個(gè)創(chuàng)新原理：15#動(dòng)態(tài)原理、29#氣壓或液壓原理、37#熱膨脹原理、28#更換機(jī)械系統(tǒng)原理（如圖1所示）?；谶@些創(chuàng)新原理，我們將得出創(chuàng)意方案。

1.2.3 功能分析

功能模型分析是把產(chǎn)品及其各組成部分抽象成功能，并找出其內(nèi)在聯(lián)系的過(guò)程。其目的就是消除有害功能，加強(qiáng)必要功能，剔除多余功能，進(jìn)行功能載體替代，以便提供價(jià)值更高的產(chǎn)品，更好地滿足用戶的需求。針對(duì)本文設(shè)計(jì)產(chǎn)品，技術(shù)系統(tǒng)是雨傘，其主要功能是阻擋雨水及陽(yáng)光。通過(guò)系統(tǒng)組件及功能分析如圖2所示，雨傘的主要功能是阻擋雨水，主要是由傘布來(lái)完成的，骨架的功能是支撐傘布的，支撐桿則是支撐骨架，手通過(guò)握把對(duì)支撐桿進(jìn)行支撐。

系統(tǒng)功能裁剪是指當(dāng)找到系統(tǒng)中價(jià)值最低的組件時(shí)，將該組件直接裁剪掉，同時(shí)把它有用的功能提取出來(lái)，讓系統(tǒng)中存在的其他部分去完成這個(gè)功能。系統(tǒng)功能裁剪的目的是消除系統(tǒng)產(chǎn)生的有害功能部分，降低成本，而所需要的有用功能依舊存在。針對(duì)本論文設(shè)計(jì)產(chǎn)品主要存在的矛盾點(diǎn)，下圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行裁剪。

1.2.4 資源分析

TRIZ 中的資源是指系統(tǒng)及其環(huán)境中的各種因素，是一切可被人類開(kāi)發(fā)和利用的客觀存在。能反映系統(tǒng)作用、功能、組成、組成間的聯(lián)系結(jié)構(gòu)、信息、能量流、物質(zhì)、形態(tài)、空間分布、功能的時(shí)間參數(shù)、效能及其他有關(guān)功能質(zhì)量的參數(shù)，所以資源指的是人類可以開(kāi)發(fā)和利用的物質(zhì)、能量、信息、時(shí)間、空間、功能的總稱。解決技術(shù)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)其實(shí)是對(duì)資源的合理使用，所以資源分析的實(shí)質(zhì)是從資源的高度研究分析資源，挖掘系統(tǒng)的派生資源，關(guān)注系統(tǒng)資源間的有機(jī)聯(lián)系，合理組合、配置和優(yōu)化資源結(jié)構(gòu)，提升系統(tǒng)資源的理想度。結(jié)合雨傘的構(gòu)成組件以及功能，下圖對(duì)雨傘進(jìn)行了資源分析。

2 產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)產(chǎn)品分析和TRIZ工具的使用，我們得出了若干種創(chuàng)意方案，具體如下。

影響 /努力矩陣圖是用表單來(lái)評(píng)估努力和影響之間的量化程度，能從一堆的項(xiàng)目創(chuàng)意中篩選出可以優(yōu)先考慮的、第二順序的、可以做的和少做的一些方案。下面我們從努力程度、影響結(jié)果程度兩方面對(duì)創(chuàng)意進(jìn)行篩選。

結(jié)合考慮影響 /努力矩陣對(duì)創(chuàng)意方案的篩選結(jié)果，最終我們對(duì)傘結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性做了創(chuàng)新改良，使用過(guò)程可以不需要對(duì)象的支撐。如圖所示，本設(shè)計(jì)的雨傘傘面采用尼龍，傘骨材料選擇在重量和強(qiáng)度方面都有保障的碳纖維與鋁鎂合金相結(jié)合，傘柄設(shè)置成圓柱形的“黑匣子”，“黑匣子”外圍內(nèi)嵌四根支架，支架展開(kāi)類似于無(wú)人機(jī)的螺旋槳已達(dá)到懸浮的功能，支架與“黑匣子”的貼合極大程度節(jié)約了存放的空間，給攜帶帶來(lái)了便利;“黑匣子”內(nèi)置智能跟蹤模塊，通過(guò)識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)鎖定對(duì)象并跟蹤。在跟蹤模塊下方還附加了廣角攝像頭與GPS定位芯片，以達(dá)到精準(zhǔn)定位和成功避障。同時(shí)還附加5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)手機(jī)App或智能手環(huán)來(lái)對(duì)雨傘進(jìn)行定位、跟蹤并控制。

3 結(jié)語(yǔ)

使用TRIZ創(chuàng)新理論中的最終理想解、技術(shù)矛盾分析、功能分析和資源分析應(yīng)，對(duì)傘結(jié)構(gòu)和使用過(guò)程進(jìn)行分析，得到了創(chuàng)新設(shè)計(jì)—懸浮及跟蹤雨傘，此傘使用便捷，自動(dòng)懸浮解放雙手，根據(jù)人體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)跟隨;內(nèi)部支架采用嵌入式結(jié)構(gòu)，根據(jù)使用情況自動(dòng)收放，呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)化;結(jié)合5G技術(shù)進(jìn)行GPS定位實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品智能信息化。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】