应用TRIZ理论解决旋转式残疾人书架的创新设计问题

张世彤++单长楠++郭润涛++孙琳琳++何金光

摘 要 本实用新型涉及一种旋转式残疾人书架，属于一种书架。书架外框与底座固定连接，外框盖通过四角螺母与书架外框固定连接，内部包括电机、电机减速齿轮组、间歇传动机构、脚踏传动机构，优点是结构新颖，通过间歇性自锁装置，解决了旋转书架的旋转弊端，通过旋转式取书的新颖结构实现方便于残疾人的取书模式。

关键词 残疾人；书架；TRIZ理论

中图分类号：G76 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）21-0039-03

1 TRIZ理论

TRIZ意译为发明问题的解决理论（theory of inventive

problem solving）。该理论是由苏联发明家Altshuller和他的同事们在研究了大量的发明专利后，于1946年提出的。它针对现有问题系统，运用TRIZ理论体系中的工具——IFR（Ideal Final Result，最终理想解）、39个通用参数和阿奇舒勒矛盾矩阵、40个发明原理与物场模型及76个标准解等方法，使新产品从开发过程到上市时间缩短50%；提升60%～70%的新产品开发效率；增加80%～100%的专利数量并提高专利的质量。目前，随着TRIZ理论的不断推广，其应用的范围从科技型小微企业管理创新、农业科技创新到机械制造业和产品专利规避等方方面面都得全面使用，证明TRIZ理论的可靠性、可实施性。

本次研究设计对象属于一种书架，尤其是指一种适合残疾人使用的书架。本次设计完全基于TRIZ理论的创新思维方法，为特殊人群提供方便。现有大多数书架不能满足残疾人取书便利快捷的要求，没有针对残疾人这类特殊群体而设计的书架。本实用新型提供一种旋转式残疾人书架，以解决目前书架不适合残疾人使用的问题。

2 将TRIZ理论应用于书架的整个设计流程

待解决的问题 对现有的残疾人书架进行进一步的优化处理，列举出当前书架存在的问题：

问题一：书架耗能量是否很大？

问题二：如遇突发情况，书架如何工作？

问题三：书架无法准确转到指定位置怎么办？

三轴分析法 通过TRIZ中的三轴分析法分析出当前系统存在问题的原因，如图1所示。

最后确定解决问题的入手点：

入手点一：书架由电动机提供旋转动力后，虽然完成了自动化的流程，但是在无人时也自转而消耗能量，如何实现有人时书架转，无人时书架停止转动呢？

入手点二：在电动机的带动下，书架可以正常运转，但是当供电设施不可用时，即当没有电源时，书架无法运作怎么办？

入手点三：书架无法准确转到指定位置怎么办？

入手点四：每次书架转的时候都是两侧书架同时转动，能否做到当书架的哪一侧有人时，哪一侧转动，无人那一侧不转动？

对系统提出的新要求 按照解决问题的思路，对当前系统提出一个新的改进方向，即对系统提出新要求：

1）方便残疾人取书放书的同时，考虑突发情况发生时，系统也能满足残疾人的需求；

2）提高系统自动化程度，尽量少些人工参与的环节；

3）尽量节省能源和成本，系统不宜太过复杂。

该系统的IFR：以最小的改动和成本使书架可自适应残疾人取放书。

该系统的次级IFR：系统可自主控制开关装置，适用性强，节省能源和成本，且对于停电问题的出现，可以有替代的装置出现。

3 基于TRIZ理论的残疾人旋转书架改进方案

针对入手点一 书架由电动机提供旋转动力后，虽然完成了自动化的流程，但是在无人时也自转消耗能量，如何在有人时书架转，无人时书架停止转动呢？提取一对技术矛盾：改善参数为自动化程度，恶化参数为能量损失。通过查找矛盾矩阵，对应的发明原理为：

23.反馈原理：在系统中引入反馈；

28.机械系统替代原理：用声学系统替代机械系统。

利用反馈原理形成方案一，如图2所示；利用机械系统替代原理形成方案二。

方案一：应用反馈原理，将红外感应开关和电动书架旋转开关相结合。

方案二：安装声控装置，有声音时就接通（电阻变小），没有声音时就断开（电阻变的很大）；再通过电路和芯片做个延时，就可以使有声音时，电路接通一段时间。

针对入手点二 在电动机的带动作用下，书架可以正常运转，但是当供电设施不可用时，即当没有电源时，书架无法运作怎么办？

提取一对物理矛盾：改善参数为操作方便性，恶化参数也为参座方便性。

运用条件分离—时间分离：

10.预先作用原理：预先对物体施加必要的改变；

11.事先防范原理：采用事先准备好的应急措施，补偿物体相对较低的可靠性。

当有电时，电机带动减速齿轮组进行系统运转；当停电时，利用脚踏板/手摇杆通过连杆带动曲轴转动，从而带动整个系统的运作，最终形成方案三和方案四。

针对入手点三 书架无法准确转到指定位置怎么办？

建立物场模型，如图3所示。

不充分作用：控制力不足，书架没有转到指定位置或转过指定位置。

通过查找得知解决此模型应用第2类增强物场模型中“S 2.1.1 链式物场模型”，间歇性传动装置如图4所示。

针对入手点四 每次书架转的时候，都是两侧书架同时转动，能否做到当书架的哪一侧有人时，哪一侧转动，无人那一侧不转动？

提取一对技术矛盾：改善参数为适用性通用性，恶化参数为系统复杂性。

通过查找矛盾矩阵找到其对应的发明原理为：

15.动态特性原理：如果一个物体整体是静止的，使之移动或可动；

28.机械系统替代原理；

29.气压和液压结构原理；

37.热膨胀原理。

运用动态特性原理形成方案六，如图5所示。

综合以上方案，得到一个全新的旋转式残疾人书架，如图6所示。其工作原理：电机通过减速齿轮组带动链条运动，链条带动大齿轮二转动，小齿轮二再通过另一根链条带动大齿轮一转动，齿轮一带动槽轮运作；这时根据取书者所面对的书架某侧，通过电磁铁将槽轮吸到此面，然后槽轮带动花键轴一或花键轴二转动，从而带动书框一或书框二转动；当所需书夹转动到面前时，取下书夹，再取出其中的书，并放回书夹。当停电时，需通过脚踏板的上下踩动，带动连杆和曲轴运动，由于曲轴上的圆盘通过轴连接在两个书架外框之间，所以圆盘只能转动，从而通过曲轴上的圆盘外侧的外齿轮带动齿轮二转动。

4 设计小结

本书架的优点是针对残疾人的人性化设计点与书架自身属性所需提高的因素，通过机械结构的设计巧妙地融合，不仅仅是单纯地为残疾人的取书方便提供了条件，也满足了书架自身性能的提高。且结构新颖，通过间歇性自锁装置，解决了旋转书架的旋转弊端，通过旋转式取书的新颖结构，实现方便于残疾人的取书模式，更好地优化了残疾人看书取书的过程，服务于残疾人等特殊群体。

参考文献

[1]马广韬，任丹宁，郑妍.高校图书馆书架设计中人体尺寸的应用研究[J].沈阳建筑大学学报：社会科学版，2011（2）.

[2]宋雅涵.悬挂式书架的设计与试验[J].郑州大学学报：工学版，1981（1）.endprint